DE3884121T2

DE3884121T2 - Gerät zur Stromversorgung eines Motorantriebes einschliesslich Regelschleife für den Schaltregler.

Info

Publication number: DE3884121T2
Application number: DE88116208T
Authority: DE
Inventors: Hideto C O Mitsubishi Miyazaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2008-10-01
Also published as: AU2330088A; AU599514B2; EP0310116B1; JPH0191689A; KR920004733B1; KR890007486A; EP0310116A3; US5040235A; DE3884121D1; EP0310116A2; CA1296763C

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Stromversorgung eines Motorantriebs, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnt. Bevorzugt wird ein solches Gerät zur Stromversorgung für den Motor eines Kassettenspielers benutzt, der in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, worin ein Stromverlust, der in einem Reihenregler aufgetreten ist, auf ein Mindestmaß verringert wird, und eine Funktionsstörung, die durch einen solchen Wärmeverlust von Schaltungskomponenten verursacht wird, verhindert ist.
Ein Motor, der die Merkmale dieses Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist und der zur Benutzung in einem Kraftfahrzeug angepaßt ist, ist durch die US-A-4 121 141 bekannt.
Verschiedenartige weitere Typen von Stromversorgungsgeräten zum Betreiben eines Gleichstrommotors wurden auf diesem technischen Gebiet vorgeschlagen, beispielsweise die japanische KOKAI (Offenbarungs-)Patentanmeldung Nr. 61- 3349 (1986) und US-Patent Nr. 4,591,768 (Kudelski).
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung zum Antrieb des Gleichstrommotors. In Fig. 1 wird eine Gleichstromspannung (DC-Spannung) VIN von einer Batterie her (im einzelnen nicht gezeigt) für eine Autostromquelle über einen Gleichstromspannungs-Eingabeanschluß 1 an einen Sperrwandler 2 angelegt. Eine Ausgangsspannung VOUT1 dieses Sperrwandlers 2 wird an den nachfolgenden Reihenregler 3 angelegt. Eine Ausgangsspannung VOUT2 des Reihenreglers 3 wird ferner an eine Motorantriebsschaltung 4 angelegt. Diese Motorantriebsschaltung 4 wird beispielsweise zum Betreiben eines Motors 5 für einen Kassettenspieler benutzt, der in ein Fahrzeug eingebaut ist. Dem Motor 5 benachbart wird ein Fühlerelement 6 zum Messen der Drehzahl des Motors 5 verwendet. Ein Fühlerausgang aus dem Fühlerelement 6 wird einer Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung 7 zugeführt. In der Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung 7 wird ein Vergleich zwischen der Meßfühlerausgabe aus dem Meßfühlerelement 6 und einem vorbestimmten Bezugssignal vorgenommen. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird ein vorbestimmtes Ausgabesignal von dieser Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung 7 einer Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung 8 zugeführt. Eine Steuerspannung VREG, die von der Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung 8 abgeleitet wird, wird an den oben beschriebenen Reihenregler 3 angelegt, wobei die Ausgabespannung VOUT2 aus dem Reihenregler 3 ordnungsgemäß auf der Grundlage dieser Steuerspannung VREG gesteuert wird.
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild eines typischen Sperrwandlers. In Fig. 2 ist ein Emitter eines Schalttransistors Q1 an einen Eingabeabschnitt (IN) einer Stromversorgung (nicht gezeigt) angeschlossen, und eine Diode D ist zwischen einem Kollektor des Schalttransistors Q&sub1; und der Masse angeschlossen. Die Basis dieses Schalttransistors Q&sub1; ist über einen Widerstand R&sub1; an den Kollektor eines Steuertransistors Q&sub2; angeschlossen. Ein Steuersignal wird über einen Widerstand R&sub2; an die Basis dieses Steuertransistors Q&sub2; geliefert, während dessen Emitter an Masse gelegt ist. Zwischen einer Verbindung zwischen dem Schalttransistor Q&sub1; und der Diode D sowie einer Masseleitung ist eine Reihenschaltung, die aus einem Induktionsfilter "L" und einem Kondensator "C" besteht, parallel geschaltet. Eine andere Verbindung zwischen dem Induktionsglied "L" und dem Kondensator "C" ist an einen Ausgabeabschitt (OUT) der oben beschriebenen Stromversorgung angeschlossen.
Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild eines typischen Reihenreglers. In Fig. 3 ist ein Kollektor eines Transistors Q&sub3; an den Eingabeabschnitt (IN) der Stromversorgung angeschlossen, während dessen Emitter an den Ausgabeabschnitt (OUT) der Stromversorgung angeschlossen ist. Eine Reihenschaltung, die aus Widerständen R&sub4; und R&sub5; besteht, ist zwischen dem Ausgabeabschnitt (OUT) der Stromversorgung und einer Masseleitung angeschlossen. Eine Verbindung zwischen diesen Widerständen R&sub4; und R&sub5; ist an den einen Anschluß eines Differentialverstärkers (DA) angeschlossen, während eine vorbestimmte Bezugsspannung "EREF" an dessen anderen Eingabeabschnitt angelegt ist. Diese Spannung "EREF" entspricht der obigen Steuerspannung VREG. Ein Ausgabeanschluß dieses Differentialverstärkers DA ist über einen Widerstand R&sub3; an die Basis des Transistors Q&sub3; angeschlossen.
Es werden nun die Betriebsvorgänge des herkömmlichen Geräts zur Stromversorgung für den Motorantrieb unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Es wird davon ausgegangen, daß der Motor 5 gedreht wird, während Eingabestrom von diesem Stromversorgungsgerät aus zugeführt wird. Die Drehzahl dieses Motors 5 wird vom Meßfühlerelement 6 ermittelt, und das resultierende Signal dieses Meßfühlerelements 6 wird der Motor-Drehzahl-Beurteilungsschaltung 7 zugeführt. In der Motor-Drehzahl-Beurteilungsschaltung 7 wird ein Vergleich zwischen diesem resultierenden Signal aus dem Meßfühlerelement 6 und dem vorbestimmten Bezugssignal vorgenommen, und ein vorbestimmtes Ausgabesignal wird hiervon an die nachfolgende Steuerspannungs-Erzeugungseinheit 8 in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis zugeführt. Wie vorher beschrieben, wird die Steuerspannung VREG, die von dieser Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung 8 abgenommen wird, dem Reihenregler 3 hinzugefügt, wodurch die Ausgabespannung VOUT2 des Reihenreglers 3 ordnungsgemäß in Abhängigkeit von dieser Steuerspannung geändert wird. In typischer Weise verwendet dieser Reihenregler 3, der in Fig. 3 gezeigt ist, den Transistor Q&sub3;, der zwischen der Stromquellen-Eingabeeinheit (IN) und der Stromquellen-Ausgabeeinheit (OUT) angeschlossen ist, und dieser Transistor Q&sub3; wird einen Spannungsabfall im Weg vom Emitter zum Kollektor veranlassen. Als Folge kann ein unnötiger Stromverlust hierin induziert werden, und somit wird der Transistor Q&sub3; hierdurch selbst erhitzt, was zu einer Funktionsstörung der Schaltung führt.
Wie bereits vorher festgestellt, kann das herkömmliche Stromversorgungsgerät zum Motorantrieb an einem Kassettenspieler angewandt werden, der in ein Fahrzeug eingebaut ist. In einem solchen Auto-Kassettenspieler ist, allgemein gesprochen, die Spannung, die an den Motor 5 anzulegen ist, während des Playback-Betriebs (Wiedergabebetriebs) niedrig, d.h. in der Betriebsart mit niedriger Geschwindigkeit, während diese Motorspannung während des schnellen Vorwärtsbetriebes (FF-Betriebes) hoch wird, d.h. in der Betriebsart mit hoher Geschwindigkeit. Dementsprechend wird bei dem Reihenregler aus dem Stand der Technik die Hochspannung ständig angelegt, was während der oben erwähnten Betriebsart mit hoher Drehzahl erforderlich ist. Dann muß während der Betriebsart mit niedriger Drehzahl der erforderliche Spannungsabfall in diesem Weg vom Kollektor zum Emitter des Transistors Q&sub3; höher eingestellt werden. Als Ergebnis wird der unerwünschte Stromverlust erhöht und somit wird das Auftreten der Funktionsstörung der Schaltungselemente infolge des höheren Wärmeproblems noch betont.
Bei dem herkömmlichen Stromversorgungsgerät zum Betreiben eines Gleichstrommotors mit der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wird, da die Spannungssteuerung zum Motor in der Stufe des Reihenreglers bewirkt wird, der oben erläuterte, unnötige Stromverbrauch, der durch die Drehung des Motors verursacht wird, induziert, und die Schaltungselemente des Durchflußreglers werden infolge eines solchen unnötigen Stromverbrauchs erhitzt, was zur Funktionsstörung des Stromversorgungsgerätes führt.
Die vorliegende Erfindung wurde beim Versuch gemacht, die oben beschriebenen herkömmlichen Probleme zu lösen, und hat zum Ziel, ein neuartiges Stromversorgungsgerät zum Betreiben eines Gleichstrommotors vorzusehen, worin die Spannungssteuerung für den Motor in der Stufe des Sperrwandlers ausgeführt wird.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stromversorgungsgerät zum Betreiben eines Gleichstrommotors vorzusehen, worin ein unnötiger Stromverbrauch auf ein Mindestmaß reduziert ist, um Wärmeprobleme bei den Schaltungskomponenten zu vermeiden.
Die oben beschriebenen Ziele werden durch ein Stromversorgungsgerät erreicht, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden in bezug auf die nachfolgende Beschreibung und auf die Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des herkömmlichen Stromversorgungsgeräts zum Motorantrieb ist;
Fig. 2 ein Schaltbild des typischen Sperrwandlers ist;
Fig. 3 ein Schaltbild des typischen Reihenreglers ist;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Stromversorgungsgeräts zum Betreiben eines Motors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer internen Schaltung des Sperrwandlers 20 ist, der in Fig. 4 gezeigt ist; und
Fig. 6 ein Wellenformdiagramm zum Darstellen der Zuordnung zwischen dem ersten und zweiten Spannungssignal VCA und VCB ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

SCHALTUNGS-GESAMTANORDNUNG

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen; ein Schaltungs- Blockschaltbild einer Schaltungs-Gesamtanordnung eines Stromversorgungsgeräts 100 zum Motorbetrieb gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beschrieben.
Es sollte vermerkt werden, daß die in Fig. 1 gezeigten, selben Bezugszeichen wie jene zum Bezeichnen derselben Schaltungen verwendet werden, die in Fig. 4 gezeigt sind.
In der Schaltung, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird eine Gleichspannung VIN, die einer Autobatterie (nicht gezeigt) als Stromquelle eines Kraftfahrzeuges entnommen wird, an einen Sperrwandler 20 angelegt. Dieser Sperrwandler 20 hat die Funktion des herkömmlichen Sperrwandlers 2, der in Fig. 1 gezeigt ist, zusätzlich zu den bezeichneten Funktionen der Erfindung (die später beschrieben werden). Eine gesteuerte Ausgabespannung VOUT3 aus dem Sperrwandler 20 wird an die Motorantriebsschaltung 4 angelegt. Diese Motorantriebsschaltung 4 wird in gleichartiger Weise zum Antreiben des Gleichstrommotors 5 des Kassettenspielers benutzt, der in das Kraftfahrzeug eingebaut ist (im Detail nicht gezeigt). Das Motordrehzahl-Meßfühlerelement 6 ist nahe dem Motor 5 angeordnet. Ein Meßfühlersignal "SMT" aus dem Meßfühlerelement 6 wird der nachfolgenden Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung 7 zugeführt. In der Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung 7 wird dieses Meßfühlersignal SMT verglichen mit einem vorher festgesetzten Bezugssignal. Als Ergebnis dieses Vergleiches wird ein vorbestimmtes Ausgabesignal "SCOMP" das aus dieser Motordrehzahl- Beurteilungsschaltung 7 entnommen wird, der Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung 8 zugeführt. Die Steuerspannung VREG der Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung 8 wird an den oben beschriebenen Sperrwandler 20 so angelegt, daß die Ausgabespannung VOUT3, die diesem Sperrwandler 20 entnommen wird, ordnungsgemäß eingestellt ist, oder so geändert wird, daß der optimale Motorbetriebszustand hergestellt wird.

BETRIEBSABLÄUFE DER GESAMTSCHALTUNG

Betriebsabläufe der ganzen Schaltungsanordnung der Stromversorgungseinrichtung 100 zum Motorantrieb gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nun unter der Bedingung beschrieben, daß der Motor 5 mit der ordnungsgemäßen Stromversorgung gedreht wird. Infolge der Ermittlung der Motordrehzahl des Motors 5 wird das Meßfühlersignal SMT der Drehzahl-Beurteilungsschaltung 7 vom Meßfühlerelement 6 her zugeführt. In gleichartige Weise wird das vorher festgesetzte Bezugssignal verglichen mit dem Meßfühlersignal SMT, und zwar in der Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung 7. Nachfolgend wird das resultierende Signal SCOMP aus der Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung 7 der Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung 8 zugeführt. Die Steuerspannung VREG wird dementsprechend in der Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung 8 erzeugt und dann an den Sperrwandler 20 angelegt, um die Ausgangsspannung VOUT3 des Sperrwandlers 20 zu steuern.
Während die Ausgabespannung VOUT3 dieses Sperrwandlers 20 in Abhängigkeit von der Steuerspannung VREG geändert wird, die hieran angelegt wird, wird der Schalttransistor Q&sub1; in Fig. 2 einfach AN/AUS geschaltet, so daß dieser Schalttransistor nicht als Element mit großem Spannungsabfall arbeitet. Demzufolge kann der oben beschriebene herkömmliche unerwünschte Stromverlust oder unzulässige Stromverbrauch beträchtlich verringert werden. Wenn diese Stromversorgung 100 zum Motorantrieb in einem Kassettenspieler benutzt wird, der in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, können, da die Ausgabespannung VOUT3 aus dem Sperrwandler 20 ordnungsgemäß in Übereinstimmung mit den Spieler-Betriebsarten eingestellt werden kann, d.h. der Betriebsart mit hoher Geschwindigkeit und der Betriebsart mit niedriger Geschwindigkeit, das Problem des Stromverlustes vermieden werden.

INTERNE SCHALTUNG DES SPERRWANDLERS

In Fig. 5 ist eine interne Schaltung des Sperrwandlers 20 gezeigt.
Die Eingabespannung VIN aus der Batterie-Stromquelle wird an eine Schaltung 21 zum AN/AUS-Schalten angelegt. Eine Ausgabe der Schaltung 21 zum Schalten wird von einem Transformator 22 in eine ordnungsgemäße Ausgabespannung umgewandelt. Die umgewandelte Ausgabespannung wird dann in einer Filterschaltung 23 gefiltert. Die Filter-Ausgabespannung wird dann als VOUT3 an die Motorantriebsschaltung 4 der Fig. 4 angelegt.
Die Ausgabespannung VOUT3 des Sperrwandlers 20 wird durch eine Reihenschaltung aus Widerständen R10 und R12 unterteilt, um eine unterteilte Spannung V0UT3, zu erzeugen. Im ersten Spannungsvergleicher 24 wird diese unterteilte Spannung VOUT3, verglichen mit der Steuerspannung VREG, die von der Steuerschaltungs-Erzeugungsschaltung 8 hergeführt wird. Ein Vergleichsergebnissignal VCA wird aus diesem ersten Spannungsvergleicher 24 ausgegeben und an einen zweiten Spannungsvergleicher 25 übertragen. Falls erforderlich, kann dieses Vergleichsergebnissignal verstärkt werden, bevor des dem zweiten Vergleicher 25 zugeführt wird. Zum zweiten Vergleicher 25 wird andererseits ein anderes Eingabesignal, d.h. ein Dreieck-Wellenform-Signal VCB von einem Dreieck-Wellenform-Generator 26 her zugeführt. Wenn das erste Spannungssignal VCA kleiner ist als das zweite Spannungssignal VCB, dann wird die Schaltung 21 zum AN/AUS-Schalten in Abhängigkeit von einer Ausgabe aus dem zweiten Spannungsvergleicher 25 AN-geschaltet. Umgekehrt wird diese Schaltung 21 zum Schaltung im Zustand von VCA > VCB AUS-geschaltet.
Diese Zuordnung zwischen dem ersten Spannungssignal VCA und dem zweiten Spannungssignal VCB wird aus einem Wellenform-Diagramm ersichtlich, das in Fig. 6 gezeigt ist. Das heißt, wenn beispielsweise das erste Spannungssignal VCA aus dem ersten Spannungsvergleicher 24 niedriger ist als das zweite Spannungssignal VCB aus dem Dreieck-Wellenform- Generator 26, und zwar während eines Zeitraums "t&sub1;" bis "t&sub2;", dann wird die Schaltung 21 zum Schalten AN-geschaltet. Anschließend wird während des nachfolgenden Zeitraums "t&sub2;" bis "t&sub3;" das erste Spannungssignal VCA höher als das zweite Spannungssignal VCB, so daß die Schaltung 21 zum Schalten AUS-geschaltet wird.
Wenn die Ausgabespannung VOUT3 des Sperrwandlers 20 infolge einer schweren Last abgesenkt wird, dann wird auch die unterteilte Spannung VOUT3, abgesenkt. Als Ergebnis wird das erste Spannungssignal VCA aus dem ersten Spannungsvergleicher 24 in gleichartiger Weise abgesenkt. Dann wird der Zeitraum, während dessen das erste Spannungssignal VCA niedriger ist als das zweite Spannungssignal VCB, länger, verglichen mit dem oben beschriebenen Zeitraum "t&sub1;" bis "t&sub2;", beispielsweise. Demzufolge wird der AN-Zeitraum der Schaltung 21 zum Schalter länger, so daß die gesenkte Ausgabespannung VOUT3 des Sperrwandlers 20 erhöht wird, und zwar auf die ursprüngliche Ausgabespannung zurückgeführt wird. Wenn eine leichte Last an den Sperrwandler 20 angeschlossen ist, dann wird die umgekehrte Operation so ausgeführt, daß die Ausgabespannung VOUT3 konstant gehalten wird.
Es sollte vermerkt werden, daß, weil die Steuerspannung VREG eine feste Spannung ist oder eine sehr niedrige Frequenz hat, verglichen mit der Frequenz des Dreieck-Wellenform-Signals VCB, eine beliebig festgelegte Ausgabespannung VOUT3 im Sperrwandler 20, der in Fig. 4 gezeigt ist, erhalten werden kann.
Während es im einzelnen beschrieben wurde, hat das Stromversorgungsgerät 100 zum Motorantrieb gemäß der Erfindung das folgende Merkmal. Das heißt, der spezifische Sperrwandler 20 ist in die Spannungsregelschleife so mit aufgenommen, daß er die Ausgabespannung VOUT3 regelt, ohne daß die unerwünschte Wärmeabgabe auftritt.
Gemäß der Erfindung können viele Abwandlungen ohne weiteres konzipiert werden. Beispielsweise kann ein Verstärker zwischen dem ersten und zweiten Spannungsvergleicher 24 und 25 eingesetzt werden. Die Schaltungsanordnungen, die durch eine gestrichelte Linie in Fig. 5 dargestellt sind, können als eine integrierte Schaltung hergestellt werden.

Claims

1. Gerät (100) zur Stromversorgung eines Motorantriebs, mit

- einer Schaltreglerschaltung zum Regeln einer Eingabe- Gleichspannung (VIN) zum Erzeugen einer gewünschten Ausgabe-Gleichspannung (VOUT3),

- einer Motorantriebsschaltung (4) zum Betreiben eines Motors (5) durch Empfang der Ausgabe-Gleichspannung (VOUT3) aus der Schaltreglerschaltung (20),

- einem Meßfühlerelement (6) zum Messen der Drehzahl des Motors (5) zur Ausgabe eines Meßfühlersignals (SMT),

- einer Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung (7) zum Vergleichen des genannten Meßfühlersignals (SMT) aus dem Meßfühlerelement (6) mit einem Bezugssignal zum Erzeugen eines Beurteilungssignals (SCOMP), und

- einer Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung (8) zum Erzeugen einer Steuerspannung (VREG) auf der Grundlage des Beurteilungssignals (SCOMP) der Motordrehzahl-Beurteilungsschaltung (7),

dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltreglerschaltung (20) die folgenden Merkmale aufweist:

- ein Schaltkreis (21) zum Schalten der Eingabe-Gleichspannung (VIN) zum Erzeugen einer geschalteten Gleichspannung,

- eine Filterschaltung (23) zum Filtern der geschalteten Gleichspannung, um die Ausgabe-Gleichspannung (VOUT3) abzuleiten,

- ein Transformator (22), der zwischen dem Schaltkreis (21) und der Filterschaltung (23) angeordnet ist, um die geschaltete Gleichspannung zu verringern;

- ein Spannungsteiler (R10; R12) zum Unterteilen der Ausgabe-Gleichspannung (VOUT3) der Filterschaltung (23) zum Erzeugen einer unterteilten Spannung (VOUT3'),

- ein erster Spannungsvergleicher (24) zum Vergleichen der unterteilten Spannung (VOUT3) mit der Steuerspannung (VREG) der Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung (8) zum Ausgeben eines ersten Vergleichssignals (VCA),

- ein Dreieck-Wellenform-Generator (26) zum Erzeugen eines Dreieck-Wellenform-Signals (VCB), und

- ein zweiter Spannungsvergleicher (25) zum Vergleichen des ersten Vergleichssignals (VCA) mit dem Dreieck- Wellenform-Signal (VCB), um ein zweites Vergleichssignal aus dem zweiten Spannungsvergleicher (25) abzugeben, um den Schaltkreis (21) an- und auszuschalten, um die genannte gewünschte Ausgabe-Gleichspannung (VOUT3) zu erhalten.

2. Stromversorgungsgerät (100) zum Motorantrieb nach Anspruch 1, worin der genannte Spannungsteiler aus in Reihe geschalteten Widerständen (R10; R12) aufgebaut ist.

3. Stromversorgungsgerät (100) zum Motorantrieb nach Anspruch 1, worin die genannte Schaltreglerschaltung (20) ferner einen Verstärker umfaßt, der zwischen dem genannten ersten und zweiten Spannungsvergleicher (24; 25) angeordnet ist, um das genannte erste Vergleichssignal bis auf ein vorbestimmtes Signalpegel zu verstärken.