Ansteuerung für Halbbrücke
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerung für eine Halbbrücke, insbesondere zum Betreiben von Elektromotoren, welche einen ersten zwischen einer Versorgungsspannung und einem Phasenabgriff liegenden elektronischen Schalter und einen zweiten zwischen dem Phasenabgriff und Masse liegenden elektronischen Schalter umfaßt, wobei die Ansteuerung eine, die beiden elektronischen Schalter der Halbbrücke mit Schaltsignalen ansteuernde Steuerschaltung und einen die Steuerschaltung mit mindestens einem Signalausgang ansteuernden Prozessor aufweist.
Derartige Ansteuerungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen hat der Prozessor üblicherweise für jeden der elektronischen Schalter einen Signalausgang, der diesen steuert.
Das Problem dieser Lösungen besteht darin, daß für jede Halbbrücke zwei Signalausgänge des Prozessors erforderlich sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerung der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß diese einfacher aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Ansteuerung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit der Steuerschaltung die beiden elektronischen Schalter der Halbbrücke durch einen einzigen Signalausgang des Prozessors steuerbar sind, daß mit der Steuerschaltung nur drei Schaltsignalpaarungen für die zwei elektronischen Schalter erzeugbar sind, nämlich erster Schalter ein und zweiter Schalter aus oder erster Schalter aus und
zweiter Schalter ein oder erster und zweiter Schalter aus, und daß die Steuerschaltung die Schalter stets nur mit einer der drei Schaltsignalpaarungen ansteuert.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß die Steuerschaltung nur die Ansteuerung durch einen einzigen Signalausgang des Prozessors benötigt und außerdem eine erhöhte Funktionssicherheit gewährleistet, nämlich dadurch, daß diese nur drei Schaltsignalpaarungen zuläßt, die allesamt gewährleisten, daß zu keinem Zeitpunkt die kritische Schaltsignalpaarung auftreten kann, bei welcher beide elektronischen Schalter eingeschaltet sind und somit ein Kurzschluß zwischen der Versorgungsspannung und Masse auftritt.
Damit hat die erfindungsgemäße Ansteuerung nicht nur den Vorteil, daß sie nur einen einzigen Signalausgang des Prozessors benötigt, sondern gleichzeitig den Vorteil, daß sie nur Schaltsignalpaarungen zuläßt, die von vornherein den kritischen Kurzschlußzustand ausschließen und somit eine erhöhte Betriebssicherheit gewährleistet.
Die erfϊndungsgemäße Ansteuerung ist nicht nur vorteilhaft für zwei Halbbrücken, die zum Ansteuern eines Gleichstrommotors mit Richtungswechsel eingesetzt werden, sondern besonders vorteilhaft für das Betreiben von elektronisch kommutierten Motoren, beispielsweise in der Art von Drehstrommotoren, das mindestens drei Halbbrücken erforderlich macht.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Ansteuerung nicht mehr anfällig gegen jede Art von Programmier- und Funktionsfehlern des Prozessors, wie dies beim Stand der Technik, bei welchem zwei Signalausgänge des Prozessors
eingesetzt wurden, der Fall war, denn bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen konnte stets entweder durch externe oder interne Fehler der Fall auftreten, daß die zwei Signalausgänge mit Signalzuständen belegt waren, die dazu geführt haben, daß die beiden elektronischen Schalter eingeschaltet waren, selbst wenn dies auch nur für kurze Zeit erfolgte.
Bezüglich der Möglichkeit, mit dem einen Signalausgang des Prozessors alle drei Schaltsignalpaarungen gezielt ansteuern zu können, sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar. Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß an dem mit der Steuerschaltung verbundenen Signalausgang entweder ein Signalzustand "High" oder ein Signalzustand "Low" anliegt oder ein Signalzustand "Tristate", dessen Potential sich frei einstellen kann.
Mit diesen drei Signalzuständen ist die Steuerschaltung der erfindungsgemäßen Ansteuerung in der Lage, die drei erforderlichen Schaltsignalpaarungen für das Betreiben der elektronischen Schalter der Halbbrücke zu erzeugen.
Eine besonders einfache Lösung sieht dabei vor, daß der mit der Steuerschaltung verbundene Signalausgang des Prozessors entweder auf dessen Speisespannung oder auf Masse liegt oder eine freie Potentialeinstellung zuläßt, wobei die freie Potentialeinstellung dem Signalzustand "Tristate" entspricht, während der Signalzustand "High" der Speisespannung und der Signalzustand "Low" der Masse entspricht.
Um eine größtmögliche Sicherheit für die Festlegung der nur drei zugelassenen Schaltsignalpaarungen zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Steuerschaltung für die Festlegung der nur drei Schaltsignalpaarungen eine
nicht frei programmierbare Stufe umfaßt. Durch die nicht frei programmierbare Stufe ist, unabhängig von allen Programmfehlern oder Ansteuerfehlern eine eindeutige Festlegung der Schaltsignalpaarungen möglich.
Besonders einfach läßt sich dies dadurch realisieren, daß die Stufe fest verschaltete Bauteile aufweist, die damit stets eine der drei Schaltsignalpaarungen "erzwingen".
Ferner ist es aus Gründen eines sicheren Betriebs besonders günstig, wenn die Steuerschaltung eine die Signalpaarungen den Schaltzuständen am Signalausgang fest zuordnende, nicht frei programmierbare Stufe umfaßt, das heißt, daß nicht nur die Schaltsignalpaarungen selbst eindeutig festgelegt sind, sondern auch die Zuordnung derselben zu den Signalzuständen nicht durch Programmfehler oder andere Fehlfunktionen gestört werden kann.
Auch in diesem Fall ist es besonders günstig, wenn die Stufe fest verschaltete Bauteile aufweist.
Hinsichtlich der Art des Aufbaus der Steuerschaltung sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
So sieht eine bevorzugte Lösung vor, daß die Steuerschaltung zwei durch den Signalausgang des Prozessors ansteuerbare Komplementärstufen aufweist, welche es in einfacher Weise ermöglichen, die Signalzustände am Signalausgang eindeutig mit den vorgesehenen Schaltsignalpaarungen zu korre- lieren.
Eine besonders einfache Ansteuerung der Komplementärstufen läßt sich dadurch erreichen, daß diese über gleich große Widerstände mit dem Signalausgang verbunden sind.
Prinzipiell wäre es denkbar, bereits mit den mit dem Signalausgang gekoppelten Stufen die elektronischen Schalter anzusteuern.
Aus Gründen einer möglichst optimalen Funktion ist es vorteilhaft, wenn die Steuerschaltung für jeden der elektronischen Schalter eine Treiberschaltung aufweist.
Diese Treiberschaltung setzt vorzugsweise lediglich Zustände an Steuerausgängen der die Schaltsignalpaarungen erzwingenden Stufe um und muß somit nicht notwendigerweise so konzipiert sein, daß sie lediglich die drei Schaltsignalpaarungen zuläßt.
Üblicherweise sind die elektronischen Schalter FET Transistoren, denen zum Schutz eine Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Derartige in die Transistoren bereits eingebauten Freilaufdioden haben jedoch eine relativ hohe Durchbruch- spannung, die zu einer erheblichen Wärmeerzeugung beim Durchbruch führt.
Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Steuerschaltung beim Zusammenbrechen der Speisespannung am Prozessor die Schaltsignalpaarung erzeugt, bei welcher der erste Schalter ausgeschaltet ist und der zweite Schalter eingeschaltet ist, so daß stets ein Verbinden des Phasenabgriffs mit der Masse erfolgt und somit beispielsweise stets ein Abbremsen des mit dieser Halbbrücke betriebenen Motors erfolgt.
Dies stellt eine weitere Sicherheitsfunktion der erfindungsgemäßen Ansteuerung dar.
Ferner sieht eine besonders günstige Ausführung der erfindungsgemäßen Ansteuerung vor, daß die Steuerschaltung beim Signalzustand "Tristate" am Signalausgang des Prozessors die Schaltsignalpaarung erzeugt, bei welcher der erste und der zweite Schalter ausgeschaltet sind.
Diese Lösung hat den großen Vorteil, daß beispielsweise bei einem "reset Signal" für den Prozessor der Schaltzustand "Tristate" auftritt und dadurch die Ansteuerung der Last über den Phasenabgriff abschaltet.
Eine besonders günstige Lösung, die insbesondere hinsichtlich der Schaltsicherheit der Halbbrücke optimiert ist, sieht vor, daß die Steuerschaltung so ausgebildet ist, daß sie beim Signalzustand "Tristate" am Signalausgang des Prozessors selbsttätig ein Potential einstellt, daß zwischen denen der Signalzustände "High" und "Low" liegt.
Diese Lösung hat den besonders großen Vorteil, daß auch beim Umschalten des Signalausgangs des Prozessors vom Signalzustand "High" zum Signalzustand "Low" oder umgekehrt vom Signalzustand "Low" zum Signalzustand "High" stets ein Potential durchlaufen wird, das die Steuerschaltung als Signalzustand "Tristate" erkennt, so daß die Steuerschaltung stets beim Übergang von der dem Signalzustand "Low" entsprechenden Schaltsignalpaarung zu der dem Signalzustand "High" entsprechenden Schaltsignalpaarung zunächst in die dem Schaltzustand "Tristate" entsprechende Schaltsignalpaarung übergeht, die sowohl den ersten Schalter als auch den zweiten Schalter ausschaltet, so
daß zu keinem Zeitpunkt ein Kurzschluß durch die Halbbrücke dadurch entstehen kann, daß der eine Schalter nicht rechtzeitig ausschaltet bevor der andere Schalter einschaltet, da stets vor dem Einschalten des einen der Schalter der beiden Schalter durch den Signalzustand "Tristate" zwingend ausgeschaltet werden.
Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung des zweiten elektronischen Schalters den zweiten elektronischen Schalter selbsttätig in den Freilaufzustand schaltet, wenn dieser aufgrund der Induktivität der Last und des Abschaltens des ersten Schalters erforderlich ist. Diese Lösung hat den großen Vorteil, daß es nicht notwendig ist, die in den zweiten elektronischen Schalter integrierte Freilaufdiode einzusetzen, sondern die Möglichkeit besteht, für den Freilaufzustand den zweiten elektronischen Schalter der Halbbrücke aktiv durchzusteuern.
Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch noch durch ein Steuergerät für eine über Phasenabgriffe mindestens zweier Halbbrücken gespeiste Last gelöst, wobei erfindungsgemäß jede der Halbbrücken mit einer eigenen Ansteuerung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ansteuerbar ist und jede der Steuerschaltungen jeweils durch einen, diesen zugeordneten Signalausgang eines gemeinsamen Prozessors ansteuerbar ist.
Der Vorteil dieser Lösung ist der, daß jeder Prozessor einen eigenen Signalausgang für jede Ansteuerung aufweist, der dann die entsprechenden Steuerschaltungen ansteuert, so daß nur ein Prozessor und zwei Ansteuerschaltungen im Fall eines Gleichstrommotors und ein Prozessor und drei oder mehr Ansteuerschaltungen im Fall eines elektronisch kommutierten Motors, beispielsweise in der Art eines Drehstrommotors erforderlich sind.
Besonders günstig läßt sich dieses Steuergerät auch noch dann betreiben, wenn die Halbbrücken durch Pulsweitenmodulationsbetrieb mindestens eines der jeweils einzuschaltenden elektronischen Schalter der Halbbrücken leistungssteuerbar sind.
Das heißt, daß während der üblichen Zeit, während der entsprechende elektronische Schalter durchgeschaltet wäre, noch eine Reduzierung der eingespeisten Leistung durch Verwendung pulsweitenmodulierter Schaltsignale, beispielsweise mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis im Bereich von 0% bis 100% möglich ist.
Prinzipiell wäre es im Fall der Pulsweitenmodulation denkbar, sowohl den ersten elektronischen Schalter der entsprechenden Halbbrücke und den zweiten elektronischen Schalter der entsprechenden anderen Halbbrücke gleichzeitig und synchron getaktet mit den entsprechenden Schaltsignalen im Pulsweitenmodulationsbetrieb zu betreiben.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, wenn im Pulsweitenmodulationsbetrieb der erste elektronische Schalter einer der Halbbrücken pulsweitenmoduliert betreibbar und ein entsprechender zweiter elektronischer Schalter einer anderen Halbbrücke während des Pulsweitenmodulations- betriebs ständig durchgeschaltet ist, so daß nur jeweils der entsprechende erste elektronische Schalter im Pulsweitenmodulationsbetrieb betrieben werden muß, während der jeweils andere, zweite elektronische Schalter während des Pulsweitenmodulationsbetriebs ständig eingeschaltet bleibt.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Steuergerät für einen Gleichstrommotor mit zwei erfindungsgemäß angesteuerten Halbbrücken;
Fig. 2 ein Steuergerät für einen elektrisch kommutierten Motor mit drei erfindungsgemäß angesteuerten Halbbrücken;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ansteuerung einer Halbbrücke;
Fig. 4 ein Schema der Verknüpfung der Signalzustände am Signalausgang eines Prozessors mit Schaltsignalpaarungen für die Halbbrücke;
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ansteuerung einer Halbbrücke;
Fig. 6 ein Schema einer Verknüpfung von Signalzuständen am
Signalausgang des Prozessors mit Schaltsignalpaarungen für die Halbbrücke und
Fig. 7 ein Schema eines Betriebs des Steuergeräts gemäß Fig. 1 mit pulsweitenmodulierter Ansteuerung der Halbbrücken.
Ein in Fig. 1 dargestelltes Schaltschema eines Steuergeräts zum Betreiben eines Gleichstrommotors M mit wechselnder Drehrichtung umfaßt zwei Halbbrücken 10A und 10B, die einerseits einen Speiseanschluß 12A bzw. 12B aufweisen und mit diesem mit einer Versorgungsspannung UV verbunden sind und andererseits ein Masseanschluß 14A bzw. 14B aufweisen und über diesen mit Masse verbunden sind.
Jede der Halbbrücken 10A und 10B weist ihrerseits einen ersten elektronischen Schalter 16A bzw. 16B, beispielsweise einen FET-Transistor auf, der mit seinem Drainanschluß D direkt mit dem jeweiligen Versorgungsanschluß 12A bzw. 12B verbunden ist und mit seiner Source S mit einem Mittelabgriff 18A bzw. 18B der jeweiligen Halbbrücke 10A bzw. 10B verbunden ist.
Zwischen dem Mittelabgriff 18A und 18B liegt ein zweiter elektronischer Schalter 20A bzw. 20B, beispielsweise ebenfalls ein FET-Transistor, welcher mit seinem Drainanschluß wiederum mit dem Mittelabgriff 18A bzw. 18B verbunden ist und mit seinem Sourceanschluß S mit dem Masseanschluß 14A bzw. 14B.
Die Mittelabgriffe 18A bzw. 18B stellen Phasenanschlüsse für den Gleichstrommotor M dar, wobei eine Anschlußleitung 22 des Gleichstrommotors M zum Mittelabgriff 18A und die andere Anschlußleitung 24 des Gleichstrommotors zum Mittelabgriff 18B geführt ist.
Die elektronischen Schalter 16A und 20A bzw. 16B und 20B jeder der Halbbrücken 10A bzw. 20B weisen mit dem jeweiligen Gate G verbundene Steueranschlüsse 26A und 30A bzw. 26B und 30B auf, wobei die Steueranschlüsse 26A und 30A bzw. 26B und 30B jeder der Halbbrücken 10A bzw. 10B mit einer eigenen Steuerschaltung 32A bzw. 32B verbunden sind.
Die Steuerschaltung 32A erzeugt dabei die Schaltsignale S1A und S2A für die elektronischen Schalter 16A und 20A der Halbbrücke 10A, während die Steuerschaltung 32B die Schaltsignale S1B und S2B für die elektronischen Schalter 16B und 20B der Halbbrücke 10B erzeugt.
Bei dem Steuergerät gemäß Fig. 1 kann nun der Gleichstrommotor M in zwei Drehrichtungen gesteuert werden, nämlich einmal durch Durchschalten des ersten elektronischen Schalters 16A der Halbbrücke 10A und des zweiten elektronischen Schalters 20B der Halbbrücke 10B in einer Drehrichtung und in der entgegengesetzten Drehrichtung durch Durchschalten des ersten elektronischen Schalters 10B der Halbbrücke 10B und des zweiten elektronischen Schalters 20A der Halbbrücke 10A, wobei jeweils die anderen elektronischen Schalter nicht durchgeschaltet sind.
Außerdem kann der Gleichstrommotor M stillgesetzt werden, wenn sämtliche elektronischen Schalter 16A und 20A sowie 16B und 20B nicht durchgeschaltet sind.
Bei der vorliegenden Erfindung ist nun jede der Steuerschaltungen 32A und 32B durch denselben Prozessor 34 ansteuerbar, jedoch durch unterschiedliche Signalausgänge 36A und 36B desselben Prozessors 34.
Jede der Steuerschaltungen 32A und 32B bildet nun gemeinsam mit dem Prozessor 34 eine Ansteuerung 40A bzw. 40B für die jeweilige Halbbrücke 10A bzw. 10B.
Die Halbbrücken lassen sich jedoch nicht nur, wie bei dem Schaltschema in Fig. 1 dargestellt, zur Ansteuerung des Gleichstrommotors M einsetzen, sondern, wie in Fig. 2 dargestellt, in einem Steuergerät zur Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Motors DM, wobei in diesem Fall anstelle von zwei Halbbrücken drei derartiger Halbbrücken 10A, 10B und IOC vorgesehen sind, wobei die Halbbrücken 10A bis IOC identisch aufgebaut sind, wie die Halbbrücken 10A und 10B bei dem Schaltschema gemäß Fig. 1.
Der Mittelabgriff 18A bzw. 18B bzw. 18C der jeweiligen Halbbrücken 10A bzw. 10B bzw. IOC liefert jeweils eine der Phasen für den elektronisch kommutierten Motor DM.
Jede der Halbbrücken 10A bis IOC ist nun ihrerseits mit einer Steuerschaltung 32A bzw. 32B bzw. 32C verbunden und jeder dieser Steuerschaltungen wirkt mit dem Prozessor 34 zusammen, wobei der Prozessor 34 in diesem Fall drei Signalausgänge 36A bzw. 36B bzw. 36C aufweist.
Je nach Ansteuerung der Halbbrücken 10A, 10B und IOC durch den Prozessor 34 über die jeweiligen Steuerschaltungen 32A, 32B und 32C lassen sich Drehzahl und Drehrichtung des elektronisch kommutierten Motors DM in bekannter Weise steuern.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerung 40 ist in Fig. 3 dargestellt.
Diese umfaßt neben dem Prozessor 34 die Steuerschaltung 32 zum Ansteuern der elektronischen Schalter 16 und 20 der Halbbrücke 10.
Hierzu ist der Signalausgang 36 des Prozessors 34, welcher allein zur Steuerung der Steuerschaltung 32 und somit der Halbbrücke 10 dient, mit einem gemeinsamen Steuereingang 42 zweier komplementärer Steuerstufen 46 und 50 verbunden.
Die Steuerstufe 46 umfaßt dabei einen PNP Transistor 56, dessen Emitter E mit einem Speisespannungsanschluß 52 des Prozessors 34 verbunden ist, an dem die Spannung US anliegt, während der Kollektor C des Transistors 56 über einen Widerstand 58 auf Masse liegt.
Ferner ist die Basis des Transistors 56 über einen Widerstand 59 mit dem Steuereingang 42 verbunden.
Ferner umfaßt die zweite Steuerstufe 50 einen NPN Transistor 60, dessen Emitter mit Masse verbunden ist, während der Kollektor C über einen Widerstand 62 mit dem Speisespannungsanschluß 52 verbunden ist und die Basis B über einen Widerstand 64 mit dem Steuereingang 42.
Die erste Steuerstufe 46 weist nun einen mit dem Kollektor C des Transistors 56 verbundenen Steuerausgang 66 auf, welcher eine Treiberschaltung 68 steuert, die ihrerseits wiederum das Schaltsignal Sl zum Ansteuern des ersten elektronischen Schalters 16 erzeugt.
Ferner weist die zweite Steuerstufe 50 einen Steuerausgang 70 auf, welcher mit dem Kollektor des Transistors 60 verbunden ist und über welchen die Ansteuerung einer Treiberschaltung 72 erfolgt, welche ihrerseits das Schaltsignal S2 für den zweiten elektronischen Schalter 20 erzeugt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerung 40 für die Halbbrücke 10 ist der Prozessor 34 so ausgebildet, daß an dem Signalausgang 36 insgesamt drei Signalzustände erzeugbar sind, nämlich ein erster Signalzustand, bei welchem der Signalausgang 36 auf "High" liegt, ein zweiter Signalzustand, bei welchem der Signalausgang auf "Low" liegt und ein dritter Signalzustand, bei welchem der Signalausgang auf kein definiertes Potential aufweist, sondern intern im Prozessor 34 auf den Zustand "Tristate" geschaltet ist, das heißt als Eingang des Prozessors 34 geschaltet ist und somit sich auf das Potential einstellt, welches sich durch die äußere Beschaltung des Signalausgangs 36 ergibt.
Diese drei Signalzustände haben in der Steuerschaltung 32 folgende Auswirkungen. Beim ersten Signalzustand, bei welchem der Signalausgang 36 auf "High" liegt, sperrt der Transistor 56 der ersten Steuerstufe 46, was dazu führt, daß der Steuerausgang 36 aufgrund der Wirkung des Widerstands 58 auf Masse liegt.
Dagegen schaltet der Transistor 60 der zweiten Steuerstufe 50 durch, so daß der Steuerausgang 70 der zweiten Steuerstufe 50 ebenfalls auf "Low", das heißt auf Masse liegt.
Die Treiberstufe 68 ist dann so ausgebildet, daß sie dann, wenn am Steuerausgang 66 der Zustand "Low" anliegt, das Schaltsignal Sl = 0 erzeugt und somit der erste elektronische Schalter 16 gesperrt ist.
Wenn am Steuerausgang 70 ebenfalls der Zustand "Low" anliegt, erzeugt die Treiberschaltung 72 das Schaltsignal S2 = "High" und schaltet somit den zweiten elektronischen Schalter 20 durch, so daß der Mittelabgriff 18 der Halbbrücke 10 aktiv auf Masse geschaltet ist.
Liegt dagegen am Signalausgang 36 der Zustand "Low" an, so führt dies dazu, daß der Transistor 56 der ersten Steuerstufe 46 und der Transistor 60 der zweiten Steuerstufe 50 jeweils durchgeschaltet sind, so daß am Steuerausgang 66 der Zustand "High" anliegt, da der Transistor 56 eine direkte Verbindung mit dem Speisespannungsanschluß 52 herstellt und andererseits liegt am Steuerausgang 70 ebenfalls der Zustand "High" an, da der Transistor 60 der zweiten Steuerstufe 50 sperrt und somit über den Widerstand 62 ebenfalls der Steuerausgang 70 auf der Spannung am Speisespannungsanschluß 52 liegt.
Der Zustand "High" am Steuerausgang 66 führt durch die entsprechende Ausbildung der Treiberschaltung 66 dazu, daß diese das Schaltsignal Sl = "High" erzeugt und somit den ersten elektronischen Schalter 16 durchsteuert, während die Treiberschaltung 72 bei dem Zustand "High" am Steuerausgang 70 das Schaltsignal S2 = "Low" erzeugt und somit den zweiten elektronischen Schalter 20 nicht durchsteuert. Damit liegt der Mittelabgriff 18 aktiv geschaltet auf der Versorgungsspannung UV.
Wird dagegen der Signalausgang 36 auf den Zustand "Tristate" geschaltet, so gibt dieser kein Potential vor, sondern das Potential kann sich entsprechend der äußeren Beschaltung des Signalausgangs 36 einstellen.
Aufgrund der Tatsache, daß die Widerstände 59 und 64 gleich groß sind und außerdem die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 56 und 60 ebenfalls ungefähr gleich groß sind, stellt sich an dem Steuereingang 42 ein Potential ein, das genau der halben Spannung US entspricht.
Dies führt dazu, daß der Transistor 56 der ersten Steuerstufe 46 durchschaltet und somit am Steuerausgang 66 der Zustand "High" anliegt, was wiederum dazu führt, daß die Treiberschaltung 68 das Schaltsignal S = 0 erzeugt.
Ferner ist im Zustand "Tristate" der Transistor 60 der zweiten Steuerstufe 50 ebenfalls durchgeschaltet, so daß der Steuerausgang 70 den Zustand "Low" aufweist und somit die Treiberschaltung 72 das Schaltsignal S2 = 0 erzeugt.
Das heißt, daß der Signalzustand "Tristate" am Signalausgang 36 dazu führt, daß beide elektronischen Schalter 16 und 20 sperren.
Der Vorteil des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuerschaltung 32 für die Halbbrücke 10 ist nun darin zu sehen, daß den drei Signalzuständen "High", "Low" und "Tristate" am Signalausgang 36 zwingend Schaltsignalpaarungen, nämlich Sl = 0 und S2 = 1 bzw. S2 = 0 und Sl = 1 bzw. Sl = 0 und S2 = 0 zugeordnet sind, so daß zu keinem Zeitpunkt eine Fehlansteuerung der Halbbrücke 10 dahingehend erfolgen kann, daß sowohl der erste elektronische Schalter 16 als auch der zweite elektronische Schalter 20 durchgeschaltet sind, sondern maximal einer der elektronischen Schalter 16 und 20 durchgeschaltet ist.
Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Steuerschaltung 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß beim Übergang vom Schaltzustand "High" zum Schaltzustand "Low" am Signalausgang oder vom Schaltzustand "Low" zum Schaltzustand "High" stets eine Spannung US/2 am Signalausgang 36 durchlaufen wird, und somit der Steuereingang 42 auf US/2 geschaltet wird, was identisch ist mit dem Schaltzustand "Tristate", so daß beide elektronischen Schalter 16 und 20 zwingend ausgeschaltet sind, das heißt, daß
beim Übergang von einem Zustand, in welchem einer der elektronischen Schalter 16 oder 20 ein- und der andere ausgeschaltet ist zu einem Zustand, in welchem der andere der elektronischen Schalter 20, 16 ein- und der andere ausgeschaltet ist, stets ein Zustand durchlaufen wird, in dem beide elektronischen Schalter 16 und 20 zumindest kurzzeitig ausgeschaltet sind, so daß dadurch stets kurzzeitig ein gänzliches Abschalten der Halbbrücke 10 erfolgt, und folglich zu keiner Zeit ein Zustand eintreten kann, bei welchem - wenn auch für noch so geringe Zeit - sowohl der erste elektronische Schalter 16 als auch der zweite elektronische Schalter 20 eingeschaltet sind.
Darüber hinaus hat das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung noch den weiteren Vorteil, daß beim Zusammenbruch der Speisespannung US am Speisespannungsanschluß 52 sowohl der Steuerausgang 56 als auch der Steuerausgang 70 im Zustand "Low" sind, was zur Folge hat, daß der zweite elektronische Schalter 20 durchgeschaltet ist und somit stets der Mittelabgriff 18 auf Masse liegt, was im Falle eines Elektromotors zum Abbremsen desselben führen würde.
Schließlich hat die erfindungsgemäße Steuerschaltung 32 noch den weiteren Vorteil, daß bei Betätigung eines Reset-Schalters 74 des Prozessors 34 der Signalausgang 36 stets in den Zustand "Tristate" übergeht, was dazu führt, daß im Zustand eines Reset des Prozessors 34 auch stets beide elektronischen Schalter 16 und 20 abgeschaltet werden.
Zur Verdeutlichung ist die Zuordnung der Signalzustände am Signalausgang 36 zu den einzelnen Schaltsignalpaarungen der Schaltsignale Sl und S2 in der Tabelle gemäß Fig. 4 zusammengefaßt.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung 32", dargestellt in Fig. 5 ist ein diskreter Aufbau der kompletten Steuerschaltung 32' mit Treiberschaltung dargestellt, jedoch nicht der Prozessor 34, sondern nur dessen Signalausgang 36.
Der Signalausgang 36 ist in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit dem Steuereingang 42' verbunden, über welchen eine erste Steuerstufe 46' ansteuerbar ist, deren Transistor T104 mit seiner Basis B über einen Widerstand R108 mit dem Steuereingang 42' verbunden ist und mit seinem Emitter E auf Masse liegt.
Der Kollektor T104 steuert ferner die erste Treiberschaltung 68, welche die Transistoren T105 und T106 umfaßt, die ihrerseits das Schaltsignal Sl erzeugen, um das Gate G des ersten elektronischen Schalters 16 über den Steueranschluß 26 anzusteuern.
Um zum Einschalten ausreichend hohe Spannungen zur Verfügung zu haben, umfaßt die erste Treiberschaltung eine Diode 100 und einen Kondensator C103, die in Reihe geschaltet zwischen dem Versorgungsanschluß 12 und dem Mittelabgriff 18 liegen und einen Mittelabgriff 80 aufweisen, an welchem nach einem Ausschalten und einem Wiedereinschalten des elektronischen Schalters 16 eine hohe Spannung zum Durchschalten desselben zur Verfügung steht, wie im Zusammenhang mit der europäischen Patentanmeldung 0 855 799 beschrieben.
Der Transistor T106 mit dem Widerstand R114 bilden dabei die Einschaltstufe während der Transistor 105 die Ausschaltstufe bildet, wie ebenfalls in der Patentanmeldung 0 855 799 beschrieben.
Die zweite Steuerstufe 50' wird beim zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung durch den Widerstand T100 gebildet, dessen Basis über den Widerstand R109 ebenfalls mit dem Steuereingang 42' verbunden ist, während der Emitter E direkt mit dem Speisespannungsanschluß 52' verbunden ist und der Kollektor C über die in Reihe geschalteten Widerstände R105 und R106 auf Masse liegt.
Über einen Mittelabgriff 82 zwischen den Widerständen R105 und R106 wird der Transistor T107 angesteuert, welcher Teil der zweiten Treiberschaltung 70' ist. Der Transistor T107 ist mit seinem Kollektor C über einen Widerstand 110 mit dem Versorgungsanschluß 12 verbunden und liegt mit seinem Emitter direkt auf Masse, während die Basis B direkt mit dem Mittelabgriff 82 zwischen den Widerständen 105 und 106 verbunden ist.
Ferner ist die Basis B des Transistors T107 über eine Diode D101 mit dem Mittelabgriff 18 verbunden.
Das Schaltsignal S2 liegt dabei an einem Mittelabgriff 84 zwischen dem Transistor T107 und dem Widerstand R110 an, wobei dieser Mittelabgriff 84 über den Steueranschluß 30 mit dem Gate des zweiten elektronischen Schalters 20 verbunden ist.
Zur Verdeutlichung der Funktion der Steuerschaltung 32' sind die einzelnen Signalzustände am Signalausgang 36 in Fig. 6 in ihrer Verknüpfung mit den in dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung auftretenden Zuständen dargestellt.
Der Signalzustand "High" am Signalausgang 36 führt demgemäß zu einem Zustand "Low" am Steuerausgang 66' der ersten Steuerstufe 46' und somit auch zu einem Zustand Sl = "Low".
Ferner führt der Signalzustand "High" zu einem Zustand "Low" am Steuerausgang 70' der zweiten Steuerstufe 50' und somit zu einem Zustand S2 = "High" in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß der Mittelabgriff oder Phasenanschluß 18 auf Masse liegt.
In gleicher Weise führt der Signalzustand "Low" zu einem Zustand "High" am Steuerausgang 66' der ersten Steuerstufe 46' und somit wiederum zu einem Zustand Sl = "High" während der Signalzustand "Low" auch am Steuerausgang 70' der zweiten Steuerstufe 50' zu einem Zustand "High" führt, der wiederum zur Folge hat, daß das Schaltsignal S2 = "Low" wird und somit die Halbbrücke 10 den Mittelabgriff 18 auf die Versorgungsspannung UV schaltet.
Schließlich führt wiederum der Zustand "Tristate" zu einem Zustand am Steuerausgang 66 von "Low", so daß ebenfalls Sl = "Low" wird, während am Steuerausgang 70 der zweiten Steuerstufe 50' der Zustand "High" anliegt, der dazu führt, daß das Schaltsignal S2 ebenfalls gleich "Low" wird und somit die Halbbrücke 10 ausgeschaltet ist.
Darüber hinaus hat das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung noch den Vorteil, daß über die Diode 101 eine Ansteuerung des zweiten elektronischen Schalters 20 in einen ausdrücklichen Freilaufzustand über die Treiberschaltung 72 erfolgt, nämlich dann, wenn die Spannung am Mittelabgriff 18 negativ wird. Damit muß der Freilaufstrom nicht über die dem zweiten elektronischen Schalter 20 zwangsläufig zugeordnete
Freilaufdiode F fließen, die einen erheblichen Innenwiderstand hat, sondern es erfolgt eine zwangsweise Freilaufschaltung des elektronischen Schalters 20, so daß der Innenwiderstand geringer ist und somit eine geringere Wärmeentwicklung auftritt.
Im übrigen führt auch bei der zweiten Steuerschaltung 52, in gleicher Weise wie bei der ersten Steuerschaltung, ein Zusammenbruch der Speisespannung US dazu, daß die Halbbrücke 10 in den Zustand Sl = "Low" und S2 = "High" übergeht, das heißt der Mittelabgriff 18 mit der Masse verbunden ist und somit ein Bremsen des gegebenenfalls laufenden Motors erfolgt.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Steuergeräte gemäß Fig. 1 und Fig. 2 wurde davon ausgegangen, daß der Motor M oder elektronisch kommutierte Motor DM stets mit voller Drehzahl betrieben wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es jedoch auch möglich, beispielsweise mit dem Steuergerät gemäß Fig. 1, den Gleichstrommotor M mit reduzierter Leistung im Pulsweitenmodulationsbetrieb zu betreiben.
Soll beispielsweise der Gleichstrommotor M zwischen dem Zeitraum tx und t2 im Rechtslauf betrieben werden, so wird in der Zeit von tx bis t2 der erste elektronische Schalter 16A der ersten Halbbrücke 10A mit pulsweiten- modulierten Schaltsignalen S1A betrieben, wie in Fig. 7 dargestellt.
Dagegen wird der zweite elektronische Schalter 20B der zweiten Halbbrücke 10B in der Zeit von ti bis t2 nicht ebenfalls mit pulsweitenmodulierten Schaltsignalen S2B angesteuert, sondern während dieser Zeit kontinuierlich durchgesteuert, das heißt kontinuierlich geöffnet, unabhängig davon, ob das Schaltsignal S1A im Zustand ein oder aus ist.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß der Prozessor 34 am Signalausgang 36B nicht ebenfalls einen mit dem pulsweitenmodulierten Signal am Signalausgang 36A synchronisierten pulsweitenmodulierten Signalzustand abgeben muß, sondern lediglich während desselben Zeitraums den Signalzustand der für den zweiten elektronischen Schalter 20B der zweiten Halbbrücke 10B zu einem kontinuierlichen Signal "High" führt, das den zweiten elektronischen Schalter 20B vom Zeitraum ti bis zum Zeitraum t2 eingeschaltet läßt.