WO2012028406A2 - Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten ansteuern eines elektromotors - Google Patents

Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten ansteuern eines elektromotors Download PDF

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electric motor
output
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Robert Bosch Gmbh
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    • H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for pulse width modulated driving an electric motor.
  • the circuit arrangement has at least one transistor half-bridge comprising a semiconductor switch, in particular an N-MOS transistor, for a high-side and a semiconductor switch, in particular an N-MOS transistor, for a low-side.
  • the circuit arrangement also has an output for connection to the electric motor, in particular to the stator of the electric motor.
  • the circuit arrangement has a control unit, wherein the control unit is operatively connected to a first output of the control unit with a control terminal of the semiconductor switch for the high-side and to a second output of the control unit with a control terminal of the semiconductor switch for the low-side.
  • the control unit is preferably designed to control the semiconductor switches alternately.
  • the circuit arrangement is preferably designed to control the semiconductor switch for the high-side and the semiconductor switch for the low-side with the same switching potential.
  • the semiconductor switch for the high-side is also referred to below as the high-side semiconductor switch
  • the semiconductor switch for the low-side is also referred to below as the low-side semiconductor switch.
  • the above-described circuit arrangement advantageously makes it possible to dispense with a closed-loop lifter and, more advantageously, a charge pump or a bootstrap circuit for increasing the switching potential for the high-side.
  • the circuit arrangement is designed to generate a pulse width modulated output current.
  • a pulse width modulated output current For example, a power output and / or a rotational speed of a rotor of the electric motor can be controlled.
  • the electric motor is, for example, a brushless electric motor with a particular permanent magnet rotor, a brush-commutated electric motor with a particular permanent magnet stator or a series motor with serially connected stator and rotor, and in braking operation from the stator electrically separated rotor.
  • the circuit arrangement is designed bootstrap circuit-free and has no bootstrap circuit on.
  • the circuit arrangement without bootstrap circuit, the circuit arrangement can be further advantageously produced inexpensively.
  • the circuit arrangement has no capacitive feedback element, in particular no capacitor as a feedback element.
  • the capacitive feedback element in particular with a first connection - with the output for connection to the electric motor, in particular the stator of the electric motor, and - in particular with a second terminal - with the control terminal of the high-side semiconductor switch, or with a Driver connected to the high-side control port.
  • the capacitive feedback element is designed to provide a control voltage for the high-side semiconductor switch in comparison to a control voltage for the low-side semiconductor switch.
  • a duty cycle of a pulse-width-modulated control advantageously up to 100 percent - in particular a constant switching through the high-side - amount.
  • a sense pulse for charging a feedback element - in particular a capacitor of the bootstrap circuit can be omitted, which would prevent the duty cycle of 100 percent in favor of the high-side.
  • the electric motor can operate so advantageously with the continuous control of the semiconductor switch for the high-side in braking mode, in which a motor current, such as a stator or an armature current, is reversed compared to a operation with a positive power output.
  • the output of the circuit arrangement is connected only to terminals of the switching paths of the semiconductor switches.
  • the semiconductor switches are MOS field-effect transistors, wherein a source terminal of the transistor for the high-side is connected to the output and a drain terminal of the low-side transistor is connected to the output.
  • the circuit arrangement for at least one semiconductor switch has a driver, in particular an operational amplifier.
  • the driver is designed to control the control terminal of the semiconductor switch.
  • the control unit is preferably designed to drive the drivers or the control terminals of the semiconductor switches with the same potential.
  • the control unit is preferably connected on the output side directly to the control terminals of the semiconductor switches.
  • the circuit arrangement can advantageously be provided at low cost, furthermore advantageously the circuit arrangement does not need to have a level shifter for the high side.
  • control unit is connected on the output side directly to a control input of the driver.
  • the circuit arrangement has, for example, a driver for each semiconductor switch, or a driver for only the high-side semiconductor switch or the low-side semiconductor switch.
  • the invention also relates to a hand tool, in particular a cordless screwdriver, a drill, a percussion drill, a saber saw or another hand tool with the previously described circuit arrangement and an output side connected to the circuit electric motor as the drive motor of the hand tool.
  • the hand tool can be produced as low cost.
  • an intermediate circuit voltage applied across the half bridge is preferably smaller than a switching voltage, also called switching potential, for switching the semiconductor switches of the half bridge, more preferably the intermediate circuit voltage is less than one third or one third of the switching voltage.
  • the invention also relates to a method for controlling a power output stage for an electric motor, in particular an electric motor with the circuit arrangement according to the above-described type.
  • a power output stage for an electric motor in particular an electric motor with the circuit arrangement according to the above-described type.
  • cordless screwdriver driven.
  • At least one half-bridge of the power output stage comprising a semiconductor switch, in particular N-MOS transistor, for a high-side and a semiconductor switch, in particular N-MOS Transistor, driven pulse-width modulated for a low-side.
  • the semiconductor switch for the high-side and the semiconductor switch for the low-side is turned on with the same switching potential.
  • a duty cycle of the pulse-width-modulated drive comprises a continuous switching of the semiconductor switch for the high-side.
  • the switching through of the semiconductor switch for the high-side takes place during a braking operation of the electric motor.
  • Figure 1 shows an embodiment for a drive of a hand tool.
  • the hand tool is for example a cordless screwdriver, a hand drill or another electric motor driven hand tool.
  • the drive 1 comprises an electric motor with a rotor 5.
  • the rotor 5 is designed, for example, permanent magnetic.
  • the electric motor also comprises a stator 7 with stator coils 9, 10 and 1 1.
  • the stator 7 is designed to generate a magnetic rotating field for rotating the rotor 5 in the energized state.
  • the drive 1 also includes a power output stage 17.
  • the power output stage 17 has a transistor half-bridge for each of the stator coils of the stator 7.
  • the stator coils 9, 10 and 1 1 of the stator 7 are connected in this embodiment in a star connection.
  • the power output stage 17 is connected on the input side via a multi-channel connection 21 to a processing unit 19.
  • the processing unit 19 is designed to control the power output stage 17 via the connection 21 in such a way that the stator coils 9, 10 and 11 of the stator 7 can be energized by means of the power output stage 17 to generate a magnetic rotating field.
  • the output stage 17 is connected on the output side via an output terminal 13 to the stator 7.
  • the output terminal 13 has an output for each stator coil, of which the output 15 for the stator coil 10 is exemplified.
  • the output 15 is connected to a half-bridge for switching the stator coil 10 of the power output stage 17.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement 30.
  • the circuit arrangement 30 comprises a half bridge 36, which is, for example, one of the half bridges of the power output stage 17 shown in FIG.
  • the half-bridge 36 has a field effect transistor 32 and a field effect transistor 34.
  • the field effect transistors 32 and 34 are each formed by an N-MOS transistor in this embodiment.
  • the transistor 32 of the half-bridge 36 forms a semiconductor switch for a high-side
  • the transistor 34 forms a semiconductor switch for a low-side.
  • the transistor 32 is connected to a source terminal 58 having an output 15 for driving a stator coil of a stator.
  • the output 15 is already shown in FIG. 1 as part of the connection 13.
  • the transistor 34 has a drain terminal 59, which is connected to the output 15.
  • the output 15 is connected in this embodiment only with the terminal 58 and the terminal 59.
  • the circuitry 30 also includes a driver 38 for a high side and a driver 40 for a low side.
  • the driver 38 is connected on the output side to a control terminal of the transistor 32.
  • the driver 40 is connected on the output side to a control terminal of the transistor 34.
  • the drivers 38 and 40 are each connected to a ground terminal 56 for sourcing a supply voltage of the drivers 38 and 40.
  • the driver 38 is connected via a connection node 50 to a terminal 52 for an auxiliary voltage.
  • a drain terminal of the transistor 32 is connected to a terminal 54 for a DC link voltage.
  • Driver 40 like driver 38, is connected to connection 52 for the auxiliary voltage via connection node 50.
  • the drivers 38 and 40 each receive a supply voltage via the connection node 50 and the connection 52 to operate the drivers 38 and 40.
  • the drivers 38 and 40 are thus supplied with the same potential.
  • the circuit arrangement 30 also has a processing unit 19.
  • the processing unit 19 is already shown in FIG.
  • the processing unit 19 is formed for example by a microprocessor, a microcontroller or an FPGA.
  • the processing unit 19 has an output 42 and is connected via the output 42 by means of a connecting line 46 to a signal input of the driver 38.
  • An output 44 of the processing unit 19 is connected via a connecting line 48 to a signal input of the driver 40.
  • the processing unit 19 is designed to generate a pulse-width-modulated output signal for driving the transistors 32 and 34 of the half-bridge 36, respectively.
  • the pulse-width modulated output signal has switching edges for driving through and switching edges for blocking the respective transistor of the transistors 32 and 34.
  • the circuit arrangement 30 shown in FIG. 2 has no bootstrap circuit. For example, to realize a bootstrap
  • Circuit of the driver 38 instead of the connection node 50 for obtaining a supply voltage of the driver 38 via a capacitor to the output 15 to be connected.
  • the driver 38 is then directly connected to the output 15 for realizing the bootstrap circuit with its ground connection.
  • the capacitor is then connected in parallel with the terminals of the supply voltage of the driver 38.
  • the driver 38 may be connected to the supply voltage terminal connected to a cathode terminal of a diode, and an anode terminal of the diode is connected to the connection node 50 and thus the auxiliary voltage terminal 52.
  • the circuit arrangement 30 shown in FIG. 2 does not have to have the elements described above for realizing a bootstrap circuit, with the intermediate circuit voltage at the connection 54 being smaller than that for safely switching through the transistor 32 for the high side, for example during a braking operation of the electric motor Auxiliary voltage at the terminal 52 is.
  • a difference between the intermediate circuit voltage and the auxiliary voltage is at least or exactly ten volts.
  • the microprocessor 19 is connected to connect a supply voltage of the microprocessor 19 to the connection node 50 and to the ground terminal 56 and thus obtains the auxiliary voltage as the supply voltage.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten Ansteuern eines Elektromotors. Die Schaltungsanordnung weist wenigstens eine Transistor-Halbbrücke umfassend einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine Low-Side auf. Die Schaltungsanordnung weist auch einen Ausgang zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere mit dem Stator des Elektromotors auf. Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit mit einem ersten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side und mit einem zweiten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die Low-Side wirkverbunden ist. Die Schaltungsanordnung ist ausgebildet, den Halbleiterschalter für die High-Side und den Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchzusteuern.

Description

Beschreibung
Titel
Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten Ansteuern eines Elektromotors
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten Ansteuern eines Elektromotors. Die Schaltungsanordnung weist wenigstens eine Transistor-Halbbrücke umfassend einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine Low-Side auf. Die Schaltungsanordnung weist auch einen Ausgang zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere mit dem Stator des Elektromotors auf.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit mit einem ersten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side und mit einem zweiten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die Low-Side wirkverbunden ist. Die Steuereinheit ist bevorzugt ausgebildet, die Halbleiterschalter einander abwechselnd durchzusteuern. Die Schaltungsanordnung ist bevorzugt ausgebildet, den Halbleiterschalter für die High-Side und den Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchzusteuern. Der Halbleiterschalter für die High-Side wird im Folgenden auch High-Side- Halbleiterschalter genannt, der Halbleiterschalter für die Low-Side wird im Folgenden auch Low-Side-Halbleiterschalter genannt.
Durch die Ansteuerung der Halbleiterschalter mit demselben Schaltpotenzial kann mit der vorbeschriebenen Schaltungsanordnung vorteilhaft auf einen Pe- gelshifter, und weiter vorteilhaft auf eine Ladungspumpe oder auf eine Bootstrap- Schaltung zum Erhöhen des Schaltpotentials für die High-Side verzichtet werden.
Bevorzugt ist die Schaltungsanordnung ausgebildet, einen pulsweitenmodulierten Ausgangsstrom zu erzeugen. Mittels des pulsweitenmodulierten Ausgangsstroms kann eine Leistungsabgabe und/oder eine Drehzahl eines Rotors des Elektromotors gesteuert werden.
Der Elektromotor ist beispielsweise ein bürstenloser Elektromotor mit einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor, ein bürstenkommutierter Elektromotor mit einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Stator oder ein Reihenschlussmotor mit in seriell miteinander verbundenem Stator und Rotor, und im Bremsbetrieb vom Stator elektrisch getrenntem Rotor.
Bevorzugt ist die Schaltungsanordnung Bootstrap-schaltungsfrei ausgebildet und weist dazu keine Bootstrap-Schaltung auf.
Mittels der Schaltungsanordnung ohne Bootstrap-Schaltung kann die Schaltungsanordnung weiter vorteilhaft aufwandsgünstig hergestellt werden.
Bevorzugt weist die Schaltungsanordnung kein kapazitives Rückkopplungselement auf, insbesondere keinen Kondensator als Rückkopplungselement auf. Bevorzugt ist das kapazitive Rückkopplungselement - insbesondere mit einem ers- ten Anschluss - mit dem Ausgang zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere dem Stator des Elektromotors, und - insbesondere mit einem zweiten Anschluss - mit dem Steueranschluss des High-Side-Halbleiterschalters, oder mit einem Treiber für den High-Side-Steueranschluss verbunden. Das kapazitive Rückkopplungselement ist ausgebildet, eine Steuerspannung für den High-Side- Halbleiterschalter im Vergleich zu einer Steuerspannung für den Low-Side-
Halbleiterschalters zu erhöhen oder zu verdoppeln.
Dadurch kann ein Tastverhältnis einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung vorteilhaft bis zu 100 Prozent - insbesondere ein ständiges Durchschalten der High- Side - betragen. Ein Tastpuls zum Laden eines Rückkopplungselements - insbe- sondere eines Kondensators der Bootstrap-Schaltung kann nämlich entfallen, der das Tastverhältnis von 100 Prozent zugunsten der High-Side verhindern würde. Beispielsweise kann der Elektromotor so vorteilhaft mit der ständigen Durchsteuerung des Halbleiterschalters für die High-Side im Bremsbetrieb arbeiten, bei dem ein Motorstrom, beispielsweise ein Stator oder ein Ankerstrom, im Vergleich zu einem Betrieb mit einer positiven Leistungsabgabe umgekehrt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgang der Schaltungsanordnung nur mit Anschlüssen der Schaltstrecken der Halbleiterschalter verbunden. Bevorzugt sind die Halbleiterschalter MOS-Feldeffekttransistoren, wobei ein Quellen- anschluss des Transistors für die High-Side mit dem Ausgang verbunden ist und ein Senkenanschluss des Low-Side-Transistors mit dem Ausgang verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltungsanordnung für wenigstens einen Halbleiterschalter einen Treiber, insbesondere einen Operations- Verstärker auf. Der Treiber ist ausgebildet, den Steueranschluss des Halbleiterschalters anzusteuern. Die Steuereinheit ist bevorzugt ausgebildet, die Treiber oder die Steueranschlüsse der Halbleiterschalter mit demselben Potenzial anzusteuern. Dadurch kann die Schaltungsanordnung vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder ein FPGA (FPGA = Field-Programmable- Gate-array) gebildet.
Die Steuereinheit ist bevorzugt ausgangsseitig unmittelbar mit den Steueranschlüssen der Halbleiterschalter verbunden. Dadurch kann die Schaltungsanord- nung vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden, weiter vorteilhaft braucht die Schaltungsanordnung keinen Pegelshifter für die High-Side aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgangsseitig unmittelbar mit einem Steuereingang des Treibers verbunden. Die Schaltungsanordnung weist beispielsweise für jeden Halbleiterschalter einen Treiber auf, oder nur für den High-Side-Halbleiterschalter, bzw. den Low-Side-Halbleiterschalter einen Treiber auf. Dadurch können die High-Side und die Low-Side zueinander symmetrisch geschaltet werden, was eine hohe Schaltgenauigkeit und ein symmetrisches PWM-Ausgangssignal bewirkt.
Die Erfindung betrifft auch ein Handwerkzeug, insbesondere einen Akku- Schrauber, eine Bohrmaschine, eine Schlagbohrmaschine, eine Säbelsäge oder ein anderes Handwerkzeug mit der vorab beschriebenen Schaltungsanordnung und einem ausgangsseitig mit der Schaltungsanordnung verbundenen Elektromotor als Antriebsmotor des Handwerkzeugs auf. Das Handwerkzeug kann so aufwandsgünstig hergestellt werden.
Bevorzugt ist bei dem Handwerkzeug eine über der Halbbrücke anliegende Zwi- schenkreisspannung kleiner als eine Schaltspannung, auch Schaltpotential genannt, zum Schalten der Halbleiterschalter der Halbbrücke, weiter bevorzugt beträgt die Zwischenkreisspannung weniger als ein Drittel oder ein Drittel der Schaltspannung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe für einen Elektromotor, insbesondere einen Elektromotor mit der Schaltungsanordnung gemäß der vorbeschriebenen Art. Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Elektromotor eines Handwerkzeugs, insbesondere Akkuschrauber, angesteuert.
Bei dem Verfahren zum Ansteuern der Leistungsendstufe für einen Elektromotor, insbesondere den Elektromotor gemäß der vorbeschriebenen Art, wird wenigstens eine Halbbrücke der Leistungsendstufe umfassend einen Halbleiterschalter, insbesondere N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter, insbesondere N-MOS-Transistor, für eine Low-Side pulsweitenmoduliert angesteuert.
Bevorzugt wird der Halbleiterschalter für die High-Side und der Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchgesteuert.
Bevorzugt umfasst bei dem Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe für einen Elektromotor ein Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Ansteuerung ein ständiges Durchschalten des Halbleiterschalters für die High-Side.
Weiter bevorzugt erfolgt das Durchschalten des Halbleiterschalters für die High- Side während eines Bremsbetriebes des Elektromotors.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den Merkmalen der Figuren sowie aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Antrieb eines Handwerkzeugs. Das Handwerkzeug ist beispielsweise ein Akku-Schrauber, eine Handbohrmaschine oder ein anderes elektromotorisch angetriebenes Handwerkzeug.
Der Antrieb 1 umfasst einen Elektromotor mit einem Rotor 5. Der Rotor 5 ist beispielsweise permanentmagnetisch ausgebildet. Der Elektromotor umfasst auch einen Stator 7 mit Statorspulen 9, 10 und 1 1. Der Stator 7 ist ausgebildet, im bestromten Zustand ein magnetisches Drehfeld zum Drehbewegen des Rotors 5 zu erzeugen. Der Antrieb 1 umfasst auch eine Leistungsendstufe 17. Die Leistungsendstufe 17 weist in diesem Ausführungsbeispiel für jede der Statorspulen des Stators 7 eine Transistor-Halbbrücke auf. Die Statorspulen 9, 10 und 1 1 des Stators 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Sternschaltung geschaltet. Die Leistungsendstufe 17 ist eingangsseitig über eine mehrkanalige Verbindung 21 mit einer Verarbeitungseinheit 19 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 19 ist ausgebildet, die Leistungsendstufe 17 über die Verbindung 21 derart anzusteuern, dass mittels der Leistungsendstufe 17 die Statorspulen 9, 10 und 1 1 des Stators 7 zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes bestromt werden können. Die Leistungsendstufe 17 ist ausgangsseitig über einen Ausgangsanschluss 13 mit dem Stator 7 verbunden. Der Ausgangsanschluss 13 weist für jede Statorspule einen Ausgang auf, von denen der Ausgang 15 für die Statorspule 10 beispielhaft bezeichnet ist. Der Ausgang 15 ist mit einer Halbbrücke zum Schal- ten der Statorspule 10 der Leistungsendstufe 17 verbunden.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung 30. Die Schaltungsanordnung 30 umfasst eine Halbbrücke 36, welche beispielsweise eine der Halbbrücken der in Figur 1 dargestellten Leistungsendstufe 17 ist. Die Halbbrücke 36 weist einen Feldeffekttransistor 32 und einen Feldeffekttransistor 34 auf. Die Feldeffekttransistoren 32 und 34 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch einen N-MOS-Transistor gebildet.
Der Transistor 32 der Halbbrücke 36 bildet einen Halbleiterschalter für eine High- Side, der Transistor 34 bildet einen Halbleiterschalter für eine Low-Side.
Der Transistor 32 ist mit einem Quellenanschluss 58 mit einem Ausgang 15 zum Ansteuern einer Statorspule eines Stators verbunden.
Der Ausgang 15 ist in Figur 1 bereits als Bestandteil des Anschlusses 13 dargestellt.
Der Transistor 34 weist einen Senkenanschluss 59 auf, welcher mit dem Ausgang 15 verbunden ist. Der Ausgang 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel nur mit dem Anschluss 58 und dem Anschluss 59 verbunden.
Die Schaltungsanordnung 30 weist auch einen Treiber 38 für eine High-Side und einen Treiber 40 für eine Low-Side auf.
Der Treiber 38 ist ausgangsseitig mit einem Steueranschluss des Transistors 32 verbunden. Der Treiber 40 ist ausgangsseitig mit einem Steueranschluss des Transistors 34 verbunden. Die Treiber 38 und 40 sind jeweils zum Beziehen einer Versorgungsspannung der Treiber 38 und 40 mit einem Masseanschluss 56 verbunden. Der Treiber 38 ist über einen Verbindungsknoten 50 mit einem Anschluss 52 für eine Hilfsspannung verbunden. Ein Senkenanschluss des Transistors 32 ist mit einem Anschluss 54 für eine Zwischenkreisspannung verbunden. Der Treiber 40 ist - wie der Treiber 38 - ü- ber den Verbindungsknoten 50 mit dem Anschluss 52 für die Hilfsspannung verbunden. Die Treiber 38 und 40 beziehen jeweils über den Verbindungsknoten 50 und den Anschluss 52 eine Versorgungsspannung zum Betreiben der Treiber 38 und 40. Die Treiber 38 und 40 werden somit mit demselben Potenzial versorgt.
Die Schaltungsanordnung 30 weist auch eine Verarbeitungseinheit 19 auf. Die Verarbeitungseinheit 19 ist bereits in Figur 1 dargestellt. Die Verarbeitungseinheit 19 ist beispielsweise durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder ein FPGA gebildet. Die Verarbeitungseinheit 19 weist einen Ausgang 42 auf und ist über den Ausgang 42 mittels einer Verbindungsleitung 46 mit einem Signaleingang des Treibers 38 verbunden.
Ein Ausgang 44 der Verarbeitungseinheit 19 ist über eine Verbindungsleitung 48 mit einem Signaleingang des Treibers 40 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 19 ist ausgebildet, zum Ansteuern der Transistoren 32 und 34 der Halbbrücke 36 jeweils ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal zu erzeugen. Das pulsweit- modulierte Ausgangssignal weist Schaltflanken zum Durchsteuern und Schaltflanken zum Sperren des jeweiligen Transistors der Transistoren 32 und 34 auf.
Die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung 30 weist keine Bootstrap- Schaltung auf. So kann beispielsweise zum Verwirklichen einer Bootstrap-
Schaltung der Treiber 38 anstelle des Verbindungsknotens 50 zum Beziehen einer Versorgungsspannung des Treibers 38 über einen Kondensator mit dem Ausgang 15 verbunden sein. Der Treiber 38 ist dann zum Verwirklichen der Bootstrap-Schaltung mit seinem Masseanschluss mit dem Ausgang 15 unmittel- bar verbunden. Somit ist der Kondensator dann zu den Anschlüssen der Versorgungsspannung des Treibers 38 parallel geschaltet. Weiter kann zum Verwirklichen der Bootstrap-Schaltung der Treiber 38 mit dem Anschluss für die Versorgungsspannung mit einem Kathodenanschluss einer Diode verbunden sein, wobei ein Anodenanschluss der Diode mit dem Verbindungsknoten 50 und somit dem Anschluss 52 für die Hilfsspannung verbunden ist.
So kann mittels der Bootstrap-Schaltung ein Schaltpotenzial zum Durchschalten des Transistors 32 für die High-Side im Vergleich zu einer Schaltspannung zum Durchschalten des Transistors für die Low-Side 34 erhöht werden. Vorteilhaft braucht die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung 30 die zuvor beschriebenen Elemente zum Verwirklichen einer Bootstrap-Schaltung nicht aufweisen, wobei zum sicheren Durchschalten des Transistors 32 für die High- Side - beispielsweise während eines Bremsbetriebes des Elektromotors - die Zwischenkreisspannung am Anschluss 54 kleiner als die Hilfsspannung am An- schluss 52 ist. Beispielsweise beträgt eine Differenz zwischen der Zwischenkreisspannung und der Hilfsspannung wenigstens oder genau zehn Volt.
Der Mikroprozessor 19 ist zum Beziehen einer Versorgungsspannung des Mikroprozessors 19 mit dem Verbindungsknoten 50 und mit dem Masseanschluss 56 verbunden und bezieht so die Hilfsspannung als Versorgungsspannung.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung (1) für einen Elektromotor (5, 7), mit wenigstens einer Transistor-Halbbrücke (36) umfassend einen Halbleiterschalter (32), insbesondere N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter (34), insbe- sondere N-MOS-Transistor, für eine Low-Side und einen Ausgang (15) zum Verbinden mit dem Elektromotor,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltungsanordnung (1) eine Steuereinheit (19) aufweist, welche mit einem ersten Ausgang (42) mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters (32) für die High-Side und mit einem zweiten Ausgang (44) mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters (34) für die Low-Side wirkverbunden ist und welche ausgebildet ist, die Transistoren einander abwechselnd durchzusteuern, wobei die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, den Halbleiterschalter für die High-Side und den Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durch- zusteuern.
2. Schaltungsanordnung (1) gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltungsanordnung Bootstrap-Schaltungsfrei ausgebildet ist.
3. Schaltungsanordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltungsanordnung (1) kein kapazitives Rückkopplungselement aufweist, welches mit dem Ausgang (15) zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere dem Stator (7) des Elektromotors, und mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side (32), oder mit einem Treiber (38) für den Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side (32) verbunden ist, und das kapazitive Rückkopplungselement ausgebildet ist, die Steuerspannung für den Halbleiterschalter für die High-Side (32) im Vergleich zu einer Steuerspannung für den Halbleiterschalter für die Low-Side (34) zu erhöhen oder zu verdoppeln.
4. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
5 dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausgang (15) der Schaltungsanordnung (1) nur mit Anschlüssen (58, 59) der Schaltstrecken der Halbleiterschalter (32, 34) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
0 die Schaltungsanordnung (1) für wenigstens einen Halbleiterschalter (32, 34) einen Treiber (38, 40) aufweist, welcher ausgebildet ist, den Steueranschluss des Halbleiterschalters (32, 34) anzusteuern.
6. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
5 die Steuereinheit (19) ausgangsseitig (42, 44) unmittelbar mit den Steueranschlüssen des Halbleiterschalters (32, 34) verbunden ist.
7. Handwerkzeug, insbesondere Akkuschrauber, mit einem Elektromotor als Antriebsmotor des Handwerkzeugs und einer Schaltungsanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausgangsseitig mit dem Elektromo- 0 tor verbunden ist.
8. Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe (17) für einen Elektromotor (5, 7), insbesondere mit einer Schaltungsanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Halbbrücke (36) der Leistungsendstufe (17) umfassend umfassend einen Halbleiterschalter (32), insbe- 5 sondere N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter (34), insbesondere N-MOS-Transistor, für eine Low-Side pulsweitenmoduliert angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Halbleiterschalter (32) für die High-Side und der Halbleiterschalter (34) für die o Low-Side mit demselben Schaltpotential durchgesteuert wird.
9. Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe (17) für einen Elektromotor (5, 7) gemäß Anspruch 8,
bei dem ein Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Ansteuerung ein ständiges Durchschalten des Halbleiterschalters für die High-Side (32) umfasst.
10. Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe (17) für einen Elektromotor (5, 7) gemäß Anspruch 9,
bei dem das ständige Durchschalten des Halbleiterschalters für die High-Side (32) während eines Bremsbetriebes des Elektromotors (5, 7) erfolgt.
PCT/EP2011/063287 2010-09-02 2011-08-02 Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten ansteuern eines elektromotors WO2012028406A2 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2803354B2 (ja) * 1990-09-27 1998-09-24 日本電気株式会社 モータ駆動用集積回路
US5568081A (en) * 1995-06-07 1996-10-22 Cypress Semiconductor, Corporation Variable slew control for output buffers
TWI236209B (en) * 2004-03-19 2005-07-11 Avid Electronics Corp Motor driver circuit of unmixed CMOS transistor player
US7385795B2 (en) * 2004-05-04 2008-06-10 O2Micro International Limited Cordless power tool with a protected weak link element
JP5180714B2 (ja) * 2008-07-17 2013-04-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 負荷短絡保護回路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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