DE4408442A1

DE4408442A1 - Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines elektrischen Motors

Info

Publication number: DE4408442A1
Application number: DE19944408442
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Hacker; Guenter Dipl Ing Schaller
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1994-03-12
Filing date: 1994-03-12
Publication date: 1995-09-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Er zeugung eines PWM-modulierten Steuersignales, das zur Drehzahlsteuerung eines in einem Laststromkreis ange ordneten Gleichstrommotors einem den Laststromkreis steuernden Leistungsschaltelement zugeführt wird.

Es ist bekannt, einen in einem Laststromkreis angeord neten Universalmotor mittels eines Leistungsschaltele mentes je nach Regelabweichung mehr oder weniger lange an die Versorgungsspannung anzuschalten, wobei eine Re gelschaltung das dafür erforderliche PWM-Signal für das Leistungsschaltelement erzeugt.

Zum Regeln der Drehzahl aufeinen vorgegebenen Sollwert enthält der Lastkreis einen Drehzahlistwertgeber, des sen Istwert mit einem Sollwert verglichen wird, um hieraus ein Fehlersignal zu erzeugen, mittels dem der Regler das Tastverhältnis des PWM-Signals entsprechend ändert bis das Istwertsignal dem Sollwertsignal ent spricht.

So erfordert die Drehzahlregelung von in einem Kraft fahrzeug eingesetzten Lüftermotoren, beispielsweise als Kühlerventilator, Klimagebläse oder als Innenraumge bläse, unter dem Einfluß sich ändernder Kfz-Bondnetz spannung in der Regel einen aufwendigen Drehzahlist wertgeber, wie beispielsweise einen Tachogenerator.

Ohne eine solche Drehzahlregelung würde sich die Dreh zahl ändern, d. h. der Luftmengendurchsatz aufgrund der schwankenden Betriebsspannung nicht konstant bleiben, womit sich aber die Kühlwirkung ebenfalls entsprechend ändern würde.

Die Verwendung eines für die Drehzahlregelung erforder lichen Drehzahlistwertgebers ist aufwendig und führt zu hohen Kosten, insbesondere bei Einsatz im Kfz-Bereich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen ein fachen Aufbau aufweist und ohne Drehzahlistwertgeber auskommt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gegeben. Hiernach ist ein invertierender Schmitt-Trigger zur Bildung eines Multivibrators mit einem RC-Glied rückgekoppelt, wobei dieser Schmitt-Trigger mit einem von der Betriebsspan nung gespeisten Widerstandsnetzwerk derart verbunden ist, daß sich in Abhängigkeit der Betriebsspannung der Ein- und Umschaltpegel des Schmitt-Triggers ändert. Ferner ist zur Erzeugung des PWM-modulierten Steuer signals ein Komparator vorgesehen, dessen ersten Ein gang die von dem RC-Glied erzeugte dreiecksförmige Spannung zugeführt wird und an dessen zweiten Eingang eine Steuerspannung zur Einstellung der Drehzahl des Motors angelegt wird.

Da sich bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Schwingungsfrequenz des Multivibrators nicht än dert, ändert sich bei schwankender Betriebsspannung le diglich die Amplitude des Dreieckssignals. So bewirkt beispielsweise das Absinken der Betriebsspannung eine Verringerung der Amplitude des Dreieckssignals mit der Folge, daß sich am Ausgang des Komparators das Tastver hältnis des PWM-modulierten Steuersignals erhöht, wo durch die Motordrehzahl unverändert bleibt. Schwankun gen der Betriebsspannung haben somit keinen Einfluß auf die Drehzahl.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung wird der Schmitt-Trigger mit einem Komparator aufgebaut, so daß der Aufwand an Bauelementen gering bleibt.

Das den Ein- und Ausschaltpegel des Schmitt-Triggers ändernde Widerstandsnetzwerk enthält neben einem die Mitkopplung bewirkenden Spannungsteiler einen ersten Widerstand, der den Abgriff des Spannungsteilers mit der Betriebsspannungsquelle verbindet und einen an den Ausgang des Schmitt-Triggers angeschlossenen zweiten Widerstand, der ebenfalls von der Betriebsspannungs quelle versorgt wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausfüh rungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren darge stellt und erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 ein Spannungs-Drehzahl-Diagramm zur Erläute rung der Funktion der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zeigt einen Last stromkreis, der aus einer Reihenschaltung eines Univer salmotores M und einem Leistungsschaltelement T aufge baut ist. Als Leistungsschaltelement T kann ein bipola rer Leistungshalbleiter oder ein Leistungs-MOS-Feld effekttransistor verwendet werden. Die Steuerung eines solchen Leistungsschaltelementes T erfolgt über dessen Steuerelektrode, der ein PWM-moduliertes Steuersignal U_PWM zugeführt wird. Dieses Steuersignal U_PWM wird von einem Komparator K2 erzeugt, indem an seinem invertie renden Eingang eine dreiecksförmige Spannung U_D und an dessen nicht-invertierenden Eingang eine Steuerspannung U_st angelegt wird. Die Steuerspannung U_st wird von ei ner Steuerschaltung 2 in Abhängigkeit von ihr zugeführ ten Steuerdaten B erzeugt.

Die Dreiecksspannung U_D wird an einem zu einem Multi vibrator 1 gehörenden Kondensator C (siehe Schaltungs knoten A) abgegriffen. Dieser Multivibrator 1 besteht aus einem invertierenden Schmitt-Trigger, der über ein RC-Glied, bestehend aus dem Kondensator C und einem Widerstand R4, rückgekoppelt ist. Bei dem Schmitt- Trigger handelt es sich um einen Komparator K1, der über einen Spannungsteiler R2/R3 auf den nicht-inver tierenden Eingang rückgekoppelt ist. Dieser Spannungs teiler R2/R3 gehört zu einem Widerstandsnetzwerk, das darüber hinaus einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R5 enthält. Der erste Widerstand R1 verbindet die Betriebsspannungsquelle V_cc mit dem Ab griff des Spannungsteilers R2/R3, ist also auch mit dem nicht-invertierenden Eingang des Komparators K1 verbun den. Der zweite Widerstand R5 ist an den Ausgang des Komparators K1 angeschlossen und wird ebenfalls von der Betriebsspannungsquelle V_cc versorgt. Mit diesem Wider standsnetzwerk ändert sich der Einschaltpegel bzw. der Ausschaltpegel des invertierenden Schmitt-Triggers in Abhängigkeit der Schwankungen der Betriebsspannungs quelle U_B. Nimmt beispielsweise der Wert der Betriebs spannung U_B ab, so sinkt auch der Ein- und Ausschalt pegel; dies gilt auch umgekehrt bei ansteigender Be triebsspannung. Da die Schwingungsfrequenz des Multi vibrators 1 unabhängig von der Betriebsspannung kon stant bleibt, ändert sich mit der Betriebsspannung le diglich die Amplitude der an dem Kondensator C er zeugten Dreiecksspannung U_D. Dies hat jedoch für das PWM-modulierte Steuersignal U_PWM zur Folge, daß dessen Tastverhältnis sich mit der Amplitude des Drei eckssignals U_D ändert. So wird mit zunehmender Ampli tude des Dreieckssignals U_D das Tastverhältnis Tv klei ner und umgekehrt mit abnehmender Amplitude des Drei eckssignals U_D wird das Tastverhältnis Tv größer.

Wird beispielsweise von der Steuerschaltung 2 ein be stimmter Betriebspunkt AP eingestellt, bleibt über einen weiten Bereich der Betriebsspannung U_B die Motor drehzahl n_M konstant, wie dies in Fig. 2 mit den Kenn linien a2 und b2 dargestellt ist, die einem Be triebspunkt AP1 und einem Betriebspunkt AP2 entspre chen. Der Betriebspunkt AP1 bzw. AP2 entspricht einem Tastverhältnis Tv bei dem PWM-modulierten Steuersignal U_PWM von 80% bzw. 50%. Ändert sich im Betriebspunkt AP1 bzw. AP2 die Betriebsspannung U_B, nimmt sie bei spielsweise zu, so nimmt das Tastverhältnis Tv automa tisch ab, so daß die Drehzahl konstant bleibt. Umge kehrt steigt bei fallender Betriebsspannung U_B das Tastverhältnis, jedoch nur bis zur eingezeichneten Re gelgrenze wenn das Tastverhältnis Tv = 100% erreicht.

Die Kennlinien a1 und b1 zeigen dagegen die Abhängig keit der Drehzahl von der Betriebsspannung U_B, wenn eine Steuerung oder eine Regelung der Drehzahl unter bleibt. Die Kennlinie a1 bzw. b1 entspricht einem Tast verhältnis Tv von 80% bzw. 50%.

Der wesentliche Vorteil der Schaltung nach Fig. 1 liegt darin, daß die Motordrehzahl ohne aufwendigen und teuren Drehzahlsensor unabhängig von der Versorgungs spannung gesteuert werden kann.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann mit Vor teil zur Lüftersteuerung in Kraftfahrzeuge zur Erzie lung eines konstanten Luftdurchsatzes eingesetzt wer den, da deren Bordnetzspannung großen Schwankungen un terworfen ist.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines PWM-modu lierten Steuersignales (U_PWM), das zur Drehzahlsteue rung einer in einem Laststromkreis angeordneten Univer salmotors (M) einem den Laststromkreis steuernden Lei stungsschaltelement (T) zugeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) zur Bildung eines Multivibrators (1) ist ein in vertierender Schmitt-Trigger (K1, R2, R3) mit ei nem RC-Glied (C, R4) rückgekoppelt,
b) der Schmitt-Trigger (K1, R2, R3) ist mit einem von der Betriebsspannungsquelle (V_cc) gespeisten Widerstandsnetz (R1, R2, R3, R5) verbunden, wo durch sich in Abhängigkeit der Betriebsspannung (V_cc) der Ein- und Ausschaltpegel des Schmitt- Triggers ändert und
c) zur Erzeugung des PWM-modulierten Steuersignales (U_PWM) ist ein Komparator (K2) vorgesehen, dessen ersten Eingang die an dem RC-Glied (C, R4) er zeugte dreiecksförmige Spannung (U_D) zugeführt wird und an dessen zweiten Eingang eine Steuer spannung (U_st) zur Einstellung der Motordrehzahl angelegt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schmitt-Trigger mit einem Komparator (K1) aufgebaut ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstands netzwerk neben einem die Mitkopplung bewirkenden Span nungsteiler (R2/R3) einen ersten Widerstand (R1) um faßt, der den Abgriff des Spannungsteilers (R2/R3) mit der Betriebsspannungsquelle (U_B) verbindet und einem zweiten Widerstand (R5), der an den Ausgang des Schmitt-Triggers (K1) angeschlossen ist und ebenfalls von der Betriebsspannungsquelle (U_B) versorgt wird.

4. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Lüftersteuerung in einem Kraftfahrzeug.