DE19621500B4

DE19621500B4 - Vorrichtung zum Ansteuern eines Verbrauchers

Info

Publication number: DE19621500B4
Application number: DE19621500A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Kosak; Dietmar Dipl.-Ing. Blessing (BA); Stephan Dipl.-Ing. Johne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: DE19621500A1

Abstract

Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines induktiven Verbrauchers in einem Fahrzeug, wobei Schaltmittel zur Ansteuerung des Verbrauchers als H-Brückenschaltung angeordnet sind, und der Stromfluss durch den Verbraucher, abhängig von wenigstens zwei Steuersignalen beeinflussbar ist, wobei ein erstes Steuersignal die Dauer des Stromflusses durch den Verbraucher und ein zweites Steuersignal die Richtung des Stromflusses durch den Verbraucher beeinflusst, dass eine Logikeinheit, ausgehend von dem ersten und zweiten Steuersignal Ansteuersignale zur Beaufschlagung der Schaltmittel vorgibt, wobei ein Freilauf aktiv ist, wenn das erste Steuersignal (PW) einen zweiten Wert (H) annimmt, und der Stromfluss freigegeben wird, wenn das erste Steuersignal (PW) einen ersten Wert (L) annimmt, wobei der Stromfluss in eine erste Richtung freigegeben wird, wenn das zweite Steuersignal (LL) einen ersten Wert (L) annimmt und der Stromfluss in eine zweite Richtung freigegeben wird, wenn das dritte Steuersignal (RL) einen ersten Wert (L) annimmt wobei Verzögerungsmittel vorgesehen sind, die beim Übergang des...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines induktiven Verbrauchers in einem Fahrzeug.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 43 29 919 bekannt. Dort wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Motors beschrieben. Die Schaltmittel sind dabei als H-Brücken-Schaltung angeordnet. Der Verbraucher ist in der Diagonalen der Brückenschaltung angeordnet. Mit einer solchen Anordnung kann der Motor in beide Richtungen betrieben werden. Die Ansteuersignale für die Schaltmittel werden bei solchen Vorrichtungen üblicherweise von Mikrocomputern bereitgestellt. Diese geben Steuersignale vor. Ein Steuersignal legt die Richtung des Stromflusses und damit die Drehrichtung des Motors fest. Ein anderes Steuersignal bestimmt die Dauer des Stromflusses durch den Verbraucher. Diese Steuersignale des Mikrocomputers müssen in Ansteuersignale zur Beaufschlagung der Schaltmittel der H-Brücken-Schaltung umgesetzt werden. Andernfalls muss der Mikrocomputer die Ansteuerung selbst übernehmen. Solche Logikschaltungen benötigen in der Regel sehr viele Bauteile.
Aus der Firmenschrift Siliconix: Mospower Applications Handbook. 1984, Kapitel 6.4 MPP540 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers mittels einer H-Brücken-Schaltung bekannt. Zur Ansteuerung der Schaltung sind bei dieser Einrichtung lediglich zwei Signale vorgesehen. Ein erstes Signal (PWM) legt fest, ob der Strom fließt. Ein zweites Steuersignal (STEERING) bestimmt die Richtung des Stromflusses.
Die Firmenschrift SGS-THO;SON MICROELECTRONICS. MOTION CONTROL APPLICATION MANUAL. January, 1987, Seiten 33 bis 38 zeigt eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers mittels einer H-Brücken-Schaltung. Bei dieser Einrichtung ist vorgesehen, dass drei Ansteuersignale verwendet werden. Ein erstes Signal (ENABLE) bestimmt, ob ein Strom fließt oder nicht. Das zweite Signal IN1 legt fest, ob der linke Zweig angesteuert wird. Das dritte Signal (IN2) legt fest, ob der rechte Zweig H-Brücke angesteuert wird.
Ferner zeigt die Firmenschrift L6202, SGS-Thomson Datenblatt in „Motion Control Application Manual", Databook Januar 1987, SGS-Thomson Microelectronics, S. 571 bis 577 eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers bei dem Schaltmittel zur Ansteuerung des Verbrauchers als H-Brückenschaltung angeordnet sind, und der Stromfluss durch den Verbraucher, abhängig von wenigstens zwei Steuersignalen beeinflussbar ist. Über die Steuersignale wird Dauer und Richtung des Stromflusses vorgegeben. Eine Logikeinheit gibt ausgehend von dem ersten und zweiten Steuersignal Ansteuersignale zur Beaufschlagung der Schaltmittel vor. Ein Freilauf ist aktiv, wenn das erste Steuersignal (VEN) einen zweiten Wert (L) annimmt. Der Stromfluss wird freigegeben, wenn das erste Steuersignal (VEN) einen ersten Wert (H) annimmt. Der Stromfluss wird in eine erste Richtung freigegeben, wenn das zweite Steuersignal (IN1) einen ersten Wert annimmt (L). Der Stromfluss wird in eine zweite Richtung freigegeben, wenn das dritte Steuersignal (IN2) einen ersten Wert (L).
Eine entsprechende Vorrichtung zeigt auch die Firmenschrift Stepper Motor Driving, SGS-Thomson Applikationsschrift in "Motion Control Application Manual", Databook Januar 1987, SGS-Thomson Microelectronics, S. 39 bis 51.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand an Logikbauelementen zu minimieren und Kurzschlüsse beim Umschaltvorgang zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist lediglich eine geringe Anzahl von Logikbauelementen nötig. Ferner können Kurzschlüsse beim Umschaltvorgang verhindert werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Übersichtsblockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2, 3, 4 und 5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 6 zeigt eine detaillierte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist mit 100 ein Verbraucher bezeichnet. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen Motor, der im Rahmen einer Getriebesteuerung zur Betätigung der Kupplung verwendet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf diese Anwendung beschränkt. Sie kann zur Ansteuerung von Motoren insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Beispielsweise kann sie auch bei Motoren zur Verstellung der Drosselklappe eingesetzt werden. Der Verbraucher 100 steht mit einer Versorgungsspannung Ubat und mit einem Masseanschluß in Verbindung. Vier Schaltmittel L1, L2, R1 und R2 bilden eine sogenannte H-Brückenschaltung.
Ein erster Anschluß des Motors 100 steht über ein Schaltmittel L1, mit Batterieverspannung Ubat und über ein zweites Schaltmittel L2 mit einem Masseanschluß in Verbindung. Der zweite Anschluß des Verbrauchers 100 steht über ein Schaltmittel R1 mit der Batteriespannung Ubat und mit einem Schaltmittel R2 mit dem Masseanschluß in Verbindung. Eine solche Anordnung der Schaltmittel bezeichnet man üblicherweise als H-Brückenschaltung.
Durch geeignetes Ansteuern der Schaltmittel L1, L2, R1 und R2 kann der Stromfluß durch den Verbraucher gesteuert werden. Dabei kann der Strom in zwei Richtungen durch den Motor fließen, was zur Folge hat, daß der Motor zwei unterschiedliche Drehrichtungen aufweist. Des weiteren ist ein sogenannter Freilauf möglich. Hierbei wird die beim Abschalten frei werdende Energie verbraucht. Hierzu wird jeweils der Schalter L1 und R1 beziehungsweise die Schalter L2 und R2 geschlossen und die beiden anderen Schalter geöffnet.
Die Schaltmittel L1 und L2 werden von einer ersten Verzögerung 110 und die Schaltmittel R1 und R2 von einer zweiten Verzögerung 115 angesteuert.
Die Schaltmittel sind vorzugsweise als Transistoren, insbesondere als Feldeffekttransistoren, ausgebildet. Die erste Verzögerung 110 und die zweite Verzögerung 115 wird jeweils von einem Ansteuersignal L beziehungsweise R beaufschlagt. Dieses wird von einer Logikeinheit 120 bereitgestellt. Die Logikeinheit 120 setzt die Ausgangssignale einer Steuerung 130 in Ansteuersignale L und R für die erste und die zweite Verzögerung um. Die Logikeinheit 120 und die erste Verzögerung 110 und die zweite Verzögerung 115 bestehen aus einer Logikschaltung und einer Umschaltverzögerung. Die Logikschaltung wird vorzugsweise aus diskreten Logikbauteilen, wie UND-, ODER-, NOR-Gliedern aufgebaut.
Die Schaltmittel L1 und L2 beziehungsweise die Schaltmittel R1 und R2 sind komplementär ausgebildet. Dies bedeutet, bei gleichem Ansteuersignal nehmen die Schaltmittel L1 und L2 unterschiedliche Zustände ein. Bei gleichem Ansteuersignal ist das Schaltmittel L1 in seinem geschlossenen und das Schaltmittel L2 in seinem geöffneten Zustand. Entsprechendes gilt für die Schaltmittel R1 und R2. Bei einem anderen Ansteuersignal ist das Schaltmittel L1 geöffnet und das Schaltmittel L2 geschlossen. Dies kann zum einen durch unterschiedliche Schaltmittel beziehungsweise durch unterschiedliche Ausführung der Beschaltung der Schaltmittel realisiert sein.
In 2a ist eine erste Ausführungsform der Logikeinheit und in 2b eine erste Ausführungsform der Verzögerung 110 beziehungsweise 115 dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform übermittelt die Steuerung 130 zwei Signale. Das erste Signal RI gibt die Richtung und das zweite Signal PW die Dauer des Signals an. Das erste Signal RI gelangt über ein Nicht-Glied 210 zu einem ersten Eingang eines NAND-Gliedes 220. Ferner gelangt das erste Signal RI zu einem ersten Eingang eines zweiten NAND-Gliedes 230.
Das zweite Signal PW wird jeweils einem zweiten Eingang der beiden NAND-Glied 220 und 230 zugeleitet. An den Ausgängen der NAND-Glied 220 und 230 steht jeweils das Signal L beziehungsweise das Signal R an. Das Signal L dient zur Ansteuerung der Schalter L1 und L2, das Signal R der Schalter R1 und R2.
In Teilfigur 2b sind die Verzögerungen dargestellt. Die erste Verzögerung 110 und die zweite Verzögerung 115 sind gleich ausgestaltet. Am Eingang der Verzögerung steht jeweils das Signal L beziehungsweise das Signal R an.
Das Eingangssignal L, R gelangt zum einen zu einem ersten Eingang eines NOR-Glied 250 und zum anderen über ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 260 und einem gegen Masse geschalteten Kondensator 265 zu einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 250. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 250 gelangt über ein Nichtglied 270 zum ersten Ausgang des Verzögerungsgliedes. Mit diesem Ausgang wird beim Verzögerungsglied 110 das Schaltmittel L1 und beim Verzögerungsglied 115 das Schaltmittel R1 beaufschlagt.
Das Eingangssignal gelangt ferner über ein Nichtglied 280 unmittelbar zu einem ersten Eingang eines NOR-Gliedes 285 und über ein weiteres RC-Glied, bestehend aus dem Widerstand 290 und dem Kondensator 295 zu einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 285. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 285 liegt am Ausgang der Verzögerung an.
Mit diesem Ausgangssignal wird beim Verzögerungsglied 110 das Schaltmittel L2 und bei der Verzögerung 115 das Schaltmittel R2 beaufschlagt.
Die RC-Glieder haben zur Folge, daß der Übergang von einem hohen Pegel H auf einen niederen Pegel L verzögert weitergegeben wird. Ein Übergang von einem niederen Pegel L auf einen hohen Pegel H wird unmittelbar weitergegeben. Dies erfolgt vor dem Hintergrund, daß die Schaltmittel nicht gleichzeitig ihren Zustand wechseln, sondern daß dieser Wechsel verzögert erfolgt.
Die RC-Glieder bewirken, daß beim Übergang des Ansteuersignals von einem Signal, das keinen Stromfluß zur Folge hat, auf ein Ansteuersignal, das einen Stromfluß zur Folge hat, das Ansteuersignal verzögert wird.
In der folgenden Tabelle sind die Werte der verschiedenen Signale RI, PW, L, R, sowie die Schaltzustände der Schaltmittel L1, L2, R1 und R2 sowie die Zustände des Motors aufgetragen.

RI PW L R L1 L2 R1 R2

L L H H A Z A Z Freilauf

L H L H Z A A Z Vor

H L H H A Z A Z Freilauf

H H H L A Z Z A Rück
Befinden sich beide Signale RI und PW auf niederem Pegel L, so nimmt das Signal L und das Signal R einen hohen Pegel an. Die Schaltmittel L1 und R1 befinden sich in ihrem geöffneten Zustand A und die Schaltmittel L2 und R2 in ihrem geschlossenen Zustand Z. Dieser Zustand wird als Freilauf bezeichnet.
Nimmt das Signal RI den niederen Pegel L und das Signal PW den hohen Pegel H an, so hat dies zur Folge, daß das Signal L seinen niederen Pegel L und das Signal R seinen hohen Pegel H annimmt. Dies bedeutet, daß die Schaltmittel L1 und R2 sich in ihrem geschlossenen Zustand und die Schaltmittel R1 und L2 in ihrem geöffneten Zustand befinden. Dies bedeutet, durch den Motor fließt ein Strom, in eine erste Richtung, der zu einer Drehung in eine erste Richtung VOR führt.
Befinden sich die beiden Signale RI auf hohem Pegel H und das Signal PW auf niederem Pegel L, so nimmt das Signal L Signal R seinen hohen Pegel H an. Dies bewirkt, daß die Schaltmittel L1 und R1 in ihrem geöffnetem Zustand A, die Schaltmittel L2 und R2 in ihrem geschlossenen Zustand Z sind. In diesem Fall liegt wieder der Freilauf vor.
Besitzen das Signal RI und das Signal PW beide ihren hohen Pegel H, so nimmt das Signal L seinen hohen Pegel H und das Signal L seinen niederen Pegel L an. Das Schaltmittel L2 und das Schaltmittel R1 sind in ihrem geschlossenen Zustand Z und die Schaltmittel L1 und R2 in ihrem geöffneten Zustand A. In diesem Fall fließt ein Strom in eine zweite Richtung, der einer zweiten Drehrichtung Rück führt.
Jedem Schaltmittel ist ein Tiefpaß sowie ein Inverter zugeordnet. Dadurch läßt sich individuell für jedes Schaltmittel die Umschaltverzögerung, zur Verhinderung von Kurzschlüssen beim Richtungswechsel, dimensionieren. Im Freilauf fließt der Freilaufstrom über Masse.
Eine weitere Ausgestaltung ist in 3 dargestellt. In 3a ist eine abgewandelte Logikeinheit 120 dargestellt. Diese weist nun drei Eingangssignale auf. Mit dem dritten, zusätzlichen Signal RE ist eine Notabschaltung der Endstufe beziehungsweise ein Stillsetzen des Motors 100 möglich.
Das erste Eingangssignal RI gelangt unmittelbar zu einem ersten Eingang eines NOR-Gliedes 320. Zum anderen gelangt es über ein Nicht-Glied 325 zu einem ersten Eingang eines weiteren NOR-Gliedes 330.
Das Eingangssignal PW gelangt über einen Vorwiderstand 325 jeweils zu einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 320 und des NOR-Gliedes 330. Das Signal RE gelangt über eine Diode 340 zu den beiden zweiten Eingängen der NOR-Glieder 320 und 330.
In 3b ist die hierzu erforderliche Verzögerungsschaltung dargestellt. Das Eingangssignal gelangt über ein Nicht-Glied 350 zum einen unmittelbar zu einem ersten Eingang eines ODER-Gliedes 355 beziehungsweise über ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 360 und einem Kondensator 365 zu einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 355. Des weiteren gelangt das Eingangssignal unmittelbar zu einem ersten Eingang eines NOR-Gliedes 370 und über ein RC-Glied, das aus dem Widerstand 380 und einem Kondensator 385 besteht, zu einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 370.
Der Ausgang des ODER-Gliedes 355 beaufschlagt die Schaltmittel L1 beziehungsweise R1 und das NOR-Glied 370 die Schaltmittel L2 beziehungsweise R2 mit einem Ansteuersignal.
Um diese Schaltung zu realisieren, wird die Phasenlage des PW- sowie des RI-Signals im Gegensatz zur 2 gewechselt, das heißt, bei dieser Anordnung entspricht ein Signal mit hohem Pegel H einem Signal mit niederem Pegel L bei der Ausführungsform gemäß 2.
Wird über den Eingang RE ein Reset-Signal eingegeben, das einen hohen Pegel aufweist, so entspricht dies einem PW-Signal mit hohem Pegel. Dies bedeutet, daß der Zustand „Freilauf" eingenommen wird.
Durch die Einbindung einer Notabschaltung in die Ansteuerlogik der H-Brücke, die unabhängig von dem Ansteuersignal des Rechners ist, wird die Betriebssicherheit des Fahrzeugs wesentlich erhöht. Das Signal RE braucht nicht vom Mikrorechner, sondern kann auch von einer Überwachungseinrichtung gesetzt werden. Die Überwacungseinrichtung ist vorzugsweise inabhängig von dem Mikrorechner.
In der folgenden Tabelle sind die Werte der verschiedenen Signale RI, PW, L, R, sowie die Schaltzustände der Schaltmittel L1, L2, R1 und R2 sowie die Zustände aufgetragen.

RI PW L R L1 L2 R1 R2

H H L L A Z A Z Freilauf

H L H L Z A A Z Vor

L H L L A Z A Z Freilauf

L L L H A Z Z A Rück
Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist zum einen die Möglichkeit einer Abschaltung unabhängig von dem Signal PW. Zum anderen kann der Aufwand an Bauteilen reduziert werden.
Bei den Ausführungsformen, die in 3 und 4 dargestellt sind, ist der Stromfluß durch den Verbraucher abhängig von wenigstens zwei Steuersignalen beeinflußbar. Ein erstes Steuersignal PW beeinflußt die Dauer des Stromflusses durch den Verbraucher. Ein zweites Steuersignal RI beeinflußt die Richtung des Stromflusses durch den Verbraucher. Die Logikeinheit gibt ausgehend von dem ersten und zweiten Steuersignal Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltmittel vor. Der Zustand Freilauf liegt vor, wenn das erste Steuersignal (PW) einen zweiten Wert (H) annimmt. Der Stromfluß wird freigegeben, wenn das erste Steuersignal (PW) einen ersten Wert (L) annimmt. Dabei wird der Stromfluß in erste Richtung freigegeben wird, wenn das zweite Steuersignal (RI) einen ersten Wert (L) annimmt. Der Stromfluß wird in eine zweite Richtung freigegeben, wenn das zweite Steuersignal (RI) einen zweiten Wert (H) annimmt.
Eine weitere Ausgestaltung der Logikeinheit 120 beziehungsweise der beiden Verzögerungen 110 und 115 ist in 4 dargestellt. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber der Ausgestaltung gemäß 3 liegt darin, daß von der Steuerung 130 drei Signale sowie gegebenenfalls ein Reset-Signal RE übertragen wird.
Das erste Signal RL nimmt einen niederen Pegel an, wenn der Motor sich in eine erste Richtung drehen soll. Das zweite Signal PW gibt die Dauer der Ansteuerung und das dritte Signal LL nimmt einen niederen Pegel an, wenn sich der Motor in eine zweite Richtung drehen soll.
Mit dem ersten Signal RL wird ein erster Eingang eines NOR-Gliedes 400 beaufschlagt. Mit dem zweiten Signal LL wird ein erster Eingang eines weiteren NOR-Gliedes 410 beaufschlagt. Das erste NOR-Glied 400 stellt das Signal L und das zweite NOR-Glied 410 das Signal R zur Verfügung.
Das Signal PW gelangt über einen Widerstand 415 zu jeweils einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 400 beziehungsweise des NOR-Gliedes 410. Ebenfalls gelangt das Reset-Signal RE über eine Diode 420 zu dem zweiten Eingang der NOR-Glieder 400 beziehungsweise 410.
Eine vorteilhafte Abwandlung dieser Vorrichtung ergibt sich, wenn statt der beiden Eingangssignale RL und LL lediglich ein Signal DIR verwendet wird, das zum einen auf den ersten Eingang des NOR-Gliedes 400 und zum anderen auf den Eingang eines Nicht-Gliedes 430 geleitet wird. Mit dem Ausgangssignal des Nicht-Gliedes 430 wird der erste Eingang des NOR-Gliedes 410 beaufschlagt. Je nach Pegel entspricht das Signal DIR den Signalen RL bzw LL.
Das Eingangssignal des Verzögerungsgliedes 110 beziehungsweise 115 gelangt zum einen zu einem ersten Eingang eines NAND-Gliedes 470 und zu einem ersten Eingang eines NOR-Gliedes 440. Außerdem gelangt das Eingangssignal über ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 450 und einem Kondensator 460, der gegen Masse geschaltet ist, zu einem zweiten Eingang des NAND-Gliedes 470 und des NOR-Gliedes 440.
Am Ausgang des NAND-Gliedes 470 liegt das Ansteuersignal für die Schaltmittel L1 beziehungsweise R1 und an dem Ausgang des NOR-Gliedes 440 das Ansteuersignal für das Schaltmittel L2 beziehungsweise R2.
Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, daß die Logikschaltung weniger Bauteile benötigt. Nachteilig ist dagegen, daß die Signale Rechtslauf RL und Linkslauf LL getrennt sind und daher die Steuerung 130 einen Ausgang mehr aufweisen muß.
Es werden zwei RC-Glieder eingespart. Für die linke und die rechte H-Brücken-Seite, das heißt für die Schalter L1 und L2 beziehungsweise die Schalter R1 und R2 ist eine gemeinsame Umschaltverzögerung mittels des RC-Gliedes, bestehend aus dem Widerstand 450 und dem Kondensator 460, vorgesehen. Es werden also zwei RC-Glieder eingespart.
Die Logik-Schaltung ist so ausgebildet, daß alle wichtigen Leistungsmerkmale, wie beispielsweise eine sichere und variable Umschaltverzögerung, Freilauf nach Masse und ein einfacher Reset-Eingriff gewährleistet sind.
Um bei der Steuerung 130 die Anzahl der Ausgänge zu reduzieren, kann anstelle der Signale RL und LL auch lediglich ein Signal DIR von der Steuerung 130 ausgegeben werden, und mittels eines Nicht-Gliedes in zwei Signale umgewandelt werden.
In folgender Tabelle sind die Pegel der verschiedenen Signale und die Zustände des Motors dargestellt.

Signal Freilauf Freilauf Rück Vor Freilauf Freilauf

PW X H L L L L

RL X X H L L H

LL X X L H L H

RE H L L L L L
Unabhängig von dem Pegel X der Signale PW, RL und LL befindet sich die Anordnung im Zustand Freilauf, wenn das Signal RE seinen hohen Pegel H annimmt.
Unabhängig von dem Pegel X der Signale RL und LL befindet sich die Anordnung im Zustand Freilauf, wenn das Signal PW seinen hohen Pegel H und das Signal RE seinen niederen Pegel L annimmt.
Nehmen die beiden Signale RL und LL gleiche Pegel an und nehmen die Signale RE und PW ihren niederen Pegel L an, so befindet sich die Anordnung ebenfalls im Freilauf.
Nimmt das Signal RL seinen hohen Pegel H und das Signal LL seinen niederen Pegel L an und nehmen die Signale RE und PW ihren niederen Pegel L an, so dreht sich der Motor in eine erste Richtung Rück.
Nimmt das Signal LL seinen hohen Pegel H und das Signal RL seinen niederen Pegel L an und nehmen die Signale RE und PW ihren niederen Pegel L an, so dreht sich der Motor in eine zweite Richtung Vor.
In 5 ist eine weitere Vereinfachung des Ausführungsbeispiels dargestellt. In 5a ist eine vereinfachte Logikeinheit 120 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der Ausgestaltung gemäß 4a lediglich dadurch, daß die NOR-Glied 400 und 410 durch ein OR-Glied 500 beziehungsweise 510 ersetzt wurden.
Dadurch ergibt sich auch eine wesentliche Vereinfachung bei der Verzögerung 110 beziehungsweise 115. Zum einen wird das Eingangssignal direkt als Ausgangssignal zur Ansteuerung der Schaltmittel L1 beziehungsweise R1 ausgegeben. Andererseits gelangt das Ausgangssignal unmittelbar zu einem ersten Eingang eines UND-Gliedes und über ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 520 und einem Kondensator 530 zu einem zweiten Eingang des UND-Gliedes 515.
Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 515 dient zur Ansteuerung der Schaltmittel L2 beziehungsweise R2. Mit dieser Einrichtung kann das NAND-Glied und das NOR-Glied der Verzögerung durch ein UND-Glied ersetzt werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Einsparung von Bauelementen.
In folgender Tabelle sind die Pegel der verschiedenen Signale und die Zustände des Motors dargestellt.

Signal Freilauf Freilauf Rück Vor Freilauf Freilauf

PW X H L L L L

RL X X H L L H

LL X X L H L H

RE H L L L L L
Die Ansteuersignale für die entsprechenden Zustände sind gleich, wie bei der Ausführungsform gemäß 4. Der Aufwand an Bauteilen ist aber geringer.
In 6a ist die Logikeinheit, die Verzögerungen sowie die Schaltmittel detaillierter dargestellt. Die bereits in 5 beschriebenen Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Das Ausgangssignal L des OR-Gliedes 500 gelangt zu einem über das UND-Glied 515 zu einem Widerstand R5L. Dieser steht mit dem Gate-Anschluß des Schaltmittels L2 in Verbindung. Des weiteren gelangt dieses Signal L über einen Widerstand R4L zu dem Basisanschluß eines Transistors T1L, dessen Emitteranschluß mit Masse verbunden ist. Der Kollektoranschluß des Transistors T1L steht mit einem Verbindungspunkt der Widerstände R3L und R2L in Verbindung. Der zweite Anschluß des Widerstands R3L steht mit dem Gate-Anschluß des Schaltmittels L1 in Verbindung. Der zweite Anschluß des Widerstandes R2L steht über einen Kondensator C1L mit dem Verbindungspunkt der Schaltmittel L1 und L2 sowie dem einen Anschluß des Motors 100 in Verbindung. Dieser Punkt ist ferner über eine Zenerdiode D4L mit dem Gate-Anschluß des Schaltmittels L1 verbunden. Der Verbindungspunkt des Widerstandes R2L und des Kondensators C1L steht über einen Widerstand R1L und eine Diode D2L mit der Versorgungsspannung Ubat in Verbindung.
Diese Schaltung bewirkt, daß bei einem hohen Signalpegel des Signals L das Schaltmittel L1 sich in seinem gesperrten Zustand befindet und die Verbindung unterbricht, wobei gleichzeitig das Schaltmittel L2 sich in seinem leitenden Zustand befindet und den Stromfluß freigibt. Bei gleichem Ansteuersignal L befinden sich die Schaltmittel L1 und L2 in unterschiedlichen Schaltzuständen.
Die rechte Hälfte der H-Brücke, das heißt die Schaltelemente R1 und R2 werden mit einer entsprechenden Schaltung angesteuert. Die entsprechenden Elemente sind im Unterschied zu den Elementen, die dem Schaltmittel L1 und L2 zugeordnet sind, mit R gekennzeichnet.
Es sind nur noch für die unteren Brücken Transistoren L2 und R2 Umschaltverzögerungen in Form von RC-Gliedern 520 und 530 vorgesehen, die beim Umschalten von den Transistoren L1, R1 auf die Transistoren L2, R2 benötigt werden. Beim Umschalten von den unteren Transistoren L2, R2 auf die oberen Transistoren L1, R1 wird die vorhandene Einschaltverzögerung ausgenutzt, die auf der Einschaltzeit der Transistoren T1L und T1R und der langsamen Einschaltzeit beruht. Die Einschaltzeit ist durch die hochohmigen Widerstände R2L bzw. R2R einstellbar.
Damit ergibt sich für die Umschaltverzögerungen beim Umschalten von unten nach oben, daß das Schaltmittel L2 schnell ausschaltet, bedingt durch den niederohmigen Widerstand R5. Das Schaltmittel L1 schaltet langsam, bedingt durch die Schaltzeit des Transistors T1L und den hochohmigen Widerstand R2L beziehungsweise R2R. Beim Umschalten von oben nach unten schaltet das Schaltmittel L1 schnell aus, bedingt durch den niederohmigen Widerstand R3L beziehungsweise R3R die Schaltzeit des Transistors T1R und T1L. Das Schaltmittel L2 schaltet langsam ein, was auf der Wirkung des Tiefpasses gebildet durch das RC-Glied 520 und 530 beruht.
Alle wichtigen Leistungsmerkmale, wie eine sichere Umschaltverzögerung, Freilauf nach Masse und ein einfacherer Reset-Eingriff bleiben erhalten. Die Anzahl der Bauelemente, insbesondere der Logik-Gatter, kann weiter reduziert werden.
Bei den Ausführungsformen gemäß den 4, 5 und 6 werden drei Steuersignal verwendet. Das zweite und das dritte Steuersignal beeinflussen die Richtung des Stromflusses durch den Verbraucher. Der Stromfluß wird in die erste Richtung freigegeben, wenn das zweite Steuersignal (LL) einen ersten Wert (L) und das dritte Steuersignal (RL) einen zweiten Wert (H) annimmt. Der Stromfluß wird in eine zweite Richtung freigegeben, wenn das zweite Steuersignal (LL) einen zweiten Wert (H) und das dritte Steuersignal (RL) einen ersten Wert (L) annimmt.
Der Zustand Freilauf liegt auch vor, wenn das zweite Steuersignal (RL) und das dritte Steuersignal (LL) den selben Wert (L) annehmen.
Der Stromfluß wird nur dann freigegeben, wenn das Reset-Signal (RE) einen ersten Wert (L) annimmt. Der Zustand Freilauf dagegen liegt vor, wenn das Reset-Signal (RE) einen zweiten Wert (H) annimmt.
Soll die Anzahl der Ausgänge der Steuerung 130 reduziert werden, so kann die vorteilhaften Abwandlung der Vorrichtung verwendet werden, bei der anstelle der beiden Eingangssignale RL und LL lediglich ein Signal DIR verwendet wird. Dieses Signal DIR wird mittels eines Nicht-Gliedes in zwei Signale umgewandelt. Je nach Pegel entspricht das Signal DIR den Signalen RL bzw LL.
In 6b ist eine weitere Ausgestaltung der Schaltmittel L2 und R2 sowie deren Ansteuerung dargestellt. Zur Erzielung von höheren Schaltfrequenzen, zur Unterdrückung von Latch-up Effekten und/oder zur Entkopplung der Logikschaltung und der Schaltmittel kann entsprechend, wie bei den Schaltmitteln L1 und R1, eine Transistorstufe zwischengeschaltet werden.
Bauteile, die bereits in 6a beschrieben wurden, sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das UND-Glied 515 wird durch ein NAND-Glied 615 ersetzt. Der Ausgang des NAND-Gliedes 615 steht über einen Widerstand 620 mit dem Basisanschluß eines Transistors T3 in Verbindung. Der Emitter des Transistors T3 ist mit Masse und der Kollektor über eine Widerstand R9 mit der Spannung Vcc verbunden. Ferner steht der Kollektoranschluß über einen Widerstand R5 mit dem Gate-Anschluß des Schaltmittels L2 bzw. R2 in Verbindung.
Bei geeigneter Dimensionierung der Widerstände R9 und R5 können die Tiefpäße entfallen. Bei einem hochohmigen Widerstand R9 verlangsamt sich die Einschaltzeit. Bei einem niederohmigen Widerstand R5 verkürzt sich die Ausschaltzeit.

Claims

Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines induktiven Verbrauchers in einem Fahrzeug, wobei Schaltmittel zur Ansteuerung des Verbrauchers als H-Brückenschaltung angeordnet sind, und der Stromfluss durch den Verbraucher, abhängig von wenigstens zwei Steuersignalen beeinflussbar ist, wobei ein erstes Steuersignal die Dauer des Stromflusses durch den Verbraucher und ein zweites Steuersignal die Richtung des Stromflusses durch den Verbraucher beeinflusst, dass eine Logikeinheit, ausgehend von dem ersten und zweiten Steuersignal Ansteuersignale zur Beaufschlagung der Schaltmittel vorgibt, wobei ein Freilauf aktiv ist, wenn das erste Steuersignal (PW) einen zweiten Wert (H) annimmt, und der Stromfluss freigegeben wird, wenn das erste Steuersignal (PW) einen ersten Wert (L) annimmt, wobei der Stromfluss in eine erste Richtung freigegeben wird, wenn das zweite Steuersignal (LL) einen ersten Wert (L) annimmt und der Stromfluss in eine zweite Richtung freigegeben wird, wenn das dritte Steuersignal (RL) einen ersten Wert (L) annimmt wobei Verzögerungsmittel vorgesehen sind, die beim Übergang des Ansteuersignals von einem Signal, das keinen Stromfluss zur Folge hat, auf ein Ansteuersignal, das einen Stromfluss zur Folge hat, das Ansteuersignal verzögern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss in die erste Richtung freigegeben wird, wenn das zweite Steuersignal (LL) den ersten Wert (L) und das dritte Steuersignal (RL) den zweiten Wert (H) annimmt und dass der Stromfluss in die zweite Richtung freigegeben wird, wenn das zweite Steuersignal (LL) den zweiten Wert (H) und das dritte Steuersignal (RL) den ersten Wert (L) annimmt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf aktiv ist, wenn das zweite Steuersignal (RL) und das dritte Steuersignal (LL) den selben Wert (L) annehmen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reset-Signal (RE) vorgebbar ist, und der Stromfluss nur freigegeben wird, wenn das Reset-Signal (RE) einen ersten Wert (L) annimmt, und dass der Freilauf aktiv ist, wenn das Reset-Signal (RE) einen zweiten Wert (H) annimmt.