[go: up one dir, main page]

DE19734928A1 - Circuit for driving inductive loads e.g. motor vehicle windscreen wiper unit - Google Patents

Circuit for driving inductive loads e.g. motor vehicle windscreen wiper unit

Info

Publication number
DE19734928A1
DE19734928A1 DE19734928A DE19734928A DE19734928A1 DE 19734928 A1 DE19734928 A1 DE 19734928A1 DE 19734928 A DE19734928 A DE 19734928A DE 19734928 A DE19734928 A DE 19734928A DE 19734928 A1 DE19734928 A1 DE 19734928A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor switching
connection
drain
source
switching element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19734928A
Other languages
German (de)
Other versions
DE19734928B4 (en
Inventor
Alfons Dr Graf
Martin Dr Maerz
Horst Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE19734928A priority Critical patent/DE19734928B4/en
Publication of DE19734928A1 publication Critical patent/DE19734928A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19734928B4 publication Critical patent/DE19734928B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/1555—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only for the generation of a regulated current to a load whose impedance is substantially inductive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

The circuit has first and second connections (6,8) for supply potentials and first and second outputs for inductive loads (2,3) connected to the first supply voltage connection. A first semiconductor switch e.g. MOSFET (10) has a drain-source path connected between the first output connection (5) and a node (13). A second semiconductor switch e.g. MOSFET (11) has a drain-source path connected between the second output connection (7) and the node. The elements have different ends of their drain-source paths connected to the node. A third semiconductor switch (12) has its drain-source path connected between the node and the second supply voltage connection (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteue­ rung induktiver Lasten nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for control tion of inductive loads according to the generic term of the patent application saying 1.

Schaltungsanordnungen zur Ansteuerung induktiver Lasten wer­ den beispielsweise zur Ansteuerung von Elektromotoren, die für zweistufige Geschwindigkeit ausgelegt sind, eingesetzt. Diese dienen beispielsweise zum Antrieb der Wischeranlage für die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Herkömmliche Schaltungen umfassen die Betriebszustände "AUS", einmaliger kurzzeitiger Wischbetrieb (Wisch/Wasch), Intervallbetrieb, Stufe 1-Betrieb mit niedriger Wischgeschwindigkeit und Stufe 2-Betrieb mit hoher Wischgeschwindigkeit. Um ein schnelles Bremsen des Motors bei der Ruheposition zu erreichen, wird die Motorwicklung zum geeigneten Zeitpunkt kurzgeschlossen. Bisherige Realisierungen verwenden Relais-Technik und mehr­ stufige Schalter zum Einstellen der Betriebszustände. Über die Schalter fließt dabei der volle Motorstrom.Circuit arrangements for controlling inductive loads for example to control electric motors are designed for two-stage speed. These are used, for example, to drive the wiper system for the windshield of a motor vehicle. Conventional Circuits include the operating states "OFF", one-time brief wiping operation (wiping / washing), interval operation, Level 1 operation with low wiping speed and level 2 operation with high wiping speed. To a quick one Braking the engine will reach the rest position the motor winding short-circuited at the appropriate time. Previous implementations have used relay technology and more step switches for setting the operating states. about the switches the full motor current flows.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung zur Ansteuerung induktiver Lasten anzugeben, die zur Motoransteuerung Halbleiterschalter verwendet und möglichst betriebssicher arbeitet.The invention has for its object a circuit order to control inductive loads to specify Motor control uses semiconductor switches and if possible works reliably.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsan­ ordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a circuit order solved according to the features of claim 1.

Bekanntlich weisen als MOS-Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgebildete Halbleiterschalter eine parasitäre, zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen liegende Diode auf. Durch die unterschiedliche Orientierung der ausgangsseitigen Halblei­ terschalter wird ein ausreichender Verpolschutz erreicht, was insbesondere für die Verwendung in Automobilen in unabdingba­ rer Weise erforderlich ist. Der entgegen der üblichen Orien­ tierung geschaltete MOSFET ist zweckmäßigerweise inversstrom­ tauglich ausgeführt. Durch eine geeignete Ansteuerungsein­ richtung, beispielsweise einen Microcontroller, sind alle oben genannten Betriebszustände einstellbar. Durch eine puls­ breitenmodulierte, taktweise Ansteuerung der ausgangsseitig liegenden Schaltelemente läßt sich eine kontinuierliche Ge­ schwindigkeit eines angesteuerten Elektromotors erreichen. Mittels einer Laststromüberwachung, vorzugsweise des versor­ gungsspannungsseitig liegenden Halbleiterschaltelements, kön­ nen Überlastzustände erkannt und verhindert werden. Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den abhän­ gigen Ansprüchen angegebenen Weiterbildungen der Erfindung erreicht.As is known, as MOS field effect transistors (MOSFET) trained semiconductor switch a parasitic, between the Diode connected to drain and source connections. Through the different orientation of the semi-lead on the output side Adequate reverse polarity protection is achieved, which  especially for use in automobiles in indispensable is required. Contrary to the usual orias tion switched MOSFET is expediently inverse current suitably executed. With a suitable control direction, for example a microcontroller, are all above operating states adjustable. By a pulse Width-modulated, cyclical control of the output side lying switching elements can be a continuous Ge reach the speed of a controlled electric motor. By means of a load current monitoring, preferably the supply voltage-side semiconductor switching element, can overload conditions can be detected and prevented. This and further advantages of the invention are shown in the dependent further claims of the invention reached.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention based on the in the drawing illustrated figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines mit zwei Geschwindigkeiten betreibbaren Motors gemäß der Erfindung und Fig. 1 shows a circuit arrangement for controlling a motor operable with two speeds according to the invention and

Fig. 2 eine Realisierung für den inversstromtauglichen MOSFET. Fig. 2 shows a realization for the inverse current compatible MOSFET.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zeigt einen in zwei Ge­ schwindigkeitsstufen betreibbaren Elektromotor samt Ansteuer­ schaltung. Der Motor wird beispielsweise zum Antrieb einer Scheibenwischeranlage in einem Kraftfahrzeug verwendet. Der symbolisch dargestellte Gleichstrommotor 1 umfaßt eine erste Wicklung 2 und eine zweite Wicklung 3. Die Wicklungen 2, 3 stellen das hier elektrisch relevante Ersatzschaltbild der Motorwicklung dar. Die Motorwicklung weist Außenanschlüsse 4, 5 auf, von denen ersterer mit Masse 6 verbunden ist. Außerdem ist ein dazwischen liegender Abgriff 7 vorgesehen. Die Wick­ lungen 2, 3 sind induktiv gekoppelt. Die Anschlüsse werden - wie nachfolgend im Detail beschrieben - über Halbleiter­ schaltelemente in geeigneter Weise an ein positives Versor­ gungspotential VB an einem Anschluß 8 geschaltet, welches beispielsweise in Höhe von 12 Volt von einer Autobatterie ge­ liefert wird. Wenn die Batteriespannung an den Anschluß 5 ge­ führt wird, läuft der Motor mit niedrigerer Leistung und ge­ ringerer Geschwindigkeit (Stufe 1-Betrieb). Wenn die Batte­ riespannung an den Anschluß 7 geführt wird, fließt aufgrund der geringeren Induktivität der Wicklung 2 gegenüber der Summeninduktivität im Stufe 1-Betrieb ein höherer Strom, so daß der Motor bei größerer Leistung und höherer Geschwindig­ keit läuft.The embodiment of FIG. 1 shows an electric motor operable in two speed levels, including the control circuit. The motor is used, for example, to drive a windshield wiper system in a motor vehicle. The symbolically represented direct current motor 1 comprises a first winding 2 and a second winding 3 . The windings 2 , 3 represent the electrically relevant equivalent circuit diagram of the motor winding. The motor winding has external connections 4 , 5 , the former of which is connected to ground 6 . In addition, an intermediate tap 7 is provided. The winding lungs 2 , 3 are inductively coupled. The connections are - as described in detail below - via semiconductor switching elements in a suitable manner to a positive supply potential VB at a connection 8 , which is supplied, for example, in the amount of 12 volts from a car battery. If the battery voltage is connected to terminal 5 ge, the engine runs with lower power and lower speed (level 1 operation). If the battery voltage is fed to the terminal 7 , a higher current flows due to the lower inductance of the winding 2 compared to the total inductance in stage 1 operation, so that the motor runs at higher power and higher speed.

Zur Ansteuerung des Motors 1 an den Anschlüssen 5, 7 sind drei Halbleiterschalter 10, 11, 12 vorgesehen. Die Halblei­ terschalter sind als MOSFETs ausgeführt. Der Motoranschluß 5 ist über die Drain-Source-Strecke eines ersten MOSFET 10 mit einem Schaltungsknoten 13 verbunden. Der Motoranschluß 7 ist über die Drain-Source-Strecke eines zweiten MOSFET 11 eben­ falls mit dem Schaltungsknoten 13 verbunden. Der Knoten 13 wiederum ist über die Drain-Source-Strecke eines dritten MOSFET 12 mit dem Anschluß 8 für die Batteriespannung VB ver­ bunden. Die MOSFETs 10, 11, 12 sind als sogenannte High-Side- Schalter zwischen den positiven Pol der Versorgungsspannung und der Last geschaltet. Die Drain-Source-Strecken der MOS­ FETs 12, 11 sind in herkömmliche Richtung orientiert, indem deren Drainanschluß zur positiven Batteriespannung VB hin ge­ richtet ist. Der Drainanschluß des MOSFET 12 ist mit dem An­ schluß 8 verbunden, der Drainanschluß des MOSFET 11 mit dem Knoten 13. Die Drain-Source-Strecke des MOSFET 10 ist umge­ kehrt orientiert. Dies bedeutet, der Sourceanschluß des MOS­ FETs 10 ist mit dem Knoten 13 verbunden, der Drainanschluß mit dem Wicklungsanschluß 5.Three semiconductor switches 10 , 11 , 12 are provided for controlling the motor 1 at the connections 5 , 7 . The semiconductor switches are designed as MOSFETs. The motor connection 5 is connected to a circuit node 13 via the drain-source path of a first MOSFET 10 . The motor connection 7 is also connected to the circuit node 13 via the drain-source path of a second MOSFET 11 . The node 13 is in turn connected via the drain-source path of a third MOSFET 12 to the terminal 8 for the battery voltage VB. The MOSFETs 10 , 11 , 12 are connected as so-called high-side switches between the positive pole of the supply voltage and the load. The drain-source paths of the MOS FETs 12 , 11 are oriented in the conventional direction in that their drain connection is directed toward the positive battery voltage VB. The drain of the MOSFET 12 is connected to the circuit 8 , the drain of the MOSFET 11 to the node 13 . The drain-source path of the MOSFET 10 is reversely oriented. This means that the source connection of the MOS FET 10 is connected to the node 13 , the drain connection to the winding connection 5 .

Diese spezielle Orientierung der Drain-Source-Strecke des MOSFET 10 ist für den Stufe 2-Betrieb erforderlich, wenn der Motorwicklung Strom am Anschluß 7 zugeführt wird. Dann wird in der Teilwicklung 3 eine gleichsinnige Spannung induziert, die bewirkt, daß am Anschluß 5 eine über der Versorgungsspan­ nung VB liegende Spannung anliegt. Die im MOSFET 10 bekannt­ lich zwischen Source und Drain liegende parasitäre Diode 101 ist in Sperrichtung geschaltet, so daß das Potential des An­ schlusses 5 schweben kann. Bei etwaiger - nicht zulässiger - umgekehrter Orientierung der Drain-Source-Strecke des MOSFET 10 wäre statt dessen die parasitäre Diode leitend, und die Wicklung 3 wäre kurzgeschlossen.This special orientation of the drain-source path of MOSFET 10 is required for stage 2 operation when current is supplied to terminal 7 of the motor winding. Then a voltage of the same direction is induced in the partial winding 3 , which causes a voltage above the supply voltage VB to be present at the terminal 5 . The known in MOSFET 10 between the source and drain parasitic diode 101 is switched in the reverse direction, so that the potential of the connection 5 can float. In the event of a reverse orientation of the drain-source path of the MOSFET 10 , which is not permissible, the parasitic diode would instead be conductive and the winding 3 would be short-circuited.

Außerdem erfüllt die Schaltung das Erfordernis der Verpolsi­ cherheit. Für den Fall, daß irrtümlicherweise am Massean­ schluß 6 die positive Batteriespannung und am Anschluß 8 Mas­ sepotential angelegt wird, sind die jeweiligen parasitären Dioden der MOSFETs 11, 12 leitend. Der Strom fließt aber über die Wicklung 2 und wird dadurch begrenzt, so daß die Schal­ tung trotz Verpolung nicht zerstört wird.In addition, the circuit meets the requirement of reverse polarity. In the event that the positive battery voltage and the terminal 8 Mas sepotential is erroneously applied to the ground terminal 6 , the respective parasitic diodes of the MOSFETs 11 , 12 are conductive. The current flows through the winding 2 and is limited, so that the scarf device is not destroyed despite reverse polarity.

Wie für High-Side-Schalter üblich, wird die Gate-Ansteuerspannung der jeweiligen MOSFETs über eine spezielle Ansteuerschaltung 102, 112 bzw. 122 erzeugt. Jede dieser Schaltungen enthält eine Ladungspumpe, durch die die Gate- Steuerspannung abgegeben wird. Diese ist ausreichend positiver als die Batteriespannung VB und liegt genügend über der Ein­ schaltschwellenspannung des MOSFET, so daß der MOSFET sicher einschaltet. Darüber hinaus enthalten die Ansteuereinheiten 102, 112, 122 Logikmittel, um Überlast- oder Temperaturpro­ bleme zu erkennen.As is customary for high-side switches, the gate drive voltage of the respective MOSFETs is generated via a special drive circuit 102 , 112 or 122 . Each of these circuits contains a charge pump through which the gate control voltage is delivered. This is sufficiently positive than the battery voltage VB and is sufficiently above the switch-on threshold voltage of the MOSFET, so that the MOSFET switches on safely. In addition, the control units 102 , 112 , 122 contain logic means in order to recognize overload or temperature problems.

Es ist vorteilhaft, daß der MOSFET 10 inversstromtauglich ist, d. h. auch bei negativem Drain-Source-Strom einschaltbar ist und eingeschaltet gehalten wird. Für die MOSFETs 11, 12 ist diese Eigenschaft nicht erforderlich. Ohne Inversstrom­ tauglichkeit würde zwar bei Stufe 1-Betrieb über die parasi­ täre Diode 101 ausreichend Strom fließen, um den Motor zu be­ tätigen. Aufgrund des relativ hohen Spannungsabfalls längs der Diode von beispielsweise 1 Volt ergibt sich eine relativ hohe Verlustleistung. Um diese zu verringern, ist erforder­ lich, den Strom durch die leitend geschaltete Drain-Source- Strecke an der Diode vorbei zu führen. Da die leitend ge­ schaltete Drain-Source-Strecke einen relativ niedrigen Wider­ stand aufweist und an ihr folglich eine wesentlich niedrigere Spannung als an der parasitären Diode 101 abfällt, ist die Verlustleistung im MOSFET 10 wesentlich niedriger, beispiels­ weise um den Faktor 1/10.It is advantageous that the MOSFET 10 is suitable for inverse current, that is to say that it can be switched on even when the drain-source current is negative and is kept switched on. This property is not required for the MOSFETs 11 , 12 . Without inverse current capability, sufficient current would flow in stage 1 operation via the parasitic diode 101 to actuate the motor. Due to the relatively high voltage drop across the diode, for example 1 volt, there is a relatively high power loss. To reduce this, it is necessary to pass the current through the switched drain-source path past the diode. Since the switched-on drain-source path has a relatively low resistance and consequently a much lower voltage drops across it than at the parasitic diode 101 , the power loss in the MOSFET 10 is significantly lower, for example by a factor of 1/10.

Inversstromtaugliche MOSFETs sind herstellbar. Es wird hierzu auf die noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung der Anmelderin 196 06 100.8 vom 19.02.1996 verwiesen, in der Aufbau und Wirkungsweise derartiger MOSFETs beschrieben sind, insbesondere anhand der dort gezeigten Fig. 1 bis 3 und der zugehörigen Beschreibung ab Seite 3, letzter Absatz. In Fig. 2 ist hier die prinzipielle Realisierung des in­ versstromtauglichen MOSFETs 10 dargestellt. Die Figur zeigt die Drain-Source-Strecke 103 mit der dazu parallel liegenden parasitären Diode 101. Mit Source wird bekanntlich dasjenige Dotierungsgebiet bezeichnet, das mit demjenigen Dotierungsge­ biet verbunden ist, in welchem der zwischen Drain und Source im leitenden Zustand wirksame Kanal ausgebildet wird. Zur Er­ zeugung der erhöhten Ansteuerspannung dient die Ladungspumpe 104. Innerhalb der Ansteuerschaltung 102 liegt außerdem eine nicht vermeidbare, parasitäre Diode 105 vor, die in Flußrich­ tung zwischen Source und Drain wirksam ist. Bei Inversstrom­ betrieb, d. h. bei Stromfluß von Source nach Drain, ist diese Diode ohne weitere Schaltungsmaßnahme leitend geschaltet und sorgt für ein Zusammenbrechen der Gate-Ansteuerspannung. Durch eine weitere Diode 106, die in Reihe zur parasitären Diode 105, aber mit entgegengesetzter Orientierung geschaltet ist, vorzugsweise sourceseitig, wird der parasitäre Strompfad gesperrt. Bei Inversstrombetrieb wird somit die erhöhte Gate­ spannung beibehalten; der MOSFET ist weiterhin einschaltbar und kann im eingeschalteten Zustand gehalten werden. Eine de­ tailliertere Beschreibung der Wirkungsweise und der Realisie­ rung eines inversstromtauglichen MOSFET ist in obengenannter Patentanmeldung enthalten, auf die ausdrücklich Bezug genom­ men wird.Reverse current compatible MOSFETs can be manufactured. Reference is made to the not yet published German patent application of the applicant 196 06 100.8 dated February 19, 1996, in which the structure and mode of operation of such MOSFETs are described, in particular with reference to FIGS . 1 to 3 shown there and the associated description from page 3, the last Paragraph. FIG. 2 shows the basic implementation of the MOSFET 10 that is suitable for power supply. The figure shows the drain-source path 103 with the parasitic diode 101 lying parallel to it. As is known, source means that doping region which is connected to that doping region in which the channel which is active between drain and source in the conductive state is formed. The charge pump 104 serves to generate the increased control voltage. Within the drive circuit 102 there is also an unavoidable, parasitic diode 105 , which is effective in the direction of flow between the source and drain. In reverse current operation, ie when current flows from source to drain, this diode is turned on without further circuitry and causes the gate drive voltage to break down. The parasitic current path is blocked by a further diode 106 , which is connected in series with the parasitic diode 105 , but with the opposite orientation, preferably on the source side. In reverse current operation, the increased gate voltage is thus maintained; the MOSFET can still be switched on and can be kept in the switched-on state. A more detailed description of the mode of operation and the realization of an MOSFET suitable for inverse current is contained in the above-mentioned patent application, to which reference is expressly made.

Durch geeignete Ansteuerung der MOSFETs 10, 11, 12 über je­ weilige Ansteueranschlüsse 109, 119 bzw. 129 können die ein­ gangs genannten Betriebszustände für Scheibenwischerbetrieb eingestellt werden. Die Anschlüsse 109, 119, 129 erfordern Signale mit Logikspannungspegeln, die von einem Microcontrol­ ler 14 bereitgestellt werden. Der Microcontroller wiederum erhält seine Information aufgrund von Eingabesignalen, die beispielsweise von einem Bediener über einen Wählschalter eingegeben werden. Die für die Betriebszustände jeweils er­ forderlichen Schaltzustände der MOSFETs 10, 11, 12 sind in nachfolgender Tabelle zusammengestellt:The operating states mentioned at the outset for windshield wiper operation can be set by suitable actuation of the MOSFETs 10 , 11 , 12 via respective actuation connections 109 , 119 and 129 , respectively. The connections 109 , 119 , 129 require signals with logic voltage levels, which are provided by a microcontroller 14 . The microcontroller in turn receives its information on the basis of input signals which are entered, for example, by an operator via a selector switch. The switching states of the MOSFETs 10 , 11 , 12 required for the operating states are summarized in the following table:

Das Symbol "0" bedeutet, daß der jeweilige MOSFET ausgeschal­ tet ist, das Symbol "1" bedeutet, daß der Schaltzustand des jeweiligen MOSFET sowohl eingeschaltet als auch ausgeschaltet sein kann. Die Kombinationen der Schaltzustände der MOSFETs 10, 11, 12 in den untersten beiden Zeilen der Tabelle, sind zu vermeiden. Dies sind die Zustände, bei denen der MOSFET 12 eingeschaltet ist, wobei gleichzeitig die MOSFETs 11, 10 bei­ de aus- oder eingeschaltet sind. In ersterem Fall leitet die parasitäre Diode 101 des MOSFET 11, so daß unbeabsichtigter Weise der Motor läuft und - wie oben ausgeführt - eine hohe Verlustleistung verbraucht wird. In letzterem Fall wird die Wicklung 3 bei Stufe 2-Betrieb, d. h. Stromzufuhr über den Wicklungsanschluß 7, kurzgeschlossen. The symbol "0" means that the respective MOSFET is switched off, the symbol "1" means that the switching state of the respective MOSFET can be both switched on and off. The combinations of the switching states of the MOSFETs 10 , 11 , 12 in the bottom two lines of the table are to be avoided. These are the states in which the MOSFET 12 is switched on, with the MOSFETs 11 , 10 being simultaneously switched off or on. In the former case, the parasitic diode 101 of the MOSFET 11 conducts, so that the motor runs unintentionally and - as stated above - a high power loss is consumed. In the latter case, the winding 3 is short-circuited during stage 2 operation, ie power supply via the winding connection 7 .

Durch die Ansteuerung des Motors mit MOSFETs über einen Microcontroller ist in Weiterbildung der Erfindung verglichen mit einer Relais-Lösung eine flexiblere und komfortablere Steuerung des Scheibenwischermotors möglich. Beispielsweise kann die Länge des aktiven Intervalls bei Intervallbetriebs­ weise an den Benetzungsgrad der Scheiben des Kraftfahrzeugs angepaßt werden. Hierzu ist der Microcontroller in geeigneter Weise zu programmieren, so daß während des Aktivintervalls die Signalkombination "1 1 0" (Stufe 1-Betrieb), anschließend die Signalkombination "0 1 1" (Bremsbetrieb) und anschließend während des inaktiven Intervalls die Signalfolge "0 d.c. d.c." (AUS) abgegeben wird.By controlling the motor with MOSFETs via a In a further development of the invention, the microcontroller is compared with a relay solution a more flexible and comfortable Control of the wiper motor possible. For example can be the length of the active interval during interval operation to the degree of wetting of the windows of the motor vehicle be adjusted. The microcontroller is more suitable for this Way to program so that during the active interval the signal combination "1 1 0" (level 1 operation), then the signal combination "0 1 1" (braking mode) and then the signal sequence during the inactive interval "0 d.c. d.c." (OFF) is delivered.

Außerdem kann eine stufenlose Geschwindigkeitsregelung er­ reicht werden. Hierzu werden die MOSFETs 10, 11, 12 in Stufe 2-Betrieb taktweise angesteuert. Die Ansteuertaktfrequenz ist verglichen mit Intervallbetrieb wesentlich höher. Sie liegt beispielsweise bei 100 Hz. Der Motor wird mit der Taktfre­ quenz von z. B. 100 Hz mit der Signalfolge "1 0 1" (Stufe 2-Betrieb) und "0 d.c. d.c." (AUS) angesteuert. Aufgrund der hohen Schaltfrequenz kommt die integrierende Wirkung der Mo­ torinduktivität zum Tragen, so daß der Motor zwar kontinuier­ lich, aber mit verringerter Leistung läuft. Die Leistung und somit die Geschwindigkeit wird über das Tastverhältnis zwi­ schen ein- und ausgeschaltetem Zustand eingestellt.In addition, an infinitely variable speed control can be achieved. For this purpose, the MOSFETs 10 , 11 , 12 are driven in cycles in stage 2 operation. The control clock frequency is significantly higher compared to interval operation. It is, for example, 100 Hz. The motor is with the clock frequency of z. B. 100 Hz with the signal sequence "1 0 1" (stage 2 operation) and "0 dcdc" (OFF) controlled. Due to the high switching frequency, the integrating effect of the motor inductance comes into play, so that the motor runs continuously but with reduced power. The power and thus the speed is set via the duty cycle between the on and off state.

Vorteilhafterweise ist auch eine Überlasterkennung realisier­ bar. Hierzu wird eine in MOSFETs ohnehin standardmäßig vorge­ sehene Messung des Laststroms, d. h. des über die Drain- Source-Strecke fließenden Stroms, aktiviert. Im Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 ist hierzu am MOSFET 12 ein Anschluß 127 vorgesehen, an dem ein vom Laststrom abhängiger Strom bereit­ gestellt wird. Dieser Strom wird über einen nach Masse ge­ schalteten Widerstand 128 in ein Spannungssignal umgewandelt, welches im Microcontroller 14 mit einem Schwellwert vergli­ chen wird. Wenn der Schwellwert überschritten wird, fließt ein unerwünscht hoher Strom durch den MOSFET 12, was bei­ spielsweise durch eine Motorüberlastung aufgrund von auf der Scheibe festgefrorenen und den Motor blockierenden Scheiben­ wischerblättern hervorgerufen werden kann. Der Microcontrol­ ler 14 schaltet dann die Ansteuerung ab ("0 d.c. d.c."). Prinzipiell kann die Stromabfrage bei jedem der MOSFETs er­ folgen, zweckmäßigerweise jedoch nur wie in Fig. 1 darge­ stellt am MOSFET 12.Advantageously, overload detection can also be realized. For this purpose, a measurement of the load current, that is to say the current flowing over the drain-source path, is provided as standard in MOSFETs. In the embodiment of FIG. 1, a connection 127 is provided on the MOSFET 12 to which a current dependent on the load current is provided. This current is converted via a resistor 128 connected to ground into a voltage signal which is compared in the microcontroller 14 with a threshold value. If the threshold value is exceeded, an undesirably high current flows through the MOSFET 12 , which can be caused, for example, by a motor overload due to wiper blades frozen on the pane and blocking the motor. The microcontroller 14 then switches off the control ("0 dcdc"). In principle, the current query for each of the MOSFETs can be followed, but expediently only as in FIG. 1 shows the MOSFET 12 .

Verglichen mit einer Relais-Lösung kann eine Laststromüberwa­ chung, Geschwindigkeitsregelung oder an die Beschlagung der Scheiben angepaßte Intervallzeit nur mit wesentlich höherem Aufwand oder aufgrund der Trägheit des Relais überhaupt nicht realisiert werden.Compared to a relay solution, a load current can be monitored speed control or to the misting of the Interval time adapted to slices only with much higher Effort or not at all due to the inertia of the relay will be realized.

Um einen Motor mit mehr als zwei Geschwindigkeiten zu betrei­ ben, ist erforderlich, daß die Motorwicklung weitere Abgriffe vorsieht, die über jeweils einen dem MOSFET 10 entsprechenden inversstromtauglichen MOSFET, der in einer dem MOSFET 10 ent­ sprechenden Orientierung geschaltet ist, mit dem Schaltungs­ knoten 13 verbunden sind.In order to operate a motor with more than two speeds, it is necessary that the motor winding provide further taps, each of which has a corresponding MOSFET 10 inverse current-compatible MOSFET, which is connected in an orientation corresponding to the MOSFET 10 , with the circuit node 13 are connected.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung induktiver Lasten (2, 3), umfassend einen ersten und einen zweiten Anschluß (6, 8) für je ein Versorgungspotential, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß (5, 7) für je eine induktive Last, wobei die Lasten (2, 3) mit dem ersten Versorgungspoten­ tialanschluß (6) zu verbinden sind, gekennzeichnet durch ein erstes Halbleiterschaltelement (10) mit einem zwischen den ersten Ausgangsanschluß (5) und einen Knotenpunkt (13) geschalteten Drain-Source-Pfad, ein zweites Halbleiterschal­ telement (11) mit einem zwischen den zweiten Ausgangsanschluß (7) und den Knotenpunkt (13) geschalteten Drain-Source-Pfad, wobei die ersten und zweiten Halbleiterschaltelemente (10, 11) mit einem unterschiedlichen Ende ihrer Drain-Source-Pfade an den Knotenpunkt (13) angeschlossen sind, und durch ein drittes Halbleiterschaltelement (12) mit einem zwischen den Knotenpunkt (13) und den zweiten Versorgungspotentialanschluß (8) geschalteten Drain-Source-Pfad.1. Circuit arrangement for controlling inductive loads ( 2 , 3 ), comprising a first and a second connection ( 6 , 8 ) for a respective supply potential, and a first and a second output connection ( 5 , 7 ) for each an inductive load, the Loads ( 2 , 3 ) to be connected to the first supply potential connection ( 6 ), characterized by a first semiconductor switching element ( 10 ) with a drain-source path connected between the first output connection ( 5 ) and a node ( 13 ), a second Semiconductor scarf element ( 11 ) with a drain-source path connected between the second output terminal ( 7 ) and the node ( 13 ), the first and second semiconductor switching elements ( 10 , 11 ) having a different end of their drain-source paths to the Node ( 13 ) are connected, and by a third semiconductor switching element ( 12 ) with one between the node ( 13 ) and the second supply potential connection ( 8 ) switched drain-source path. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sourceanschluß des ersten Halbleiterschaltelements (10) an den Knotenpunkt (13) und der Drainanschluß des ersten Halbleiterschalters (10) an den ersten Ausgangsanschluß (5) angeschlossen ist, und daß der Drainanschluß des zweiten Halbleiterschaltelements (11) an den Knotenpunkt (13) und der Sourceanschluß des zweiten Halbleiterschaltelements (11) an den zweiten Ausgangsanschluß (7) angeschlossen ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the source connection of the first semiconductor switching element ( 10 ) to the node ( 13 ) and the drain connection of the first semiconductor switch ( 10 ) is connected to the first output connection ( 5 ), and that the drain connection of the second Semiconductor switching element ( 11 ) is connected to the node ( 13 ) and the source connection of the second semiconductor switching element ( 11 ) to the second output connection ( 7 ). 3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltelemente (10, 11, 12) jeweils n-Kanal- MOSFETs, bei denen der Sourceanschluß jeweils mit dem den Ka­ nal enthaltenden Dotierungsgebiet verbunden ist, die jeweils eine parasitäre Diode (101) aufweisen, deren Anode mit dem Sourceanschluß und deren Katode mit dem Drainanschluß verbun­ den ist, und deren Gateanschluß jeweils über eine Ladungspum­ pe (104) zur Erzeugung einer über der Versorgungsspannung (VB) liegenden Steuerspannung ansteuerbar ist, sind und daß das erste Halbleiterschaltelement (11) derart ausgebildet ist, daß es leitend schaltbar ist, wenn das Sourcepotential positiver als das Drainpotential ist.3. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 2, characterized in that the semiconductor switching elements ( 10 , 11 , 12 ) each have n-channel MOSFETs in which the source terminal is connected to the doping region containing the channel, each of which is parasitic Have diode ( 101 ), the anode of which is connected to the source connection and the cathode of which is connected to the drain connection, and whose gate connection can be driven via a charge pump ( 104 ) to generate a control voltage above the supply voltage (VB), and that first semiconductor switching element ( 11 ) is designed such that it can be switched on when the source potential is more positive than the drain potential. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halbleiterschaltelement (10) derart ausgebildet ist, daß es bei einem Stromfluß von Source nach Drain leitend schaltbar ist.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first semiconductor switching element ( 10 ) is designed such that it can be switched to be conductive with a current flow from source to drain. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungsmittel (14) vorgesehen sind, durch die der Drain- Source-Strom an mindestens einem der Halbleiterschaltelemente (12), insbesondere dem dritten Halbleiterschaltelement (12), meßbar und mit einem Schwellwert vergleichbar ist, so daß in Abhängigkeit vom Vergleich dieses Halbleiterschaltelement (12) gesperrt wird.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that circuit means ( 14 ) are provided through which the drain-source current on at least one of the semiconductor switching elements ( 12 ), in particular the third semiconductor switching element ( 12 ), measurable and with a threshold value is comparable, so that depending on the comparison this semiconductor switching element ( 12 ) is blocked. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (14) zur Ansteuerung der Halblei­ terschaltelemente (10, 11, 12), durch die das zweite Halblei­ terschaltelement (11) taktweise ansteuerbar ist, wobei das Tastverhältnis der taktweisen Ansteuerung in Abhängigkeit von einem Eingabebefehl an die Steuerungseinrichtung (14) verän­ derbar ist.6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized by a control device ( 14 ) for controlling the semiconductor switching elements ( 10 , 11 , 12 ) through which the second semiconductor switching element ( 11 ) can be controlled in cycles, the pulse duty factor of the cyclical control depending on an input command to the control device ( 14 ) is changeable. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (14) zur Ansteuerung der Halblei­ terschaltelemente (10, 11, 12) in Abhängigkeit von einem Ein­ gabebefehl an die Steuerungseinrichtung (14), durch die die Schaltzustandskombination derart, daß das dritte Halbleiter­ schaltelement (12) eingeschaltet ist und die ersten und zwei­ ten Halbleiterschaltelemente (10, 11) jeweils beide zugleich eingeschaltet oder ausgeschaltet sind, vermieden wird.7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized by a control device ( 14 ) for controlling the semiconductor switching elements ( 10 , 11 , 12 ) as a function of an input command to the control device ( 14 ), by which the switching state combination such that the third semiconductor switching element ( 12 ) is switched on and the first and two th semiconductor switching elements ( 10 , 11 ) are both both switched on or off at the same time, is avoided. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Lasten (2, 3) durch die Wicklung eines Elek­ tromotors (1) gebildet werden, daß die Wicklung Außenan­ schlüsse (4, 5) aufweist, die mit dem ersten Versor­ gungspotentialanschluß (6) und den ersten Ausgangsanschluß (5) verbunden sind, und daß die Wicklung einen zwischen den Außenanschlüssen liegenden Zwischenabgriff (7) aufweist, der mit dem zweiten Ausgangsanschluß (7) verbunden ist.8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inductive loads ( 2 , 3 ) are formed by the winding of an elec tric motor ( 1 ) that the winding has external connections ( 4 , 5 ) which with the first supply potential connection ( 6 ) and the first output connection ( 5 ) are connected, and that the winding has an intermediate tap ( 7 ) lying between the external connections, which is connected to the second output connection ( 7 ). 9. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 zum Betrieb einer Scheibenwischeranordnung mit mehrstufig einstellbarer Wischergeschwindigkeit.9. Use of a circuit arrangement according to one of the An claims 1 to 8 for the operation of a windshield wiper arrangement with multi-stage adjustable wiper speed.
DE19734928A 1997-08-12 1997-08-12 Circuit arrangement for controlling inductive loads Expired - Fee Related DE19734928B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19734928A DE19734928B4 (en) 1997-08-12 1997-08-12 Circuit arrangement for controlling inductive loads

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19734928A DE19734928B4 (en) 1997-08-12 1997-08-12 Circuit arrangement for controlling inductive loads

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19734928A1 true DE19734928A1 (en) 1999-02-18
DE19734928B4 DE19734928B4 (en) 2006-09-07

Family

ID=7838753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19734928A Expired - Fee Related DE19734928B4 (en) 1997-08-12 1997-08-12 Circuit arrangement for controlling inductive loads

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19734928B4 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10045633A1 (en) * 2000-09-15 2002-04-04 Hella Kg Hueck & Co Windscreen wiper motor control circuit for vehicle, has motor windings for respective motor revolutions controlled via semiconductor switches
EP1057702A3 (en) * 1999-05-31 2003-05-14 Yazaki Corporation Wiper control apparatus
EP1176067A3 (en) * 2000-07-24 2003-12-17 Yazaki Corporation Wiper control apparatus
EP1176068A3 (en) * 2000-07-24 2004-01-02 Yazaki Corporation Wiper control apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2270428A (en) * 1992-09-03 1994-03-09 Yang Tai Her Electic motor control arrangement
DE4229440A1 (en) * 1992-09-03 1994-03-10 Bosch Gmbh Robert Inductive load switching circuitry - uses two switches in series and in parallel with load supplied with inverse control signals

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19606100C2 (en) * 1996-02-19 2002-02-14 Infineon Technologies Ag Integrated circuit arrangement for driving a power MOSFET with a load on the source side, particularly suitable for use in the motor vehicle sector

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2270428A (en) * 1992-09-03 1994-03-09 Yang Tai Her Electic motor control arrangement
DE4229440A1 (en) * 1992-09-03 1994-03-10 Bosch Gmbh Robert Inductive load switching circuitry - uses two switches in series and in parallel with load supplied with inverse control signals

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1057702A3 (en) * 1999-05-31 2003-05-14 Yazaki Corporation Wiper control apparatus
EP1176067A3 (en) * 2000-07-24 2003-12-17 Yazaki Corporation Wiper control apparatus
EP1176068A3 (en) * 2000-07-24 2004-01-02 Yazaki Corporation Wiper control apparatus
DE10045633A1 (en) * 2000-09-15 2002-04-04 Hella Kg Hueck & Co Windscreen wiper motor control circuit for vehicle, has motor windings for respective motor revolutions controlled via semiconductor switches

Also Published As

Publication number Publication date
DE19734928B4 (en) 2006-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10344572B4 (en) Gate drive means for reducing a surge voltage and a switching loss
DE19750168B4 (en) Three power supplies for driver circuits of power semiconductor switches
DE10020981B4 (en) Engine control unit with fault protection circuit
DE69403964T2 (en) Control circuit with a level shifter for switching an electronic switch
DE69535329T2 (en) LAST DRIVER DEVICE
DE102009029694B4 (en) Control of a transistor with variable drive current
EP0705482B1 (en) Switching contactor driving circuitry
DE60030704T2 (en) Voltage switching regulator, with a driver circuit of a MOS circuit breaker
DE3718309A1 (en) CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE CLOCKED CONTROL OF SEMICONDUCTOR SWITCHES
EP3748827B1 (en) Converter half-bridge with reduced turn-off gate voltage during dead times
DE10328782B4 (en) Control circuit for a synchronous rectification MOSFET
DE3741394C2 (en) Circuit arrangement for protection against reverse polarity damage for load circuits with a MOS-FET as switching transistor
WO2006092349A1 (en) Transistor arrangement for rectifier and inverter
EP1094605B1 (en) Circuit arrangement for controlling a load with reduced stray radiation
DE10000020A1 (en) Integrated gate driver circuit for energizing power semiconductor components with MOS gate control, has time delay circuit
DE69029885T2 (en) Driver circuit for a switching element with a large input capacity
DE19734928B4 (en) Circuit arrangement for controlling inductive loads
DE10240167B4 (en) Circuit arrangement with a power transistor and a drive circuit for the power transistor
DE19913465B4 (en) Circuit arrangement for driving a power transistor
EP0696849B1 (en) Control apparatus with a circuit arrangement for its protection when the earth connection is interrupted
DE102005003890A1 (en) Overcurrent protection circuit and semiconductor device
DE3234602C2 (en)
DE102022116270A1 (en) CONTROL DEVICE
DE112021006773T5 (en) Switching device
DE10228340B3 (en) Control circuit for inductive load e.g. electric motor, relay or valve, has free-running circuit with diode and Zener diode connected across connection terminals for switched inductive load

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE

8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee