DE19927904A1

DE19927904A1 - Vorrichtung zum Betreiben einer Last

Info

Publication number: DE19927904A1
Application number: DE19927904A
Authority: DE
Inventors: Robert Kern
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-04
Also published as: WO2000079683A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Betreiben einer Last (16) vorgeschlagen, die in der Diagonale (17) einer Brückenschaltung (10) angeordnet ist. Eine Steuerschaltung (18) schaltet im unmittelbaren zeitlichen Wechsel jeweils diagonal gegenüberliegende Transistoren (T1, T4; T2, T3) der Brückenschaltung ein, so daß in den zur Brückenschaltung (10) führenden Stromversorgungsleitungen (11, 12) stets symmetrische Spannungssprünge auftreten. Ein Abschalten der Last (16) tritt auf, wenn die Einschaltdauern der von der Steuerschaltung (18) abgegebenen Schaltsignale (S1-S4) für die Transistoren (T1-T4) der Brückenschaltung (10) jeweils gleich lang sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Last nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE-A 43 29 919 ist eine Endstufenschaltung bekannt, die als Brückenschaltung realisiert ist, in deren Diagonale die Last liegt. Die Brückenschaltung enthält einen ersten und zweiten Transistor, die in einem ersten Brückenzweig angeordnet sind und einen dritten und vierten Transistor, die in einem zweiten Brückenzweig angeordnet sind. Zur Bestromung der Last werden jeweils diagonal gegenüberliegende Transistoren der Brückenschaltung eingeschaltet. Eine Beeinflussung der der Last zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung kann mit einem getakteten Betrieb der Brückenschaltung erzielt werden. Hierzu ist es möglich, entweder beide, diagonal gegenüberliegende Transistoren getaktet zu betreiben oder einen der beiden Transistoren ständig eingeschaltet zu lassen und nur den anderen Transistor getaktet zu betreiben. Daneben ist ein Betriebszustand vorgesehen, bei dem beide Anschlüsse der Last mit ein und demselben Stromversorgungsanschluß der Brückenschaltung verbunden werden. In diesem Betriebszustand wird ein Freilaufkreis realisiert, der insbesondere bei induktiven Lasten eine Reduzierung der ansonsten auftretenden Spannungsspitzen ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Betreiben einer in einer Brückenschaltung angeordneten Last anzugeben, die eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltung minimiert die von Stromversorgungsleitungen, die zur Brückenschaltung führen, abgestrahlte elektromagnetische Störstrahlung. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Steuerschaltung im unmittelbaren zeitlichen Wechsel den ersten Transistor des ersten Brückenzweigs und den vierten Transistor des zweiten Brückenzweigs und anschließend den zweiten Transistor des ersten Brückenzweigs und den dritten Transistor des zweiten Brückenzweigs einschaltet. Zur Bestromung der in der Brückendiagonale liegende Last mit einer ersten Polarität ist die Einschaltdauer der Schaltsignale des ersten und vierten Transistors kürzer als die Einschaltdauer der Schaltsignale des zweiten und dritten Transistors. Zur Bestromung der Last mit der zur ersten Polarität entgegengesetzten Polarität ist die Einschaltdauer der Schaltsignale des zweiten und dritten Transistors kürzer als die Einschaltdauer der Schaltsignale des ersten und vierten Transistors. Bezogen auf die einzelnen Schaltsignale tritt eine Impulsdauermodulation auf.

Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird erreicht, daß in den zur Brückenschaltung führenden Stromversorgungsleitungen stets symmetrische Spannungssprünge auftreten, so daß die abgestrahlte elektromagnetische Störung minimiert ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß zur Abschaltung der Last die Einschaltdauern der vier Schaltsignale gleich lang sind. Bezogen auf die einzelnen Schaltsignale entspricht dieser Betriebszustand einer Impulsdauermodulation mit einem Tastverhältnis von 50%.

Eine andere vorteilhafte Maßnahme sieht vor, daß zur Abschaltung der Last die Schaltsignale des ersten und zweiten Transistors dauernd den Einschaltzustand der beiden Transistoren vorgeben. Mit dieser Maßnahme ist die Last ständig mit ein und derselben Stromversorgungsleitung verbunden und somit abgeschaltet. Die Maßnahme weist insbesondere bei einer längeren Abschaltzeit der Last Vorteile dadurch auf, daß keine elektromagnetische Störungen entstehen und die Schaltverluste vollständig entfallen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer Last ist in Fig. 1 gezeigt. Fig. 2 zeigt ein Impulsdiagramm von Schaltsignalen, die in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung auftreten.

Fig. 1 zeigt eine Brückenschaltung 10, die über eine erste und zweite Stromversorgungsleitung 11, 12 mit einer Energiequelle 13 verbunden ist. Die Brückenschaltung 10 weist einen ersten Brückenzweig 14 auf, der einen ersten Transistor T1 und einen zweiten Transistor T2 enthält. Der zweite Brückenzweig 15 enthält den dritten Transistor T3 sowie den vierten Transistor T4. Der erste und dritte Transistor T1, T3, sind mit der zweiten Stromversorgungsleitung 12 und der zweite und vierte Transistor T2, T4 mit der ersten Stromversorgungsleitung 11 verbunden. Eine Last 16 ist in der Brückendiagonale 17 der Brückenschaltung 10 angeordnet. Eine Steuerschaltung 18 gibt an den ersten Transistor T1 ein erstes Schaltsignal S1, an den zweiten Transistor T2 ein zweites Schaltsignal S2, an den dritten Transistor T3 ein drittes Schaltsignal S3 und an den vierten Transistor T4 ein viertes Schaltsignal S4 jeweils ab.

Fig. 2 zeigt ein Impulsdiagramm, das die vier Schaltsignale S1-S4 in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt.

Eine "0" bedeutet, daß der angesteuerte Transistor T1-T4 abgeschaltet ist und eine "1" bedeutet, daß der Transistor T1-T4 eingeschaltet ist. Die Schaltsignale S1-S4 weisen eine minimale Periodendauer P auf. Die Einschaltdauer ist mit D1 und die Ausschaltdauer mit D2 bezeichnet. Die Zeiten D1 und D2 addiert ergeben die minimale Periodendauer P. In einem ersten Intervall I1 wird die Last 16 mit einer ersten Polarität bestromt. In einem Intervall I3 erfolgt die Bestromung mit einer zur ersten Polarität entgegengesetzten Polarität. Im zweiten Intervall I2, im vierten Intervall I4 sowie im fünften Intervall I5 ist die Last 16 abgeschaltet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben der Last 16 arbeitet folgendermaßen:
Die Steuerschaltung 18 erzeugt in Abhängigkeit von einem nicht näher gezeigten Eingangssigral die für das Betreiben der in der Brückendiagonale 17 angeordneten Last 16 die erforderlichen Schaltsignale S1-S4 für die die Brückenschaltung 10 bildenden Transistoren T1-T4.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jeweils gegenüberliegende Transistoren T1, T4 bzw. T2, T3 der Brückenschaltung 10 im unmittelbaren Wechsel eingeschaltet werden. Im ersten Intervall I1 soll die Last 16, beispielsweise ein Elektromotor, mit einer ersten Polarität der Energie 13 beaufschlagt werden. Während der Einschaltdauer D1 geben das erste und vierte Einschaltsignal S1, S4 ein Schaltsignal an den ersten bzw. vierten Transistor T1, T4 weiter. Während der zweiten Einschaltdauer D2 geben das zweite und dritte Schaltsignal, S2, S3 Einschaltsignale des zweiten bzw. dritten Transistors T2, T3 vor. Hierbei soll festgelegt sein, daß die erste Einschaltdauer D1 größer ist als die zweite Einschaltdauer D2.

Ein wesentliches Ergebnis des unmittelbar wechselnden Einschaltens jeweils gegenüberliegender Transistoren T1-T4 ist es, daß in den Stromversorgungsleitungen 11, 12 stets symmetrische Spannungssprünge oder Stromänderungen auftreten. Die insgesamt von den Stromversorgungsleitungen 11, 12 abgestrahlte elektromagnetische Störung ist mit in der erfindungsgemäßen Maßnahme minimiert. Eine weitere Erhöhung in der elektromagnetischen Verträglichkeit wird beispielsweise durch ein Verdrillen der Stromversorgungsleitungen 11, 12 erreicht.

Im dritten Intervall I3 soll die Last 16 mit einer Polarität der Energiequelle 13 beaufschlagt werden, die entgegengesetzt zu der Polarität des ersten Intervalls ist. Im dritten Intervall I3 sind die Einschaltdauern D1 des ersten und vierten Schaltsignals S1, S4 kürzer als die zweiten Einschaltdauern D2 der zweiten und dritten Schaltsignale S2, S3. Im zeitlichen Mittel dreht sich deshalb die Polarität der Last 16 gegenüber der Polarität im ersten Intervall I1 um. Eine variable Leistungsvorgabe für die Last 16 ist durch eine Änderung des Verhältnisses der Einschaltdauern, D1, D2 möglich. Die minimale Grenze liegt bei 0% für maximale Leistung und die maximale Grenze bei 50% für minimale Leistung.

Ein Verhältnis von 50% entspricht dem Abschaltzustand der Last 16. Die entsprechenden Schaltsignale S1-S4 sind im zweiten und vierten Intervall I2, I4 dargestellt. Der mittlere, durch die Last 16 fließende Strom wird bei einem Verhältnis von 50% wenigstens näherungsweise zu Null.

Bedingt durch die Schaltvorgänge in den Transistoren T1-T4 tritt eine Verlustleistung auch bei abgeschalteter Last 16 auf. In Abhängigkeit von dem nicht näher gezeigten Eingangssignal der Steuerschaltung 18, beispielsweise in Kenntnis einer längeren Abschaltphase der Last 16, kann der verlustbehaftete Schaltbetrieb, der im zweiten und vierten Intervall I2, I4 auftritt, aufgegeben werden zugunsten einer vollständigen Abschaltung der Brückenschaltung 10. Eine erste Möglichkeit, die Brückenschaltung 10 vollständig abzuschalten besteht darin, die Schaltsignale S1-S4 dauernd in abgeschalteten Zustand zu halten. Eine vorteilhafte Maßnahme sieht vor, daß die Schaltsignale S1- S4 von zwei Transistoren T1-T4, die jeweils an der gleichen Stromversorgungsleitung 11, 12 angeschlossen sind, dauernd im eingeschalteten Zustand gehalten werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel können entweder der erste und dritte Transistor T1, T3 oder der zweite und vierte Transistor T2, T4 jeweils gleichzeitig eingeschaltet werden. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die Last 16 wenigstens näherungsweise das Potential einer der Stromversorgungsleitungen 11, 12 annimmt. Sofern eine der Stromversorgungsleitungen 11, 12 mit Gerätemasse oder mit Schaltungserde verbunden ist, wird mit dieser Maßnahme die elektromagnetische Empfindlichkeit gegenüber von außen einwirkenden Störungen erhöht.

Die Brückenschaltung 10 wurde bislang anhand von Transistoren T1-T4 beschrieben. Es liegt auf der Hand, daß anstelle von Transistoren T1-T4 auch andere schaltbare Halbleiterbauelemente eingesetzt werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Betreiben einer Last (16), die in der Diagonale (17) einer Brückenschaltung (10) angeordnet ist, die in einem ersten Brückenzweig (14) einen ersten und zweiten Transistor (T1, T2) und in einem zweiten Brückenzweig (15) einen dritten und vierten Transistor (T3, T4) aufweist und die eine Steuerschaltung (18) enthält, die an die Transistoren (T1-T4) jeweils Schaltsignale (S1-S4) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (18) im unmittelbaren zeitlichen Wechsel den ersten Transistor (T1) des ersten Brückenzweigs (14) und den vierten Transistor (T4) des zweiten Brückenzweigs (15) und anschließend den zweiten Transistor (T2) des ersten Brückenzweigs (14) und den dritten Transistor (T3) des zweiten Brückenzweigs (15) einschaltet, daß zur Bestromung der Last mit einer ersten Polarität die Einschaltdauern (D1, D2) der Schaltsignale (S1, S4) des ersten und vierten Transistors (T1, T4) kürzer sind als die Einschaltdauern (D1, D2) der Schaltsignale (S2, S3) des zweiten und dritten Transistors (T2, T3) und daß zur Bestromung der Last (16) mit der zur ersten Polarität entgegengesetzten Polarität die Einschaltdauern (D1, D2) der Schaltsignale (S2, S3) des zweiten und dritten Transistors (T2, T3) kürzer sind als die Einschaltdauern (D1, D2) der Schaltsignale (S1, S4) des ersten und vierten Transistors (T1, T4).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung der Last (16) die Einschaltdauern (D1, D2) der Schaltsignale (S1-S4) gleich lang sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung der Last (16) die Schaltsignale (S1, S3) des ersten und des dritten Transistors (T1, T3) oder die Schaltsignale (S2, S4) des zweiten und vierten Transistors (T2, T4) dauernd den Einschaltzustand vorgeben.