DE29811832U1

DE29811832U1 - Device for the isolated transmission of control signals and feedback of saturation signals and load current signals

Info

Publication number: DE29811832U1
Application number: DE29811832U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2008-07-03

Description

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BeschreibungDescription

Einrichtung zum potentialgetrennten Übertragen von Steuersignalen und Rückführen von Sättigungssignalen und Laststromsignalen Device for the potential-isolated transmission of control signals and feedback of saturation signals and load current signals

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum potentialgetrennten Übertragen von Steuersignalen einer Steuer- und Regelelektronik an Leistungstransistoren für eine auf relativ hohem Spannungspotential befindliche Last, insbesondere einen Elektromotor, und zum ebenfalls potentialgetrennten Rückführen von Sättigungssignalen und Laststromsignalen an die Steuer- und Regelelektronik.The invention relates to a device for the potential-separated transmission of control signals from control and regulating electronics to power transistors for a load at a relatively high voltage potential, in particular an electric motor, and for the likewise potential-separated return of saturation signals and load current signals to the control and regulating electronics.

Zum Übertragen von Taktsignalen an in Brückenschaltung angeordnete Transistoren hat sich der integrierte Schaltkreis HCPL-316J der Firma Hewlett Packard bewährt. Dabei werden zum einen potentialgetrennt über eine erste optische Strecke die Steuersignale für die Transistoren geführt und zum anderen erfolgt über eine zweite optische Strecke eine Rückmeldung, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung der Transistoren darauf hindeutet, daß ein Sättigungszustand wegen Transistorüberlastung vorliegt.The integrated circuit HCPL-316J from Hewlett Packard has proven to be effective for transmitting clock signals to transistors arranged in a bridge circuit. On the one hand, the control signals for the transistors are routed in a potential-separated manner via a first optical path and, on the other hand, feedback is provided via a second optical path if the collector-emitter voltage of the transistors indicates that a saturation state has occurred due to transistor overload.

Für die Regelung derartiger Schaltungen ist ferner ein Schaltkreis HCPL-3120 der Firma Hewlett Packard gebräuchlich, mit dem es möglich ist, die an einem Shunt-Widerstand zum Erfassen des Laststromes anstehende Spannung zu detektieren und an die jeweilige Steuerelektronik weiterzuleiten.A circuit HCPL-3120 from Hewlett Packard is also used to control such circuits, with which it is possible to detect the voltage present at a shunt resistor for detecting the load current and to pass it on to the respective control electronics.

Seitens des Erfinders ist nun erkannt worden, daß häufig beide Bausteine gemeinsam verwendet werden. Dabei sind drei optische Strecken vorhanden, von denen die eine die Taktsignale für die Transistoren führt, die andere die jeweilige Kollektor-Emitter-Spannung rückmeldet und die dritte den Laststrom rückmeldet.The inventor has now realized that both components are often used together. There are three optical paths, one of which carries the clock signals for the transistors, the other reports the respective collector-emitter voltage and the third reports the load current.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art mit geringerem Schaltungsaufwand zu realisieren. The object of the invention is to realize a device of the type mentioned at the beginning with less circuitry effort.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem kombinierten, integrierten Schaltkreis über eine erste Optokoppler-Strecke die Steuersignale und über eine zweite Optokoppler-Strecke sowohl die Sättigungssignale als auch die Laststromsignale führbar sind.According to the invention, this object is achieved in that in a combined, integrated circuit the control signals can be conducted via a first optocoupler path and both the saturation signals and the load current signals can be conducted via a second optocoupler path.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Laststromerfassung über einen jeweiligen Spannungsabfall an einem Shuntwiderstand erfolgt und daß Mittel zum lastabhängigen Einstellen einer Verstärkung des Spannungsabfalls vorgesehen sind. Damit wird stets der volle Spannungserfassungsbereich auch bei unterschiedlichen Lasten gewährleistet.A first advantageous embodiment of the invention is characterized in that the load current is detected via a respective voltage drop across a shunt resistor and that means are provided for adjusting the gain of the voltage drop depending on the load. This always ensures the full voltage detection range, even with different loads.

In diesem Zusammenhang erweist es sich insbesondere aus Bedienungsgründen als vorteilhaft, daß die Werte für das lastabhängige Einstellen in den Pfad für die Steuersignale einprägbar sind. Dabei kann dies schaltungstechnisch relativ einfach dadurch erfolgen, daß dieses Einstellen durch ein den Taktsignal vorgeschaltetes codiertes Binärsignal erfolgt. 25In this context, it is particularly advantageous for operational reasons that the values for the load-dependent setting can be impressed into the path for the control signals. In terms of circuitry, this can be done relatively easily by using a coded binary signal preceding the clock signal. 25

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen: An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Shown are:

FIG 1 ein Blockschaltbild der Erfindung und FIG 2 ein Blockschaltbild zum Stand der Technik.FIG 1 is a block diagram of the invention and FIG 2 is a block diagram of the prior art.

Zum besseren Verständnis wird in der folgenden Beschreibung zunächst auf die Darstellung gemäß FIG 2 eingegangen. 35For a better understanding, the following description first looks at the illustration in FIG 2. 35

Diese Darstellung zeigt eine Steuer- und Regelelektronik SRE, bei welcher mit Hilfe eines Pulsweitenmodulators PWM Taktsi-This illustration shows a control and regulation electronics SRE, in which a pulse width modulator PWM clock signal is

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gnale für den Steuersatz eines Motors M erzeugt werden, wobei ein Regelverhalten mit Hilfe einer Stromregelung SR erfolgt.signals are generated for the control unit of a motor M, whereby a control behavior is achieved with the help of a current control SR.

Der Steuersatz ist so aufgebaut, daß sechs Transistoren Tl bis T6 als Brücke geschaltet sind, wobei jedem der Transistoren Tl bis T6 eine Schutzdiode Dl bis D6 zugeordnet ist. Die resultierenden Strangströme werden jeweils über Shunts Sl bis S3 geleitet. Der Leistungsteil befindet sich dabei auf einem relativ hohem Spannungspotential und deswegen werden die Taktsignale über Optokoppler an die Transistoren Tl bis T6 durchgeschaltet.The control unit is designed in such a way that six transistors Tl to T6 are connected as a bridge, with each of the transistors Tl to T6 being assigned a protective diode Dl to D6. The resulting phase currents are each conducted via shunts Sl to S3. The power section is at a relatively high voltage potential and therefore the clock signals are switched through to the transistors Tl to T6 via optocouplers.

Der Einfachheit halber ist nur durch einen abgeknickten Pfeil angedeutet, wie ein Taktsignal des Pulsweitenmodulators PWM an den Optokoppler Ol für den Transistor Tl geleitet wird. Wenn angenommen sei, daß der Transistor Tl leitend ist und der Transistor T2 gesperrt ist, ist leicht ersichtlich, daß über den Shunt Sl eine Phase des Motors M an positives Potential gelegt ist. Entsprechende Verhältnisse ergeben sich durch das Schalten bzw. Nichtschalten der Transistoren T2 bis T6. Die resultierenden Phasenströme führen an den Shunts Sl bis S3 zu Spannungsabfällen, die über eine Stromistwerterfassung SIl an die Stromregelung SR rückgemeldet werden. Die Stromistwerterfassung SIl beinhaltet ebenfalls einen Optokoppler zur galvanischen Trennung. Auch hier ist ebenfalls durch einen geknickten Pfeil angedeutet, wie von der Stromistwerterfassung SIl die Stromregelung SR beaufschlagt wird. Die jeweiligen Leitungen, ausgehend von Stromistwerterfassungen SI2 und SI3, sind nur durch einen Pfeil angedeutet.For the sake of simplicity, only a bent arrow indicates how a clock signal from the pulse width modulator PWM is sent to the optocoupler Ol for the transistor Tl. If we assume that the transistor Tl is conductive and the transistor T2 is blocked, it is easy to see that a phase of the motor M is connected to positive potential via the shunt Sl. Corresponding conditions arise from the switching or non-switching of the transistors T2 to T6. The resulting phase currents lead to voltage drops at the shunts Sl to S3, which are reported back to the current control SR via a current actual value detection SIl. The current actual value detection SIl also contains an optocoupler for galvanic isolation. Here, too, a bent arrow indicates how the current actual value detection SIl applies pressure to the current control SR. The respective lines, starting from the actual current value recordings SI2 and SI3, are only indicated by an arrow.

Für den Fall, daß Brückenkurzschlüsse auftreten, d.h. daß fälschlicherweise beispielsweise die Transistoren Tl und T2 gleichzeitig durchlässig geschaltet werden, ist ferner eine Überwachung der jeweiligen Kollektor-Emitter-Spannungen an den Transistoren Tl bis T6 vorgesehen. Der jeweils resultierende Spannungswert wird auf das Auftreten der Sättigungsspannung überwacht und ein diesbezügliches SättigungssignalIn the event that bridge short circuits occur, i.e. that, for example, the transistors Tl and T2 are mistakenly switched to conducting at the same time, monitoring of the respective collector-emitter voltages on the transistors Tl to T6 is also provided. The resulting voltage value is monitored for the occurrence of the saturation voltage and a corresponding saturation signal

gelangt über die Optokoppler 01 bis 06 über eine in diesen befindliche zusätzliche optische Strecke ein diesbezügliches Rückmeldesignal an die Steuer- und Regelungselektronik SRE. Dies ist ebenfalls nur für den Optokoppler 01 explizit dargestellt. A corresponding feedback signal is sent to the control and regulation electronics SRE via the optocouplers 01 to 06 via an additional optical path located in these. This is also only explicitly shown for the optocoupler 01.

In der Darstellung gemäß FIG 1 ist für einen Transistor Tl mit zugehöriger Diode Dl gezeigt, daß das Transistoransteuerungssignal TA, das Sättigungssignal FAULT(UCE) und das Laststromsignal IL über einen einzigen kombinierten integrierten Schaltkreis IC geführt werden. Das Transistoransteuerungssignal TA gelangt dazu zunächst an einen Treiber TRl und erzeugt über eine Diode ein Lichtsignal, was in einer Empfangsdiode empfangen wird dann über einen Treiber TR2 ein Ausgangssignal für den Transistor Tl erzeugt. Die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors Tl gelangt von der Hochpotentialseite an den Kombi-IC, wird dort in einer UCE-Überwachungseinrichtung UE auf den einen Kurzschlußfall andeutenden Schwellwert überwacht und ein diesbezügliches Signal gelangt dann an einen Encoder ER, der über einen Treiber TR3 eine lichtimitierende Diode einer optischen Strecke 0S2 diesbezüglich ansteuert und das Empfangssignal der optischen Strecke 0S2 wird dann in einem Decoder DE analysiert und dementsprechend wird ein Signal FAULT(UCE) für die Steuer- und Regelelektronik erzeugt. Ferner wird an dem Transistor TR verschalteten Shunt Sl der Laststrom anhand der am Shunt Sl anstehenden Spannung in einen Verstärker V, auf den im folgenden noch eingegangen wird, bewertet und über einen Umsetzer UR wird der detektierte Stromwert an den Encoder ER weitergeleitet, der über den Treiber TR3 die optische Strecke 0S2 anregt. Am Ausgang des Decoders DE kann dann ein Wert für den Laststrom IL abgegriffen werden. Ferner kann auch ein Überstrom beispielsweise als FAULT(I) ausgegeben werden.In the illustration according to FIG 1, it is shown for a transistor Tl with associated diode Dl that the transistor control signal TA, the saturation signal FAULT(UCE) and the load current signal IL are routed via a single combined integrated circuit IC. The transistor control signal TA first reaches a driver TRl and generates a light signal via a diode, which is received in a receiving diode and then generates an output signal for the transistor Tl via a driver TR2. The collector-emitter voltage of the transistor Tl reaches the combination IC from the high-potential side, where it is monitored in a UCE monitoring device UE for the threshold value indicating a short circuit, and a corresponding signal then reaches an encoder ER, which controls a light-emitting diode of an optical path 0S2 via a driver TR3, and the received signal of the optical path 0S2 is then analyzed in a decoder DE and a FAULT(UCE) signal is generated accordingly for the control and regulating electronics. Furthermore, the load current on the shunt Sl connected to the transistor TR is evaluated based on the voltage at the shunt Sl in an amplifier V, which will be discussed below, and the detected current value is passed on to the encoder ER via a converter UR, which excites the optical path 0S2 via the driver TR3. A value for the load current IL can then be tapped at the output of the decoder DE. Furthermore, an overcurrent can also be output, for example, as FAULT(I).

Durch drei Ausgangspfeile vom Umsetzer UR sei angedeutet, daß dieser sowohl ein Signal FAULT DETECT(I) als auch einen ech-Three output arrows from the converter UR indicate that it can output both a FAULT DETECT(I) signal and a real

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ten Stromwert über eine Sigma/Delta-Wandlung als auch ein Referenzsignal übertragen kann.current value via a sigma/delta conversion as well as a reference signal.

Durch ein Signal RESET kann der Decoder DE jeweils rückgesetzt werden.The decoder DE can be reset using a RESET signal.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist dennoch, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers V über das wahlweise Einschalten von Widerständen Rl oder R2 in den Rückkoppelzweig eines Operationsverstärkers OV einstellbar ist. Welcher Verstärkungsfaktor einzustellen ist, hängt von der Größe der Last, d.h. insbesondere von der Art des verwendeten Motors, ab. Die Einstellung der Verstärkung erfolgt nun dadurch, daß dem Transistoransteuerungssignal ein Binärsignal BS einer diesbezüglichen spezifischen Codierung vorgeschaltet ist, wobei dieses Binärsignal BS in einen Decoder DR erkannt wird und wobei dieser dementsprechend die Widerstände Rl, R2 oder auch weitere Widerstände, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, zum Einstellen der Verstärkung desIt is nevertheless essential for the present invention that the gain factor of the amplifier V can be adjusted by selectively switching on resistors Rl or R2 in the feedback branch of an operational amplifier OV. Which gain factor is to be set depends on the size of the load, i.e. in particular on the type of motor used. The gain is now adjusted by placing a binary signal BS of a specific coding in front of the transistor control signal, whereby this binary signal BS is recognized in a decoder DR and whereby this accordingly uses the resistors Rl, R2 or other resistors, which are not shown for the sake of clarity, to adjust the gain of the

"2&Oacgr; Verstärkers V wirksamschaltet."2&Oacgr; amplifier V is activated.

Claims

GR 98 G 3462 ,, &ldquor;

Protection claims

1'. Device for the potential-separated transmission of control signals of control and regulating electronics to power transistors for a load at a relatively high voltage potential, in particular an electric motor, and for the likewise potential-separated return of saturation signals and load current signals to the control and regulating electronics, characterized in that in a combined, integrated circuit (IC) the control signals can be conducted via a first optocoupler path (OS1) and both the saturation signals (UCE) and the load current signals (IL) can be conducted via a second optocoupler path (OS2).

2. Device according to claim 1, characterized in that the load current is detected via a respective voltage drop across a shunt resistor (S1) and that means (OV, R1, R2) are provided for setting a gain of the voltage drop depending on the load.

3. Device according to claim 2, characterized in that the values for the load-dependent setting can be impressed into the path for the control signals.

4. Device according to claim 3, characterized in that this imprinting is carried out by a coded binary signal (BS) preceding the clock signals.