DE3000403A1

DE3000403A1 - Steuerschaltung fuer einen mehrphasen-verbraucher

Info

Publication number: DE3000403A1
Application number: DE19803000403
Authority: DE
Inventors: Joergen Nordborg Hyldal
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-01-08
Filing date: 1980-01-08
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DK157963C; DE3000403C2; US4348621A; IT8167007A0; JPS56103977A; DK157963B; CA1172691A; IT1143253B; DK546580A

Description

Steuerschaltung für einen Mehrphasen-Verbraucher

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Mehrphasen-Verbraucher, insbesondere einen zweiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, bei der in Jeder Phase ein steuerbares Schaltelement aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Transistoren in Darling Schaltung, und ein Verbraucherteil in Reihe an einer Gleiehspannungsquelle liegen und bei der die Schaltelemente in zyklischer R@ifo.©nfolge durch Schaltimpulse nacheinander ein- und ausschaltfear sind_o

Bei einer bekannten Steuerschaltung dieser Art treten im Betrieb Funkstörungen während der Schaltvorgänge der Schaltelemente auf_o

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der Funkstörungen weitgehend vermieden sind.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen allen in der Schaltreihenfolge benachbarten Schaltimpulsen eine Totzeit liegt.

Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Halbleiter-Schaltelementen, insbesondere Transistoren in Darlingtonschaltung₅ die Sperrverzögerungszeit länger als die Durchlaßverzögerungszeit ist. Wenn daher gleich beim Vaschwinden des Schaltimpulses vom Steueranschluß des einen Schaltelements der Schaltimpuls an ά®η

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Steueranschluß des in der Reihenfolge nächsten Schaltelements angelegt wird, überschneiden bzw. überlappen sich die Durchlaßzustände beider Schaltelemente um den Betrag des Unterschieds von Durchlaß- und Sperrverzögerungszeit. Während dieser Überlappungszeit kann daher ein sehr viel höherer Betriebsstrom in der gemeinsamen Verbraucherzuleitung fließen und entsprechende Funkstörungen verursachen. Durch das Zwischenschalten der Totzeit zwischen allen in der Reihenfolge benachbarten Schaltimpulsen wird eine derartige Durchlaßüberlappung weitgehend oder völlig vermieden, so daß Funkstörungen im gleichen Maße vermieden werden.

Man hat zwar schon bei in Reihe geschalteten Halbleiter-Schaltelementen Totzeiten zwischen den diesen Schaltelementen zugeordneten Schaltimpulsen vorgesehen, jedoch allein zu dem Zweck, einen Kurzschluß während der Überlappungszeit zu vermeiden. Bei der gattungsgemäßen Steuerschaltung sind derartige Kurzschlüsse jedoch nicht zu befürchten.

Die Totzeit wird wesentlich kürzer als ein Schaltimpuls gewählt, d. h. wesentlich kürzer als die Zeit, während der ein Schaltelement maximal leitend ist. Vorzugsweise liegt sie in der Größenordnung von etwa 10 MikrοSekunden. Dies ergibt einen günstigen Kompromiß, der einerseits eine ausreichende Dämpfung von Funkstörungen und andererseits keinen zu hohen Kommutierungsfehler bei kurzen S ehalt impuls eii bzw. hohen Drehzahlen sicherstellt.

Eine besonders einfache Ausbildung der Steuerschaltung ergibt sich, wenn die Vorderflanke aller Schaltimpulse gegenüber der Rückflanke des jeweils unmittelbar vorausgehenden Schaltimpulses verzögert ist.

So läßt sich eine Steuerschaltung, bei der die Schaltimpulse aus den Impulsen eines Impulsgebers abgeleitet sind, in der Weise ausbilden, daß durch alle Flanken der Impulse des Impulsgebers je ein Sperrimpuls mit einer der Totzeit ent-

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sprechenden Dauer auslösbar ist und die Sperrimpulse abwechselnd mit den mit ihnen zusammenfallenden Impulsen und Impulspausen des Impulsgebers zur Bildung der Schaltimpulse verknüpft sindL Hierbei sperren die Sperrimpulse Jeweils einen Anfangsabschnitt jedes Impulses bzw. jeder Impulspause, die jeweils einer Phase zugeordnet sind, so daß sich auf einfache Weise Schaltimpulse mit der Dauer der Sperrimpulse entsprechenden Abständen ergeben.

Ferner können die Impulse des Impulsgebers einem auf di© Flanken dieser Impulse mit der Abgabe je eines Auslöseimpulses für ,5© einen der Sperrimpulse ansprechenden Zeitschaltglied zuführbar sein. Obwohl es auch möglich ist, für jede Phase ein eigenes Zeitschaltglied vorzusehen, genügt bei dieser Ausbildung ein Zeitschaltglied für alle Phasen.

Dieses Zeitschaltglied kann in der Weise ausgebildet sein, daß es einen bei jeder Eingangsimpulsflanke einen Nadelimpuls erzeugenden Nulldetektor und ein diesem nachgeschaltetes Verzögerungsglied aufweist, das nur die Rückflanke seines Eingangsimpulses verzögert. Aus den Ausgangsimpulsen dieses Verzögerungsgliedes können dann durch einfache Umkehr die Sperrimpulse gebildet werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand d@r Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Steuerschaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine erste Abwandlung der Steuerschaltung nach Fig. 1 und Fig. 4 eine zweite Abwandlung der Steuerschaltung nach Fig. 1.

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Fig. 1 stellt eine Steuerschaltung für einen bürstenlosen zweiphasigen Gleichstrommotor mit einem zweipoligen Dauermagnet-Läufer 1 und zwei Ständerwicklungen 2 und 3 dar. Die Ständerwicklungen 2, 3 liegen jeweils in Reihe mit einem Schaltelement 4 bzw. 5 aus zwei Transistoren in Darlington-Schaltung an den Polen (+) und (0) einer Betriebsgleichspannungsquelle.

Ein Impulsgeber 6 enthält einen als Spule mit sättigbarem Kern ausgebildeten Fühler 7 zur Erfassung,der Drehwinkellage des Läufers 1 und einen mit dem Fühler 7 zusammenwirkenden Oszillator, dessen Schwingungen abwechselnd nach jeder halben Läuferumdrehung durch eine Änderung der Induktivität des Fühlers 7 ein- und auegeschaltet werden. Die Induktivitätsänderung wird durch die Drehung des Läufers 1 bewirkt. Die Schwingungen des Oszillators werden in einem dem Oszillator nachgeschalteten Demodulator gleichgerichtet und geglättet, so daß sich rechteckförmige, symmetrische Impulse I ergeben. Die Impulse I des Impulsgebers 6 werden dem einen Eingang eines NAND-Gliedes 9 und einem Zeitschal tglied 10 zugeführt. Der Ausgang des NAND-Gliedes 9 ist direkt mit dem einen Eingang eines zweiten NAND-Gliedes 11 und über ein NICHT-Glied 12 (auch Umkehrstufe genannt) mit dem Steueranschluß des Schaltelements 4 verbunden. Der Ausgang des NAND-Gliedes 11 ist über ein NICHT-Glied 13 mit dem Steueranschluß des Schaltelements 5 verbunden.

Das Zeitschaltglied 10 enthält eir^angsseitig einen Nulldetektor 14, der mit jeder Flanke eines Impulses I einen (positiven) Nadelimpuls erzeugt. Dem Nulldetektor 14 ist ein Verzögerungsglied 15 in Form eines monostabilen Kippgliedes nachgeschaltet, das nur die Rückflanke seines Eingangsimpulses (den Übergang von 1 auf 0) verzögert und einen gegenüber dem Nadelimpuls verlängerten Auslöseimpuls A dem einen Eingang eines nachgeschalteten NAND-Gliedes 16 zuführt, das zwei weitere Eingänge aufweist, denen ein Start-Stop-Signal SS bzw. ein Drehzahl-Steuersignal DS zuführbar ist. Der Ausgang des NAND-Gliedes 16 ist mit den beiden anderen Eingängen der NAND-Glieder 9 und 11 verbunden.

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Während des Betriebs des Motors seien die Signale SS und DS 1-Signale, so daß das NAND-Glied 16 als einfaches NICHT-Glied betrachtet werden kann. Der Impulsgeber 6 erzeugt dann bei Läuferumdrehung einen Impuls I und eine gleich lange P. Das Schaltglied 10 leitet aus allen Flanken der Impuls© I je einen Auelöseimpuls A ab, der wesentlich kürzer ist als Impuls I. Ein solcher Auslöseimpuls A löst dann über das MikroGlied 16 einen Sperrimpuls A" (ein O-Signal) gleicher Dauer an den mit diesem NAND-Glied 16 verbundenen Eingängen der NAND-Glieder 9 und 11 aus. Wenn es sich um einen aus dar Vorder« flanke eines Impulses I abgeleiteten Sperrimpuls handelt, sperrt dieser einen gleich langen Abschnitt am Anfang des Impulses I, so daß am Ausgang des NICHT-Gliedes 12 ein Sehalt-« impuls S₁ auftritt, der um die Dauer des Auslöseimpulses A bzw, des von diesem ausgelösten Sperrimpulses A" kürzer als der Impuls I und dessen Vorderflanke gegenüber der des Impulses I um die Dauer des Impulses A verzögert ist, so daß nur die Rück£lank©s, der Impulse I und S₁ zusammenfallen.

Ein aus der Rückflanke eines Impulses I abgeleiteter Auslöseimpuls A löst wiederum einen umgekehrten Sperrimpuls A" am Ausgang des NAND-Gliedes 16 aus, der nunmehr mit der Impulspause P verknüpft wird. Während die Impulspause P bereits ein O-Signal am Ausgang des NICHT-Gliedes 12 erzwingt, so daß der Schaltimpuls S₁ verschwindet und durch dieses Sperrsignal Έ nicht beeinflußt wird, bewirkt das Sperrsignal A", daß das dom einen Eingang des NAND-Gliedes 11 vom NAND-Glied 9 zugeführt© 1-Signal aufgrund der insgesamt von den Gliedern 11 und 13 bewirkten UND-Verknüpfung gesperrt wird, d. h., der Schaltimpuls S₂ ebenfalls erst mit dem Verschwinden dieses Sperrsignals £ bis zum Auftreten des nächsten Impulses I freigegeben wird. Der Schaltimpuls S₂ ist daher gegenüber der Rückflanke des Impulses I und des Schaltimpulses S₁ um die Dauer der Impulse A verzögert.

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Die Schaltimpulse S. und Sp schalten abwechselnd die Schaltelemente 4 und 5 ein (durch), wobei jedoch zwischen dem Ausschalten des Schaltelemente 4 beim Verschwinden des Schaltimpulses S₁ und dem Einschalten des Schaltelements 5 mit dem Auftreten.des Schaltimpulses S₂ ebenso wie bei allen folgenden Kommutierungen eine Totzeit T (Verzögerung oder Pause) auftritt, die gleich der Dauer eines Auslöseimpulses A bzw. Sperrimpulses A" ist. Diese Totzeit T ist so bemessen, daß währenddessen dasjenige Schaltelement, dessen Schaltimpuls gerade verschwindet, hinreichend Zeit hat, vom leitenden in den gesperrten Zustand überzugehen, bevor das nächste Schaltelement mit dem Auftreten des nächsten Schaltimpulses vom gesperrten in den leitenden Zustand übergegangen ist.

Auf diese Weise wird vermieden, daß sich die leitenden Zustände der Schaltelemente überschneiden und während dieser Überlappungszeit zu starke Belastungsströme auftreten, die Funkstörungen verursachen können.

Abwandlungen des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels liegen im Rahmen der Erfindung. So kann das Zeitschaltglied 10 weggelassen und stattdessen gemäß Fig. 3 den NAND-Gliedern 12 und 13 oder gemäß Fig. 4 den NAND-Gliedern 9 und 11 jeweils ein die Vorderflanke (Fig. 3) oder die Rückflanke (Fig. 4) seines Eingangsimpulses um die Totzeit T verzögerndes Ver- ^; zögerungsglied 17 und 18 bzw. 19 "ind 20 direkt nachgeschaltet ; sein. In beiden Fällen kann der frei gewordene Eingang des ; NAND-Gliedes 16 durch ein ständiges 1-Signal oder ein weiteres Steuersignal belegt werden. Die Signalverknüpfung läßt sich : nach den Regeln der Schaltalgebra auch auf andere Weise ver- ; wirklichen.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1.)Steuerschaltung für einen Mehrphasen-Verbraucher, insbesondere ^—^ einen zweiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, bei der in jeder Phase ein steuerbares Schaltelement aus Halbleitermaterial_s insbesondere aus Transistoren in Darlington-Schaltung ₉ und ein Verbraucherteil in Reihe an einer Gleichspannungsquell® liegen und bei der die Schaltelemente in zyklischer Reihenfolge durch Schaltimpulse nacheinander ein- und ausschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen allen in der Schaltreihenfolge benachbarten Schaltimpulsen (S₁, S₂) eine Totzeit (T) liegt»

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Totzeit (T) wesentlich kürzer als ein Schaltimpuls (S ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderflanke aller Schaltiiapulse (S₁, S₂) gegenüber der Rückflanke des jeweils unmittelbar vorausgehenden Schaltimpulses verzögert ist.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» bei der die Schaltimpulse aus den Impulsen eines Impulsgebers abgeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch alle Flanken der Impulse (I) des Impulsgebers (6) je ein Sperrimpuls (A*) mit einer der Totzeit (T) entsprechenden Dauer auslösbar ist und die Sperrimpulse (A") abwechselnd mit den mit ihnen zusammenfallenden Impulsen (I) und Impulspausen (P) des Impulsgebers (6) zur Bildung der Schaltimpulse (S₁, S₂) verknüpft sind.

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5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse (I) des Impulsgebers (6) einem auf die Flanken dieser Impulse (I) mit der Abgabe je eines Auslöseimpulses (A) für je einen der Sperrimpulse (A") ansprechenden Zeitschaltglied (10) zuführbar sind.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitschaltglied (10) einen bei jeder Eingangsimpulsflanke einen Nadelimpuls erzeugenden Nulldetektor

(14) und ein diesem nachgeschaltetes Verzögerungsglied

(15) aufweist, das nur die Rückflanke seines Eingangs-Impulses verzögert.

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