DE4344449A1 - Kommutierungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kommutierungsschaltung zur Ansteuerung eines bürstenlosen Motors gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kommutierungsschaltungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß insbesondere bei der Umschaltung bei­ spielsweise von +300 V auf Masse, sehr viele Stö­ rungen auftreten, die zu einer Gefährdung der Schaltung beziehungsweise des angetriebenen Motors führen.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung eine Kom­ mutierungsschaltung zu schaffen, die diese Nach­ teile nicht aufweist, insbesondere eine sichere An­ steuerung des Motors erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einer Kommutierungsschaltung der eingangs genannten Art mit Hilfe der in An­ spruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, daß mittels einer Vergleichsschaltung eine Plausibili­ tätsprüfung durchgeführt wird, ist es ermöglicht, die den der Motorsteuerung dienenden Endstufen zu­ geführten Steuersignale mit einem Muster von vorbe­ stimmten Signalen zu vergleichen. Unerwünschte An­ steuersignale lassen sich auf diese Weise unter­ drücken, so daß beispielsweise ein Kurzschluß innerhalb einer Endstufe bei der Ansteuerung des Motors mit hoher Sicherheit vermieden werden kann.

Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Kommu­ tierungsschaltung, bei der in Abhängigkeit von dem angesteuerten Motor vorbestimmbare Signale der Ver­ gleichsschaltung eingegeben werden können. Auf diese Weise läßt sich eine individuelle Anpassung der Kommutierungsschaltung an den jeweiligen Motor erreichen, so daß eine sehr hohe Funktionssicher­ heit erreicht werden kann, wobei Störungen mit ho­ her Sicherheit vermieden werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kommutierungsschaltung ist eine Überstromerfas­ sungseinrichtung vorgesehen, die bei der Ansteue­ rung des Motors auftretende Überströme erfaßt, so daß eine zusätzliche Sicherheit zur Vermeidung von Störungen, die auf einem Kurzschluß oder auch auf einer Überlastung des Motors beruhen, gegeben ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kommutierungsschaltung sind einerseits ein Integra­ tor und andererseits ein Komparator vorgesehen, die mit der Stromerfassungseinrichtung zusammenwirken. Mit Hilfe dieser Baugruppen können einerseits eine langanhaltende Überlastung des Motors, andererseits rasch ansteigende Ströme, beispielsweise ein Kurz­ schluß, unabhängig von einander erfaßt werden, so daß eine flexible Reaktion auf derartige Störungen möglich ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Kommu­ tierungsschaltung wird deshalb bevorzugt, weil mit­ tels einer Modulatorschaltung die Leistungseinstel­ lung des Motors auf einfache Weise realisierbar ist, indem das Ausgangssignal des Modulators dem an den Motor abgegebenen Ausgangssignal der Kommutie­ rungsschaltung überlagerbar ist. Es zeigt sich also, daß die Ansteuerung des Motors ohne großen zusätzlichen Aufwand möglich ist, während sich, wie oben beschrieben, Störungen vermeiden lassen.

Besonders bevorzugt wird schließlich ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Kommutierungsschaltung, die sowohl für Rechts- und/oder Linkslauf des Motors als auch zu dessen Abbremsung verwendbar ist. Es zeigt sich, daß die Schaltung für verschiedenste Ansteuervarianten einsetzbar ist, wobei Störungen mit hoher Sicherheit vermeidbar sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer einzi­ gen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Kommutierungs­ schaltung, die mit einem anwenderspezifischen Schaltkreis sowie mit einer der Ansteuerung des bürstenlosen Motors dienenden Endstufe kombiniert ist.

Die durch eine gestrichelte Linie abgegrenzte Kom­ mutierungsschaltung 1 umfaßt mehrere, hier ledig­ lich angedeutete Baugruppen, nämlich eine Steuer­ schaltung 3, die eine Vergleichsschaltung 5 mit ei­ ner Eingabeeinrichtung 7 sowie eine Totzeitschal­ tung 9 und eine Pufferschaltung 11 umfaßt. Weiter­ hin sind eine Zeitsteuerung 13 sowie eine als Puls­ weitenmodulator 15 ausgebildete Modulatorschaltung vorhanden, schließlich ein Interface 17. Über diese Baugruppe ist die Kommutierungsschaltung 1 mit ei­ nem motor- beziehungsweise anwenderspezifischen Schaltkreis 19 verbunden, der durch eine gestri­ chelte Linie angedeutet ist.

Die Zeitsteuerung 13 kann eine interne Taktquelle aufweisen. Hier ist allerdings eine externe Takt­ quelle 21, beispielsweise eine Quarzschaltung vor­ gesehen.

Der Kommutierungsschaltung 1 sind hier drei gleich aufgebaute Endstufen 23, 25 und 27 zugeordnet, von denen lediglich die erste Endstufe 23 durch ihre Leistungstransistoren T3′ und T6′ angedeutet ist. Bei den Endstufen handelt es sich um übliche Lei­ stungsverstärker, die als Standard-Gegentakt-End­ stufen realisiert sind.

Die erste Endstufe 23 ist über als T3 und T6 ge­ kennzeichnete Ausgänge der Steuerschaltung 3, die zweite Endstufe über Ausgänge T2 und T5 und schließlich die dritte Endstufe 27 über Ausgänge T1 und T4 ansteuerbar.

Die Endstufen steuern die hier nur beispielhaft in Sternschaltung, wiedergegebenen Wicklungen des Mo­ tors an. Hier sind die Anschlüsse L11, L12 und L13 der auch in Dreiecksschaltung realisierten Spulen des Motors schematisch angedeutet, die über die Ausgänge L11, L12 und L13 der Endstufen 23, 25 und 27 angesteuert werden.

Die Kommutierungsschaltung 1 weist drei Eingänge auf, die mit 1, 2 und 3 angedeutet sind und die über entsprechende Leitungen mit den Anschlüssen HS1, HS2 und HS3 der Steuerschaltung 3 in Verbin­ dung stehen.

Die Zeitsteuerung 13 gibt über Leitungen 29 Signale CLK an die Steuerschaltung 3 und über Leitungen 31 und 33 Signale an den Pulsweitenmodulator 15 und an das Interface 17 ab. Das Interface 17 ist über eine Leitung 35 mit dem Pulsweitenmodulator 15 und dieser über eine Leitung 37 mit der Steuerschaltung 3 ver­ bunden. Weitere Leitungen 39, 41, 43, 45 und 47 verbinden das Interface 17 mit der Steuerschaltung 3. Die Endstufen liegen gemeinsam an der Versor­ gungsleitung +A und andererseits an dem gemeinsamen Versorgungsanschluß -A. Der Anschluß +A liegt bei­ spielsweise an einer Spannung von +300 V und der Anschluß -A an Masse. Den Endstufen 23, 25 und 27 wird beispielsweise eine Versorgungsspannung von +15 V zugeführt. Am Anschluß -A ist hier ein Wider­ stand R vorgesehen, der Teil einer Stromerfassungs­ einrichtung 49, die einen Verstärker 50 und einen Komparator 51 umfaßt, der als Kurzzeitüberwachungs­ schaltung dient. Andererseits ist ein Integrator 53 vorgesehen, der als Langzeitüberwachungsschaltung herangezogen wird und dessen Ausgangssignal über eine Leitung 55 mit einer Klemme An3 des anwender­ spezifischen Schaltkreises 19 verbunden ist. Der Integrator 53 dient also der Stromerfassung, wobei eine Spitzenwerterfassung unterbleibt. Das Signal auf der Leitung ist ein Analogsignal, das dem Strom entspricht; es dient der Regelung und Überwachung des Systems. Der Komparator 51 steht über eine Lei­ tung 57 ebenfalls mit dem anwenderspezifischen Schaltkreis 19, zusätzlich mit der Kommutierungs­ schaltung 1 in elektrisch leitender Verbindung.

Durch die Stromerfassungseinrichtung 49 beziehungs­ weise durch deren auch als Shunt-Widerstand be­ zeichneten Widerstand R ergibt sich eine Potential- Verschiebung an dem der Klemme -A abgewandten Ende des Widerstands R. Bei der in der Figur dargestell­ ten Ausführungsform der Leistungstransistoren sind die erforderlichen Freilaufdioden nicht eingezeich­ net. Sie liegen parallel zu den unteren Leistungs­ transistoren T6, T5, T4 der Endstufen. Und sie sind damit auf ihrer einen Seite mit den Klemmen L11, L12 und L13 und auch ihre andere Seite untereinan­ der verbunden und liegen an dem Widerstand R und zwar auf dessen der Klemme -A abgewandten Seite. Das heißt, der über die Freilaufdioden fließende Strom wird von dem Shunt erfaßt, was zu gewissen Meßfehlern führt.

Als Schaltungsalternative bietet sich daher die Möglichkeit an, die Freilaufdioden, wie eben be­ schrieben, einerseits an den Klemmen L11, L12 und L13 anzuschließen, andererseits aber an die Klemme -A zu legen, so daß also der Freilaufstrom nicht mehr über den Shunt-Widerstand R fließt und Meßfeh­ ler somit vermieden werden.

Der anwenderspezifische Schaltkreis 19 weist hier folgende Baugruppen auf:
Eine beispielsweise als IC ausgebildete Regler­ schaltung 59 steht über entsprechende Leitungen 61 bis 77 mit dem Interface 17 der Kommutierungsschal­ tung 1 in elektrisch leitender Verbindung. Der Reg­ lerschaltung 59 wird über eine Resetschaltung 79 über eine Leitung 81 ein Resetsignal R zugeführt, welches auch über eine Leitung 83 der Kommutie­ rungsschaltung 1 zugeleitet wird und dort an der Zeitsteuerung 13, der Steuerschaltung 3, dem Puls­ weitenmodulator 15 und an dem Interface 17 anliegt.

Die Resetschaltung 79 erfaßt über eine in der Figur nicht dargestellte Detektorleitung das Potential auf der +5 V-Versorgungsleitung, insbesondere bei den sicherheitsrelevanten Baugruppen der Steuerschal­ tung, beispielsweise bei der Steuerschaltung 3 und/oder bei der Reglerschaltung 59. Der auf der Versorgungsleitung erfaßte Potentialwert wird mit einem der Resetschaltung eingebbaren Referenzwert verglichen. Sollte dieser unterschritten werden, wird ein Resetsignal, vorzugsweise für einen vorge­ gebenen Zeitraum, abgegeben. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei Schwankungen der Spannungs­ versorgung alle sicherheitsrelevanten Baugruppen der Schaltung, die möglicherweise unterschiedlich auf Potentialschwankungen reagieren, gleichzeitig einen Reset durchführen und in einen definierten Zustand übergehen.

Der Reglerschaltung 59 - in die die Stromerfassungs­ einrichtung 49 auch integriert werden kann - können geeignete Steuersignale zugeleitet werden, bei­ spielsweise über einen Eingang L/R ein Signal, wel­ ches den Linkslauf beziehungsweise den Rechtslauf des Motors bewirkt. Über einen Eingang B der Reg­ lerschaltung 59 kann ein Bremssignal aufgegeben werden. Ein Ausgang LED der Reglerschaltung 59 kann der Anzeige eines Überstroms beziehungsweise einer Übertemperatur dienen, beispielsweise mittels einer Leuchtdiode 91, die über einen Widerstand 93 an­ steuerbar ist. Die Reglerschaltung 59 kann über eine Leitung 95 mit einer Temperaturüberwachungs­ schaltung 97 verbunden sein, die hier zwei in Reihe geschaltete Widerstände 99 und 101 aufweist, wobei letzterer regel- bzw. veränderbar ist. Die Wider­ stände liegen zwischen einer Versorgungsspannung von beispielsweise +5 V und Masse.

An die Eingänge An1 und An2 der Reglerschaltung 59 können Signale angelegt werden, die der Vorgabe von Drehzahl und Drehmoment dienen. Hier ist - gestri­ chelt - jeweils ein veränderbarer Widerstand vorge­ sehen, wobei der Widerstand 103 der Drehzahl­ regelung und der Widerstand 105 der Drehmomentrege­ lung dienen mag. Die Widerstände liegen zwischen einer Versorgungsspannung von beispielsweise +5 V und Masse.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Ausgangssignal der Zeitsteuerung 13 der Kommu­ tierungsschaltung 1 über eine Leitung 107 an die anwenderspezifische Baugruppe 19 beziehungsweise deren Regelschaltung 59 geleitet.

Zur Vervollständigung der gesamten Schaltung ist hier lediglich skizziert ein Netzteil 109 angedeu­ tet, welches über die Leitungen 111 und 113 mit ei­ ner Netzspannung verbunden ist. Das Netzteil er­ zeugt die Versorgungsspannung +A und -A für die Endstufen 23, 25 und 27 beziehungsweise 117 bezie­ hungsweise für die Spulen L11, L12 und L13 des Mo­ tors, die Spannung von beispielsweise +15 V für die interne Versorgung der Endstufen und schließlich die Spannung +5 V zur Versorgung der verschiedenen Baugruppen.

In der Darstellung ist noch angedeutet, daß die Pulsweitenmodulatorschaltung 15 über eine Leitung 115 mit einer an einer Klemme +A′ liegenden Span­ nungsregelung 117 verbunden sein kann, die dazu dient, die den Endstufen, 23, 25 und 27 zugeführte Spannung +A an eine gewünschte Leistungsabgabe des Motors anzupassen.

Zur Vervollständigung sei hier noch erwähnt, daß die Kommutierungsschaltung 1 und die Reglerschal­ tung 59 mit der vom Netzteil 109 abgegebenen Span­ nung von beispielsweise +5 V versorgt werden.

Im folgenden wird auf die Funktion der gesamten Schaltung näher eingegangen:
Die Kommutierungsschaltung 1 dient dazu, einen bür­ stenlosen Motor, dessen Wicklungsanschlüsse hier mit L11, L12 und L13 angedeutet sind, über die End­ stufen 23, 25 und 27 anzusteuern. Auf geeignete, bekannte Weise wird die Rotorposition erfaßt, wobei beispielsweise Hall-Sensoren eingesetzt werden, de­ ren Ausgangssignale an die Klemmen 1, 2 und 3 der Kommutierungsschaltung 1 gelegt werden und so an den Eingängen HS1, HS2 und HS3 der Steuerschaltung 3 liegen.

Die Steuerschaltung 3 steuert über die Ausgänge T1, T2, T3, T4, T5 und T6 die Eingänge T3 und T6 der ersten Endstufe 23, die Eingänge T2 und T5 der zweiten Endstufe 25 und die Eingänge T1 und T4 der dritten Endstufe 27 an.

In der Vergleichsschaltung 5 wird eine Plausibili­ tätsprüfung durchgeführt. Die Vergleichsschaltung 5 erfaßt über die Eingänge 1, 2 und 3 die momentane Position des Rotors und prüft, ob die von der Steu­ erschaltung 3 vorgesehenen Ansteuersignale für die Endstufen plausibel sind. Dazu werden der Ver­ gleichsschaltung über eine Eingabeeinrichtung 7 Si­ gnalmuster vorgegeben, die bei der fehlerlosen An­ steuerung der Endstufen grundsätzlich möglich sind.

Die Kommutierungsschaltung 1 ist vorzugsweise als integrierte Schaltung ausgeführt, die auf digitaler Basis arbeitet. Es ist also möglich, über drei Ein­ gänge acht Ansteuerungsvarianten zu unterscheiden, von denen beispielsweise sechs während der An­ steuerung der Endstufen nicht zu einem Fehler füh­ ren, während zwei redundante Varianten gegeben sind, die ebenfalls zu keinem Fehler bei der An­ steuerung des Motors, insbesondere zu keinem Kurz­ schluß führen.

Die Plausibilitätsprüfung wird so durchgeführt, daß der erste Leistungstransistor T3′ und der zweite Leitungstransistor T6′ der ersten Endstufe 23 über die Ausgangsklemmen T1 und T3 weder gleichzeitig noch unmittelbar nacheinander angesteuert bezie­ hungsweise durchgeschaltet werden. Die Transistoren T3′ und T6′ sind mit den Ausgängen T3 und T6 der Steuerschaltung 3 über jeweils eine Ansteuerschal­ tung 119 beziehungsweise 121 verbunden, die mit der Energieversorgung +A beziehungsweise -A in elek­ trisch leitender Verbindung stehen. Die Leistungs­ transistoren T3′ und T6′ liegen in Reihe zwischen den Anschlußklemmen +A und -A; an ihrem Verbin­ dungspunkt ist die Anschlußklemme L11 der ersten Endstufe 1 vorgesehen, die mit der Wicklung L11 des Motors verbunden ist. Wenn also die Leistungstran­ sistoren T3′ und T6′ unmittelbar nacheinander ange­ steuert würden, ergäbe sich ein Kurzschluß, wenn der eine Transistor noch nicht ganz sperrt, während der andere Transistor schon leitend wird. Diesen Zustand vermeidet die Steuerschaltung 3, indem auf­ grund der Plausibilitätsprüfung vermieden wird, daß ein Ausgangssignal, welches der Ansteuerung des einen Transistors diente, unmittelbar auf ein Aus­ gangssignal der Steuerschaltung 3 folgt, welches der Ansteuerung des anderen Transistors dient.

Dadurch, daß die Steuerschaltung 3 mit der Ver­ gleichsschaltung 5 ausgestattet ist, können die Endstufen 23, 25 und 27 einfach ausgebildet werden, da hier auf irgendwelche Überwachungsschaltungen, die einen Kurzschluß der Endstufentransistoren ver­ meiden sollen, in der Regel verzichtet werden kann. Dadurch können die Kosten für die Realisierung der gesamten Schaltung wesentlich vermindert werden.

Grundsätzlich ist es möglich, mit Hilfe der Ver­ gleichsschaltung die Plausibilitätsprüfung so aus­ zulegen, daß eine völlige Fehlkommutierung, bei­ spielsweise durch Störungen im gesamten Antriebssy­ stem ebenfalls erfaßt wird. Im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel ist jedoch ohnehin die - hier extern ausgebildete - Stromerfassungseinrichtung 49 vorge­ sehen, die eine derartige völlige Fehlkommutierung aufgrund des dabei auftretenden starken Stroman­ stiegs erfaßt.

Eine Überwachung der völligen Fehlkommutierung mit­ tels der Stromerfassungseinrichtung ist deshalb möglich, weil der Strom wesentlich langsamer an­ steigt als bei einem Kurzschluß. Der der Stromer­ fassung dienende Integrator 53 stellt den Stromver­ lauf fest und leitet über die Leitung 55 ein ent­ sprechendes Ausgangssignal an den anwenderspezi­ fischen Schaltkreis 19, der daraufhin eine Regelung und Stromabschaltung vornehmen kann. Dadurch läßt sich bei Auftritt eines Fehlers der Normalzustand wieder einstellen. Vorzugsweise wird mittels der Totzeitschaltung 9 die Ansteuerung der Endstufen 23 bis 27 unterbrochen, bis mit Sicherheit eine Über­ lastung des Motors nicht mehr zu besorgen ist.

Die Stromerfassungseinrichtung 49 kann, nach dem oben Gesagten, auch eine Überlastung des Motors und einen damit zusammenhängenden Stromanstieg erfassen und bei langsamem Stromanstieg zunächst eine Lei­ stungsreduzierung, gegebenenfalls bei schnellem Stromanstieg eine Abschaltung des Systems bewirken.

Ein plötzlicher Stromanstieg, auch kurzer Dauer, kann mit Hilfe der Kurzzeitüberwachungsschaltung beziehungsweise dem Komparator 51 erfaßt werden, der bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellen­ werts über die Leitung 57 ein Signal sowohl an den anwenderspezifischen Schaltkreis 19 als auch an die Kommutierungsschaltung 1 abgibt. Vorzugsweise wird das über die Leitung 57 an die Kommutierungsschal­ tung 1 beziehungsweise deren Steuerschaltung 3 ge­ leitete Ausgangssignal des Komparators 51 dazu ver­ wendet, die Leistung zu reduzieren beziehungsweise sofortige Abschaltung der Ansteuerung der Endstufen 23 bis 27 zu bewirken.

Dazu ist festzuhalten, daß die Kommutierungsschal­ tung 1, vorzugsweise die gesamte Schaltung, das heißt also auch der anwenderspezifische Schaltkreis 19 von der Zeitsteuerung 13 mit einem gemeinsamen Takt versorgt wird. Über die Eingangsklemmen 1, 2 und 3 an die Kommutierungsschaltung 1 gelangende Signale werden synchron innerhalb dieser Schaltung weitergeleitet, insbesondere von der Steuerschal­ tung 3 verarbeitet. Dabei werden auch in Überein­ stimmung mit dem Takt der Zeitsteuerung 13 die Aus­ gangssignale an die Klemmen T1 bis T6 zur Ansteue­ rung der Endstufen 23 bis 27 gelegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Ausgangszustand nur zu definierten Zeitpunkten an den Ausgangsklem­ men anliegen kann. Zu anderen Zeitpunkten vorhan­ dene Störimpulse führen also nicht zu Fehlern in der Ansteuerung des Motors, so daß also eine wirk­ same Störsignalunterdrückung mit Hilfe der Zeit­ steuerung realisierbar ist. Die Synchronisation al­ ler Signale auf einen internen Zustand beziehungs­ weise Takt der Kommutierungsschaltung führt auch zu einer einfachen Signalverarbeitung.

Der Vereinfachung der Ansteuerung der gesamten Schaltung dient auch die Erzeugung eines sowohl für den anwenderspezifischen Schaltkreis 19 als auch für die Kommutierungsschaltung 1 erzeugten Resetsi­ gnals, welche über die Leitung 83 beiden Baugruppen zugeleitet wird.

Das von dem Komparator 51 abgegebene Signal wird, wie oben ausgeführt, vorzugsweise unabhängig von dem gemeinsamen Takt sofort ausgewertet und führt zu einer unverzüglichen Unterbrechung der Aussteue­ rung der Endstufen. Dadurch wird eine besonders hohe Sicherheit bei der Ansteuerung des Motors ge­ währleistet.

Durch die mittels der Totzeitschaltung 9 realisier­ bare zeitverzögerte Wiedereinschaltung der Ansteue­ rung der Endstufen wird die Schwingungsneigung des Gesamtsystems reduziert, da die Einschaltung erst dann erfolgt, wenn der Gesamtstrom auf einen Wert abgesunken ist, der die Endstufen nicht mehr ge­ fährdet. Als Kriterium wird beispielsweise die Vor­ gabe gewählt, daß die Summe der Schalt- und Leitend­ verluste der Endstufen 23, 25 und 27 unter 100% der maximalen Belastung des Motors liegt.

Die Vergleichsschaltung 5 ist hier so ausgelegt, daß über eine Eingabeeinrichtung 7 bestimmte Si­ gnale vorgebbar sind, die motorspezifisch bezie­ hungsweise anwenderspezifisch auswählbar sind. Die Kommutierungsschaltung 1 ist also an verschiedene Anwenderfälle anpaßbar, wobei auch die Plausibili­ tätsprüfung an die verschiedenen Anwendungsfälle variabel angepaßt werden kann. Die Eingabeeinrich­ tung 7 kann, wie hier angedeutet, Teil der Steuer­ schaltung 3 beziehungsweise der Kommutierungsschal­ tung 1 und beispielsweise durch sogenannte DIP- Schalter realisiert sein. Es ist jedoch auch mög­ lich, der Vergleichsschaltung 5 Signale zuzuführen, die über die Leitung 67, die hier mit der Bezeich­ nung Mod gekennzeichnet ist, zugeführt werden. Das heißt also, über den anwenderspezifischen Schalt­ kreis 19 können Informationen über den anzusteuern­ den Motor an die Kommutierungsschaltung 1 bezie­ hungswiese deren Steuerschaltung 3 gegeben werden, um die Funktion der Vergleichsschaltung 5 zu opti­ mieren.

Durch die Berücksichtigung anwender- beziehungs­ weise motorspezifischer Daten innerhalb der Ver­ gleichsschaltung 5 wird eine sichere und störungs­ arme Betriebsweise in allen 4 Quadranten des Motor­ betriebs gewährleistet; insbesondere werden ein si­ cherer Anlauf und eine optimale Motornutzung si­ chergesellt.

Die sich aus dem oben Gesagten ergebende Störungs­ unterdrückung innerhalb der Kommutierungsschaltung 1 wird durch die als Entprellschaltung wirkende Pufferschaltung 11 weiter verbessert. Diese dient dazu, auf den Eingängen 1, 2 und 3 vorhandene Si­ gnale nur zu bestimmten Abtastzeitpunkten - vorzugs­ weise bei zwei getrennten Abtastzeitpunkten - zu erfassen und nur dann weiterzuleiten, wenn beide abgetasteten Signale identisch sind. Dadurch blei­ ben Störungen, die außerhalb der Abtastzeitpunkte liegen, ohne Wirkung. Die Pufferschaltung kann bei­ spielsweise durch mit einer Speichereinrichtung zu­ sammenwirkende Flip-Flops realisiert werden, was grundsätzlich bekannt ist.

Die Pulsweitenmodulatorschaltung 15 dient der Lei­ stungseinstellung des Motors. Über den anwenderspe­ zifischen Schaltkreis 19 kann eine Vorgabe für die gewünschte Leistung beziehungsweise für das ge­ wünschte Drehmoment des Motors an das Interface 17 eingegeben werden, die - synchron - über die Leitung 35 an die Pulsweitenmodulatorschaltung 15 weiterge­ leitet wird. Das Ausgangssignal der Pulsweitenmodu­ latorschaltung wird über die Leitung 37 an die Steuerschaltung 3 weitergeleitet und von dieser verarbeitet. Beispielsweise ist es möglich, den auf die Ausgänge T1, T2, T3, T4, T5 und T6 abgegebenen Ausgangssignalen zur Ansteuerung der Endstufen 23 bis 27 das Ausgangssignal des Pulsweitenmodulators zu überlagern und so die gewünschte Leistung des Motors einzustellen. Denkbar ist es auch, das Aus­ gangssignal der Pulsweitenmodulatorschaltung ledig­ lich den an die Ausgangsklemmen T4, T5 und T6 oder T1, T2 und T3 abgegebenen Steuersignalen zu überla­ gern, wobei vorzugsweise eine synchrone Weiterlei­ tung der Ausgangssignale des Modulators vorgezogen wird, was allerdings allgemein für die Signalverar­ beitung gilt. Grundsätzlich ist es schließlich mög­ lich, das Ausgangssignal des Modulators den auf den Eingängen 1, 2 und 3 eingehenden Signalen zu über­ lagern. Schließlich ist es noch denkbar, über die Leitung 115 die Spannungsregelungsschaltung 117 zu aktivieren und so die an die Endstufen 23 bis 27 abgegebene Spannung +A zu variieren und so die Lei­ stung des Motors auf diese Weise vorzugeben.

Der Grundtakt des Pulsweitenmodulators liegt über der Hörgrenze bei 16 bis 20 kHz. Allerdings bringt die hohe Frequenz Schaltverluste. In den Fällen, in denen Geräusche durch den Grundtakt der Pulsweiten­ modulatorschaltung nicht stören, kann der Takt des Modulators auch auf niedrigere Frequenzen reduziert werden.

Insgesamt ist erkennbar, daß mit Hilfe der hier dargestellten Kommutierungsschaltung 1 auf den Ein­ gangsklemmen 1, 2 und 3 vorhandene Störsignale mit hoher Sicherheit unterdrückt werden. Durch den Ver­ gleich der an die Ausgangsklemmen T1 bis T6 abzuge­ benden Ansteuersignale für die Endstufen 23 bis 27 des Motors mit vorbestimmten Signalen, die der Ver­ gleichsschaltung 5 vorliegen, können Ausgangssi­ gnale unterdrückt werden, die zu Störungen des Be­ triebs führen, insbesondere zu einem Kurzschluß der Leistungstransistoren der Endstufen. Grundsätzlich ist auch eine völlige Fehlkommutierung durch die Vergleichsschaltung vermeidbar, doch kann hierzu auch die Stromerfassungseinrichtung 49 herangezogen werden, die sich durch die Langzeitüberwachungs­ schaltung auszeichnet, die den Integrator 53 um­ faßt, und durch eine Kurzzeitüberwachungsschaltung, die als Komparator 51 beziehungsweise Schwellwert­ schaltung realisiert ist. Durch eine derartige Aus­ gestaltung der Stromerfassungseinrichtung können alle Lastzustände und verschiedene Fehlerzustände, eine Überlastung und die genannte völlige Fehlkom­ mutierung aber auch ein plötzliches Blockieren ins­ besondere ein Kurzschluß unterschieden werden. Da­ durch, daß die Stromerfassungseinrichtung 49 ge­ trennt ausgebildet ist von der Kommutierungsschal­ tung 1 kann letztere sehr kompakt ausgebildet sein. Die Stromerfassungseinrichtung kann überdies unmit­ telbar mit der Energieversorgung der Endstufen, also den Klemmen +A und -A gekoppelt werden, so daß eine Stromerfassung sehr exakt möglich ist.

Die von der Vergleichsschaltung gewährleistete Stö­ rungsfreiheit im Betrieb der Kommutierungsschaltung kann durch die Totzeitschaltung 9 verbessert wer­ den, die eine erneute Ansteuerung der Endstufen nach Auftreten eines Fehlers für einen vorgebbaren Zeitraum vermeidet. Erst nach Abklingen eines hohen Stromes wird die Ansteuerung der Endstufen wieder aufgenommen, wobei dies dann vorzugsweise synchron mit dem Systemtakt erfolgt. Durch die Pufferung und Entprellung der die Position anzeigenden Signale auf den Klemmen 1, 2 und 3 werden hier Störein­ flüsse sicher vermieden. Die Positionssignale wer­ den nur zu bestimmten Zeitpunkten abgetastet und entprellt, so daß Störeinflüsse außerhalb dieser "Abtastfenster" ohne Auswirkung bleiben.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die Kommutierungsschaltung 1 einerseits beim Links- und beim Rechtslauf des Motors einsetzbar ist, ins­ besondere beim Umschalten zwischen diesen beiden Betriebszuständen. Andererseits vermindert die Kom­ mutierungsschaltung Fehler und Störzustände beim Bremsen und Beschleunigen des Motors. Schließlich ist es noch möglich, durch die Vergleichsschaltung 5 spezielle Ausgangssignale vorzugeben, die zu ei­ ner Einzelerregung der Spulen des Motors führen. Auf diese Weise läßt sich eine Schrittschaltfunk­ tion realisieren. Auch ist es dadurch möglich, den Motor in einer bestimmten vorgebbaren Stellung quasi festzuhalten und damit einen definierten End­ zustand nach Beendigung eines Bremsvorganges oder Antriebsvorganges vorzugeben. Aus diesem Endzustand kann eine beliebige Weiterschaltung der Ansteuerung der Spulen erfolgen, wodurch die genannte Schritt­ schaltfunktion sowohl in separaten Einzelschritten als auch in einer Serie aufeinanderfolgender Schaltschritte realisierbar ist. Auch hierbei wird durch die Plausibilitätsprüfung der Vergleichs­ schaltung sichergestellt, daß Kurzschlüsse und/oder Einflüsse von Störsignalen vermieden werden.

Bei der Ausführung des oben angesprochenen Brems­ vorgangs werden beispielsweise alle unteren Lei­ stungstransistoren der Endstufen über die Leitungen T4, T5 und T6 angesteuert, so daß alle Felder des Motors kurzgeschlossen werden. Danach kann einer­ seits durch die Vergleichsschaltung 5, andererseits durch die Totzeitschaltung 9 definiert eine Wieder­ einschaltung erfolgen. Die Totzeitschaltung verhin­ dert, daß nach Aktivierung der unteren Leistungs­ transistoren während einer vorgegebenen Totzeit die oberen Transistoren in den leitenden Zustand ge­ bracht werden. Gleiches gilt auch für T1 bis T3.

Auch bei der Realisierung der Bremsfunktion kann die Pulsweitenmodulatorschaltung 15 eingesetzt wer­ den, nämlich, um die Bremsleistung vorzugeben.

Die Totzeitschaltung 9 kann auch dazu verwendet werden, vor Einleitung eines Bremsvorgangs eine Totzeit zu gewährleisten, durch die ein Kurzschluß innerhalb einer Endstufe vermieden wird.

Mit Hilfe der hier erläuterten Schaltung werden bei der Umschaltung zwischen Rechts- und Linkslauf Stö­ rungen mit hoher Sicherheit vermieden. Durch die in der Vergleichsschaltung durchgeführte Plausibili­ tätsprüfung können sich Störungen auch während des Umschaltvorgangs nicht auswirken, obwohl gerade hier aufgrund der Umschaltung zwischen den Versor­ gungspotentialen +A und -A auf die Motorspulen hohe Störungsspitzen auftreten. Ein Kurzschluß wird hierbei durch den Vergleich der verschiedenen Si­ gnalmuster innerhalb der Vergleichsschaltung ver­ mieden. Zusätzlich wird ein Überstrom durch die Stromerfassungseinrichtung 49 mit hoher Sicherheit ausgeschlossen. Insgesamt ergibt sich also auch für diese Funktionsweise ein sehr störungsarmer und si­ cherer Betrieb.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß eine Ausschaltung der Ausgangssignale an den Klemmen T1 bis T6 bewirkt werden kann, wenn Probleme in der Spannungsversorgung auftreten, sich also nicht de­ finierte Zustände ergeben, die Schäden in den End­ stufen bewirken könnten. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß Störungen der Spannungs­ versorgungen signalisierende Signale die an das Interface 17 gelangen auch an die Steuerschal­ tung 3 weitergeleitet werden, wobei hier eine kom­ plementäre Signalauswertung vorgesehen ist.

Claims (21)

1. Kommutierungsschaltung zur Ansteuerung eines bürstenlosen Motors, mit einer Einrichtung zur Er­ fassung der Position des Rotors des Motors und mit einer der Ansteuerung der Motorwicklung dienenden Steuerschaltung, der die Ausgangssignale der Ein­ richtung zur Erfassung der Rotorposition eingegeben werden, gekennzeichnet durch eine eine Plausibili­ tätsprüfung durchführende Vergleichsschaltung (5), die die der Wicklung (L11, L12, L13) zugeführten Steuersignale mit vorbestimmbaren Signalen ver­ gleicht.

2. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Vergleichsschaltung (5) eingebbaren vorbestimmbaren Signale in Abhängigkeit von dem angesteuerten Motortyp auswählbar sind.

3. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung (1) eine Eingabevorrichtung (7) zur Eingabe der vorbe­ stimmbaren Signale umfaßt.

4. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmbaren Signale ex­ tern festlegbar und dann der Kommutierungsschaltung (12) zuführbar sind.

5. Kommutierungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Stromerfassungs­ einrichtung (49), die bei Auftreten eines Über­ stroms den von den Endstufen abgegebenen Strom re­ duziert und/oder abschaltet.

6. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (49) eine Langzeitüberwachungsschaltung (53) und/oder eine Kurzzeitüberwachungsschaltung (51) umfaßt.

7. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Langzeitüberwachungsschal­ tung als Integrator (53) und die Kurzzeitüberwa­ chungsschaltung als Komparator (51) ausgebildet ist.

8. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Kurzzeitüberwachungsschaltung (51) so auswertbar ist, daß es zur sofortigen, asynchronen Abschaltung der Kommutierungsschaltung (1) führt.

9. Kommutierungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Totzeitschaltung (9), die nach Auftreten und Erkennen eines Fehlers eine sofort anschließende Ansteuerung des Motors für einen vorbestimmbaren Zeitraum verhindert.

10. Kommutierungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Taktquelle (Zeitsteuerung (13), die vorzugsweise allen inter­ nen Baugruppen der Kommutierungsschaltung (1) zuge­ ordnet ist.

11. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Taktquelle (Zeit­ schaltung (13) auch externen, an die Kommutie­ rungsschaltung (1) zuschaltbaren Schaltgruppen (an­ wenderspezifischer Schaltkreis (19) zuordenbar ist.

12. Kommutierungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Modulatorschal­ tung (Pulsweitenmodulatorschaltung (15)), die der Leistungseinstellung des Motors dient.

13. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Modulatorschaltung als Pulsweitenmodulatorschaltung ausgelegt ist.

14. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Modulatorschaltung dem an den Motor abgegebenen Ausgangssignal der Kommutierungsschaltung (1) über­ lagerbar ist.

15. Kommutierungsschaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, daß das Ausgangssignal der Modulator­ schaltung (Pulsweitenmodulatorschaltung (15) zur Beeinflussung der Eingangsspannung (+A, -A) einer von der Kommutierungsschaltung (1) angesteuerten Endstufe (23, 25, 27) auswertbar ist.

16. Kommutierungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Pufferschaltung (11), die der verzögerten Weiterleitung und/oder Entprellung der an die Kommutierungsschaltung (1) angelegten Eingangssignale dient.

17. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pufferschaltung (11) eine Abtastung der Eingangssignale ermöglicht und deren Weiterleitung zu vorwählbaren Zeitpunkten si­ cherstellt.

18. Kommutierungsschaltung nach einem der Ansprü­ chen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom­ mutierungsschaltung (1) für Rechts- und Linkslauf des Motors verwendbar ist.

19. Kommutierungsschaltung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung (1) zur Abbremsung des Motors verwendbar ist.

20. Kommutierungsschaltung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung (1) als integrierter Schalt­ kreis ausgebildet ist.

21. Kommutierungsschaltung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Kommutierungsschaltung (1) angeschalteten Schaltgruppen, insbesondere der anwenderspezifische Schaltkreis (19), als integrierter Schaltkreis aus­ gebildet ist.