DE69400977T2 - Verfahren und Vorrichtung für eine Kelvin Strommessung in einer mehrphasigen Treiberstufe eines mehrphasigen Motors - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in Schaltungen zur Stromerfassung bzw. -messung. Insbesondere ist die Erfindung auf eine Spannungsmessung innerhalb der Haibleitereinrichtung bezogen, um die Wirkungen von irgendwelchen parasitären Widerständen zu verringern, während die Spannungen erfaßt werden.
• Obwohl die Erfindung mehr- bzw. vielphasige DC-Motoren betrifft, findet sie allgemein bei dreiphasigen DC-Motoren Anwendung. Diese Motoren können vom bürstenlosen, sensorlosen Typ sein, die dazu verwendet werden, um Datenmedien zu drehen, wie etwa der Motor in einem Festplattenantrieb, in CD-ROM-Antrieben, Diskettenlaufwerken und anderen auf Computer bzw. Rechner bezogene Anwendungen.
• Von diesen Motoren wird typischerweise gedacht, daß sie einen Stator mit drei Spulen haben, die in einer "Y"-Konfiguration angeschlossen sind, obwohl in tatsächlichen Systemen viele Statorspulen bzw. -wicklungen mit mehrfachen Motorpolen verwendet werden können. Im Betrieb werden die Spulen bzw. Wicklungen wahlweise erregt, um einen Strompfad durch zwei Spulen bzw. Wicklungen der "Y"-Konfiguration zu erzeugen, und um eine dritte Wicklung potentialfrei zu lassen. Ein anderes Verfahren ist es, aufeinanderfolgend eine Spule zu einer Zeit zu erregen, indem man einen Strompfad durch eine einzige Spule zu einem zentralen Abgriff bzw. einer zentralen Transformatorstufe hat. In jedem Falle sind eine Folge von erregten Spulen bzw. Wicklungen so angeordnet, um die Strompfäde zu ändern oder zu kommutieren bzw. im Strom zu wenden, wobei zumindest eine der Spulen bzw. Wicklungen, die verwendet wird, um den Strompfad auszubilden, eine potentialfreie Spule bzw. Wicklung in der nächsten Folge wird.
• Für einen dreiphasigen dc-Motor bzw. Gleichstrommotor gibt es typischerweise sechs Treibertransistoren, die zum Beispiel CMOS-Transistoren sind, die den den drei Statorwicklungen zugeführten Strom steuern. Drei obere Treibertransistoren schließen Leistung bzw. Energie an die ausgewählten Spulen an, und drei untere Treibertransistoren schließen ausgewählte Spulen bzw. Wicklungen an das Erdpotential an. Typischerweise sind sämtliche sechs Treibertransistoren auf einem einzigen Chip einer integrierten Halbleiterschaltung enthalten. Jeder der unteren Treibertransistoren ist an einen Ausgangsanschluß der Halbleitereinrichtung angeschlossen, wobei jeder der Ausgangsanschlüsse an die stromaufwärtige Seite eines Fühlwiderstandes RFÜHLEN angeschlossen ist, dessen stromabwärtige Seite an das Erdpotential angesetzt ist.
• Um die unteren Treibertransistoren zu steuern, ist ein Komparator als ein Teil der Schaltung des integrierten Schaltungschips vorgesehen. Der Komparator weist einen nicht-invertierenden Eingang auf, der an einen Anschluß- bzw. Kontaktflecken auf dem Halbleiterchip angeschlossen ist, der an einen äußeren Anschlußpin bzw. -beinchen angeschlossen ist. Eine Bezugsspannung Vin wird an den äußeren Anschlußpin durch eine außen befindliche Quelle zugeführt. Alternativ kann die Bezugsspannung intern der Einrichtung durch eine andere Schaltung (nicht gezeigt) bereitgestellt werden. Der invertierende Eingang des Komparators ist an einen zweiten Verbindungs- bzw. Kontaktflecken auf dem Halbleiterchip angeschlossen, der an einen zweiten, äußeren Anschlußpin angeschlossen ist. Dieser zweite, äußere Anschlußpin ist an den Fühlwiderstand RFÜHLEN in der oben beschriebenen Weise angeschlossen. Dann wird ein Vergleich zwischen den Spannungen, die an diesen zwei äußeren Anschlußpins erscheinen, vorgenommen, wobei auf diesen Vergleich hier als "Kelvin-Stromerfassung" bezug genommen wird.
• Folglich überwacht die Kelvin-Stromerfassung die Spannung, die sich über den Fühlwiderstand RFÜHLEN ändert, und steuert die Transistoren, die die Statorwindungen bzw -wicklungen in Reaktion auf die Spannungsänderung steuern. Falls die Spannung über RFÜHLEN zu groß wird, zum Beispiel größer wird als Vin, dann ändert der Komparator den Ausgang, um sämtliche unteren Treibertransistoren dazu zu veranlassen, sich auszuschalten.
• In einem typischen bürstenlosen, fühlerlosen DC-Motor wird ein Folgesteuergerät bzw. Ablaufsteuerglied verwendet, um ein Signal zu erzeugen, um den Strom in den verschiedenen Statorwicklungen zu steuern. Jede Wicklung bzw. Spule ist an einen Pin bzw. Anschluß einer Haibleitereinrichtung angeschlossen, die einen integrierten Schaltungschip enthält, der die Treiberschaltung und die Steuerschaltung und in einigen Fällen das Folgesteuergerät bzw. Ablaufsteuerglied enthält. Zum Beispiel werden die Statorspulen 11, 12 und 13 eines dreiphasigen DC-Motors in Figur 1 in einer schematischen Darstellung eines Abschnitts einer Treiberschaltung nach dem Stand der Technik gezeigt, die jeweils am Knoten A, B und C angeschlossen sind. Die Folgeschaltung (nicht gezeigt) führt sechs Folgesteuer- bzw. Ablaufsteuersignale UA, UB, UC, LA, LB und LC zu, die jeweils angelegt werden, um unmittelbar oder mittelbar einen der Treibertransistoren zu steuern. Folglich werden obere Treibertransistoren 20, 21 und 22 unmittelbar durch UA, UB bzw. UC gesteuert. Wenn irgendeines dieser Folgesteuer- bzw. Ablaufsteuersignale hoch wird, schaltet sich der entsprechende Treibertransistor ein, um die verbundene Statorwicklung bzw. -spule an Vcc anzuschließen.
• Die unteren Treibertransistoren 23, 24 und 25 werden mittelbar durch Signale LA, LB und LC gesteuert. Jedes der Gates der unteren Treibertransistoren 23, 24 und 25 ist an einen jeweiligen Schalter 26, 27 und 28 angeschlossen. Jeder Schalter weist zwei Zustände auf. Der erste Zustand ist potentialfrei und der zweite Zustand ist der Ausgang eines Operationsverstärkers 29. Falls gewünscht, könnte ein PBM-Schalter (Pulsbreiten-Modulationsschalter) für diese drei Schalter 26, 27 und 28 als Ersatz dienen, um die unteren Treibertransistoren zu steuern.
• Die unteren Treibertransistoren 23, 24 und 25 sind mit ihren Sources an die Pins 30, 31 bzw. 32 angeschlossen. (Die verschiedenen Pins, die in Figur 1 gezeigt sind, stellen die Verbindungsflecken bzw. Kontaktflecken, Verbindungsdrähte und äußere Bauelementpins dar, und sind zur Vereinfachung in abgekürzter Form gezeigt.) Die Pins 30, 31 und 32 sind von der Einrichtung von außen und an die stromaufwärtige Seite eines Widerstandes 16 (RFÜHLEN) angeschlossen. Die Source-Anschlüsse der unteren Treibertransistoren 23, 24 und 25 sind häufig nicht intern angeschlossen, weil eine Hauptmetallzwischenverbindung erforderlich sein würde.
• Die stromabwärtige Seite des Widerstandes 16 ist an Erdpotential angeschlossen. An einem Punkt nahe dem Widerstand 16 ist ein Anschluß 35 zwischen dem Widerstand 16 und einem "Fühl"-Pin bzw. -Anschlußbeinchen 33 hergestellt worden. Der Pin weist einen internen Anschluß an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 29 auf. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 29 ist an einen Pin 34 angeschlossen, an den ein Spannungssignal Vin von einer externen Spannungswelle angeschlossen werden kann.
• Der Ausgang des Operationsverstärkers 29 wird verwendet, um die Gates der unteren Treibertransistoren 23, 24 und 25 im normalen Betrieb zu steuern. Folglich ist, wenn eines der unteren Folgesteuer- bzw. Ablaufsteuersignale LA, LB oder LC logisch hoch ist, der Ausgang des Operationsverstärkers 29 durch die jeweiligen verbundenen Schalter 26, 27 oder 28 an das Gate des entsprechenden unteren Treibertransistors angeschlossen, um diesen Treibertransistor anzuschalten. Zu der gleichen Zeit sendet die Folgesteuerung ein Signal UA, UB oder UC, um einen entsprechenden der oberen Treibertransistoren einzuschalten. Deshalb fließt von Vcc durch den ausgewählten oberen Treibertransistor, durch zwei der Spulen bzw. Wicklungen in den Stator, durch den ausgewählten unteren Treibertransistor und dann durch RFÜHLEN zum Erdpotential Strom.
• Wenn Strom durch RFÜHLEN fließt, kann sich die Spannung aufgrund der Fluktuationen des Stroms in den verschiedenen Schaltern der Schaltung ändern. Wenn die Spannung größer wird als das Spannungssignal Vin, dann wird der Komparator 29 den Zustand ändern und die Leitung verringern oder sämtliche der unteren Treibertransistoren ausschalten.
• Diese Konstruktionen und Verfahren weisen einen Nachteil auf, in dem ein zusätzlicher Pin erforderlich ist, um den RFÜHLEN an den invertierenden Eingang des Komparators anzuschliessen.
• Ein Dokument nach dem Stand der Technik, US-A-4712050, offenbart eine Steuerschaltung zum Betreiben eines bürstenlosen d.c.-Motors, der mehrere Statorspulen bzw. -wicklungen hat, wobei die Steuerschaltung mehrere Steuertransistoren hat, die jeweils eine erste Elektrode aufweisen, die an eine jeweilige Statorspule bzw.- wicklung angeschlossen ist, um aufeinanderfolgend die Statorspulen zu erregen. Mehrere Ausgangsknoten zum Anschluß eines Fühlwiderstandes sind an zwei Elektroden von zumindest einigen der Steuertransistoren angeschlossen, so daß ein Statorstrom durch den Fühlverstärker fließt. Eine Stromfühlschaltung weist einen Differentialverstärker auf, der an den Fühlwiderstand angeschlossen und an einen Komparator angekoppelt ist.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Einstellen der Spannung für den unteren Treibertransistor in einer Motorsteuerschaltung zur Verfügung zu stellen, indem eine Kelvin-Stromerfassungsschaltung vollständig innerhalb des integrierten Schaltungschips des Motortreibers zur Verfügung gestellt wird.
• Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerschaltung zum Betreiben eines mehr- bzw. vielphasigen DC-Motors zur Verfügung gestellt, der einen Rotor und mehrere Statorspulen bzw. -wicklungen hat, wobei die Steuerschaltung aufweist, mehrere Steuertransistoren, die jeweils eine erste Elektrode haben, die an eine jeweilige Statorspule bzw. -wicklung angekoppelt ist, um aufeinanderfolgend die Statorspulen bzw. -wicklungen zu erregen, mehrere Ausgangsknoten zum Anschluß an einen Fühlwiderstand, wobei die Ausgangsknoten an zweite Elektroden von zumindest einigen der Steuertransistoren angeschlossen sind, wodurch ein Strom in den Statorspulen bzw. -wicklungen durch den Fühlwiderstand fließt, und wobei eine Stromerfassungsschaltung aufweist: einen Differentialverstärker, der auf eine Spannung über den Fühlwiderstand anspricht, um einen Fühlausgang zu erzeugen; einen Komparator, der angeschlossen ist, um eine Ausgangsänderung zu erzeugen, wenn der Fühlausgang eine vorbestimmte Spannung überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsschaltung mehrere Eingänge hat, wobei jeder der Eingänge an die zweite Elektrode eines jeweiligen Steuertransistors angeschlossen ist, wodurch der Differentialverstärker auf die niedrigste erfaßte Spannung der Steuertransistoren anspricht.
• Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Stromerfassung in einer Steuerschaltung zum Betreiben eines mehrphasigen DC-Motors zur Verfügung gestellt, der einen Rotor (und) mehrere Statorspulen hat, wobei die Steuerschaltung mehrere Steuertransistoren, um nacheinander bzw. in Folge die Statorspulen bzw. -wicklungen zu erregen, hat, und mehrere Ausgangsknoten zum Anschluß an einen Fühlwiderstand hat, wobei die Ausgangsknoten zumindest an einige der Steuertransistoren angeschlossen sind, wobei ein Strom, der in den Statorspulen bzw. -wicklungen fließt, durch den Fühlwiderstand fließt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: an dem Ausgang jedes Steuertransistors, der an die Ausgangsknoten angeschlossen ist, wird eine Spannung gefühlt und eine niedrigste besagter Spannung wird bestimmt; die niedrigste besagter Spannung wird mit einer Bezugsspannung verglichen; ein Signal, das in Reaktion auf den Vergleichsschritt erzeugt wird, wird an die Steuertransistoren angelegt, die an die Ausgangsknoten angeschlossen sind.
• In der offenbarten Ausführungsform wird eine Differentialverstärkerschaltung, die Erdpotential kompatibel ist, in einer Motortreiberschaltung verwendet. Jeder untere Treibertransistor ist an die Basis eines Spannungsfühltransistors auf dem integrierten Schaltungschip angeschlossen. Eine Seite dieser Spannungsfühltransistoren ist miteinander verbunden, um eine Seite des Differentialverstärkers zu steuern. Eine Steuerspannung wird an die andere Seite des Differentialverstärkers angelegt. Ein Komparator bzw. eine Vergleichseinrichtung vergleicht die Spannungen auf jeder Seite des Differentialverstärkers. Der Ausgang des Komparators ist angeschlossen, um den Betrieb der unteren Treibertransistoren zu steuern, und um die Leitung der unteren Treibertransistoren zu verringern oder diese auszuschalten, wenn die gefühlte Spannung, die durch den Differentialverstärker erzeugt wird, einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Deshalb wird das Fühlen intern innerhalb des Halbleiterchips vorgenommen. Da die gefühlten Spannungen an der Source von jedem unteren Treibertransistor abgenommen werden, sind die Spannungsabfälle, die durch die parasitären Widerstandseffekte in Verbindung mit dem Anschluß zwischen den Treibertransistoren und dem Fühlwiderstand RFÜHLEN erzeugt werden, insbesondere den Verbindungsfleckenanschlüssen und den Pinanschlüssen, verringert.
• Da die Kelvin-Stromerfassung intern in dem Halbleiterchip vorgenommen wird, ist der Pin, der zuvor erforderlich war, um den invertierenden Eingang des Komparators an den Widerstand RFÜHLEN anzuschließen, nicht mehr erforderlich. Deshalb ist die Beseitigung eines Pins auf dem Halbleiter in die Tat umgesetzt.
• Die Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei Bezugsziffern verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen, und in denen:
• Figur 1 eine schematische, elektrische Darstellung einer Steuerschaltung ist, die verwendet wird, um eine typische "Y"-angeschlossene Statorspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zu betreiben.
• Figur 2 eine schematische, elektrische Darstellung der unteren Transistorschalter ist, die an die Kelvin-Stromerfassungsschaltung nach der Erfindung angeschlossen sind.
• Figur 3 eine andere Ausführungsform einer schematischen, elektrischen Darstellung der Kelvin-Stromerfassungsschaltung nach der Erfindung ist.
• Figur 4 ein schematisches, elektrisches Diagramm ist, das eine generische Ausführungsform einer Kelvin-Stromerfassungsschaltung, wie sie in den Figuren 2 und 3 gezeigt wird, darstellt.
• Die Figur 2 ist eine schematische, elektrische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Zur Einfachheit sind die oberen Treibertransistoren 20, 21 und 22 und die Statorwindungen des DC-Motors oberhalb der Knoten A, B und C nicht gezeigt, da sie ähnlich aufgebaut sein können, wie die in Figur 1 gezeigten, die oben beschrieben sind. In einem vollständigen System könnten diese Bauteile an die Knoten A, B und C angesetzt werden, wie es in Figur 1 gezeigt wird.
• Die Kelvin-Erfassung wird in der Schaltung in Figur 2 durch einen Differentialverstärker 37 realisiert, der eine Bezugsspannung, die an einer Seite angelegt wird, und eine gefühlte Spannung hat, die an die andere Seite angelegt wird. Die gefühlte Spannung wird durch eine Fühlschaltung 38 erzeugt, die eine Anzahl von Fühltransistoren 43, 45 enthält, die einzeln an die Knoten 60 - 62 benachbart zu jeweiligen einzelnen der unteren Treibertransistoren 23 - 25 angeschlossen sind. Der Differentialverstärker 37, die Fühlschaltung 38 und ihre Anschlußleitungen an die Treibertransistoren, und der Komparator 58 sind allesamt auf dem integrierten Schaltungschip 97 ausgebildet.
• Der Differentialverstärker umfaßt zwei Stromwege in den Linien 55 und 56, in denen verschiedene Ströme durch bipolare Transistoren 41 und 42 erzeugt werden, die in der gezeigten Ausführungsform PNP-Transistoren sind. Obwohl bipolare PNP-Transistoren gezeigt werden, wird es bevorzugt, das Transistoren verschiedenen Aufbaus und Leitungstyps bei passenden Anwendungen verwendet werden können.
• Das dem Anschluß bzw. Pin 34 zur Verfügung gestellte Signal Vin (obwohl es nicht notwendiger Weise extern sein muß) ist unmittelbar an den Eingangstransistor 40 auf einer Seite des Differentialverstärkers 37 angeschlossen, und ist auf das Erdpotential bezogen. Der Emitter des PNP-Transistors 40 ist an eine zweite Stromquelle 47 und auch den Emitter eines PNP-Transistors 42 angeschlossen, um einen Differentialverstärker zu bilden.
• Andererseits wird die gefühlte Spannung von den jeweiligen unteren Treibertransistoren 23 - 25 an den Eingangstransistor 42 an der anderen Seite des Differentialverstärkers 37 angelegt. Folglich ist die Basis des PNP-Transistors 42 an die Emitter der drei PNP-Fühl- Transistoren 43, 44 und 45 wie auch an eine dritte Stromquelle 48 angeschlossen.
• Wie aufgezeigt, wird die Basis des PNP-Transistors 43 an die Source des unteren Treibertransistors 23 an den Punkt 60 angeschlossen. Gleichermaßen wird die Basis des PNP- Transistors 44 an die Source des unteren Treibertransistors 24 am Punkt 61 angeschlossen. Letztlich wird die Basis des PNP-Transistors 45 an die Source des unteren Treibertransistors 25 an einem Punkt 62 angeschlossen.
• Der Kollektor des PNP-Transistors 41 ist an eine erste Stromsenke 49 und den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 58 angeschlossen. Der Kollektor des PNP- Transistors 42 ist an eine zweite Stromsenke 50 und an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 58 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 58 ist an die Transistorschalter 26, 27 und 28 angeschlossen. Durch diesen Aufbau ist einer der Pins auf dem Halbleiterchip beseitigt worden. Auch ist der Anschluß zwischen diesem Pin und dem Fühlwiderstand 16 beseitigt worden.
• Ein Vorteil dieser Schaltung ist, daß jede der Signalleitungen 52, 53 und 54 ihren eigenen Fühltransistor hat. Obwohl bipolare PNP-Fühltransistoren gezeigt werden, ist es zu bevorzugen, daß Transistoren mit unterschiedlichem Aufbau und Leitungstyp bei angemessenen Anwendungen verwendet werden können. Obwohl diese Signalleitungen außerhalb des Chips angeschlossen sind, kann jede Signalleitung eine leicht unterschiedliche Spannung haben, wenn sie an dem PNP-Transistor gemessen wird, aufgrund von parasitären Widerstanden in der Einrichtung. Zum Beispiel sind die unteren Treibertransistoren 23, 24 und 25 an Verbindungsflecken bzw. Anschlußflecken 90, 91 bzw. 92 angeschlossen, die an den Kanten des integrierten Schaltungschips 97 angeordnet sind. Diese Verbindungsflecken 90, 91 und 92 sind durch Verbindungsdrähte bzw. Bond-Drähte 94, 95 und 96 über die Kavität bzw. dem Hohlraum 98 an jeweilige Bauteilpins 30, 31 und 32 angeschlossen. Die Bauteilpins können in Folge an externe Elemente angeschlossen sein. Jeder dieser Anschlüsse erzeugt parasitäre Widerstände.
• Folglich wird, da die Emitter der PNP-Fühltransistoren 43, 44 und 45 an die Basis des PNP-Transistors 42 angeschlossen sind, der niedrigste Widerstand, der an den Signalleitungen 52, 53 und 54 erscheint, zu der Signalleitung 51 nur mit der hinzugefügten Spannung der intrinsischen Diode des Transistors 43, 44 oder 45 zwischen Emitter und Basis übertragen.
• Die Signalleitungen 55 und 56 werden in dem Komparator 58 verglichen und das Ausgangssignal an der Signalleitung 57 wird zu jedem der Transistorschalter 26, 27 und 28 gesandt. Obwohl das Erfassen bzw. Fühlen nicht so genau ist wie die tatsächliche Kelvin-Erfassung. ist der hinzugefügte Vorteil, einen Pin an dem Halbleiterchip zu beseitigen, manchmal äußerst nützlich.
• Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform ist konstruiert, um eine Kompatibilität mit einem Erdpotential zu haben, das wie ein analoges Erdpotential oder ein potentialfreies Bezugserdpotential wirkt. Demgemäß sind wegen der Kompatibilität des Erdpotentials die Kollektoren der Transistoren 40, 43, 44 und 45 an ein Erdpotential angeschlossen. Es sollte auch bemerkt werden, daß das Bezugserdpotential das gleiche für das Spannungssignal Vin, das Erdpotential an das RFÜHLEN angeschlossen ist, und das Erdpotential ist, an das die Kollektoren der Transistoren 40, 43, 44 und 45 angeschlossen sind.
• Eine andere Ausführungsform der Erfindung wird in Figur 3 gezeigt. Wie in Figur 2 sind die oberen drei weiteren Transistoren, die Statorwicklungen des DC-Motors und die Verbindungsflecken bzw. Kontaktflecken und deren Anschlüsse nicht gezeigt. Der Komparator 79 kann oder kann nicht in dieser Ausführungsform eine Kompatibilität zum Erdpotential haben, die in diesen einbezogen ist. Ansonsten ist die Schaltung die gleiche, wie die nach Figur 2.
• Ein Spannungssignal Vin wird an die Basis eines PNP-Transistors 71 angelegt, der innerhalb oder außerhalb der Einrichtung ist, wie es gezeigt ist. Der Emitter des Transistors 71 ist an eine zweite Stromquelle 76 und an die Emitter der PNP-Transistoren 72, 73 und 74 an geschlossen. Die Basis des PNP-Transistors 72 ist an die Source des unteren Treibertransistors 23 am Punkt 60 über die Leitung 80 angeschlossen. Die Basis des PNP-Transistors 73 ist an die Source des unteren Treibertransistors 24 am Punkt 61 über die Leitung 81 angeschlossen. Die Basis des PNP-Transistors 74 ist an die Source des unteren Treibertransistors 25 am Punkt 62 über die Leitung 82 angeschlossen. Der Kollektor des PNP- Transistors 73 ist an ein erstes Widerstandselement 78 (erste Stromsenke), wie etwa einen Widerstand, einen Transistor oder dergleichen angeschlossen, dessen stromabwärtige Seite an das Erdpotential angeschlossen ist. Die Kollektoren der PNP-Transistoren 72, 73 und 74 sind angeschlossen und sind auch an ein zweites Widerstandselement 77 (zweite Stromsenke), wie etwa einen Widerstand, einen Transistor oder dergleichen angeschlossen, dessen stromabwärtige Seite auch an das Erdpotential angeschlossen ist.
• Der Kollektor des PNP-Transistors 71 ist ebenfalls an den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 75 stromaufwärtig des ersten Widerstandselements 78 angeschlossen. Ähnlich sind die Kollektoren der PNP-Transistoren 72, 73 und 74 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 75 stromaufwärtig des zweiten Widerstandselements 77 angeschlossen. Der Ausgang des Komparators 75 ist an die Transistorschalter 26, 27 und 28 Leitung bzw. Linie in den voranstehenden Figuren angeschlossen.
• Diese Ausführungsform führt eine Kelvin-Stromerfassung durch und beseitigt die Erfassung der Spannungen über die parasitären Widerstände, wie die voranstehende Ausführungsform, wobei das gesamte Erfassen intern innerhalb des Halbleiterchips vorgenommen wird. Bei beiden Realisationen gibt es den hinzugefügten Vorteil, daß ein Pin des Halbleiterchips eliminiert ist.
• Um den Differentialverstärker, der durch die Transistoren 71 - 74 ausgebildet ist, abzugleichen bzw. abzustimmen, sollte der Bereich des Transistors 71 angemessen abgeändert werden, um proportional größer als die anderen Transistoren zu werden. Zum Beispiel sollte dann, wenn in Figur 3 die parasitären Spannungsabfälle wesentlich wären (zum Beispiel größer als 100 mV) und nur ein Steuertransistor zu einer gegebenen Zeit leitet, der Emitterbereich des Transistors 71 zweimal so groß sein wie der der getrennten Transistoren 72 - 74, um die Genauigkeit und die Abhängigkeit der Spannungsabfälle von den parasitären Widerständen zu optimieren.
• Tatsächlich ist, wenn die Schaltung in Reaktion auf normale Folgesignale betrieben wird, nur einer der drei unteren Treibertransistoren eingeschaltet. Deshalb sind zwei der drei Transistoren bei einem niedrigeren Potential als der dritte Transistor, d.h., die Spannung an dem Ausgang des dritten Transistors ist höher, weil er an den Treibertransistor angeschlossen ist, der eingeschaltet ist. Die Grundvoraussetzung ist es, den Transistoremitterbereich gleich der Summe der Emitterbereiche des Eingangs der potentialfreien Transistoren zu haben. Deshalb sollte, wenn vier von fünf Treibertransistoren zu einer Zeit ausgeschaltet sind (potentialfrei), dann der Emitterbereich des an die Bezugsspannung Vin angeschlossenen Transistors den vierfachen Emitterbereich von jedem der Transistoren haben, der an die unteren Treibertransistoren, die potentialfrei sind, angeschlossen ist. Obwohl der optimale Bereich von dem Absolutwert der parasitären Spannungsabfälle abhängen wird, wäre ein solches Verhältnis zu steigern, falls die parasitären Abfälle klein sind. Im Grenzbereich sollten dann, falls der parasitäre Spannungsabfall gleich Null ist, der an die Bezugsspannung angeschlossene Transistor einen Emitterbereich haben, der gleich der Summe der Emitterbereiche sämtlicher Transistoren ist, die an den Fühlwiderstand angeschlossen sind. Diese Änderung der Transistorgröße ist für sämtliche Ausführungsformen anwendbar.
• Die Figur 4 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen analytisch ähnlich bzw. gleich ist. Wiederum werden zur Vereinfachung die oberen Treibertransistoren, die Statorwicklungen des DC- Motors oberhalb der Knoten A, B und C, und die Verbindungsflecken bzw. Kontaktflecken und deren Anschlüsse nicht gezeigt. In der in Figur 4 gezeigten Schaltungsausführungsform sind die Transistoren 40 - 45 und der Operationsverstärker 58 durch einen Operationsverstarker 59 mit Mehrfacheingang bzw. mit mehreren Eingängen ersetzt worden. Die invertierenden Eingänge des Operationsverstärkers 59 sind an Leitungen 52, 53 und 54 von der Source der jeweiligen unteren Treibertransistoren 23, 24 und 25 angeschlossen. Wiederum ist der Ausgang des Operationsverstärkers 59 mit mehreren Eingängen an die Signalleitung 57 an die Transistorschalter 26, 27 und 28 angeschlossen.

Claims (20)

1. Steuerschaltung zum Betreiben eines mehr- bzw. vielphasigen DC-Motors, der einen Rotor und mehrere Statorspulen bzw. -wicklungen (11, 12, 13) hat, wobei die Steuerschaltung aufweist, mehrere Steuertransistoren (23, 24, 25), die jeweils eine erste Elektrode haben, die an eine jeweilige Statorspule bzw. -wicklung angekoppelt ist, um der Reihe nach bzw. aufeinanderfolgend die Statorspulen bzw. -wicklungen zu erregen, mehrere Ausgangsknoten (90, 91, 92) zum Anschluß an einen Fühlwiderstand (16), wobei die Ausgangsknoten (90, 91, 92) an zwei Elektroden von zumindest einigen der Steuertransistoren (23, 24, 25) angeschlossen sind, wodurch ein Strom, der in den Statorspulen bzw. -wicklungen fließt, durch den Fühlwiderstand (16) fließt, und wobei eine Stromerfassungsschaltung (38) aufweist:

einen Differentialverstärker (37), der auf eine Spannung über den Fühlwiderstand anspricht, um einen Fühlausgang zu erzeugen;

einen Komparator (58; 75), der angeschlossen ist, um eine Ausgangsänderung zu erzeugen, wenn der Fühlausgang eine vorbestimmte Spannung überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsschaltung (38) mehrere Eingänge hat, wobei jeder der Eingänge an die zweite Elektrode eines jeweiligen Steuertransistors (23, 24, 25) angeschlossen ist, wodurch der Differentialverstärker (37) auf die niedrigste gefühlte Spannung der Steuertransistoren anspricht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, in der die Steuerschaltung ferner eine Schaltung (26, 27, 28) zum Anlegen des Ausgangs des Komparators aufweist, um die an die Ausgangsknoten angeschlossenen Steuertransistoren zu steuern.

3. Schaltung nach Anspruch 1, die ferner aufweist, mehrere Schalter (26, 27, 28), die jeweils an einen der Steuertransistoren angeschlossen sind, die an die Ausgangsknoten angeschlossen sind, wobei die Schalter in Reaktion auf Folgesignale (LA, LB, LC) betrieben werden, um ein Steuerelement des jeweiligen Steuertransistors an einen Ausgang des Komparators anzuschließen, falls der jeweilige Steuertransistor ausgewählt ist, und um das Steuerelement an ein Spannungspotential anzuschließen, um den Steuertransistor auszustellen, wenn der Steuertransistor nicht ausgewählt ist.

4. Schaltung nach einem der voranstehenden Ansprüche, in der die Stromerfassungsschaltung ferner aufweist, mehrere Spannungserfassungs- bzw. -fühltransistoren (43, 44, 45), die parallel angeschlossen sind, wobei jeder Spannungserfassungstransistor einen Strompfad zwischen einer dritten Stromquelle (48) und Erdpotential hat, und ein Stromsteuerelement hat, das an einen der Eingänge zu der Stromerfassungsschaltung (38) angeschlossen ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der eine Seite des Differentialverstärkers (37) mehrere Transistoren (72 - 74) aufweist, die parallel angeschlossen sind, wobei jeder Transistor einen Strompfad und ein Stromsteuerelement hat, das an einen der Eingänge zu der Stromerfassungsschaltung (38) angeschlossen ist.

6. Schaltung nach einem der voranstehenden Ansprüche, in der der Differentialverstärker (37) Strompfade zwischen einer Stromquelle (47, 76) und Stromsenken (49, 50, 77, 78) hat, und wobei der Komparator (58, 75) an den Differentialverstärker auf der Seite der Stromsenken angeschlossen ist.

7. Schaltung nach einem der voranstehenden Ansprüche, in der der Differentialverstärker (37) zumindest einen von bipolaren Transistoren, MOS-Transistoren und FET- Transistoren aufweist.

8. Schaltung nach Anspruch 6, in der die Stromsenken (49, 50) Widerstände sind.

9. Schaltung nach Anspruch 4, in der der Differentialverstärker aufweist, einen ersten Transistor (40), der einen Strompfad zwischen einer ersten Stromquelle (46) und Erdpotential hat, und der ein Steuerelement hat, das an eine Bezugsspannung angeschlossen ist;

einen zweiten Transistor (42), der einen Strompfad zwischen einer zweiten Stromquelle (47) und einer zweiten Stromsenke (50) hat, und der ein Stromsteuerelement hat, das Ströme empfängt, die durch die mehreren Spannungserfassungstransistoren (43 - 45) fließen, wobei eine Spannung, die über die zweite Stromsenke (50) erzeugt wird, an den invertierenden Eingang des Komparators angeschlossen wird; und

einen dritten Transistor (41), der einen Strompfad zwischen der zweiten Stromquelle (47) und einer ersten Stromsenke (49) hat, und der ein Stromsteuerelement hat, das den durch den ersten Transistor (40) fließenden Strom empfängt, wobei eine über die erste Stromsenke (49) erzeugte Spannung an den nicht-invertierenden Eingang des Komparators (58) angeschlossen wird.

10. Schaltung nach Anspruch 9, in der die mehreren der Spannungserfassungs- bzw. -fühltransistoren und der erste Transistor bis dritte Transistor zumindest einer von bipolaren Transistoren, MOS-Transistoren und FET-Transistoren sind.

11. Schaltung nach Anspruch 9, in der die erste zweite und die dritte Stromquelle gesättigte Transistoren sind.

12. Schaltung nach Anspruch 5, in der der Differentialverstärker aufweist, einen ersten Transistor (71), der einen Strompfad zwischen einer zweiten Stromquelle (76) und einer ersten Stromsenke (78) hat, und ein Stromsteuerelement hat, das durch eine Bezugsspannung gesteuert wird, wobei eine über die erste Stromsenke (78) erzeugte Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators (75) angeschlossen wird; und

die mehreren Transistoren weisen mehrere Spannungserfassungs- bzw. -fühltransistoren (72 - 74) auf, wobei jeder Spannungserfassungs- bzw. -fühltransistor einen Strompfad zwischen der zweiten Stromquelle (76) und einer zweiten Stromsenke (77) hat, wobei die über die zweite Stromsenke erzeugte Spannung an den invertierenden Eingang des Komparators (75) angeschlossen wird.

13. Schaltung nach Anspruch 12, in der der erste Transistor und die mehreren Spannungserfassungs- bzw. -fühltransistoren zumindest einer von bipolaren Transistoren, MOS- Transistoren und FET-Transistoren sind.

14. Schaltung nach einem der Ansprüche 7, 10 oder 13, in der die bipolaren Transistoren PNP-Transistoren sind.

15. Schaltung nach Anspruch 9 oder Anspruch 12, in der die mehreren der Spannungserfassungs- bzw. -fühltransistoren für einen dreiphasigen DC-Motor drei Transistoren aufweisen.

16. Schaltung nach Anspruch 6 oder Anspruch 12, in der die Stromquelle ein gesättigter Transistor ist.

17. Schaltung nach Anspruch 9 oder Anspruch 12, in der die erste Stromsenke (78) und die zweite Stromsenke (77) Widerstände sind.

18. Schaltung nach einem der Ansprüche 1, 9 und 12, in der der Komparator ein Operationsverstärker (58, 75) ist.

19. Schaltung nach einem der Ansprüche 1, 9 und 12, in der die Stromerfassungsschaltung und die Steuerschaltung auf einem einzelnen bzw. einzigen Halbleiterchip enthalten sind, und in der ein Erfassen bzw. Fühlen der Spannung der Steuertransistoren, die an die Ausgangsknoten angeschlossen sind, sofort benachbart zu den jeweiligen Steuertransistoren erhalten wird.

20. Verfahren zur Stromerfassung in einer Steuerschaltung zum Betreiben eines mehr- -bzw. vielphasigen DC-Motors, der einen Rotor und mehrere Statorspulen bzw. -wicklungen hat, wobei die Steuerschaltung mehrere Steuertransistoren (23, 24, 25) hat, um aufeinanderfolgend die Statorspulen bzw. -wicklungen (11, 12, 13) zu erregen, und mehrere Ausgangsknoten (90, 91, 92), zum Anschluß an einen Fühlwiderstand (16) hat, wobei die Ausgangsknoten zumindest an einige der Steuertransistoren angeschlossen werden, wobei ein Strom, der in den Statorspulen bzw. -wicklungen fließt, durch den Fühlwiderstand fließt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

eine Spannung wird an dem Ausgang von jedem Steuertransistor der an die Ausgangsknoten angeschlossen ist, erfaßt, und eine niedrigste besagter Spannung wird bestimmt; die niedrigste besagter Spannung wird mit einer Bezugsspannung verglichen;

ein Signal, das in Reaktion auf den Vergleichsschritts erzeugt worden ist, wird an die Steuertransistoren, die an die Ausgangsknoten angeschlossen sind, angelegt.