DE10009780B4

DE10009780B4 - Vorrichtung zum Ansteuern eines elektronisch kommutierten Leistungsmotors

Info

Publication number: DE10009780B4
Application number: DE10009780A
Authority: DE
Inventors: Martin Retz; Karl-Heinrich Preis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: GB2362044A; FR2805938A1; GB2362044B; GB0105006D0; DE10009780A1; FR2805938B1

Abstract

Vorrichtung zum Ansteuern eines an Gleichspannung betriebenen, elektronisch kommutierten Leistungsmotors, mit einer eine Leistungsmasse (PGND) und eine Elektronikmasse (EGND) aufweisenden Ansteuerelektronik (12), deren Leistungsmasse (PGND) über einen niederohmigen Messshunt (22) zur Motorstrommessung mit einer dem Anschluss des Minuspotentials (Ubat–) der Gleichspannung dienenden Masseklemme (Kl. 31) verbunden ist, wobei die Elektronikmasse (EGND) unter Umgehung des Messshunts (22) direkt an der Masseklemme (Kl. 31) fliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (12) auf einer Leiterplatte (11) und die Masseklemme (Kl. 31) an einem zur Leiterplatte (11) führenden Stanzgitter (13) mit gestanzten Leiterbahnen (14) angeordnet ist, dass der Messshunt (22) in einer die Leistungsmasse (PGND) mit der Masseklemme (Kl. 31) verb13) angeordnet ist und zwei Shuntabgriffe (23, 24) aufweist, von denen der zur Leistungsmasse (PGND) hin liegende erste Shuntabgriff (23) über eine Mess-Leiterbahn (142) des Stanzgitters (13) mit einem ersten Messabgriff (25) auf der Leiterplatte (11) und der zur...

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Ansteuern eines an Gleichspannung betriebenen, elektronisch kommutierten Leistungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei solchen Ansteuervorrichtungen weist die Ansteuerelektronik vorzugsweise als MOSFETs ausgebildete Transistor-Endstufen auf, die auf der Niederpotentialseite oder Low-Side der Motorwicklung angeordnet sind, so dass die Wicklungsphasen oder -stränge der Motorwicklung über je eine Transistor-Endstufe mit der Leistungsmasse, auch Powerground (PGND) genannt, der Ansteuerelektronik verbunden sind. Die Elektronikmasse der Ansteuerelektronik, d. h. die Summe aller übrigen Masseanschlüsse der Ansteuerelektronik, auch Electronieground (EGND) genannt, ist mit der Leistungsmasse verbunden. Die Leistungsmasse liegt über einen der Messung des Motorstroms dienenden Messshunt an einer Masseklemme für den Anschluss des Minuspotentials der Gleichspannung, also der Steckermasse des Anschlusssteckers. Während des Taktbetriebs der Transistoren, die mit einer Schaltfrequenz von ca. 23 kHz geschaltet werden, werden hohe Stromspitzen erzeugt, wie sie üblicherweise beim Schalten von Induktivitäten auftreten. Diese Stromspitzen erzeugen einen hochfrequenten Stromrippel auf der Leistungsmasse mit der Schaltfrequenz der Transistoren. Durch die galvanische Verbindung zwischen Leistungsmasse und Elektronikmasse koppelt der hochfrequente Stromrippel auf benachbarte Leiterbahnen bzw. Schaltungsteile über und wird über die Anschlussleitungen des Motors abgestrahlt. Die Störabstrahlung im Langwellen- und Mittelwellenfrequenzbereich ist dadurch unzulässig hoch.
Aus der EP 0 332 057 A1 ist eine Vorrichtung gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zum Ansteuern eines an Gleichspannung betriebenen, elektronisch kommutierten Leistungsmotors bekannt. Die Vorrichtung weist eine eine Leistungsmasse und eine Elektronikmasse aufweisenden Ansteuerelektronik auf, deren Leistungsmasse über einen niederohmigen Messshunt zur Motorstrommessung mit einer dem Anschluss des Minuspotentials der Gleichspannung dienenden Masseklemme verbunden ist, wobei die Elektronikmasse unter Umgehung des Messshunts direkt an der Masseklemme liegt.
Die DE 197 56 186 C1 und die DE 197 40 938 A1 betreffen überdies einen Stator für einen insbesondere bürstenlosen Elektromotor, welcher einen Statorkörper mit einer vorbestimmten Anzahl von Statorzähnen zur Aufnahme von Statorwicklungen aufweist, wobei der Statorkörper einen Grundkörper aus magnetisierbarem Material umfasst, welcher zumindest in den Bereichen der Statarzähne, in welchen die Statorwicklungen aufnehmbar oder aufgenommen sind, eine Isolierschicht aufweist. Jede Statorwicklung ist mit einem steuerbaren elektronischen Schalter verbunden, der beispielsweise als Leistungs-FET ausgebildet sein kann und der mit seinem Steuereingang mit einer Motorsteuereinheit verbunden ist. Die Motorsteuereinheit ist auf einer Platine angeordnet, die als Kombination eines umspritzten Stanzgitters (für hohe Stromstärken) und einer gedruckten Leiterplatte (für niedrige Stromstärken) ausgebildet ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung für elektronisch kommutierte Leistungsmotoren hat den Vorteil, dass die Ansteuerelektronik auf einer Leiterplatte und die Masseklemme an einem zur Leiterplatte führenden Stanzgitter mit gestanzten Leiterbahnen angeordnet sind. Der Messshunt ist in einer die Leistungsmasse mit der Masseklemme verbindenden Masse-Leiterbahn angeordnet und weist zwei Shuntabgriffe auf, von denen der zur Leistungsmasse hin liegende Shuntabgriff über eine Mess-Leiterbahn mit einem ersten Messabgriff auf der Leiterplatte und der zur Masseklemme hin liegende zweite Shuntabgriff über eine zweite Mess-Lelterbahn mit einem zweiten Messabgriff auf der Leiterplatte verbunden ist, der direkt auf die Elektronikmasse der Ansteuerlektronik kontaktiert ist. Durch diese konstruktive Ausgestaltung der Erfindung wird der zur Motorstrommessung vorhandene zweite Messabgriff, der über die Mess-Leiterbahn mit der Masseklemme verbunden ist, als niederohmige Masseversorgungsleitung für die Elektronikmasse der Ansteuerelektronik mitbenutzt, so dass letztere direkt mit der Steckermasse des Anschlusssteckers verbunden ist. Die Direktverbindung zur Masseklemme, in der Fahrzeugelektrik üblicherweise mit Kl. 31 bezeichnet, erfordert somit keinen zusätzlichen Verdrahtungsaufwand und vermeidet höhere Fertigungskosten und zusätzlichen Bauraumbedarf.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Leistungsmasse auf zwei auf der Leiterplatte angeordnete Kontaktpunkte aufgeteilt, die über eine Leiterbahn des Stanzgitters miteinander verbunden sind. Die miteinander verbundenen Anschlüsse eines jeden Paars von Transistoren sind an einem der beiden Kontaktpunkte angeschlossen. Durch diese schaltungstechnische Maßnahme ist die auf der Leiterplatte vorhandene Leistungsmasse auf zwei örtlich sehr kleine Kontaktpunkte beschränkt, so dass von diesen Kontaktpunkten kaum Störstrahlungen auf die anderen elektronischen Bauteile oder elektrischen Verbindungsbahnen auf der Leiterplatte ausgehen.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Ansteuern eines elektronisch kommutierten Leistungsmotors,
2 eine schematisierte Darstellung der geometrischen Ausführung der Ansteuervorrichtung in 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 im Schaltbild und in 2 schematisiert in ihrer geometrischen Ausführungsform dargestellte Vorrichtung zum Ansteuern eines an Gleichspannung betriebenen, elektronisch kommutierten Leistungsmotors umfasst eine Leiterplatte 11, auf der eine Ansteuerelektronik 12 untergebracht ist, und ein zur Leiterplatte 11 führendes Stanzgitter 13 mit gestanzten Leiterbahnen 14, an dem eine Mehrzahl von Anschlussklemmen 15 ausgebildet ist, die über die Leiterbahnen 14 auf die Leiterplatte 11 geführt und dort von der Ansteuerelektronik 12 kontaktiert sind. Die Anschlussklemmen 15 für den Anschluss- oder Motorstecker, in der Fahrzeugelektrik üblicherweise mit Kl. 30 und Kl. 31 bezeichnet, werden mit dem Pluspotential (U_bat+) bzw. mit dem Minuspotential (U_bat–) der Gleichspannung belegt. Die Anschlussklemme PWM ist ein Steuereingang, über die der Leistungsmotor in seiner Drehzahl stufenlos geregelt wird. An der Anschlussklemme Kl. 15 liegt die Zündung.
Von dem mit der Vorrichtung gesteuerten Leistungsmotor ist lediglich die Motor- oder Ankerwicklung 16 dargestellt, die auf ihrer Niederpotentialseite (Low-Side) auf Anschlussklemmen 17 der Leiterplatte 11 kontaktiert ist. An jeder Anschlussklemme 17 ist ein als Low-Side-Schalter ausgebildeter Transistor 20, hier als MOSFET ausgeführt, mit seinem einen Anschluss 201 (Drain) angeschlossen. Die anderen Anschlüsse 202 (Source) der Transistoren 20 sind miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt über eine später noch beschriebene Leiterbahn 141 des Stanzgitters 13. Die Transistoren 20 verbinden damit die einzelnen Wicklungsstränge 19 bzw. Motorinduktivitäten mit der sog. Leistungsmasse PGND (Powerground). Die Transistoren 20 werden von einem Steuermodul 21 gesteuert, so dass die einzelnen Wicklungsstränge 19 der Motorwicklung 16 nacheinander geschaltet werden. Das Steuermodul 21 ist mit dem Steuereingang (Klemme PWM) am Stanzgitter 13 verbunden. Sowohl das Steuermodul 21 als auch weitere, hier nicht dargestellte Elektronikbausteine der Ansteuerelektronik 12 besitzen Masseanschlüsse, die in ihrer Gesamtheit die sog. Elektronikmasse EGND (Electronicground) bilden.
Zur Motorsteuerung ist die Messung des Motorstroms erforderlich, wozu ein Messshunt 22 in der die Leistungsmasse PGND mit der Masseklemme Kl. 31 verbindenden Masse-Leiterbahn 141 angeordnet ist. Der Messshunt 22 weist zwei Shuntabgriffe 23 und 24 auf, die über je eine Mess-Leiterbahn 142 mit je einem auf der Leiterplatte 11 angeordneten Messabgriff 25 bzw. 26 verbunden sind. In 1 ist die Mess-Leiterbahn 142, die von dem zur Leistungsmasse PGND hin liegenden Shuntabgriff 23 zu dem ersten Messabgriff 25 führt, mit U_shunt1 bezeichnet und die Mess-Leiterbahn 142, die von dem zur Masseklemme Kl. 31 hin liegenden Shuntabgriff 24 zu dem zweiten Messabgriff 26 führt, mit U_shunt2 bezeichnet.
Um zu vermeiden, dass der von den Transistoren 20 erzeugte hochfrequente Stromrippei, der auf der Leistungsmasse PGND liegt, auf benachbarte Schaltungsteile der Ansteuerelektronik 12 abstrahlt, ist die Elektronikmasse EGND der Ansteuerelektronik 12 unter Umgehung des Messshunts 22 direkt mit der Masseklemme Kl. 31 am Stanzgitter 13 verbunden. Um zusätzlichen Aufwand zu vermeiden wird die Elektronikmasse EGND direkt auf den zweiten Messabgriff 26 kontaktiert und so die Mess-Leiterbahn 142 U_shunt2 zum Shuntabgriff 24 und damit zur Masseklemme Kl. 31 als niederohmige Masseversorgungs-leitung für die Elektronikmasse EGND mitbenutzt.
In 2 ist die räumliche Anordnung von Leiterplatte 11 und Stanzgitter 13 sowie dessen Kontaktierung auf der Leiterplatte 11 schematisch dargestellt. Jeweils ein Paar Transistoren 20 ist auf der linken und rechen Seite der Leiterplatte 11 angeordnet, und die Leistungsmasse PGND ist auf zwei auf der Leiterplatte 11 angeordnete Kontaktpunkte 28 und 29 aufgeteilt, die über eine Leiterbahn 143 des Stanzgitters 14 miteinander verbunden sind. In 2 ist die von der Leiterplatte 11 abgedeckte und daher nicht sichtbare Leiterbahn 143 des Stanzgitters 14 strichliniert eingezeichnet. Durch diese schaltungstechnische Maßnahme ist die auf der Leiterplatte 11 vorhandene Leistungsmasse PGND auf zwei örtlich sehr kleine Kontaktpunkte 28, 29 beschränkt. Zusätzlich sind noch zwei Elektrolytkondensatoren (Elko) 27 dargestellt, die jeweils die Anschlussklemme Kl. 30 mit den 40 Kontaktpunkten 28 und 29 der Leistungsmasse PGND verbinden.

Claims

Vorrichtung zum Ansteuern eines an Gleichspannung betriebenen, elektronisch kommutierten Leistungsmotors, mit einer eine Leistungsmasse (PGND) und eine Elektronikmasse (EGND) aufweisenden Ansteuerelektronik (12), deren Leistungsmasse (PGND) über einen niederohmigen Messshunt (22) zur Motorstrommessung mit einer dem Anschluss des Minuspotentials (U_bat–) der Gleichspannung dienenden Masseklemme (Kl. 31) verbunden ist, wobei die Elektronikmasse (EGND) unter Umgehung des Messshunts (22) direkt an der Masseklemme (Kl. 31) fliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (12) auf einer Leiterplatte (11) und die Masseklemme (Kl. 31) an einem zur Leiterplatte (11) führenden Stanzgitter (13) mit gestanzten Leiterbahnen (14) angeordnet ist, dass der Messshunt (22) in einer die Leistungsmasse (PGND) mit der Masseklemme (Kl. 31) verbindenden Masse-Leiterbahn (141) des Stanzgitters (13) angeordnet ist und zwei Shuntabgriffe (23, 24) aufweist, von denen der zur Leistungsmasse (PGND) hin liegende erste Shuntabgriff (23) über eine Mess-Leiterbahn (142) des Stanzgitters (13) mit einem ersten Messabgriff (25) auf der Leiterplatte (11) und der zur Masseklemme (Kl. 31) hin liegende zweite Shuntabgriff (24) über eine Mess-Leiterbahn (142) des Stanzgitters (13) mit einem zweiten Messabgriff (26) auf der Leiterplatte (11) verbunden ist, und dass die Elektronikmasse (EGND) direkt auf den zweiten Messabgriff (26) kontaktiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerlektronik (12) auf der Niederpotentialseite (Low-Side) der Motorwicklung (16) angeordnete Transistoren (20), vorzugsweise MOSFETs, aufweist, deren eine Anschlüsse (201) mit je einem Wicklungsstrang (19) der Motorwicklung (16) und deren andere Anschlüsse (202) miteinander verbunden sind, und dass die Leistungsmasse (PGND) von den miteinander verbundenen Anschlüssen (202) der Transistoren (20) und die Elektronikmasse (EGND) von der Summe aller übrigen Masseanschlüsse der Ansteuerelektronik (12) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsmasse (PGND) auf zwei auf der Leiterplatte (11) angeordnete Kontaktpunkte (28, 29) aufgeteilt ist, die über eine Leiterbahn (143) des Stanzgitters (14) miteinander verbunden sind, und dass jeweils die miteinander verbundenen Anschlüsse (202) eines Paars von Transistoren (20) an einem der Kontaktpunkte (28, 29) angeschlossen sind.