DE19626789A1

DE19626789A1 - Zeitkompensationsüberstromerfassungsschaltung für einen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE19626789A1
Application number: DE19626789A
Authority: DE
Inventors: Yong-Ho Kim; Hyun-Min Jo
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Fairchild Korea Semiconductor Ltd
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1997-01-09
Also published as: KR0163918B1; JPH0923673A; KR970008761A; US5773945A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zeitkom pensationsüberstromerfassungsschaltung für einen Gleich strommotor. Der Gleichstrommotor wird automatisch abgeschal tet, wenn der Motor mit einer übermäßigen Last beauflagt wird, um eine mögliche Zerstörung durch einen zu großen Überstrom zu verhindern. Eine Zeitkompensationsschaltung verhindert ein verfrühtes Abschalten während eines temporä ren Auftretens eines Überstroms, welcher den Motor nicht be schädigen würde. Entsprechend der Erfindung wird der Motor schnell bei einem sehr großen Überstrom abgeschaltet, wäh rend die Abschaltzeit bezüglich eines weniger ernsten Über stroms erhöht wird. Die Kompensationsschaltung legt eine mi nimale Aktivierungszeit fest, welche ein frühzeitiges Ab schalten des Motors während eines nicht zerstörenden Über stroms verhindert.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm einer Stromwellenform bezüg lich eines herkömmlichen Gleichstrommotors.

Im allgemeinen ändert sich der Ansteuerungsstrom für ei nen Motor an unterschiedlichen Betriebsstufen wie in Fig. 7 dargestellt. Wenn der Motor zuerst eingeschaltet wird, er höht sich der Ansteuerungsstrom während einer Periode A und kehrt danach in einen normalen Betriebszustand zurück, wel cher als Periode B dargestellt ist. Wenn der Motor mit einer hohen Last beaufschlagt wird, erhöht sich der Ansteuerungs strom entsprechend Periode C. Wenn der Motor weiter mit der hohen Last beaufschlagt wird und ihm weiterhin eine hohe Leistung zugeführt wird, wird der erhöhte Strom eventuell den Motor zerstören.

Der Gleichstrommotor wird unter Verwendung eines mecha nischen Relais oder eines Halbleiterleistungsschalters be trieben. Um zu verhindern, daß der Gleichstrommotor infolge einer zu hohen mechanischen Last zerstört wird, schaltet ei ne Überstromerfassungsschaltung das Relais ab, oder der Schalter trennt den Motor von der Leistung ab. Die Über stromerfassungsschaltung sollte jedoch nicht einen Lei stungsfluß zu dem Motor während der in Periode A dargestell ten Startphase, während der Motor zu rotieren beginnt, ab schalten.

Um ein vorzeitiges Abschalten des Motors zu verhindern, wird der Überstrom während einer vorbestimmten Zeitperiode von beispielsweise 0,2 bis 0,4 Sekunden nach einem anfängli chen Motorstart nicht erfaßt. Dieses herkömmliche Verfahren erfordert eine komplexe Schaltung und stellt keine Über stromerfassung während der Übergangsperiode A bereit, wenn mögliche zerstörende Überstromzustände auftreten können.

Ein herkömmliches Verfahren zum Lösen dieses anfängli chen Überstromzustands beinhaltet die Verwendung eines Tief paßfilters (LPF, low-pass filter). Dieses Verfahren erfor dert jedoch einen großen Kondensator. Der große Kondensator bei dem LPF verlangsamt die Ansprechzeit der Überstromerfas sungsschaltung, wenn der Motor tatsächlich während des dar auffolgenden Betriebs mit einer zu großen Last beaufschlagt wird.

Des weiteren tritt ein frühzeitiges Abschalten das An steuerungsstroms auf, welcher lediglich leicht über einem Bezugsstromwert liegt, wenn beispielsweise Motoröl in der mechanischen Vorrichtung zu wenig vorhanden oder die Be triebstemperatur zu niedrig ist.

Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine her kömmliche Überstromerfassungsschaltung für einen Gleich strommotor darstellt, bei welchem die oben erwähnten Nach teile beseitigt sind.

Fig. 6A bis 6D zeigen Diagramme von Wellenformen an unterschiedlichen Knoten entsprechend Fig. 1. Die Wellenform von Fig. 6A stellt ein Startsignal dar. Die Wellenform von Fig. 6B stellt eine Motorspannung und eine erste Bezugs spannung dar. Die Wellenform von Fig. 6C stellt eine inte grierte Spannung und eine zweite Bezugsspannung dar, und die Wellenform von Fig. 6D stellt ein Motorrücksetzsignal dar.

Entsprechend Fig. 5 beinhaltet die herkömmliche Über stromerfassungsschaltung für einen Gleichstrommotor einen Mikrokontroller 10 zum Empfang von Signalen an einem Signal eingangsanschluß I zum Ansteuern eines Motors und an einem Rücksetzanschluß R zum Empfang eines Rücksetzsignals. Der Kontroller erzeugt ein Signal zum Steuern des Motors über einen Signalausgangsanschluß O. Ein Motortreiber 20 arbeitet in Übereinstimmung mit dem Signalausgang von dem Mikrokon troller 10 und erzeugt ein Signal, welches den Motor ansteu ert bzw. antreibt.

Ein Motor M ist mit einem Ausgangsanschluß des Motor treibers 20 verbunden und wird in Übereinstimmung mit einem Stromsignal I_M von dem Motortreiber 20 angesteuert. Ein Wandler 30 wandelt ein Stromsignal, welches in dem Motor M fließt, in ein entsprechendes Spannungssignal V_S um. Ein In tegrator 40 vergleicht ein von dem Wandler 30 ausgegebenes Signal mit einer Bezugsspannung Vref1 zum Erfassen eines Überstroms und Integrieren des erfaßten Werts.

Ein Überstromdetektor 50 vergleicht das von dem Integra tor 40 aus gegebene integrierte Signal mit einer zweiten Be zugsspannung Vref2. Ein Überstromdetektor 50 erzeugt ein Rücksetzsignal RS entsprechend einem Überstromzustand, wenn das von dem Integrator 40 erzeugte Signal kleiner als die Bezugsspannung Vref2 ist.

Der Motortreiber 20 enthält einen Transistor Q2, welcher einen an einen Ausgangsanschluß O des Mikrokontrollers 10 gekoppelten Basisanschluß, einen geerdeten Emitteranschluß und einen Kollektoranschluß aufweist, welcher an einen An schluß des Relais RY gekoppelt ist. Das Relais RY enthält einen Elektromagneten EM2, welcher zwischen einer Leistungs zufuhr VDC und dem Kollektoranschluß des Transistors Q2 an geschlossen ist, und einen Schalter S2, welcher zwischen dem Elektromagneten EM2 und dem Motor M angeschlossen ist. Der Wandler 30 enthält einen Widerstand Rs, welcher zwischen dem Motor M und Masse angeschlossen ist.

Der Integrator 40 enthält einen Eingangswiderstand Rin mit einem Anschluß, welcher mit dem Wandler 30 verbunden ist, einen ersten Operationsverstärker OP4 mit einem inver tierenden Eingangsanschluß, welcher mit dem Eingangswider stand Rim verbunden ist, und einem nichtinvertierenden Ein gangsanschluß, welcher mit einer ersten Bezugsspannung Vref1 verbunden ist. Ein Kondensator Cin ist zwischen dem Ein gangswiderstand Rin und dem Ausgangsanschluß des ersten Ope rationsverstärkers OP4 angeschlossen.

Der Überstromdetektor 50 enthält einen zweiten Operati onsverstärker OP5, dessen invertierender Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des ersten Operationsverstärkers OP4 verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingangsan schluß mit der Bezugsspannung Vref2 verbunden ist.

Im folgenden wird der Betrieb der herkömmlichen Über stromerfassungsschaltung für einen Gleichstrommotor be schrieben.

Wenn ein in Fig. 6A dargestelltes Ansteuerungssignal OS eines hohen Pegels an den Eingangsanschluß I des Mikrokon trollers 10 angelegt wird, schaltet der Mikrokontroller 10 den Transistor Q2 ein. Dementsprechend wird das Relais RY eingeschaltet, der Schalter S2 geschlossen, und die Motoran steuerungsspannung V_DC steuert den Motor M an.

Ein Motorstrom I_M fließt, wenn der Motor M angesteuert wird, und die Motorspannung Vs wird über den Widerstand Rs in dem Wandler 30 wie in Fig. 2B veranschaulicht angelegt. Der Integrator 40 empfängt die Motorspannung Vs über den Eingangswiderstand Rin an dem invertierenden Eingangsan schluß. Da der Wert des Eingangswiderstands Rin viel größer als derjenige des Widerstands Rs ist, beeinflußt Rin nicht den Signalwert der Motorspannung Vs.

Der erste Operationsverstärker OP4 in dem Signalintegra tor 40 vergleicht die Spannung Vs mit der ersten Bezugsspan nung Vref1, integriert den Wert und gibt eine integrierte Spannung Vamp wie in Fig. 6C veranschaulicht aus.

Der zweite Operationsverstärker OP5 in dem Überstromde tektor 50 empfängt die von dem Integrator 40 aus gegebene in tegrierte Spannung Vamp und vergleicht die integrierte Span nung Vamp mit der zweiten Bezugsspannung Vref2. Der Über stromdetektor 50 erzeugt ein Rücksetzsignal RS für den Mi krokontroller 10 wie in Fig. 2D veranschaulicht, wenn die integrierte Spannung Vamp kleiner als die zweite Bezugsspan nung Vref2 ist.

Der Mikrokontroller 10 empfängt das Rücksetzsignal RS über den Rücksetzanschluß R und gibt ein Signal zum Abschal ten des Motors M aus, wenn das Rücksetzsignal von dem zwei ten Operationsverstärker OP5 des Überstromdetektors 50 aus gegeben wird.

Wenn entsprechend Fig. 6B sich das Signal OS in einem hohen Pegel befindet, ruft der anfängliche Betrieb des Mo tors M einen temporären Überstromzustand SS1 hervor. Zu die sem Zeitpunkt ist die abgefragte Motorspannung Vs größer als die erste Bezugsspannung Vref1. Da der Überstromzustand le diglich temporär auftritt, sollte der Motor M nicht gestoppt werden.

Entsprechend Fig. 6C wird die integrierte Spannung Vamp, welche den integrierten Wert der Motorspannung Vs dar stellt, mit der zweiten Bezugsspannung Vref2 verglichen. Der Überstrom SS1, welcher durch den anfänglichen Motorstart hervorgerufen wird, ist nicht groß genug, den Motor M zu zerstören. Dementsprechend wird die zweite Bezugsspannung Vref2 derart gewählt, daß der integrierte Wert von Vs wäh rend des anfänglichen Motorstarts größer als Vref2 ist. Da her wird das Rücksetzsignal RS nicht auf einen hohen Pegel gesetzt, und der Mikrokontroller 10 stoppt nicht den Motor M.

Eine temporäre hohe Last während der Ansteuerung des Mo tors M kann einen temporären Überstromzustand SS2 hervorru fen. Der Überstromzustand SS2 ist nicht schwerwiegend genug, den Motor M zu stoppen. Während die Spannung Vs größer als die erste Bezugsspannung Vref1 während SS2 ist, ist die zweite Bezugsspannung Vref2 kleiner als die integrierte Spannung Vamp. Somit wird das Rücksetzsignal RS nicht von dem Operationsverstärker OP5 aktiviert.

Ein Überstromzustand SS3 ergibt sich aus einer Reibung zwischen einer mechanischen Vorrichtung und dem Motor M. Der Überstromzustand SS3 ist jedoch nicht schwerwiegend genug, den Motor M zu beschädigen. Dementsprechend ist die inte grierte Spannung Vamp größer als die zweite Bezugsspannung Vref2, und das Rücksetzsignal RS wird nicht aktiviert.

Wenn der Motor M während des Betriebs mit einem Defekt behaftet ist oder mit einer zu großen Last beaufschlagt ist, wird ein Überstromzustand SS4 geschaffen, welcher ein Ab schalten der Spannung bzw. Leistung erfordert. Die Motor spannung Vs während SS4 ist größer als die erste Bezugsspan nung Vref1, und der Wert der integrierten Spannung Vamp ist kleiner als die zweite Bezugsspannung Vref2. Der Operations verstärker 50 aktiviert das Rücksetzsignal RS. Der Mikrokon troller 10 empfängt das Rücksetzsignal RS und gibt ein Si gnal aus, welches den Motor M stoppt.

Somit sind der temporäre Überstrom SS1 während des an fänglichen Motorstarts, der temporäre Überstrom SS2 während des Motorbetriebs und der kleine Überstrom SS3, welcher durch das Erhöhen von mechanischer Reibung hervorgerufen wird, jeweils unterschiedlich zueinander und werden getrennt von dem Überstrom SS4 verarbeitet, welcher durch eine tat sächliche hohe mechanische Last an dem Motor M hervorgerufen wird.

Das oben dargestellte herkömmliche Verfahren besitzt den Nachteil, daß die Ansprechzeit zum Ausschalten des Motors für einen größeren Überstromzustand kürzer wird. Wenn die Überstromschutzschaltung eine zu schnelle Aktivierung auf weist, kann der Motor M verfrüht, beispielsweise während ei nes temporären Spannungsstoßes, abgeschaltet werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zeitkompensati onsüberstromerfassungsschaltung, welche einen Gleichstrommo tor während eines großen Überstroms schnell abschaltet, wel cher durch eine tatsächliche an den Motor angelegte hohe Last hervorgerufen wird. Die Schaltung verhindert ein vor zeitiges Abschalten durch Festsetzen einer minimalen Akti vierungszeit zur Erzeugung des Schaltungsrücksetzsignals. Die Kompensationsschaltung verwendet einen relativ kleinen Kondensator, welcher ein schnelles Ansprechen auf einen schwerwiegenden Überstromzustand ermöglicht.

Die Zeitkompensationsüberstromerfassungsschaltung ent hält einen Wandler, welcher ein Stromsignal, welches in ei nen Motor fließt, in ein entsprechendes Spannungssignal um wandelt. Ein Integrator vergleicht das Spannungssignal von dem Wandler mit einer ersten Bezugsspannung, erfaßt den Überstromzustand und integriert die Überstromsignale, welche größer als die Bezugsspannung sind. Ein Überstromdetektor vergleicht ein Signal von dem Integrator mit der Bezugsspan nung, bestimmt, ob das Signal von dem Integrator kleiner als eine zweite Bezugsspannung ist, und gibt ein entsprechendes Rücksetzsignal aus.

Der Überstromzeitkompensator bestimmt eine minimale Zeitperiode zum Aktivieren des Motorrücksetzsignals nach dem Abfragen eines Überstromzustands. Der Kompensator bestimmt die minimale Zeitperiode durch Reduzieren des integrierten Ausgangssignals von dem Integrator, wenn das Wandleraus gangssignal oberhalb eines bestimmten Werts liegt.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine Zeit kompensationsüberstromerfassungsschaltung für einen Gleich strommotor entsprechend einer ersten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 2A bis 2D zeigen Diagramme von Wellenformen an unterschiedlichen Knoten entsprechend Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine Zeit kompensationsüberstromerfassungsschaltung für einen Gleich strommotor entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine Zeit kompensationsüberstromerfassungsschaltung für einen Gleich strommotor entsprechend einer dritten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine her kömmliche Überstromerfassungsschaltung für einen Gleich strommotor darstellt.

Fig. 6A bis 6D zeigen Diagramme von Wellenformen an unterschiedlichen Knoten entsprechend Fig. 5.

Fig. 7 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Stromwellen form bezüglich eines herkömmlichen Gleichstrommotors.

Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Wo immer möglich werden für dieselben oder ähn liche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.

Entsprechend Fig. 1 enthält eine Zeitkompensationsüber stromerfassungsschaltung für einen Gleichstrommotor entspre chend einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung einen Mikrokontroller 10, einen Motortrei ber 20, einen Motor M, einen Wandler 30, einen Integrator 40 und einen Überstromdetektor 50, welche jeweils ähnlich den bezüglich Fig. 5 beschriebenen Elementen sind. Der Motor treiber 20 erhält einen Transistor Q2 und ein Relais RY mit einem Elektromagneten EM2 und einem Schalter S2 ähnlich den entsprechend Fig. 5 beschriebenen Elementen.

Von besonderem Interesse ist ein Überstromzeitkompensa tor 60, welcher eine minimale Aktivierungszeit zum Abschal ten des Motors M nach einem Erfassen eines Überstromzustands bestimmt. Der Überstromzeitkompensator 60 verringert den von dem Integrator 40 ausgegebenen integrierten Überstromwert, wenn der Strom Iin von dem Wandler 30 größer als ein vorbe stimmter Wert ist.

Der Überstromzeitkompensator 60 enthält eine Stromquelle 16 mit einem Eingangsanschluß, welcher mit dem Eingangswi derstand Rin verbunden ist, und einen Schalter S6, dessen erster Anschluß mit einem Ausgangsanschluß der Stromquelle 16 verbunden ist und dessen zweiter Anschluß an Masse ange schlossen ist. Der Schalter S6 wird durch den Strom von dem Motor M gesteuert.

Der Betrieb der Zeitkompensationsüberstromerfas sungsschaltung für einen Gleichstrommotor entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im folgenden beschrieben.

Wenn ein Ansteuerungssignal OS wie in Fig. 2A darge stellt an dem Eingangsanschluß I des Mikrokontrollers 10 ak tiviert auftritt, gibt der Mikrokontroller 10 dem Motortrei ber 20 ein Signal aus, welches den Transistor Q2 einschal tet. Dementsprechend wird das Relais RY eingeschaltet, der Schalter S2 geschlossen, die Motoransteuerungsspannung V_DC dem Motor M eingespeist und der Motor M angesteuert bzw. an getrieben.

Der Motorstrom I_M fließt von dem Motor M durch den Wi derstand Rs in den Wandler 30. Der Wandler 30 erzeugt wie in Fig. 2B dargestellt eine Motorspannung Vs. Der Integrator 40 empfängt die Motorspannung Vs durch den Eingangswider stand Rin an dem invertierenden Eingangsanschluß. Da der Wert des Eingangswiderstands Rin größer ist als der Wert des Widerstands Rs, wird der durch den Widerstand Rs erzeugte Signalwert Vs nicht beeinflußt.

Der erste Operationsverstärker OP4 in dem Signalintegra tor 40 vergleicht das Signal an dem invertierenden Anschluß mit der ersten Bezugsspannung Vref1. Das Ergebnis wird inte griert und als Vamp wie in Fig. 2C dargestellt ausgegeben.

Der Überstromdetektor 50 empfängt die von dem Integrator 40 aus gegebene integrierte Spannung Vamp über den invertie renden Eingangsanschluß, vergleicht die integrierte Spannung Vamp mit der zweiten Bezugsspannung Vref2 und gibt ein Rück setzsignal RS dem Mikrokontroller 10 aus. Das Rücksetzsignal RS wird wie in Fig. 2D dargestellt auf einen hohen Pegel gesetzt, wenn die integrierte Spannung Vamp kleiner als die zweite Bezugsspannung Vref2 ist.

Der Mikrokontroller 10 empfängt das Rücksetzsignal RS durch den Rücksetzanschluß R und gibt ein Signal aus, welch es den Motor M abschaltet, wenn das Rücksetzsignal RS von dem Überstromdetektor 50 aktiviert ist.

Wenn entsprechend Fig. 2B das Signal OS anfänglich an gelegt wird, führt der anfängliche Betrieb des Motors M zu dem temporären Überstrom SS1. Wenn die Motorspannung Vs mit der ersten Bezugsspannung Vref1 verglichen wird, ist die ab gefragte Motorspannung Vs größer als die erste Bezugsspan nung Vref1. Jedoch sollte der Motor nicht durch den Über stromzustand gestoppt werden.

Dementsprechend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2C die integrierte Spannung Vamp, welche den integrierten Wert der modifizierten Motorspannung Vs1 darstellt, mit der zweiten Bezugsspannung Vref2 verglichen. Der Mikrokontroller 10 schaltet nicht den Motor M ab, da die Größe des Überstroms nicht hoch genug ist, den Motor M zu beschädigen.

Eine temporär an den Motor M angelegte hohe Last kann den Überstromzustand SS2 hervorrufen. Jedoch sollte infolge der kurzen Periode von SS2 der Motor nicht gestoppt werden. Dementsprechend wird das Rücksetzsignal RS nicht aktiviert, da die zweite Bezugsspannung Vref2 kleiner als die inte grierte Spannung Vamp ist.

Der Überstromzustand SS3 ergibt sich aus einer Reibung zwischen einer mechanischen Vorrichtung und dem Motor M. Da der Überstromzustand SS3 den Motor M nicht zerstören würde, sollte der Motor M nicht gestoppt werden. Dementsprechend wird das Rücksetzsignal RS nicht auf einen hohen Pegel ge setzt, da die zweite Bezugsspannung Vref2 kleiner als die integrierte Spannung Vamp ist.

Wenn der Motor M mit der mechanischen Vorrichtung ver bunden ist und für einen wesentlichen Zeitbetrag den Betrieb beendigt hat, beschädigt ist oder mit einer hohen Last be aufschlagt ist, treten die Überstromzustände SS4, SS5 und SS6 auf. Während SS4, SS5 oder SS6 ist die Motorspannung Vs größer als die erste Bezugsspannung Vref1, und der Wert der integrierten Spannung Vamp ist kleiner als die zweite Be zugsspannung Vref2. Der Operationsverstärker 50 gibt wieder um das Rücksetzsignal RS aus. Der Mikrokontroller 10 emp fängt das Rücksetzsignal RS und gibt ein Signal aus, welches den Motor M stoppt.

Wenn wie in Gleichung 1 dargestellt die Größe der Motor spannung Vs doppelt so hoch wie die erste Bezugsspannung Vref1 ist, empfängt der Eingangswiderstand Rin das in SS5 dargestellte Spannungseingangssignal. Der Eingangsstrom Iin des Integrators 40 nimmt den in Gleichung 2 dargestellten Wert an, wodurch der Kondensator Cin mit dem Strom Ic gela den wird.

Da der Gleichstrommotor M beschränkt wird, wird die Überstromschutzschaltung nach einer vorbestimmten Zeitperi ode (t = t5 bis t8) aktiviert.

Wenn der Laststrom Iin in dem Gleichstrommotor M doppelt so hoch wie in dem oben dargestellten Fall ist, entspricht die Spannung Vs Gleichung 3. Die Größe des Eingangsstroms Iin bezüglich des Überstromzustands SS4 entspricht Gleichung 4. Der Kondensator Cin beginnt darauf mit dem Laden, und die Größe des Kondensatorstroms Ic wird dreimal so hoch wie der Wert in dem oben beschriebenen Fall.

Dann wieder (t5 bis t6) schaltet die Überstromschutz schaltung den Motor M schneller als ein Drittel der Zeitpe riode bezüglich des Überstromzustands SS5 (d. h. von t5-t8 bis t5-t6) ab. Wenn der Laststrom Iin dreimal so groß ist, wird die Aktivierungszeit zum Abschalten des Motors M auf ein Fünftel der ursprünglichen Zeitperiode bezüglich des Überstromzustands SS5 reduziert. Somit wird die Zeitperiode, in welcher die Überstromschutzschaltung den Motor 5 abschal tet, kleiner, wenn die Größe des Laststroms größer wird.

Wenn die Größe des Laststroms extrem groß wird, wird die Zeitperiode zu kurz. Bei dieser Situation wird der Über stromzeitkompensator 60 aktiviert, eine minimale Aktivie rungszeitperiode zu bestimmen. Wenn die Größe des Laststroms über einem vorbestimmten Wert liegt, steigt die Motorspan nung Vs an, und der Schalter S6 in dem Überstromzeitkompen sator 60 wird eingeschaltet.

Dementsprechend fließt der Kompensationsstrom It, und der Kondensatorstrom Ic entspricht Gleichung 5. Es wird da nach verhindert, daß die Zeitperiode zum Abschalten des Gleichstrommotors M kleiner wird.

Ic = Iin - It (5)

Wenn beispielsweise die Größe des Laststroms Iin dreimal so groß ist, d. h. wenn die Größe der Motorspannung Vs sechs mal so groß ist wie die erste Bezugsspannung, wird die Größe des Laststroms Iin entsprechend Gleichung 6 berechnet. Unter der Voraussetzung, daß die Größe des Kompensationsstroms It zu der Zeit Gleichung 7 entspricht, nimmt der Kondensator strom Ic einen Wert entsprechend Gleichung 8 an.

Wie oben beschrieben unterscheidet die Überstromschutz schaltung den temporären Überstromzustand SS1 von dem an fänglichen Start, den temporären Überstrom SS2, welcher wäh rend des Motorbetriebs hervorgerufen wird, und den kleinen Überstrom SS3, welcher durch ein Ansteigen der mechanischen Reibung hervorgerufen wird, von den Überstromzuständen SS4, SS5 und SS6, welche tatsächlich den Motor belasten. Darüber hinaus wird eine minimale Zeitperiode zum Abschalten des Mo tors M nach dem Erfassen eines belasteten Motors M bestimmt.

Im folgenden wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehö rigen Figuren beschrieben.

Entsprechend Fig. 3 enthält die zweite bevorzugte Aus führungsform der vorliegenden Erfindung einen Mikrokontrol ler 10, einen Motortreiber 20, einen Motor M, einen Wandler 30, einen Integrator 40, einen Überstromdetektor 50, welche jeweils ähnlich den bezüglich Fig. 5 beschriebenen Elementen sind. Der Motortreiber 20 enthält einen Transistor Q2 und ein Relais RY mit einem Elektromagneten EM2 und einem Schal ter S2 ähnlich den vorausgehend beschriebenen Elementen.

Eine Überstromzeitkompensationsschaltung 70 enthält ei nen Widerstand R7, dessen erster Anschluß mit dem Motor M verbunden ist und dessen zweiter Anschluß mit einem Basisan schluß eines Transistors Q7 verbunden ist. Der Transistor Q7 enthält einen Kollektoranschluß, welcher mit dem Eingangswi derstand Rin des Integrators 40 verbunden ist, und einen an Masse angeschlossenen Emitteranschluß.

Der Betrieb der Zeitkompensationsüberstromerfas sungsschaltung entsprechend der zweiten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben. Die Überstromschutzschaltung arbeitet ähnlich wie die in Fig. 1 dargestellte Überstromschaltung. Daher wird eine Erklärung nicht detailliert gegeben.

Während der Überstromzustände SS4, SS5 oder SS6 wird das Rücksetzsignal RS erzeugt. Der Mikrokontroller 10 empfängt das Rücksetzsignal RS und gibt ein Signal zum Stoppen des Motors M aus.

Gleichung 1 zeigt den Laststrom Iin, wenn die Größe der Motorspannung Vs doppelt so hoch wie die erste Bezugsspan nung Vref1 ist. Die Größe des Laststroms Iin bezüglich des Überstromzustands SS5, welcher dem Eingangswiderstand Rin des Integrators 40 eingegeben wird, ist in Gleichung 2 dar gestellt. Somit wird der Kondensator Cin mit dem Strom Ic geladen. Eine Überstromschutzschaltung schaltet den Motor nach einer vorbestimmten Zeit (t = t5 bis t8) ab.

Bezüglich des Überstromzustands SS4 ist der von dem Gleichstrommotor M erzeugte Laststrom Iin doppelt so hoch wie oben beschrieben, und die Spannung Vs ist gleich der in Gleichung 3 dargestellten Spannung. Die Größe des dem Ein gangswiderstand Rin des Integrators 40 eingegebenen Ein gangsstroms Iin wird zu der in Gleichung 4 dargestellten Größe. Somit wird der Kondensator Cin mit einem Strom Ic ge laden, welcher dreimal so groß wie der Wert bezüglich des Überstromzustands SS5 ist.

Die Zeitperiode, bezüglich welcher die Überstromschutz schaltung den Motor M abschaltet, ist um ein Drittel redu ziert (t5 bis t6). Wenn darüber hinaus die Größe des Last stroms Iin verdreifacht ist, wird die Motorabschaltzeit be züglich der Überstromschutzschaltung auf ein Fünftel redu ziert.

Wenn die Größe des Laststroms höher als ein vorbestimm ter Wert ist, steigt die Motorspannung Vs entsprechend dem Laststrom an. Die Motorspannung Vs wird dann wieder an den Basisanschluß des Transistors Q7 angelegt. Wenn die Motor spannung Vs größer als eine Spannung Vbe zwischen dem Basis anschluß und dem Emitteranschluß des Transistors Q7 ist, be sitzt der Basisstrom Ib den in Gleichung 9 dargestellten Wert, wird der Transistor Q7 eingeschaltet, und es fließt der Kompensationsstrom It. Die Werte des Basisstroms Ib und des Kompensationsstroms It entsprechen Gleichungen 9 und 10:

Ib = (Vs - Vbe)/R7 (9)

It = β × Ib (10)

wobei β ein Stromverstärkungsfaktor ist.

Dementsprechend wird der Kondensatorstrom Ic zu dem in Gleichung 11 dargestellten Strom. Die Größe des Kompensati onsstroms It ändert sich entsprechend der Größe des Last stroms Iin, wodurch eine minimale Zeitperiode zum Abschalten des Gleichstrommotors M bestimmt wird:

Ic = Iin - lt = Iin - β × (Vs - Vbe)/R7 (11)

Im folgenden wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehö rigen Figuren beschrieben.

Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine Zeit kompensationsüberstromerfassungsschaltung entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung darstellt.

Entsprechend Fig. 4 enthält eine Zeitkompensationsüber stromerfassungsschaltung für einen Gleichstrommotor entspre chend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Mikrokontroller 10, einen Motortreiber 20, einen Motor M, einen Wandler 30, einen Integrator 40, einen Überstromde tektor 50, welche jeweils den bezüglich Fig. 5 beschriebenen Elementen ähnlich sind. Der Motortreiber 20 enthält einen Transistor Q2 und ein Relais RY mit einem Elektromagneten EM2 und einem Schalter S2 ähnlich den vorausgehend beschrie benen Elementen.

Ein Überstromzeitkompensator 80 enthält den ersten Wi derstand R81, dessen erster Anschluß mit dem Motor M verbun den ist, und einen Operationsverstärker OP8, dessen nichtin vertierender Eingangsanschluß mit dem zweiten Anschluß des Widerstands R81 verbunden ist. Ein zweiter Widerstand R82 ist zwischen einem invertierenden Eingangsanschluß des Ope rationsverstärkers OP8 und Masse angeschlossen. Ein dritter Widerstand R83 ist zwischen dem zweiten Widerstand R82 und einem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers OP8 ange schlossen. Ein Widerstand R84 ist zwischen dem Ausgangsan schluß des Operationsverstärkers OP8 und einem Basisanschluß eines Transistors Q8 angeschlossen. Der Transistor Q8 ent hält einen Kollektoranschluß, welcher mit dem Eingangswider stand Rin des Integrators 40 verbunden ist, und einen an Masse angeschlossenen geerdeten Emitteranschluß.

Der Betrieb der Zeitkompensationsüberstromerfas sungsschaltung für einen Gleichstrommotor entsprechend der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren be schrieben.

Die Spannung Vs kann klein sein, wenn der Wert des Wi derstands Rs zur Aufnahme von Leistung reduziert ist. Wenn die Motorspannung Vs sehr klein ist arbeitet der Transistor Q8 des Überstromzeitkompensators 80 nicht gut.

Das Überstromsignal Vs wird von dem ersten Widerstand R81 des Überstromzeitkompensators 80 erfaßt. Das Überstrom signal wird von dem dritten Operationsverstärker OP8 unter Verwendung des zweiten Widerstands R82 und des dritten Wi derstands R83 entsprechend Gleichung 12 verstärkt. Das ver stärkte Signal wird dem Basisanschluß des Transistors Q8 über den Widerstand R84 eingegeben, wodurch der Transistor Q8 eingeschaltet wird.

Vsl = Vs × (R83/R82 + l) (12)

Somit wird das Signal erfaßt, obwohl die Motorspannung Vs im Vergleich mit der Spannung zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors Q8 klein ist.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Zeitkompensations überstromerfassungsschaltung für einen Gleichstrommotor be reit. Die Zeitkompensationsschaltung verhindert ein vorzei tiges Abschalten des Motors infolge eines Rauschens und tem porärer Überstromzustände unter Verwendung eines relativ kleinen Kondensators für ein präzises Ansprechen. Die Erfas sungsschaltung ist geeignet, potentielle Beschädigungsüber stromzustände infolge einer tatsächlichen Motorlast von tem porären Überstromzuständen, welche den Gleichstrommotor nicht beschädigen würden, zu unterscheiden. Dementsprechend schaltet die Erfassungsschaltung den Motor bei potentiellen Beschädigungszuständen ab, während sie dem Motor bei unkri tischen Zuständen einen andauernden Betrieb ermöglicht.

Vorstehend wurde eine Zeitkompensationsüberstromerfas sungsschaltung für einen Gleichstrommotor offenbart. Die Zeitkompensationsüberstromerfassungsschaltung schaltet den Gleichstrommotor während des Zustands eines großen Über stroms ab, welcher durch eine tatsächliche große Last auf den Motor hervorgerufen worden ist. Die Schaltung verhindert ein vorzeitiges Abschalten des Motors durch Bestimmen einer minimalen Aktivierungszeit zum Abschalten des Gleichstrommo tors. Ein Überstromzeitkompensator bestimmt eine minimale Zeitperiode zum Aktivieren eines Motorrücksetzsignals nach einem Abfragen eines Überstromzustands. Die Schaltung ver wendet einen relativ kleinen Kondensator, welcher ein schnelles Ansprechen auf Überstromzustände ermöglicht.

Claims

1. Zeitkompensationsüberstromerfassungsschaltung für ei nen Gleichstrommotor mit:
einer an den Motor angeschlossenen Steuerschaltung zum Starten und Stoppen des Motors;
einem an den Motor angeschlossenen Wandler zum Erzeu gen eines Spannungssignals proportional zu einem Ansteue rungsstrom des Motors;
einem Überstromdetektor, dessen Eingang an dem Wandler angeschlossen ist und dessen Ausgang an der Steuerschaltung angeschlossen ist, wobei der Überstromdetektor ein Motor rücksetzsignal für einen Motorüberstromzustand erzeugt; und
einer Kompensationsschaltung, welche zwischen dem Mo tor und dem Überstromdetektor angeschlossen ist, wobei die Kompensationsschaltung eine minimale Zeitperiode zum Erzeu gen des Motorrücksetzsignals während des Motorüberstromzu stands bestimmt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromdetektor
einen Integrator, dessen erster Eingang an dem Wandler angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang an eine erste Be zugsspannung gekoppelt ist und an dessen Ausgang ein inte griertes Überstromsignal erzeugt wird, wenn das Spannungs signal über der Bezugsspannung liegt; und
einen Komparator aufweist, dessen erster Eingang an dem Integrator angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang an ei ne zweite Bezugsspannung gekoppelt ist und dessen Ausgang an der Steuerschaltung angeschlossen ist, wobei der Kompa rator das Motorrücksetzsignal erzeugt, wenn das integrierte Überstromsignal kleiner als die zweite Bezugsspannung ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler einen Wandlerwiderstand aufweist, dessen erster Anschluß an dem Motor angeschlossen ist und dessen zweiter Anschluß an Masse angeschlossen ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator
einen Integratorwiderstand mit einem ersten Anschluß, welcher an dem Wandlerwiderstand angeschlossen ist, und ei nem zweiten Anschluß;
einen Integratoroperationsverstärker mit einem inver tierenden Eingang, welcher an dem zweiten Anschluß des In tegratorwiderstands angeschlossen ist, einem nichtinver tierenden Eingang, welcher an die erste Bezugsspannung ge koppelt ist, und einem Ausgang; und
einen Kondensator aufweist, dessen erster Anschluß an den zweiten Anschluß des Integratorwiderstands angeschlos sen ist und dessen zweiter Anschluß an dem Ausgang des In tegratoroperationsverstärkers angeschlossen ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integratorwiderstand einen Widerstandswert aufweist, welcher wesentlich größer als der Widerstandswert des Wand lerwiderstands ist.

6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler einen Eingangsstrom für den ersten Eingang des Integrators bestimmt und der Kompensator den Eingangsstrom zum Steuern der minimalen Zeitperiode zum Erzeugen des Rücksetzsignals begrenzt.

7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung
eine Stromquelle mit einem an den Eingang des Über stromdetektors angeschlossenen Eingang und einem Ausgang; und
einen Schalter aufweist, dessen erster Anschluß an dem Ausgang der Stromquelle angeschlossen ist, dessen zweiter Anschluß an Masse angeschlossen ist und dessen dritter An schluß zur Steuerung der Aktivierung des Schalters an dem Motor angeschlossen ist.

8. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung das integrierte Überstromsignal entsprechend dem Wandlerspannungssignal ändert.

9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung
einen Widerstand mit einem ersten Anschluß, welcher an dem Motor angeschlossen ist, und einem zweiten Anschluß;
und einen Transistor aufweist, dessen Basisanschluß an dem zweiten Anschluß des Widerstands angeschlossen ist, dessen Kollektoranschluß an dem Eingang des Überstromdetek tors angeschlossen ist und dessen Emitteranschluß an Masse angeschlossen ist.

10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung die minimale Rücksetzsignalzeit periode für Änderungen des Motoransteuerungsstroms bestän dig steuert.

11. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung folgende Komponenten enthält:
einen ersten Widerstand mit einem ersten Anschluß, wel cher an dem Motor angeschlossen ist, und einem zweiten An schluß;
einen Operationsverstärker mit einem nichtinvertieren den Eingangsanschluß, welcher an dem zweiten Anschluß des ersten Widerstands angeschlossen ist, einem invertierenden Eingangsanschluß und einem Ausgang;
einen zweiten Widerstand, welcher zwischen den inver tierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers und ein Massesignal gekoppelt ist;
einen dritten Widerstand, welcher zwischen dem inver tierenden Eingangsanschluß und dem Ausgang des Operations verstärkers angeschlossen ist;
einen vierten Widerstand mit einem ersten Anschluß, welcher an dem Ausgang des Operationsverstärkers ange schlossen ist, und einem zweiten Anschluß; und
einen Transistor, dessen Basisanschluß mit dem zweiten Anschluß des vierten Widerstands verbunden ist, dessen Kol lektoranschluß an dem Eingang des Überstromdetektors ange schlossen ist und dessen Emitteranschluß an ein Massesignal gekoppelt ist.

12. Zeitkompensator für eine Überstromerfassungsschaltung für einen Gleichstrommotor mit:
einem Wandler zum Erzeugen eines Steuersignals propor tional zu einem Ansteuerungsstrom des Gleichstrommotors; und
einer Umschalteschaltung, welche
einen ersten an dem Gleichstrommotor angeschlossenen Anschluß zum Überwachen des Ansteuerungsstroms und
einen zweiten an der Überstromerfassungsschaltung ange schlossenen Anschluß aufweist, welcher das Steuersignal an dem ersten Anschluß entsprechend dem überwachten Ansteue rungsstrom zum Bestimmen einer minimalen Aktivierungszeit für die Überstromerfassungsschaltung ändert.

13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteschaltung einen dritten Anschluß aufweist, welcher im Betrieb den zweiten Anschluß entsprechend dem überwachten Ansteuerungsstrom an den ersten Anschluß an Masse koppelt.

14. Kompensationsverfahren bezüglich einer Überstromerfas sungsschaltung für einen Gleichstrommotor, mit den Schrit ten:
Erzeugen eines Steuersignals proportional zu einem Gleichstrommotoransteuerungsstrom;
Verarbeiten des Steuersignals zum Identifizieren eines Überstromzustands des Gleichstrommotors;
Erzeugen eines Motorrücksetzsignals, wenn sich der Gleichstrommotor in dem Überstromzustand befindet; und
Kompensieren des Steuersignals zum Bestimmen einer mi nimalen Zeitperiode zum Erzeugen des Motorrücksetzsignals während des Motorüberstromzustands.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verarbeitens folgende Schritte aufweist:
Vergleichen des Steuersignals mit einer ersten Bezugs spannung;
Integrieren des Steuersignals, wenn das Steuersignal größer als die Bezugsspannung ist;
Vergleichen des integrierten Steuersignals mit einer zweiten Bezugsspannung;
Erzeugen des Motorrücksetzsignals, wenn das integrierte Steuersignal kleiner als die zweite Bezugsspannung ist.