DE19941488A1 - Protection circuit for a series connection of power semiconductor limit switch and motor - Google Patents
Protection circuit for a series connection of power semiconductor limit switch and motorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für eine Reihenschaltung aus einem Leistungshalbleiter-Endschalter und einem Motor als induktiver Verbraucher, bei der der Leistungshalbleiter-Endschalter von einer PWM-Steuerung mittels puls weitenmodulierter Steuersignale ein- und ausschaltbar ist.The invention relates to a protective circuit for a series circuit comprising one Power semiconductor limit switch and a motor as an inductive consumer, at the power semiconductor limit switch from a PWM control using puls width-modulated control signals can be switched on and off.
Derartige Reihenschaltungen werden häufig zur automatischen Regelung von Ge bläseleistungen eingesetzt, wenn der Motor ein Gebläse antreibt. Dabei wird mit dem sich in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert das Pulsweitenver hältnis der PWM-Steuersignale, d. h. die Motorleistung verändert. Wird ein, der artiger PWM-Gebläseregler in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, dann muss der Leistungshalbleiter-Endschalter und der Motor gegen Überlastungen geschützt werden. Dies ist besonders für den Motor von Bedeutung, da dieser bei Schwer gängigkeit oder Blockierung überlastet und beschädigt oder zerstört werden kann. Such series connections are often used for automatic control of Ge blower power used when the motor drives a blower. Thereby with which the pulse width ver ratio of PWM control signals, d. H. the engine power changed. Will one who like PWM blower regulator used in a motor vehicle, then the Power semiconductor limit switch and the motor protected against overloads become. This is particularly important for the engine, since it is heavy normality or blocking are overloaded and damaged or destroyed can.
Es ist bekannt, dem Motor, insbesondere der Motorwicklung, einen eigenstän digen Überlastschutz zuzuordnen.It is known that the motor, in particular the motor winding, has its own assign overload protection.
Es sind auch PWM-Gebläseregler bekannt, die den Motorschutz durch Linearbe trieb bei Überschreitung vorgegebener Schutzkennlinien realisieren, die jedoch einen höheren Aufwand in der Steuerung erfordern und höhere Verlustleistungen bedingen.There are also known PWM blower controllers that protect the motor by linear means drive if the specified protection characteristic curves are exceeded, however require more control effort and higher power dissipation condition.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die mit einfachem Eingriff in die Steuerung bei kurzgeschlossenem, schwergängigem oder blockiertem Motor die Leistungshalbleiter-Endstufe und den angeschlossenen Motor gegen Überlastungen schützt.It is an object of the invention to provide a protective circuit of the type mentioned to create that with simple intervention in the control with short-circuited, stiff or blocked motor, the power semiconductor output stage and protects the connected motor against overloads.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass aus dem PWM- Steuersignal eine dem Pulsweitenverhältnis proportionale oder quasi propor tionale Referenzspannung ableitbar ist, die mit einer dem Spitzenstrom durch den Leistungshalbleiter-Endschalter entsprechenden Spitzen-Meßspannung oder mit der am Leistungshalbleiter-Endschalter auftretenden Spitzen-Drainspannung verglichen wird, und dass das Pulsweitenverhältnis reduziert wird, wenn die Referenzspannung überschritten wird.This object is achieved according to the invention in that the PWM Control signal proportional to the pulse width ratio or quasi proportions tional reference voltage can be derived with a peak current through the peak semiconductor voltage corresponding to the power semiconductor limit switch or with the peak drain voltage occurring at the power semiconductor limit switch is compared, and that the pulse width ratio is reduced when the Reference voltage is exceeded.
Dabei kann der Schutz dadurch noch erhöht werden, dass die Ansteuerung des Leistungshalbleiter-Endschalters zumindest für eine vorgegebene oder vorgeb bare Zeitdauer abschaltbar ist, wenn die Spitzen-Meßspannung oder die Spitzen Drainspannung die aus den PWM-Steuersignalen abgeleitete Referenzspannung trotz Reduzierung des PWM-Verhältnisses übersteigt. The protection can be increased by the fact that the control of the Power semiconductor limit switch at least for a given or specified time can be switched off when the peak measuring voltage or the peaks Drain voltage is the reference voltage derived from the PWM control signals despite reducing the PWM ratio.
Bei dieser Schutzschaltung wird ausschließlich im PWM-Betrieb ein vollständiger Schutz erreicht. Es ist in der PWM-Steuerung kein Aufwand für einen Linearbe trieb mit erhöhter Verlustleistung erforderlich. Die Schutzschaltung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass die Spitzenströme in der Reihenschaltung aus Leistungshalbleiter-Endschalter und Motor im Gegensatz zu den Strommittel werten nicht proportional zum Pulsweitenverhältnis und daher zur Unterschei dung von Normalbetrieb und Fehlerfall besser geeignet sind.With this protection circuit, a complete one is only used in PWM mode Protection reached. There is no effort for a linear actuator in the PWM control required with increased power loss. The protective circuit turns on use the knowledge that the peak currents in the series connection Power semiconductor limit switch and motor in contrast to the current means values are not proportional to the pulse width ratio and therefore to the difference normal operation and in the event of a fault.
Gerade bei kleinem Pulsweitenverhältnis ist die Schutzschaltung von besonde rem Vorteil, da bei Erfassung der Strommittelwerte in diesem Fall sehr hohe Anforderungen an die Meßgenauigkeit der Meßeinrichtung im PWM-Gebläsereg ler zu stellen sind, um eine Schutzfunktion sicher erfüllen zu können.Especially with a small pulse width ratio, the protective circuit is special Rem advantage because in this case, when recording the current average values, very high Requirements for the measuring accuracy of the measuring device in the PWM blower fan must be provided in order to be able to perform a protective function safely.
Die Schutzschaltung verwendet eine dem Pulsweitenverhältnis der PWM-Steuer signale vollständig proportionale oder eine zumindest quasi proportionale Re ferenzspannung, die die maximal zulässige Grenzkurve für den Spitzenstrom de finiert. Übersteigt oder unterschreitet der Spitzenstrom diese Vorgabe, dann wird das Pulsweitenverhältnis der PWM-Steuersignale reduziert, bis ein stabiler unkri tischer Betriebszustand erreicht ist oder die Ansteuerung des Leistungshalb leiter-Endschalters durch die PWM-Steuerung wird zumindest für eine vorgege bene oder vorgebbare Zeit abgeschaltet, so darf keine thermische Überlast für den Leistungshalbleiter-Endschalter und den angeschlossenen Motor entsteht.The protection circuit uses a pulse width ratio of the PWM control signals completely proportional or at least quasi-proportional Re reference voltage, which is the maximum permissible limit curve for the peak current de finishes. If the peak current exceeds or falls below this specification, then the pulse width ratio of the PWM control signals is reduced until a stable unkri table operating state is reached or the control of the power half Head limit switch by the PWM control is at least given for one time or predefinable time is switched off, then no thermal overload for the power semiconductor limit switch and the connected motor.
Für die Erfassung der Spitzenströme ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Spitzen-Meßspannung an einem in die Reihenschaltung aus Leistungs halbleiter-Endschalter und Motor eingeschleiftem Meßwiderstand ableitet und an einem vom Spannungsabfall an diesem Meßwiderstand über einen Widerstand aufgeladenen Kondensator als Spitzen-Ladespannung erfaßt ist.According to one embodiment, for the detection of the peak currents, that the peak measurement voltage at one in the series circuit of power semiconductor limit switch and motor looped in measuring resistor one of the voltage drop across this measuring resistor via a resistor charged capacitor is detected as a peak charging voltage.
Die Erfassung der Spitzenströme kann nach einer weiteren Ausgestaltung aber auch dadurch erfolgen, dass die Spitzen-Drainspannung an einem Kondensator als Spitzen-Ladespannung abgegriffen ist, der über einen Widerstand vom Span nungsabfall an der Drain-Source-Strecke des Leistungshalbleiter-Endschalters aufgeladen wird. Die Kondensatoren sind nicht zwingend erforderlich, sondern nur vorteilhafterweise zur Unterdrückung von Störspitzen verwendet.According to a further embodiment, however, the detection of the peak currents can also done in that the peak drain voltage on a capacitor is tapped as the peak charging voltage, which is removed from the chip via a resistor voltage drop on the drain-source path of the power semiconductor limit switch is charged. The capacitors are not absolutely necessary, but rather only advantageously used to suppress spikes.
Für die Ableitung der Referenzspannung ist nach einer Ausgestaltung vorgese hen, dass die proportionale Referenzspannung über einen Halbleiterschalter ab leitbar ist, der von dem PWM-Steuersignal ansteurerbar und den Ladestromkreis eines Kondensators steuert und dass die Ladespannung des Kondensators die Referenzspannung darstellt, oder dass die quasi proportionale Referenzspannung von der PWM-Steuerung entsprechend dem Pulsweitenverhältnis in binären Stu fen vorgebbar ist.According to one embodiment, the reference voltage is provided for deriving the reference voltage hen that the proportional reference voltage from a semiconductor switch is conductive, which can be controlled by the PWM control signal and the charging circuit of a capacitor controls and that the charging voltage of the capacitor Represents reference voltage, or that the quasi-proportional reference voltage by the PWM control according to the pulse width ratio in binary stu fen can be specified.
Das Erkennen eines Grenzwertes für den Spitzenstrom wird nach einer Ausge staltung dadurch angezeigt, dass die Referenzspannung und die Spitzen-Meß spannung oder die Spitzen-Drainspannung einer Vergleichsschaltung zuführbar sind, die bei Übersteigen oder Unterschreiten der Referenzspannung durch die Spitzen-Meßspannung oder die Spitzen-Drainspannung ein Ausgangssignal an die PWM-Steuerung abgibt.The detection of a limit value for the peak current is based on a staltung indicated that the reference voltage and the peak meas voltage or the peak drain voltage of a comparison circuit can be supplied are, which when the reference voltage is exceeded or undershot by the Peak measuring voltage or the peak drain voltage an output signal the PWM control delivers.
Es hat sich eine Weiterbildung für vorteilhaft erwiesen, die dadurch gekenn zeichnet ist, dass die Vergleichsschaltung mit einem Selbsthaltekreis versehen ist, der nach dem Ansprechen der Vergleichsschaltung das Ausgangssignal für die PWM-Steuerung aufrecht erhält.A further training has proven to be advantageous, which is characterized by it is that the comparison circuit is provided with a latch circuit which, after the comparison circuit has responded, is the output signal for maintains PWM control.
Die Ableitung einer quasi proportionalen Referenzspannung aus dem Pulsweiten verhältnis der PWM-Steuersignale ist nach einer Ausgestaltung so gelöst, dass die quasi proportionale Referenz-Spannung über n-Steuerleitungen von der PWM-Steuerung in 2n-Stufen an die Vergleichsschaltung übertragbar ist.Deriving a quasi-proportional reference voltage from the pulse width The relationship of the PWM control signals is solved in such a way that the quasi-proportional reference voltage via n control lines from the PWM control in 2n steps can be transferred to the comparison circuit.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiele näher erklärt. Es zeigen:The invention is based on the embodiment shown in the drawing examples explained in more detail. Show it:
Fig. 1 einen PWM-Gebläseregler mit einer Schutzschaltung, die den Spitzenstrom in den Leistungshalbleiter-Endschalter zum Vergleich mit einer aus dem Pulsweitenverhältnis der PWM-Steuersignale ab geleiteten proportionalen Referenzspannung verwendet, und Fig. 1 shows a PWM blower regulator with a protective circuit that uses the peak current in the power semiconductor limit switch for comparison with a derived from the pulse width ratio of the PWM control signals from proportional reference voltage, and
Fig. 2 einen PWM-Gebläseregler mit einer Schutzschaltung, die die Drain- Spitzenspannung am Leistungshalbleiter-Endschalter zum Vergleich mit einer aus dem Pulsweitenverhältnis der PWM-Steuersignale abgeleiteten quasi proportionalen (stufig veränderbaren) Referenz spannung verwendet. Fig. 2 shows a PWM blower regulator with a protective circuit that uses the drain peak voltage at the power semiconductor limit switch for comparison with a quasi-proportional (step-variable) reference voltage derived from the pulse width ratio of the PWM control signals.
Wie die Fig. 1 zeigt, wird der PWM-Gebläseregler von einer Gleichspannung ge speist, die an dem Anschluß von UBATT mit dem positiven Potential und an den Anschluß GND mit dem negativen Potential angeschlossen wird. Gespeist wird davon eine PWM-Steuerung PWM-St, die in Abhängigkeit von einem vorgegebe nen oder vorgebbaren Sollwert SOLL am Ausgang st PWM-Steuersignale an einen Leistunghalbleiter-Endschalter T1 abgibt. Dabei kann das Pulsweiten verhältnis der PWM-Steuersignale proportional mit dem Sollwert SOLL zuneh men. Die Gleichspannung wird mit einem Pufferkondensator C1 geglättet, da die Reihenschaltung aus dem Leistungshalbleiter-Endschalter T1 und einem Motor M für das Gebläse über die PWM-Steuersignale getaktet wird. Dem Motor M ist eine Freilaufdiode D1 parallel geschaltet, die für die Abschaltespannung des Motors M durchlässig ist.As shown in FIG. 1, the PWM blower regulator is fed by a DC voltage which is connected to the connection of UBATT with the positive potential and to the connection GND with the negative potential. This feeds a PWM control PWM-St, which, depending on a specified or predeterminable setpoint SOLL, outputs PWM control signals to a power semiconductor limit switch T1 at the output st. The pulse width ratio of the PWM control signals can increase proportionally with the setpoint TARGET. The DC voltage is smoothed with a buffer capacitor C1, since the series circuit comprising the power semiconductor limit switch T1 and a motor M for the fan is clocked via the PWM control signals. A free-wheeling diode D1 is connected in parallel to the motor M and is permeable to the switch-off voltage of the motor M.
Der Source-Anschluß des Leistungshalbleiter-Endschalters T1 - der eine MOS- FET-in-Low-Side-Schaltung sein kann - führt über einen Meßwiderstand R1 auf den Anschluß GND. Der Spannungsabfall an diesem Meßwiderstand R1 wird über einen Widerstand R2 zur Rufladung eines Kondensators C2 ausgenutzt, der sich auf eine dem Spitzenstrom entsprechende Spitzen-Ladespannung auflädt, die als Spitzen-Meßspannung Ui einem Anschluß einer Vergleichsschaltung V zugeführt wird. Dem zweiten Anschluß der Vergleichsschaltung V wird eine Re ferenzspannung Urf zugeführt, die an einem Kondensator C3 abgegriffen wird. Der Kondensator C3 wird über einen Widerstand R5 aufgeladen, der in Abhän gigkeit von dem PWM-Steuersignal st abwechselnd über den Widerstand R3 und einen Transistor T2 mit dem Potential des Anschlusses GND bzw. über diesen Widerstand R4 mit dem Potential des Anschlusses UBATT verbunden wird. Die Steuerung des Transistors T2 übernimmt über einen Widerstand R6 das PWM- Steuersignal st. The source connection of the power semiconductor limit switch T1 - which is a MOS FET-in-low-side circuit - leads via a measuring resistor R1 the GND connection. The voltage drop across this measuring resistor R1 becomes exploited via a resistor R2 to charge a capacitor C2, the charges itself to a peak charging voltage corresponding to the peak current, which as a peak measuring voltage Ui a connection of a comparison circuit V is fed. The second connection of the comparison circuit V is a Re Reference voltage Urf supplied, which is tapped at a capacitor C3. The capacitor C3 is charged via a resistor R5, which depends on frequency of the PWM control signal st alternately via the resistor R3 and a transistor T2 with the potential of the connection GND or via this Resistor R4 is connected to the potential of the connection UBATT. The Control of the transistor T2 takes over the PWM via a resistor R6 Control signal st.
In der Regel ist die Schutzschaltung so ausgelegt, dass sie an dem über einen Widerstand R7 am Anschluß UBATT angeschlossenen Ausgang ein Ausgangs signal p, abgibt, wenn die Spitzen-Meßspannung Ui die Referenzspannung Urf übersteigt. Die Auslegung der Schutzschaltung kann jedoch auch so sein, dass sie ein Ausgangssignal p abgibt, wenn die Spitzen-Meßspannung Ui die Refer enzspannung Urf unterschreitet. Das der PWM-Steuerung PWM-St zugeführte Ausgangssignal p der Vergleichsschaltung V kann eine Reduzierung des Puls weitenverhältnisses der PWM-Steuersignale st zur Folge haben, wobei die Redu zierung bis zum Erreichen eines stabilen unkritischen Betriebszustandes beendet wird, d. h. die Reduzierung kann zum Ausschalten der Endstufe führen. Mit dem Ausgangsignal p der Vergleichsschaltung V kann auch eine begrenzte oder dauernde Abschaltung der PWM-Steuersignale st vorgenommen werden.As a rule, the protective circuit is designed so that it can be connected to the one Resistor R7 at output UBATT connected output one output signal p, emits when the peak measuring voltage Ui the reference voltage Urf exceeds. However, the design of the protective circuit can also be such that it emits an output signal p when the peak measuring voltage Ui the refer voltage falls below Urf. The fed to the PWM control PWM-St Output signal p of the comparison circuit V can reduce the pulse width ratio of the PWM control signals st result, the Redu Decoration ended until a stable, uncritical operating state was reached will, d. H. the reduction can lead to the power stage being switched off. With the Output signal p of the comparison circuit V can also be a limited or permanent shutdown of the PWM control signals st are carried out.
Der PWM-Gebläseregler nach Fig. 1 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in der Schutzschaltung. Zum Vergleich wird die Drain-Spitzen spannung Udr verwendet. Der an der Drain-Source-Strecke des Leistungshalb leiter-Endschalters T1 abgegriffene Spannungsabfall wird über den Widerstand R8 zur Aufladung des Kondensators C2 verwendet. Die Spitzen-Ladespannung entspricht der Spitzen-Drainspannung Udr.The PWM blower regulator according to FIG. 1 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 in the protective circuit. The drain peak voltage Udr is used for comparison. The voltage drop tapped at the drain-source path of the power semiconductor limit switch T1 is used via the resistor R8 to charge the capacitor C2. The peak charging voltage corresponds to the peak drain voltage Udr.
Als Referenzspannung wird ein quasi proportionales Signal der Vergleichs schaltung V zugeführt. Der Kondensator C3 am Eingang der Vergleichsschaltung V wird über die binär abgestuften Widerstände R3, R4, R5 und R6 aufgeladen, wobei die Anschaltung über die Steuerleitungen rf1 bis rfn in der PWM- Steuerung PWM-St erfolgt und zwar in Abhängigkeit von dem Pulsweitenver hältnis der PWM-Steuersignale st. Auf diese Weise lassen sich mit n Steuer leitungen rf1 bis rfn eine Anzahl von 2n Stufen einer Referenzspannung Urf1 bis Urfn erzeugen und an die Vergleichsschaltung V übertragen. Am Ausgang der Vergleichsschaltung V ist eine Diode D5 als Selbsthaltekreis angeschlossen, die das Ausgangssignal p der Vergleichsschaltung V dauernd aufrecht erhalten kann. Der Selbsthaltekreis kann aber auch über einen Rücksetzanschluß rs der PWM-Steuerung PWM-St aufgehoben werden.A quasi-proportional signal of the comparison circuit V is supplied as the reference voltage. The capacitor C3 at the input of the comparison circuit V is charged via the binary graduated resistors R3, R4, R5 and R6, the connection via the control lines rf1 to rfn in the PWM control PWM-St, depending on the pulse width ratio of the PWM control signals st. In this way, a number of 2 n stages of a reference voltage Urf1 to Urfn can be generated with n control lines rf1 to rfn and transmitted to the comparison circuit V. At the output of the comparison circuit V, a diode D5 is connected as a latch circuit, which can continuously maintain the output signal p of the comparison circuit V. The self-holding circuit can also be canceled via a reset connection rs of the PWM control PWM-St.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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