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WO2009083305A1 - Device for determining sluggishness or a blocked state of an electric motor - Google Patents

Device for determining sluggishness or a blocked state of an electric motor Download PDF

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Publication number
WO2009083305A1
WO2009083305A1 PCT/EP2008/064818 EP2008064818W WO2009083305A1 WO 2009083305 A1 WO2009083305 A1 WO 2009083305A1 EP 2008064818 W EP2008064818 W EP 2008064818W WO 2009083305 A1 WO2009083305 A1 WO 2009083305A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power semiconductor
electric motor
semiconductor switch
current
sense
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/064818
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Knab
Stefan Koch
Patric Kahles
Volker Lurk
Thomas Mohr
Daniel Seebacher
Bican Samray
Daniel Brugger
Nikolas Haberl
Frank Fischer
Michael Koerner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2009083305A1 publication Critical patent/WO2009083305A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means

Definitions

  • the present invention relates to a device for determining a binding or a blocking case of an electric motor according to claim 1.
  • blowers or fans are used for the heat dissipation and cooling of the internal combustion engines in motor vehicles. They are mostly with
  • Operated DC motors for example, are powered by a motor vehicle battery.
  • the fan speed is adjusted with a pulse width modulated battery voltage to the DC motor to reduce the fan noise.
  • the motor current is measured. This can be done according to a first approach by an inductive measuring method, in which, however, in particular by high currents of the electronic controller is very hot and by this type of measurement, a cooling of the controller is necessary.
  • additional measuring elements are required for such a detection of the motor current, which is a very costly variant of the detection of the motor current.
  • a detection of the motor current as well via a shunt method in which the motor current is measured by the voltage drop across a resistor. This method also causes a high loss due to the heat conversion in the shunt resistor, so that here (additional) temperature-resistant measuring components are to be used and additionally high electrical power loss occur, whereby this measuring method proves to be costly.
  • the present invention provides a device for determining a gravity or a blocking case of an electric motor, the device comprising the following features: a power semiconductor switch, which is connected between a positive supply voltage terminal of a supply voltage source for the electric motor and the electric motor itself, wherein the power semiconductor switch is designed to control the current flowing through the electric motor and wherein the power semiconductor switch is further configured to detect a current flow through the power semiconductor switch and to provide a corresponding current flow signal; and an evaluation unit configured to detect the current flow signal and to determine, based on the current flow signal, the presence of a binding or a stalling event of the electric motor.
  • the present invention is based on the realization that the use of a power semiconductor switch with a current measuring functionality makes it possible to measure the current flow through the electric motor (which must flow through the power semiconductor switch) in a circuitically simple manner and without great losses. This is possible through the use of modern power semiconductor switches with a corresponding functionality. At the same time, a potential-free state of the electric motor and its connection cable can only be achieved in the case of a parked, switched-off vehicle by means of the high-side circuit arrangement Handling in the workshop during repair work can occur prevented.
  • the power semiconductor switch is a field effect transistor with a current detection functionality. This offers the possibility of being able to use an already technically mature and therefore cost-effective semiconductor component for the simple current measurement of the current through the electric motor.
  • the power semiconductor switch may comprise a parallel connection of two, three or more power semiconductor switch devices. This is advantageous in particular when control of high currents through the electric motor is to be realized, since in this case a split of the current flowing through the electric motor to a plurality of power semiconductor components can be effected by the parallel connection. This will overload the individual Power semiconductor devices reduced, which increases the life of this and at the same time offers the possibility of controlling significantly higher currents through the electric motor.
  • the current flowing through the individual power semiconductor switch elements can also be detected (and possibly combined into a single signal) in order to be evaluated by the evaluation unit.
  • the device may have a Verpol- protection device which is connected in parallel with the electric motor. This offers the possibility that a fuse against an incorrect connection of the supply voltage source is easy to implement and thus a possible damage to the power semiconductors can be safely excluded by such a wrong connection.
  • the device may also comprise a voltage buffer unit which has an electrolytic capacitor or a parallel circuit of electrolytic capacitors and which is connected in parallel with the power semiconductor switch. This is particularly favorable if further elements are fed by the supply voltage source, so that voltage fluctuations can occur.
  • the voltage buffer unit can then be used for smoothing voltage spikes or fluctuations so that the control unit for the electric motor still operates without errors even in the case of such voltage peaks or fluctuations or in the case of the electromagnetic contaminations and also does not emit electromagnetic interference into the motor vehicle electrical system.
  • a parallel connection of the capacitors offers the advantage that the high currents occurring in the power electronics can be filtered by the parallel circuit, without overheating even capacitors and where individual components reach their thermal electrical limit at high currents and are not suitable for such applications become.
  • the evaluation unit can be designed to control a switching on or a blocking or the clocking of a current flow through the power semiconductor switch.
  • the evaluation unit evaluates the Motorstrommesssignalverlauf and thereby allows a simple and quick shutdown of the current flow through the power semiconductor switch in the event that a Schwergän- speed or blocking of the electric motor is detected, which in turn prevents damage to the electric motor and the control unit is prevented.
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram of an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the present invention.
  • a DC motor M clocked via the switching device S with integrated diodes D1 and D2 (which are correspondingly arranged in the sense FET power semiconductor switching elements S1 and S2), is clocked to the supply voltage source in the form of a battery with battery voltage U B. connected.
  • the DC motor M with the switching device S are electrolytic capacitors C1 and C2 connected in parallel via a reverse polarity protection device in the form of an inversely operated n-channel power Mos-FETs S3 and a choke coil L.
  • the DC motor M is also a freewheeling diode D also connected in parallel via the Verpolschutz worn.
  • the freewheeling diode D is connected with its cathode to the positive terminal of the DC motor and with its anode to the negative terminal of the electrolytic capacitors and the throttle connection.
  • the drain terminal of the power MOSFET S3 and the negative terminal of the DC motor are connected in common to the negative terminal of the battery voltage.
  • the power MOSFET S3 used as a switch is, for example, an n-channel MOSFET.
  • the sense FETs S1 and S2 are also n-channel MOSFETs with integrated current sensors. In addition to the switching function, they also have an integrated sense function for the motor current.
  • This circuit section further includes the control circuit which amplifies and digitizes and evaluates the sense signals of the power sense FETs.
  • the sense connections l_sense and Kelvin source of the power sense FETs thereby provide a current signal proportional to the motor current that can be converted into a voltage signal in the control circuit.
  • This circuit section controls the power SenseFETs S1 and S2 at, for example, 15kHz-25kHz, and the DC drive of the DC motor is also possible for the purpose of setting the maximum power while simultaneously detecting the binding.
  • the task can be implemented to realize an electronic control circuit with integrated motor current measurement.
  • the binding or blocking of the fan motor can be detected to prevent damage from the electric motor (eg a fan) or from the overall system and control unit.
  • the core of the invention consists essentially in the current measurement in the output stage control for the "high side clocked" or switched SenseFET switch for inductive or ohmic loads.
  • the use of a parallel connection of two or more sense FETs can increase the switching capacity
  • the construction and construction costs of the control unit can be reduced by reducing the component power dissipation
  • the SenseFET switches have a current measurement integrated in the component Blocking / binding is determined by the current profile sensed in the SenseFET and, for example, by a voltage curve derived from the current profile determined.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

The present invention relates to a device for determining sluggishness or a blocked state of an electric motor (M), wherein the device comprises the following characteristics: a power semiconductor switch (S), connected between a positive supply voltage connection (UB+) of a supply voltage source (UB) and the electric motor (M) itself, wherein the power semiconductor switch (S) is configured to control the current flowing through the electric motor (M) and wherein the power semiconductor switch (S) is further configured to acquire a current flow through the power semiconductor switch (S) and to provide a corresponding current-flow signal (l_sense / Kelvin source); and an evaluation unit (StS) configured to acquire the current-flow signal (l_sense / Kelvin source) and on the basis of the current-flow signal (l_sense / Kelvin source) to determine the presence of sluggishness or a blocked state of the electric motor (M).

Description

Beschreibung description

Titeltitle

Vorrichtung zur Bestimmung einer Schwergängigkeit oder eines Blockierfalls eines ElektromotorsDevice for determining a stiffness or a blocking case of an electric motor

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Schwergängigkeit oder eines Blockierfalls eines Elektromotors gemäß Anspruch 1.The present invention relates to a device for determining a binding or a blocking case of an electric motor according to claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Für die Wärmeabfuhr bzw. Kühlung der Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahr- zeugen werden Gebläse oder Lüfter eingesetzt. Sie werden größtenteils mitFor the heat dissipation and cooling of the internal combustion engines in motor vehicles, blowers or fans are used. They are mostly with

Gleichstrommotoren betrieben, die beispielsweise von einer Kraftfahrzeugbatterie gespeist werden. Die Lüfterdrehzahl wird dabei mit einer pulsweitenmodulierten Batteriespannung an dem Gleichstrommotor eingestellt, um die Lüftergeräusche zu reduzieren. Für die Erkennung der Schwergängigkeit, Blockierung und für die Leistungsbegrenzung des Lüftermotors wird üblicherweise der Motorstrom gemessen. Dies kann gemäß einem ersten Ansatz durch ein induktives Messverfahren erfolgen, bei dem jedoch insbesondere durch hohe Ströme der elektronische Regler sehr heiß wird und durch diese Messart eine Kühlung des Reglers notwendig wird. Außerdem sind zusätzliche Messelemente für eine solche Erfassung des Motorstroms erforderlich, was eine sehr kostenintensive Variante der Erfassung des Motorstroms darstellt. Alternativ kann eine Erfassung des Motorstroms auch über ein Shunt-Verfahren erfolgen, bei dem der Motorstrom über den Spannungsabfall an einem Widerstand gemessen wird. Auch dieses Verfahren verursacht einen hohen Verlust durch die Wärmeumsetzung im Shunt-Widerstand, so dass auch hier (zusätzliche) temperaturbeständige Mess-Bauelemente zu verwenden sind und zusätzlich hohe elektrische Verlustleistung auftreten, wodurch sich auch dieses Messverfahren als kostenintensiv erweist.Operated DC motors, for example, are powered by a motor vehicle battery. The fan speed is adjusted with a pulse width modulated battery voltage to the DC motor to reduce the fan noise. For detecting the stiffness, blocking and for the power limitation of the fan motor usually the motor current is measured. This can be done according to a first approach by an inductive measuring method, in which, however, in particular by high currents of the electronic controller is very hot and by this type of measurement, a cooling of the controller is necessary. In addition, additional measuring elements are required for such a detection of the motor current, which is a very costly variant of the detection of the motor current. Alternatively, a detection of the motor current as well via a shunt method in which the motor current is measured by the voltage drop across a resistor. This method also causes a high loss due to the heat conversion in the shunt resistor, so that here (additional) temperature-resistant measuring components are to be used and additionally high electrical power loss occur, whereby this measuring method proves to be costly.

Ein weiterer Ansatz zur Stromerfassung unter Einsatz eines SenseFETs wurde in der WO 2004/030173 A1 vorgeschlagen. In der EP 0998776 B1 wurde eine End- Stufenschaltung zur Ansteuerung des Elektromotors vorgeschlagen. Die genannten Ansätze weisen jedoch Nachteile in Bezug auf die schaltungstechnische Anordnung zur Messung des Stromflusses durch einen Elektromotor derart auf, dass der Motor im abgeschalteten Zustand nicht potentialfrei ist.Another approach to current detection using a sense-FET was proposed in WO 2004/030173 A1. In EP 0998776 B1 an end stage circuit for controlling the electric motor has been proposed. However, the approaches mentioned have disadvantages in terms of the circuit arrangement for measuring the current flow through an electric motor such that the motor is not floating in the off state.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, um den Stromfluss durch einen Elektromotor kostengünstig und zugleich schaltungstechnisch einfach realisieren zu können.It is therefore an object of the present invention to provide a way to realize the current flow through an electric motor cost and at the same time circuit technology easy.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a device having the features of claim 1. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Schwer- gängigkeit oder eines Blockierfalls eines Elektromotors, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale umfasst: einen Leistungshalbleiterschalter, der zwischen einen positiven Versorgungsspan- nungsanschluss einer Versorgungsspannungsquelle für den Elektromotor und den Elektromotor selbst geschaltet ist, wobei der Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist, um den durch den Elektromotor fließenden Strom zu steuern und wobei der Leistungshalbleiterschalter ferner ausgebildet ist, um einen Stromfluss durch den Leistungshalbleiterschalter zu erfassen und ein entsprechendes Stromfluss- signal bereitzustellen; und eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um das Stromflusssignal zu erfassen und auf der Basis des Stromflusssignals das Vorliegen einer Schwergängigkeit oder eines Blockierfalls des Elektromotors zu bestimmen.The present invention provides a device for determining a gravity or a blocking case of an electric motor, the device comprising the following features: a power semiconductor switch, which is connected between a positive supply voltage terminal of a supply voltage source for the electric motor and the electric motor itself, wherein the power semiconductor switch is designed to control the current flowing through the electric motor and wherein the power semiconductor switch is further configured to detect a current flow through the power semiconductor switch and to provide a corresponding current flow signal; and an evaluation unit configured to detect the current flow signal and to determine, based on the current flow signal, the presence of a binding or a stalling event of the electric motor.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es durch die Verwendung eines Leistungshalbleiterschalters mit einer Strommessfunktionalität möglich ist, den Stromfluss durch den Elektromotor (der durch den Leistungshalbleiterschalter fließen muss) schaltungstechnisch einfach und ohne große Verluste messen zu können. Dies ist durch die Verwendung von modernen Leistungshalbleiterschaltern mit einer entsprechenden Funktionalität möglich. Zugleich kann durch die „high"-seitige schaltungstechnische Anordnung ein potentialfreier Zustand des Elektromotors und derer Verbindungskabel bei einem abgestellten, abgeschalteten Fahrzeug erst erreicht werden. Mit dieser Schaltung werden die motorseitigen Kurzschluss-Gefahren bzw. Überhitzungen, die z. B. durch die fehlerhafte Handhabung in der Werkstatt bei Reparaturarbeiten vorkommen können, verhindert.The present invention is based on the realization that the use of a power semiconductor switch with a current measuring functionality makes it possible to measure the current flow through the electric motor (which must flow through the power semiconductor switch) in a circuitically simple manner and without great losses. This is possible through the use of modern power semiconductor switches with a corresponding functionality. At the same time, a potential-free state of the electric motor and its connection cable can only be achieved in the case of a parked, switched-off vehicle by means of the high-side circuit arrangement Handling in the workshop during repair work can occur prevented.

Günstig ist es auch, wenn der Leistungshalbleiterschalter ein Feldeffekttransistor mit einer Stromerfassungsfunktionalität ist. Dies bietet die Möglichkeit ein bereits technisch ausgereiftes und daher kostengünstiges Halbleiterbauelement für die einfache Strommessung des Stroms durch den Elektromotor verwenden zu können.It is also favorable if the power semiconductor switch is a field effect transistor with a current detection functionality. This offers the possibility of being able to use an already technically mature and therefore cost-effective semiconductor component for the simple current measurement of the current through the electric motor.

Auch kann der Leistungshalbleiterschalter eine Parallelschaltung von zwei, drei oder mehr Leistungshalbleiterschalterbauelementen, umfassen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Steuerung von hohen Strömen durch den Elektromotor zu realisieren ist, da in diesem Fall durch die Parallelschaltung eine Auf- teilung des durch den Elektromotor fließenden Stroms auf mehrere Leistungshalbleiterbauelemente erfolgen kann. Hierdurch wird die Überlastung der einzelnen Leistungshalbleiterbauelemente reduziert, was die Lebensdauer dieser erhöht und zugleich die Möglichkeit einer Steuerung von deutlich höheren Strömen durch den Elektromotor bietet. In diesem Fall kann auch von den einzelnen Leistungshalblei- terschalterbauelementen der durch diese fließende Strom erfasst (und evtl. zu ei- nem einzigen Signal zusammengefasst) werden, um von der Auswerteeinheit ausgewertet zu werden.Also, the power semiconductor switch may comprise a parallel connection of two, three or more power semiconductor switch devices. This is advantageous in particular when control of high currents through the electric motor is to be realized, since in this case a split of the current flowing through the electric motor to a plurality of power semiconductor components can be effected by the parallel connection. This will overload the individual Power semiconductor devices reduced, which increases the life of this and at the same time offers the possibility of controlling significantly higher currents through the electric motor. In this case, the current flowing through the individual power semiconductor switch elements can also be detected (and possibly combined into a single signal) in order to be evaluated by the evaluation unit.

Auch kann gemäß einer anderen Ausführungsform die Vorrichtung eine Verpol- schutzeinrichtung aufweisen, die dem Elektromotor parallel geschaltet ist. Dies bietet die Möglichkeit, dass eine Sicherung gegen einen falschen Anschluss der Versorgungsspannungsquelle einfach implementierbar ist und damit eine mögliche Beschädigung der Leistungshalbleiter durch einen solchen falschen Anschluss sicher ausgeschlossen werden kann.Also, according to another embodiment, the device may have a Verpol- protection device which is connected in parallel with the electric motor. This offers the possibility that a fuse against an incorrect connection of the supply voltage source is easy to implement and thus a possible damage to the power semiconductors can be safely excluded by such a wrong connection.

Insbesondere kann die Vorrichtung auch eine Spannungspuffereinheit umfassen, die einen Elektrolyt-Kondensator oder eine Parallelschaltung aus Elektrolyt- Kondensatoren aufweist und die dem Leistungshalbleiterschalter parallel geschaltet ist. Dies ist dann besonders günstig, wenn weitere Elemente durch die Versorgungsspannungsquelle gespeist werden, so dass es zu Spannungsschwankungen kommen kann.In particular, the device may also comprise a voltage buffer unit which has an electrolytic capacitor or a parallel circuit of electrolytic capacitors and which is connected in parallel with the power semiconductor switch. This is particularly favorable if further elements are fed by the supply voltage source, so that voltage fluctuations can occur.

Die Spannungspuffereinheit kann dann zur Glättung von Spannungsspitzen bzw. - Schwankungen verwendet werden, so dass das Steuergerät für den Elektromotor auch bei derartigen Spannungsspitzen oder -Schwankungen bzw. bei den elekt- romagnetischen Verschmutzungen noch fehlerfrei arbeitet und auch keine elektromagnetische Störungen in das Kraftfahrzeugbordnetz aussendet. Eine Parallelschaltung der Kondensatoren bietet dabei den Vorteil, dass die bei der Leistungselektronik auftretenden hohen Ströme durch die Parallelschaltung gefiltert werden können, ohne Kondensatoren selbst überhitzt zu werden und wo einzelne Bau- elemente bei hohen Strömen ihren thermisch elektrischen Grenzwert erreichen und für derartige Applikationen nicht geeignet werden. Weiterhin kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, um ein Durchschalten oder ein Sperren bzw. das Takten eines Stromflusses durch den Leistungshalbleiterschalter zu steuern. Die Auswerteeinheit wertet den Motorstrommesssignalverlauf aus und ermöglicht dadurch eine einfache und schnelle Abschaltung des Stromflusses durch den Leistungshalbleiterschalter für den Fall, dass eine Schwergän- gigkeit oder ein Blockieren des Elektromotors erkannt wird, wodurch wiederum eine Beschädigung des Elektromotors und des Steuergeräts verhindert wird.The voltage buffer unit can then be used for smoothing voltage spikes or fluctuations so that the control unit for the electric motor still operates without errors even in the case of such voltage peaks or fluctuations or in the case of the electromagnetic contaminations and also does not emit electromagnetic interference into the motor vehicle electrical system. A parallel connection of the capacitors offers the advantage that the high currents occurring in the power electronics can be filtered by the parallel circuit, without overheating even capacitors and where individual components reach their thermal electrical limit at high currents and are not suitable for such applications become. Furthermore, the evaluation unit can be designed to control a switching on or a blocking or the clocking of a current flow through the power semiconductor switch. The evaluation unit evaluates the Motorstrommesssignalverlauf and thereby allows a simple and quick shutdown of the current flow through the power semiconductor switch in the event that a Schwergän- speed or blocking of the electric motor is detected, which in turn prevents damage to the electric motor and the control unit is prevented.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.Fig. 1 is a schematic circuit diagram of an embodiment of the present invention.

Eventuell angegebene Dimensionen und Maße sind nur exemplarisch, so dass die Erfindung nicht auf diese Dimensionen und Maße beschränkt ist. Ferner enthält die Figur der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden können oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.Any dimensions and dimensions given are exemplary only, so the invention is not limited to these dimensions and dimensions. Furthermore, the figure of the drawing, the description and the claims contains numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features can also be considered individually or they can be combined to form further combinations not explicitly described here.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist an die Versorgungsspannungsquelle in Form einer Batterie mit Batteriespannung UB ein Gleichstrommotor M, getaktet über die Schalteinrichtung S mit integrierten Dioden D1 und D2 (die in den Sense-FET- Leistungshalbleiterschaltelementen S1 und S2 entsprechend angeordnet sind), angeschlossen. Dem Gleichstrommotor M mit der Schalteinrichtung S sind Elektrolytkondensatoren C1 und C2 über eine Verpolschutzeinrichtung in Form eines invers betriebenen n-Kanal Leistungs-Mos-FETs S3 und einer Drosselspule L parallel geschaltet.Fig. 1 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the present invention. In this case, a DC motor M, clocked via the switching device S with integrated diodes D1 and D2 (which are correspondingly arranged in the sense FET power semiconductor switching elements S1 and S2), is clocked to the supply voltage source in the form of a battery with battery voltage U B. connected. The DC motor M with the switching device S are electrolytic capacitors C1 and C2 connected in parallel via a reverse polarity protection device in the form of an inversely operated n-channel power Mos-FETs S3 and a choke coil L.

Dem Gleichstrommotor M ist weiterhin eine Freilaufdiode D ebenfalls über die Verpolschutzeinrichtung parallel geschaltet. Die Freilaufdiode D ist mit ihrer Kathode mit dem positiven Anschluss des Gleichstrommotors und mit ihrer Anode mit dem Minus-Anschluss der Elektrolytkondensatoren und dem Drosselanschluss verbunden. Der Drain-Anschluss des Leistungs-MosFETs S3 und der negative Anschluss des Gleichstrommotors sind gemeinsam mit dem Minuspol der Batteriespannung verbunden. Der als Schalter eingesetzte Leistungs-MosFET S3 ist dabei beispielsweise ein n-Kanal MosFET. Die SenseFETs S1 und S2 sind beispielsweise ebenfalls n-Kanal-MosFETs mit integrierten Stromsensoren. Sie ha- ben neben der Schaltfunktion auch eine integrierte Sensefunktion für den Motorstrom.The DC motor M is also a freewheeling diode D also connected in parallel via the Verpolschutzeinrichtung. The freewheeling diode D is connected with its cathode to the positive terminal of the DC motor and with its anode to the negative terminal of the electrolytic capacitors and the throttle connection. The drain terminal of the power MOSFET S3 and the negative terminal of the DC motor are connected in common to the negative terminal of the battery voltage. The power MOSFET S3 used as a switch is, for example, an n-channel MOSFET. For example, the sense FETs S1 and S2 are also n-channel MOSFETs with integrated current sensors. In addition to the switching function, they also have an integrated sense function for the motor current.

Weiterhin ist eine Steuerschaltung für den MosFET S3 und für die Leistungs- MosFETs S1 und S2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel notwendig. Dieser Schaltungsabschnitt enthält weiterhin die Steuerschaltung, die die Sense-Signale der Leistungs-SenseFETs verstärkt und digitalisiert und auswertet. Die Sense- Anschlüsse l_Sense und Kelvin-Source der Leistungs-Sense-FETs stellen dabei ein dem Motorstrom proportionales Stromsignal bereit, dass in der Steuerschaltung in ein Spannungssignal umgesetzt werden kann. Dieser Schaltungsabschnitt steuert die Leistungs-SenseFETs S1 und S2 beispielsweise mit 15kHz - 25kHz, wobei die DC-Ansteuerung des Gleichstrommotors zwecks der Einstellung der maximalen Leistung bei gleichzeitiger Erfassung der Schwergängigkeit bzw. der Blockierung ebenfalls möglich ist.Furthermore, a control circuit for the MOSFET S3 and the power MOSFETs S1 and S2 according to this embodiment is necessary. This circuit section further includes the control circuit which amplifies and digitizes and evaluates the sense signals of the power sense FETs. The sense connections l_sense and Kelvin source of the power sense FETs thereby provide a current signal proportional to the motor current that can be converted into a voltage signal in the control circuit. This circuit section controls the power SenseFETs S1 and S2 at, for example, 15kHz-25kHz, and the DC drive of the DC motor is also possible for the purpose of setting the maximum power while simultaneously detecting the binding.

Mit der vorliegenden Erfindung lässt sich daher die Aufgabe umsetzen, eine elektronische Steuerschaltung mit integrierter Motorstrommessung zu realisieren. Mit der vorgeschlagenen Schaltung kann die Schwergängigkeit bzw. die Blockierung des Lüftermotors erfasst werden, um Schaden von dem Elektromotor (z.B. eines Lüfters) bzw. von dem Gesamtsystem und Steuergerät abzuwenden.With the present invention, therefore, the task can be implemented to realize an electronic control circuit with integrated motor current measurement. With the proposed circuit, the binding or blocking of the fan motor can be detected to prevent damage from the electric motor (eg a fan) or from the overall system and control unit.

Der Kern der Erfindung besteht im Wesentlichen in der Strommessung in der Endstufen-Ansteuerung für den mit dem „high side getakteten" bzw. geschalteten SenseFET-Schalter für induktive oder ohmsche Lasten. Durch den Einsatz einer Parallelschaltung zweier oder mehrerer SenseFETs lässt sich die Schaltleistung erhöhen. Zugleich kann der Aufwand bezüglich Aufbau und Konstruktion des Steuergerätes durch Reduzierung der Bauelementverlustleistung verringert werden. Die SenseFET-Schalter besitzen dabei eine im Bauelement integrierte Strommessung. Die Blockierung/Schwergängigkeit wird durch den mit dem im SenseFET sensierten Stromverlauf und beispielsweise einen vom Stromverlauf abgeleiteten Spannungsverlauf ermittelt. The core of the invention consists essentially in the current measurement in the output stage control for the "high side clocked" or switched SenseFET switch for inductive or ohmic loads.The use of a parallel connection of two or more sense FETs can increase the switching capacity At the same time, the construction and construction costs of the control unit can be reduced by reducing the component power dissipation The SenseFET switches have a current measurement integrated in the component Blocking / binding is determined by the current profile sensed in the SenseFET and, for example, by a voltage curve derived from the current profile determined.

Claims

Ansprüche claims 1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Schwergängigkeit oder eines Blockierfalls eines Elektromotors (M), wobei die Vorrichtung folgende Merkmale umfasst:Device for determining a binding or a blocking case of an electric motor (M), the device comprising the following features: - einen Leistungshalbleiterschalter (S), der zwischen einen positiven Versor- gungsspannungsanschluss (UB+) einer Versorgungsspannungsquelle (UB) und den Elektromotor (M) selbst geschaltet ist, wobei der Leistungshalbleiterschalter (S) ausgebildet ist, um einen durch den Elektromotor (M) flie- ßenden Strom zu steuern und wobei der Leistungshalbleiterschalter (S) ferner ausgebildet ist, um einen Stromfluss durch den Leistungshalbleiterschalter (S) zu erfassen und ein entsprechendes Stromflusssignal (l_Sense / Kelvin-Source) bereitzustellen; und- a power semiconductor switch (S), which is connected between a positive supply voltage terminal (U B +) of a supply voltage source (U B) and the electric motor (M) itself, wherein the power semiconductor switch is formed (S) to a (by the electric motor M) flowing current and wherein the power semiconductor switch (S) is further configured to detect a current flow through the power semiconductor switch (S) and to provide a corresponding current flow signal (l_sense / Kelvin source); and - eine Auswerteeinheit (StS), die ausgebildet ist, um das Stromflusssignal (l_Sense / Kelvin-Source) zu erfassen und auf der Basis des Stromflusssignals (l_Sense / Kelvin-Source) das Vorliegen einer Schwergängigkeit oder eines Blockierfalls des Elektromotors (M) zu bestimmen.- An evaluation unit (StS), which is designed to detect the current flow signal (l_Sense / Kelvin source) and on the basis of the current flow signal (l_Sense / Kelvin source) to determine the presence of a binding or a blocking case of the electric motor (M) , 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungs- halbleiterschalter (S) ein Feldeffekttransistor mit einer Stromerfassungsfunktionalität ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the power semiconductor switch (S) is a field effect transistor with a current detection functionality. 3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterschalter (S) aus einem Leistungshalblei- terschalter oder eine Parallelschaltung von mindestens zwei Leistungshalblei- terschalterbauelementen (S1 , S2) oder mehrere umfasst.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the power semiconductor switch (S) from a power semiconductor terschalter or a parallel circuit of at least two Leistungshalblei- terschalterbauelementen (S1, S2) or more. 4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Verpolschutzeinrichtung (S3) auf- weist, die dem Elektromotor (M) parallel geschaltet ist. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device further comprises a Verpolschutzeinrichtung (S3) up, which is connected in parallel to the electric motor (M). 5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Spannungspuffereinheit (C) um- fasst, die aus einem Elektrolyt-Kondensator oder eine Parallelschaltung aus mehreren Elektrolyt-Kondensatoren (C1 , C2, ...) aufweist und die dem Leis- tungshalbleiterschalter (S) parallel geschaltet ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device further comprises a voltage buffer unit (C) comprising an electrolytic capacitor or a parallel circuit of a plurality of electrolytic capacitors (C1, C2, ...) and which is connected in parallel with the power semiconductor switch (S). 6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (StS) ausgebildet ist, um ein Durchschalten oder ein Sperren eines Stromflusses durch den Leistungshalbleiterschalter (S) zu steuern. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (StS) is designed to control a switching or blocking of a current flow through the power semiconductor switch (S).
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