Stand der Technik Elektrische Gleichstrommotoren können zur Drehzahlregelung mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert werden. Werden mehrere Elektromotoren parallel betrieben und über eine gemeinsa- me Steuerschaltung angesteuert, so können sich je nach den einge- stellten Tastverhältnissen Nachteile beziehungsweise Probleme bei der Ansteuerung ergeben. Es gibt einen Bereich, der abhängig vom Phasenversatz der Ansteuersignale ist, in dem es zu Überschnei- dungen des Abschaltvorganges des ersten Motors und dem Ein- schaltvorgang des zweiten Motors kommt.

Bei einem Phasenversatz der pulsweitenmodulierten Signale von 180 Grad liegt dieser Bereich bei einem Tastverhältnis von jeweils 50 % bzw. von jeweils 100 %. Der Bereich von 100 % ist hierbei nicht relevant, da nicht mehr geschaltet wird. Bei einer Ansteuerung mit einem Tastverhältnis von jeweils 50 % fließt ein maximaler Strom im Freilaufkreis innerhalb kurzer Zeitperioden. Diese Stromspitzen, sog.

Spikes, können sich negativ auswirken, beispielsweise hinsichtlich der Einhaltung von EMV-Vorschriften oder hinsichtlich der Belastung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen.

Um diese Probleme zu vermeiden, ist normalerweise eine entspre- chend großzügigere Dimensionierung der Bauelemente des Freilauf- kreises notwendig.

Vorteile der Erfindung Ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens zwei Gleichstrommoto- ren, die mittels einer gemeinsamen Steuerschaltung über jeweils ei- ne Endstufe mit einem pulsweitenmodulierten Signal beaufschlagt werden, sieht vor, dass die beiden Signale in jeweiligem zeitlichen Versatz zueinander erzeugt werden. Gemäß der vorliegenden Erfin- dung überlappen sich die Schaltflanken der wenigstens zwei Signale im Zeitablauf weitgehend nicht. Insbesondere wird ein gleichzeitiges Tastverhältnis für beide pulsweite modulierten Signale von circa 50 % vermieden. Beim Auftreten einer Schaltflanke eines Signals weist das jeweils andere Signal entweder einen"Low"-oder einen"High"- Wert auf, so dass die Schaltflanken nicht gleichzeitig auftreten und zu den genannten negativen Effekten führen können.

Durch Vermeidung der Überlappung von Schaltflanken zweier oder mehrerer pulsweitenmodulierter Signale können unzulässig hohe Stromspitzen, sogenannte Spikes vermieden werden. Bei Nutzung einer optimalen Endstufenansteuerung können somit die hohen Stromspitzen in Steuergerät weitgehend vermieden werden. Trotz- dem kann eine gesamte Ansteuerkennlinie genutzt werden, das heißt der kritischer Bereich eines Tastverhältnisses um 50 % muss nicht ausgeblendet werden und steht für die Ansteuerung der Motoren voll zur Verfügung. Mittels dem erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren können die Bauelemente des Freilaufkreises kleiner dimensioniert werden, da Belastungsspitzen reduziert werden. Die Freilaufbauele- mente Freilaufdiode, Drossel und Kondensator bzw. Elektrolytkon- densator müssen nicht mehr auf den Spezialfall der Überlappung der Schaltflanken hin ausgelegt werden.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Soll-Tastverhältnis von circa 50 % ein Tastverhältnis von jeweils etwas weniger als 50 % beziehungsweise etwas mehr als 50% für die beiden Motoren eingestellt. Vorzugsweise können die zeitlichen bzw. prozentualen Abweichungen vom Soll-Tastverhältnis ungefähr einer zeitlichen Länge einer Schaltflanke eines Signals ent- sprechen. Dies stellt jedoch nur ein Minimum dar. Selbstverständlich kann es zweckmäßig sein, die zeitlichen bzw. prozentualen Abwei- chungen vom Soll-Tastverhältnis von ca. 50 % größer als eine zeitli- che Dauer einer Schaltflanke zu wählen. Da die pulsweitenmodulier- ten Signale keine echten Rechtecksignale sind, sondern eine endli- che Zeit zur Erreichung der Soll-Spannung benötigen, entstehen zeit- lich sehr kurze Schalfflanken, die sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht überlappen.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass beide E- lektromotoren zyklisch mit den Signalen mit jeweils unterschiedlichen Tastverhältnissen beaufschlagt werden. Die zyklische Umschaltung kann nach jeweils einer vorgegebenen Zeit beziehungsweise nach einer vorgegebenen Impulszahl erfolgen. Eine Periode für die zykli- sche Umschaltung zwischen dem längeren Signal und dem kürzeren Signal hängt von einer Systemzeitkonstante beziehungsweise von den Motorzeitkonstanten ab. Typische Werte für einen Schaltzyklus können beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 und 20 Millise- kunden liegen.

Eine Anordnung zum Betreiben zweier Elektromotoren, mit einer Steuerschaltung mit wenigstens zwei Endstufen zur Erzeugung je- weils eines pulsweitenmodulierten Signals für jeden der Elektromoto- ren, wobei die Signale jeweils einen zeitlichen Versatz zueinander aufweisen, sieht einen zeitlichen Versatz der Schaltflanken der we- nigstens zwei Signale vor. Die Anordnung kann insbesondere mit einem der zuvor beschriebenen Verfahrensmodi betrieben werden.

Die wenigstens zwei Elektromotoren können insbesondere Gebläse- beziehungsweise Lüftermotoren eines Kraftfahrzeuges beziehungs- weise dessen Klimatisierungseinrichtung sein. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren für alle Gruppierungen von we- nigstens zwei Motoren eingesetzt werden, bei denen die Motoren mittels pulsweitenmodulierter Signale in ihrer Drehzahl geregelt wer- den.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen Die Erfindung *wird nachfolgend in bevorzugten Ausführungsbeispie- len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt die : x x Figur 1 ein*Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer einfachsten Ausführungsform und die Figuren 2 bis 4 verschiedene Diagramme zur Verdeutlichung ver- schiedener Steuerungsstrategien der erfindungsgemäßen Anordnung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen Anordnung zur Ansteuerung zweier Elektromotoren 10 und 12 die jeweils eine Endstufe 14 beziehungsweise 16 sowie ein zentrales Schaltgerät 30 aufweisen, das Teil einer Gebläse-beziehungsweise Lüftersteuerung eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) bezie- hungsweise dessen Klimatisierungseinrichtung sein können. Bei ei- ner Ansteuerung der insbesondere als Gleichstrommotoren ausge- bildeten Elektromotoren 10 und 12 mittels pulsweitenmodulierter Si- gnale 18 und 20 kann bei einer Pulsweite mit einem Tastverhältnis von circa 50 % eine gleichphasige (Phasenversatz : 0°) oder eine al- ternierende Ansteuerung (Phasenversatz : 180°) erfolgen. Bei einer alternierenden Ansteuerung sind die Phasen der beiden pulsweiten- modulierten Signale 18,20 jeweils so gegeneinander versetzt, dass sich die Schaltflanken der beiden Signale überlappen können.

Zwar bietet der synchrone Betrieb der beiden Elektromotoren 10 und 12 Vorteile für die Dimensionierung der Ansteuerschaltung, doch können die Bereiche mit sich überschneidenden Schaltflanken der pulsweitenmodulierten Ansteuersignale 18 und 20 Probleme berei- ten.

< Das Diagramm der Figur 2 zeigt beispielhaft ein kleines Tastverhält- nis von deutlich weniger als 50 % für beide Motoren. Die pulswei- tenmodulierten Signale 18 und 20 werden hierbei in näherungsweise rechteckförmiger Spannung zwischen einer Minimalspannung ("Low" beziehungsweise Null) und einer Maximalspannung ("High") ange- steuert. Hierbei findet keine Überlappung statt, da bei einem derarti- gen kleinen Tastverhältnis von bspw. weniger als 20 % eine anstei- gende Flanke einer Endstufe immer auf ein Null-Signal bzw. ein "Low"-Signal der jeweils anderen Endstufe trifft. Die Schaltflanken 40 des mit ausgezogener Linie gezeichneten pulsweitenmodulierten Signals 18 des ersten Elektromotors 10 treffen somit niemals gleich- zeitig auf Schaltflanken 40 des mit unterbrochener Linie gezeichne- ten pulsweitenmodulierten Signals 20 des zweiten Elektromotors 12, so dass die genannten negativen Effekte der sog. Spikes nicht auf- treten können.

Das Diagramm der Figur 3 zeigt ein größeres Tastverhältnis von deutlich mehr als 50 %, bei dem sich die Schaltflanken 40 der beiden Signals 18 und 20 nicht überlappen. Hierbei treten die genannten negativen Effekte nicht auf.

Das Diagramm der Figur 4 zeigt einen kritischen Bereich bei einem Tastverhältnis von circa 50 %, bei dem sich die Schaltflanken 40 der von den beiden Endstufen 14 und 16 gelieferten pulsweitenmodulier-

ten Signale 18 bzw. 20 jeweils überlappen. Hierbei entsteht die Ge- fahr von Stromspitzen, die aus Gründen der EMV-Verträglichkeit so- wie aus Gründen der Anlagensicherheit vermieden werden sollten.

Der kritische Bereich der kurzen Stromüberlappungen bzw. kurzen Stromlücken wird typischerweise bei einem Ausgangstastverhältnis von ungefähr 50 % erreicht. Je nach Auslegung der Schaltungs- hardware kann dieser Bereich typischerweise zwischen 45 und 55 % variieren, da die Ansteuersignale etwas verschliffen sind. Ziel ist es, die beiden Motoren 10,12 mit einem konstanten Tastverhältnis an- zusteuern. Kurz vor dem Erreichen des kritischen Bereichs (z. B. bei 47 %) werden die Endstufen 14 und 16 periodisch zwischen den bei- den unkritischen Betriebszuständen umgeschaltet. Erfolgt das Um- schalten mit einer entsprechend hohen Frequenz gegenüber einer Systemzeitkonstanten, ergibt sich der Mittelwert der beiden unkriti- schen Tastverhältnisse an den Motoren, ohne dass das Steuergerät 30 im kritischen Bereich arbeiten muss.

Um beispielsweise bei dem ersten Motor 10 ein Soll-Tastverhältnis von 50 % zu erreichen, kann der Motor 10 auch abwechselnd mit einem Tastverhältnis von 60 % und von 40 % angesteuert werden.

Der Mittelwert der beiden Tastverhältnisse beträgt dann 50 %, wenn die Zeiträume für die Ansteuerung mit den verschiedenen Tastver- hältnissen jeweils gleich sind.

Es kann bspw. ein unkritischer Bereich bei einem Tastverhältnis zwi- schen 0 und 47 % sowie zwischen 53 und 100 % gegeben sein. Das kritische Tastverhältnis beträgt danach zwischen mehr als 47 und weniger als 53 %. Soll das Schaltgerät 30 ein Ausgangstastverhältnis

für beide Motoren von jeweils 48 % liefern, dann kann der Betrieb bspw. alternierend mit 43 % und 53 % erfolgen.

Bei einem Soll-Ausgangstastverhältnis für beide Motoren von jeweils 49 % kann der Betrieb bspw. alternierend mit Tastverhältnissen von 45 % und 53 % erfolgen. Bei einem Soll-Ausgangstastverhältnis für beide Motoren von jeweils 50 % kann der Betrieb bspw. alternierend mit Tastverhältnissen von 47 % und 53 % erfolgen.

Bei einem Soll-Ausgangstastverhältnis für beide Motoren von jeweils 51 % kann der Betrieb bspw. alternierend mit Tastverhältnissen von 47 % und 55 % erfolgen. Bei einem Soll-Ausgangstastverhältnis für beide Motoren von jeweils 52 % kann der Betrieb bspw. alternierend mit Tastverhältnissen von 47 % und 57 % erfolgen.

Die Periode für die zyklische Umschaltung zwischen dem jeweils niedrigeren und dem höheren Wert für das Tastverhältnis zwischen den beiden Motoren hängt von der Systemzeitkonstanten bzw. von den Motorzeitkonstanten ab. Typische Werte hierfür können bspw. zwischen 1 ms und 100 ms (Millisekunden) liegen. Diese Zeiträume sind im Vergleich zu einer typischen Periode eines pulsweitenmodu- lierten Signals von ca. 50 lis relativ lang, aber immer noch kurz ge- nug, damit aufgrund der Trägheit des Systems das Hin-und Her- schalten zwischen den beiden Zyklen als konstantes Ansteuersignal wahrgenommen wird. D. h., es wird keinerlei Drehzahlschwankung der Motoren 10,12 wahrgenommen. Die Erzeugung der Signale so- wie die Umschaltung zwischen den beiden Schaltzyklen wird durch das Schaltgerät 30 vorgenommen, das vorzugsweise einen entspre- chend ausgestatteten Mikrorechner aufweist.

Die Ansteuertastverhältnisse lassen sich nach folgenden Formeln berechnen. Dabei steht Zr für den ersten und alle ungeraden Zyklen und Z2 für den zweiten und alle geraden Zyklen. Znigh bezeichnet die prozentuale Einschaltzeit bzw. die Anschaltdauer, und ZLow bezeich- net die prozentuale Ausschaltzeit bzw. die Ausschaltdauer im Zyklus.

Dann berechnet sich für den ersten und alle ungeraden Zyklen der prozentuale High-Wert bzw. die Anschaltdauer der Ansteuer-FETs im Schaltgerät 30 zu Z1-High = Smax-zul [%] - (A[%]-x[%]) und der prozentuale Low-Wert bzw. die Ausschaltdauer der Signale zu Zl-Low ZI-High Dabei stellt Smax zuì einen prozentualen Wert für das größere zulässi- ge Tastverhältnis dar. Der Parameter"A"steht für den prozentualen Mittelwert des nicht zulässigen Tastverhältnisses, während der Pa- . rameter"x"für eine Bereichsgröße um den Wert"A"in % steht, die nicht zulässig ist.

Für alle geraden Zyklen berechnet sich der prozentuale High-Wert bzw. die Anschaltdauer der Ansteuer-FETs im Schaltgerät 30 zu Z2-High = Smin-zul [%] - (A[%]-x[%]) und der prozentuale Low-Wert bzw. die Ausschaltdauer der Signale zu

Z2-Low-1-Z2-High.

Dabei stellt Smin-zul einen prozentualen Wert für das kleinere zulässi- ge Tastverhältnis dar. Die Parameter"A"und"x"sind die selben wie oben.

Bei Werten für den prozentualen Mittelwert des nicht zulässigen Tastverhältnisses von A = 50 % und für die Bereichsgröße um den Wert A, die nicht zulässig ist von x = 10 % ergeben sich für die zulässigen Tastverhältnisse Smin-zul A-x = 50 %-10 % = 40 % und Smax-zul = A+x = 50 % + 10 % = 60 %.

In der folgenden Tabelle sind die für dieses Beispiel ausgeschlosse- nen Tastverhältnisse aufgetragen. Für jedes ausgeschlossene Tast- verhältnis sind die Ersatztastverhältnisse und der daraus resultieren- de Mittelwert berechnet. Soll bspw. ein Tastverhältnis von 48 % ge- neriert werden, so erfolgt der Betrieb alternierend mit 58 % (High) und 42 % (Low) sowie mit 38 % (High) und 62 % (Low). Soll-Zi-High Zi-Low Zs-High Z2-Low berechneter Tastverhältnis Mittelwert 45 55 45 35 65 45 46 56 44 36 64 46 47 56 43 37 63 47 48 58 42 38 62 48 49 59 41 39 61 49 50 60 40 40 60 50 51 61 39 41 59 51 52 62 38 42 58 52 53 63 37 43 57 53 54 64 36 44 56 54 55 65 35 45 55 55

Selbstverständlich stimmen jeweils die berechneten Mittelwerte mit dem Soll-Tastverhältnis überein. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass darüber hinaus auch andere Kombinationen als die oben angegebenen möglich und sinnvoll sein können.