CN104995523B - 能量供给单元和用于运行用于自给自足地为负载供电的能量供给单元的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于自给自足地为负载(140)供电的能量供给单元(200)。该能量供给单元(240)包括构造用于当电的负载(140)从能量供给网络(115)解耦时，向负载(140)传输电能的能量存储器(ER)。此外，该能量供给单元(200)还包括能量供给调节器单元(100)，该能量供给调节器单元(100)包括与能量存储器(ER)尤其通过二极管耦合的用于接收电能的输入端(110)和用于向负载(140)发送电能的输出端(130)。最后，该能量供给单元(200)包括用于发送监控信号(150、RESET)的监测单元(230)，其中该监测单元(230)构造用于，当施加在输出端(130)和参考电位(120)之间的输出电压(Uout)小于/大于预定义的激活阈值(Uout_ru/Uout_ro)时，将监控信号(150、RESET)设置在激活状态(“0”)。其中该监测单元(230)还如此构造，当不仅输入电压处于复位阈值而且调节器的输出电压处于监测带内时。当识别能量供给调节器单元的输入端(110)和参考电位(120)之间的输入电压过低时，尤其同时伴随着过低的输出电压Uout(130)时，于是再次将监控信号(150、RESET)非激活地切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自给自足地为负载供电的能量供给单元、用于运行用于自给自足地为负载供电的能源供给单元的方法以及涉及一种相应的计算机程序产品。
背景技术
在与安全相关的系统中监控电压调节器的输出电压。如果这种电压调节器的输入电压慢慢减小，如其在基于缓冲的能源储备的系统(气囊等)中可能的，那么在低于最小的调节器输入电压时该输出电压降低。如果该输出电压达到下监测边界，那么触发复位(RESET)信号(用于识别调节器输出端的低电压)，其能够用作用于控制连接在调节器上的负载的监控信号。该RESET(即监控信号RESET)将所有的数字状态复位到初始状态，停止进程中的程序处理且同样停止数字状态机。这同样导致调节器的负载同步降低(同步降低调节器输出电流)。因为在向下离开电压调节范围时该电压调节器具有有限的内阻，从而在该范围内调节器输出电流降低导致通过去除调节器降(Regler-Drop)提高调节器输出电压。这使得，再次超过该RESET下监测边界，其中尤其在强的调节器输入缓冲时(例如在大的能量储存时)产生反复的RESET脉冲。
发明内容
在该背景下提出上述用于自给自足地为负载供电的能量供给单元、人员安全设备、用于运行用于自给自足地为负载供电的能源供给单元的方法以及涉及一种根据独立权利要求的相应的计算机程序产品。有利的技术方案由各从属权利要求和以下说明给出。
在此介绍的方法尤其实现一种用于自给自足地为负载供电的能量供给单元，其中该能量供给单元具有以下特征：
-能量储存器，其构造用于当电负载从能源供给网络解耦时，向负载传输电能；
-能量供给调节器单元，其包括与能量储存器耦合的用于接收电能的输入端和用于向负载发送电能的输出端；以及
-用于发送监控信号的监测单元，其中该监测单元构造用于，当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的调节电压的激活阈值时，或者当施加在输出端和参考电位之间的输出电压大于调节预定义的调节电压的激活阈值时，将监控信号设置为激活状态，其中该监测单元还构造用于，如果该输出电压不破坏激活阈值和/或者施加在输入端和参考电位之间的能量供给调节器单元的输入电压再次高于或者处于复位阈值时，于是将监控信号设置为非激活状态。
此外有利的是，当转换对RESET信号的时间要求时。如果产生从RESET“激活”状态过渡到RESET“非激活”状态的条件，那么在延迟时间之后RESET信号才变得有效。在相反的转换过程中也能够形成“短”过滤器时间含义。
在此介绍的方法也形成一种用于在在此介绍的用于自给自足地为负载供电的变型中运行能量供给单元的方法，其中该方法具有以下步骤：
-当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的激活阈值时，将监控信号设置在激活状态；以及
-当施加在输入端和参考电位之间的输入电压再次超过复位阈值时，将监控信号带入非激活状态。
此外根据一尤其有利的实施方式在此介绍的方法实现用于运行在在此介绍的变型中用于自给自足地为负载供电的能量供给单元的方法，其中该方法具有以下步骤：
-当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的激活阈值时或者当施加在输出端和参考电位之间的输出电压大于预定义的激活阈值时，将监控信号设置为激活状态；其中还进行(短)延迟计时的开始，因此“激活”状态在定义的过滤器时间之后才在监控信号(RESET信号)中变得有效；
-于是如果输出电压没有破坏激活阈值和/或施加在输入端和参考电位之间的能量供给调节器单元的输入电压再次高于或者处于复位阈值时，将监控信号带入非激活状态；以及
-开启进一步的延迟计时，因此非激活状态在定义的最小RESET激活时段之后才在监控信号(RESET信号)中变得有效。
此外介绍一种控制器，其构造用于，在相应的装置中执行或者实施在此介绍的方法的变型的步骤。通过本发明的该实施变型以控制器的形式能够快速和有效地解决基于本发明的任务。
因此，通过在此介绍的方法提出了一种用于运行在在此提出的变型中用于自给自足地为负载供电的能量供给单元的控制器，其中该控制器具有以下特征：
-用于当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的激活阈值时，将该监控信号设置为激活状态的装置；以及
-用于当施加在输入端和参考电位之间的输入电压再次超过复位阈值时，将该监控信号带入非激活状态的装置。
根据本发明特别的实施方式尤其提出一种用于运行在在此提出的变型中用于自给自足地为负载供电的能量供给单元的控制器，其中该控制器具有以下特征：
-用于当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的激活阈值时，将监控信号设置为激活状态的装置和/或用于当施加在输出端和参考电位之间的输出电压大于预定义的激活阈值时，将监控信号设置在激活状态的装置；
-用于启动(短的)延时定时器(定时器)装置，由此RESET信号中的激活状态在定义的过滤器时间之后才变得有效；
-用于如果输出电压不破坏激活阈值且施加在输入端和参考电位之间的能量供给调节器单元的输入电压再次高于或者处于复位阈值，则将监控信号带入非激活状态的装置；以及
-启动另外的延迟定时器，由此监控信号(RESET-信号)中的激活状态在定义的最小的RESET激活时间段之后才变得有效。
上述的控制器能够被理解为电仪器，其处理传感器信号且据此输出控制信号和/或数据信号。该控制器能够具有接口，该接口能够以硬件形式和/或以软件形式构造。在以硬件形式构造时这些接口能够例如是所谓的系统ASIC的部分，其包含控制器的不同作用。然而还可能的是，这些接口是特有的、集成的开关电路或者至少部分地由离散的构件组成。在以软件形式构造时这些接口能够是软件模块，其例如存在于微控制器上与其他的软件模块相邻。
有利的是还有一种包含程序代码的计算机程序产品，该程序代码能够存储在机器可读的载体如半导体存储器、硬盘存储器或者光存储器上且用于当该程序产品在计算机或者设备上执行时，执行根据前述实施方式中任一所述的方法。
自给自足地为负载供电能够被理解为例如以电能供电，该电能从能量供给网络解耦。能量存储器能够被理解为例如电容器或者电化学能量存储器，其在与能量供给网络耦合的时期内充电且在从能量供给网络解耦后在能量供给单元的帮助下能够自给自足地为负载供电。能量供给调节单元能够被理解为这样的单元，其根据在能量供给调节器单元的输出端上输出的电压和/或电流的调节规则来对能量供给调节单元的输入端上的电压和/或电流进行调节。监测单元能够被理解为这样的单元，其对施加在能量供给调节器单元的输入端和/或输出端上的电压进行监测并且输出相应的监控信号。该监控信号能够例如是数字信号且此外例如规定用于，控制、例如中断或者再启动负载的运行和/或作用。监控信号的激活状态能够被理解为这样的信号状态，其通知负载，负载的运行和/或作用将受到压制或者中断。监控信号的非激活状态能够被理解为这样的信号状态，其通知负载，负载的运行和/或作用是不受限制地可执行的。例如预定义的低的电压边界能够被理解为调节输出电压的低的激活阈值，当低于其时监控信号时转入一种状态，其通知负载，负载的运行或作用应该停止或者中断(激活状态)。例如预定义的高的电压边界能够被理解为高的调节输出电压的激活阈值，当超过其时该监控信号转入一种状态，其通知负载，负载的运行或作用应该停止或中断(激活状态)。参考电位能够被理解为例如接地电位或能量供给单元中的其他电位，其用作测量另一连接端或者是能量供给单元的元件接触的电压的参考。
调节输入电压的复位阈值能够被理解为例如预定义的电压边界，其给出指示，再次为或者将为能量存储器充电，从而再次提供电能，以确保负载的运行和作用或者以实现维持至少一确定的时间段(其中该监控信号根据其他条件被带入非激活状态)。
在此介绍的方法基于该认识，即在自给自足地为负载供电的情况下，通过使用到完为止的存储的能量不再能够保证无故障地运行或者无故障地作用，必须避免，由于周期性波动的输出电压而出现的监控信号的再次信号转变，该周期性波动的输出电压导致负载上的故障/干扰。
当在为负载自给自足地供电的情况下存储在能量存储器中的能量不再够用于负载的无故障运行和无故障作用时，通过发送监控信号来停止负载的作用和运行。但是这也将导致，通过降低复位能量供给调节单元的内阻的情况下经过能量供给调节单元的通过电流导致能量供给调节单元的输入端和输出端之间的电压降，其在唯一监测或者是非激活监控信号时在输出电压的基础上能够导致，输出电压再次超过较低的激活阈值且因此复位监控信号。如果此时负载再次激活其运行或者作用，将导致，通过在此使用的经过能量供给调节器单元的通过电流输出电压再次下降到低于激活阈值且因此将再次激活监控信号。因此为了运行负载将提供周期性波动的供电(故障/干扰-危险)。如果在此相反地在附加分析能量供给调节器单元的输入电压的情况下进行监控信号的去激活，那么能够避免这种周期性的过程。
在此介绍的方法显示以下优点，即通过避免在缓慢降低能量供给调节器单元的输入电压(能量存储器中的能量降低)的情况下监控信号中的再次转变，负载不再以周期性波动的输入电压运行和作用，这总体上确保了负载/作用到断开的更加鲁棒和更加可靠的工作方式。
根据本发明一有利的实施方式，监测单元构造用于接着将监控信号设置在激活状态，输入电压低于第二激活阈值(＝能量供给调节器单元的输入电压的阈值)，尤其其中该第二激活阈值等于复位阈值。本发明的这种实施方式显示以下优点，即能够通过技术上简单的手段确保，当作为输出电压低于激活阈值的替代的或附加的技术方案能量供给调节器单元的输入值低于预定义的边界时(低于第二激活阈值)时，于是实现激活监控信号。为此作为前述所谓的监控信号的激活条件的替代的或附加的方案考虑，当即使输出电压(例如通过在全负载范围外运行负载)还未低于激活阈值，但是能量供给调节器单元上的输入电压已经通过低于第二激活阈值得到以下结论，即连接在输入端的负载不再能够运行在全负荷，于是在已知的经过能量供给调节器单元的最大电压降时激活监控信号，即将监控信号设置在激活状态。
此外还有利的是本发明一实施方式，其中监测单元具有至少一个数字电路，尤其是逻辑电路，以产生监控信号。本发明的这种实施方式显示以下优点，通过技术上非常简单的手段能够提供监控信号，其实现用于控制或调节连接在能量供给调节器单元的输出端上的负载的清楚的信号状态。
有利的还有本发明一实施方式，其中监测单元还具有至少一个可复位的触发器元件，尤其是D触发器，以产生监控信号。用于产生监控信号的这种元件，其中尤其获取这种触发器元件的输出端上的监控信号或者由这种触发器元件的输出端的信号传送，能够技术简单地且成本低廉地实施。
为了也在识别能量供给调节器单元上的正确比例(输入电压和输出电压时正确的)后进一步维持监控信号的激活状态一确定的时间段，根据本发明有利的实施方式，监测单元能够具有至少一个数字元件，以定义的周期信号(CLK)周期运行或者根据输出电压周期运行(计数器等等)。
根据本发明另一实施方式监测单元能够具有至少一个数字元件，其根据能量供给调节器单元的输入电压复位。本发明的这种实施方式显示以下优点，再次停止(复位)不依赖于能量供给调节器单元的输出电压存储的监控信号的激活。
尤其为了鲁棒地确保，仅能量供给调节器单元的输出电压的实际下降且没有监控信号的暂态激活，根据本发明一实施方式构造监测单元，以在监控信号从第一状态转变到第二状态时延迟预定义的时间段地输出第二状态的监控信号并且在监控信号从第二状态向第一状态转变时不延迟输出第一状态的监控信号。
尤其有利的是作为带有乘员和/或交通参与者保护设备的车辆的人员安全单元的本发明一实施方式，其作为负载与根据在此阐述的方案的能量供给单元相连接。乘员保护设备能够例如是气囊的控制器、安全带张紧装置或用于在车辆中遮拦的其他元件，其在事故中提高车辆乘员的安全和保护。交通参与者保护设备能够例如是以下设备，其保护位于车辆外部的交通参与者。这种交通参与者能够例如是行人、骑自行车的人、骑摩托车的人或之类。这种交通参与者尤其是弱势的道路使用者，其涉及到车辆例如客车、载重汽车或通常是多轨的车辆。这种交通参与者保护设备能够例如包括外气囊、发动机盖安装设备或之类，以在与车辆碰撞时提高交通参与者的保护。本发明的这种实施方式显示以下优点，乘员保护设备的运行安全通过警告乘员设备的供电电压将是可实现的，尤其当使用用于控制乘员保护设备的运行或作用的监控信号时。
附图说明
以下根据所附附图示范性地进一步阐述本发明。其中：
图1A示出了用于负载的能量供给单元的电路图；
图1B示出了根据图1A构建的能量供给单元在时间过程中的信号图；
图2A示出了根据本发明一实施例的用于负载的能量供给单元的电路图；
图2B示出了根据图2A构建的根据本发明一实施例的能量供给单元的信号图；
图2C示出了根据图2A构建的根据本发明一实施例的能量供给单元的另一信号图；
图3A示出了用于在用于负载的能量供给单元中使用的监测单元的实施例的电路图；
图3B示出了再现根据图3A构建的监测单元的输入量和输出量之间的关系的图表；
图3C示出了在使用根据图3A构建的根据本发明一实施例的监测单元的情况下的另一信号图；
图4A示出了用于在用于负载的能量供给单元中使用的监测单元的另一实施例的电路图；
图4B示出了再现根据图4A构建的监测单元的输入量和输出量之间的关系的表格；
图4C示出了在使用根据图4B构建的根据本发明一实施例的监测单元的情况下的另一信号图；以及
图5示出了根据本发明一实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在优选的本发明的实施例的以下阐述中为在不同附图中所示的和作用相似的元件使用相同或相似的附图标记，其中省略再次阐述该元件。
为了阐述基于在此介绍的方法的问题，图1A示出了由能量储存装置ER缓冲的电压调节器100的方框图，其设计作为具有RESET监测和电流限制的P型MOSFET电压调节器。该电压调节器100由能量储存装置ER，例如输入端110上的电容器供电，其中该能量储存装置ER由能量供给网络115充电且在断开该能量供给网络115后承担自给自足地为电压调节器100供电。此外，输入电压Uin落在在输入端110和参考电位120、这里为接地电位之间。在输出电流IL时，在电压调节器100的输出端130上输出可调的电压Uout(关于参考电位120)，输出电流IL表示总电流，其能够供给电压调节器100的负载140总和。其中该负载140完全能够通过RESET信号控制，RESET信号作为电压调节器100的监控信号150输出。在以下阐述中使用监控信号、RESET、RESET信号和RESET状态的概念，其中这些概念在内容上根据上下文被认为是信号或者监控信号的值。
如从根据图1B的图中得知，图1A中所示的系统在自给自足的情况下，即在断开能量供给网络115时如下作用：
电压调节器100的输入电压Uin下降，其中通过电压调节器100的内阻Ri在(流过的)电流IL_on中也记录关于电压调节器100上的取决于负载电流的电压降(电压下降)，当其离开调节范围时。因此从时间点t2开始输出电压Uout以与输入电压Uin的电压差Udrop下降。其中在由电压调节器100原本争取的调节电压Uout_reg到输出端130的(最小的)低电压边界之间的差160已经超过在时间点t3的输出电压。因此一旦满足
Uin﹤Uout_reg+Ri×IL_on
电压调节器100的输出电压Uout立即离开调节范围。
例如在IL＝1A，Ri＝1Ohm且从Uin<7.7V开始Uout_reg＝6.7V，其中Ri表示P沟道MOSFET调节器100的内阻且IL_on表示在非激活监控信号时调节器输出端130的负载电流IL之和时，输出电压Uout离开调节范围。
调节器100的输入电压Uin能够进一步减小，直至输出电压Uout达到调节器输出电压Uout的低电压监测边界Uout_ru。于是产生低激活RESET信号，以防止或断开这个或这些负载140的运行和/或作用，从而于是仅仅电流IL_off流过输出端130。RESET低电压边界符合例如：Uout_ru＝Uout_reg-200mV。
用于RESET激活的调节器的输入条件能够如下表示：
Uin(reset)＝Uout_ru+IL_on×Ri＝Uout_reg-200mV+1V＝7.5V
当监控信号激活时(即RESET出现)，这在调节器100的负载电流IL上有同步的反作用。在激活的监控信号＝RESET期间，该负载电流为：
IL_off＝k×IL_on(k＝0…1)例如0.5×IL_on，
通过RESET在调节器输出端130上立即出现电压升。
理论上该电压升为Ri×(IL_on-IL_off)；以上示例的电压升度为0.5V。但是该升高由调节器限制在调节器电压Uout_reg上。
因此在根据图1B的示图中通过RESET条件(即监控信号RESET的激活条件)的产生，这立即被再次同步抵消且RESET状态仅仅在正进行的RESET时期Tr保持有限地获取。在该时间内输入电压Uout也减小，因为没有新的来自车辆供给的能量通过能量供给网络的形式供给能量存储装置ER且此时其应当满足充电电流IL_off。
如果在RESET单稳态触发器时间Tr的终点，电压调节器100的输入电压Uout在条件
Uin(dauer_reset)＝Uout_ru+IL_off×Ri
时(例如7V)下降，其始终维持监控信号RESET有效(时间点t4)，否则系统再次解锁且重新复位。因此如根据图1B的图中所示出现反复的RESET非激活/激活状态(也称作RESET脉冲)，如其在时间段165中被识别。
能够看出在此提出的方法的一重要方面，即避免在缓冲的系统中，由于同步的用于触发RESET而降低的调节器电流IL，出现反复的RESET脉冲。由此在断开收紧系统、如气囊或者是作为负载140的其控制器时避免不稳定性，因为新的RESET解锁正好在调节器输出端130的未调节的电压变化的范围(低电压RESET阈值Uout_ru和调节电压Uout_reg之间的范围)内实现。
因此通过在此介绍的方法在同步于下降的调节器输出电流IL的激活的RESET时也应该实现稳定的RESET预定值(即用于激活监控信号RESET的稳定的激活预定值)。
在此提出的方法规定由能量存储装置ER缓冲的包括输出电压的高电压监测和低电压监测以及调节器输入电压的附加阈值监测的电压调节器100，这样，即在出现过低的输出电压Uout_ru(＝在所有连接的负载140还完全按照规范作用时的低保障电压)时存储该状态，当附加地该调节器输入电压也更小如Uin_min(＝低保障的调节器输入电压Uin，其中调节器100还能够根据规范提供全电流负载IL(＝Iout_max)情况下的正常输出电压Uout)时。
图2A示出了由能量存储装置缓冲的包括对应于在此介绍的方法的取决于负载电流的RESET发生的电压调节器100。在此该电压调节器100具有能量供给单元，其此外还具有能量存储装置ER和构造用于发送监控信号RESET的监测单元200。还构成电压调节器200(其也被称为能量供给调节单元)的输入端的能量供给单元200的输入端，通过供给电路210与能量存储装置ER和能量供给网络115连接，其中修正元件215将电能从能量供给网络215引向向上转换电路220，该向上转换电路220再次与电压调节器110的输入端110连接。此外附加地由微控制器μC控制的包括可调的通过电流的负载电路225连接具有能量存储装置ER的向上转换器220(在充电过程中)。此外二极管(能量存储装置ER上的阳极)电性地将其与用于在自给自足时输出电流的输入端110。能量供给单元200的输出端，其也是电压调节器100的输出端，再次与这个或者这些负载140相连接。
不同于电压调节器100，如其在图1A中所示，此时监控信号150(RESET)由具有驱动器235的监测单元230传输。监测单元230监测输入电压Uin、输出电压Uout并由此测定不同的中间信号，这些中间信号用于测定监控信号RESET。例如测定第一中间信号CUin_min，其中设置具有电阻R1和R2的分压器上的输入电压Uin，其中在电阻R1和R2之间的截取点与第一比较器CMP1的反向输入端导电地设置。第一比较器CMP1的反向输入端与第一参考电压VREF_TEST1相连接，其与分压器比((R1+R2)/R2)一起相当于以下还进一步阐述的复位阈值(＝VREF_TEST1*(R1+R2)/R2)。于是在第一比较器CMP1的输出端能够获取第一中间信号CUin_min，其具有高信号电平(即逻辑“1”)，当该输入电压Uin大于复位阈值时。
输出电压Uout通过分压器与四个串联连接的电阻R3、R4、R5和R6设置。电阻R3和R4之间的截取点与第二比较器CMP2的反向输入端导电地设置。第二比较器CMP2的反向输入端与第二参考电压VREF_TEST2相连接，其中在第二比较器CMP2的输出端上能够获取第二中间信号CUout_ru。于是在第二比较器CMP2的输出端上能够获取第二中间信号CUout_ru，其具有高信号电平(即逻辑“1”)，当调节器的输出电压Uout大于低的允许边界时(Uout_ru)。
电阻R5和R6之间的截取点与第三电容器CMP3的反向输入端导电地连接。第三电容器CMP3的非反向输入端与第三参考电压VREF_TEST3相连接，其中在第三电容器CMP3的输出端上能够获取第三中间信号CUout_ro。
于是在第三电容器CMP2的输出端上能够获取第二中间信号CUout_ro，其具有高信号电平(即逻辑“1”)，当调节器的输出电压Uout小于高的允许边界时(Uout_ro)。
该第一、第二和第三参考电压VREF_TEST1、VREF_TEST2以及VREF_TEST3也能够采用相同的值。
在电阻R4和R5之间的截取点上能够获取第四中间信号VREG_set。
除了供给电压VDD和数字电路240的周期信号CLK以外在此提供第一中间信号CUin_min、第二中间信号CUout_ru和第三中间信号CUout_ro，该数字电路240具有例如一个或多个逻辑元件、计数器、触发器或者之类，以能够提供由驱动器235放大的监控信号RESET，如以下将进一步阐述。
为了进一步阐述监测单元230的作用方式还应该进一步理解以下信号：
在此在VREF_TEST(即VREF_TEST1、VREF_TEST2或者是VREF_TEST3)下总结一个或多个用于电压监测的参考电压电平。其在基于Uin的分立的电压调节器和在基于合适的系统电压的集成的系统模块中通过带隙的预稳定产生，这在本说明书中不应进一步作为主题。
变量CLK表示上述用于产生必要的调节器周期(如果使用开关调节器)以及用于在调节器输出条件和输入条件过渡到“好”状态时产生定义的RESET跟踪时间或者是用于产生过滤器时间的时钟信号(即周期信号)。
标记VDD表示用于为逻辑240供电的辅助电压。
变量VREG_set表示调节器反馈电压(Uout的实际值)。
变量VREF_REG表示用于电压调节的参考电压。如果在基于Uin的分立的电压调节器或者在根据合适的系统电压的集成的系统模块中通过具有带隙的预稳定产生，这在该说明书中不应进一步作为主题。
尤其通过元件R1、R2、CMP1、Uin，VREF_test来描述用于在限定的阈值(Uin min)上用于监测电压Uin的电路，其中当Uin＞Uin min时适用于CUin min＝“高”且当Uin＜＝Uinmin时适用于CUin min＝“低”。
图2B中再现了各信号的波形图，其在根据图2A的电路图中示出。在此尤其示出输入电压Uin的时间曲线、输出电压Uout的时间曲线和监控信号RESET的时间曲线。
在第一时间点t1时(从通过能量供给网络的正常供给的状态270开始)开始减少对缓冲的调节器供电，例如在采用自给自足的情况下。在第二时间点t2时输入电压Uin低于单个的(根据调节器内阻Ri和施加在调节器100上的负载数量)阈值Uin_mina(应用)，其中输出电压Uout不再能够保持在调节值Uout_nom(额定)上。从第三时间点t3开始输出电压Uout低于值Uout_ru且因此低于阈值，其中根据过滤器时间Tf触发监控信号RESET，(即在状态“低”上监控信号发生信号转换)。在第四时间点t4时触发监控信号RESET(即激活且在状态“低”)且调节器的电流负载从IL_on减小到IL_off，由此在更小的调节器降时输出电压Uout再次增大到(能够根据应用增大)额定的调节器电压Uout_nom。在第五时间点t5时通过恢复调节器电压大于Uout_ru来触发RESET跟踪时间Tr并且在更小地降低输入电压Uout时由于大大降低的在时间点t6处的RESET的负载而再解除。在时间点t6时逻辑单稳态触发器时间Tr(即RESET跟踪时间)结束且RESET再次被解除。为了调节器(覆盖调节器的输出电容器)降低的负载电流延迟地升到额定电流，因此关于调节器的下降增大且例如在时间点t3时符合RESET条件。该过程反复进行直至不符合Uin≤Uout_ru+Udrop@IL_off。
图2C示出了作为在此介绍的能量供给单元的属性的输入电压、输出电压和监控信号的信号电平值的另一流程图。根据本发明一实施例在此在RESET逻辑240中对应于根据图2A的方框图重新规定以下内容。如果在时间点t3时在输出电压Uout中识别低压(即＝CUout_ru＝0或者“低”)，那么在过滤器时间(Tf1>＝0)之后存储该状态，如果在该时间点时该重新添加地监测输入电压Uin也表示过低的输入电压(即CUin_min＝0；Uin<＝Uin_min)。该存储的低压复位条件一直保持有效，直至输入电压Uin未再次超过值Uin_min。如果输入电压高于Uin_min，存储在RESET逻辑中用于构造监控信号RESET的值复位或失效。
在此RESET条件(监控信号RESET)再次仅取决于输出电压Uout的监测。如果输出电压Uout在监测带(CUout_ru＝1；CUout_ro＝1)，那么触发用于RESET跟踪时间生成的单稳态触发器(还可以是数字元件、计数器等)。如果跟踪时间结束，那么该RESET信号设置在“未激活”，即逻辑“1”。也就是说，当RESET信号通过调节器输出端130上的低电压识别故障时，则重新监测输入电压Uin仅仅起一个作用。接着存储低压复位信号RESET(即监控信号)的“激活”状态，一旦调节器130的输入电压Uin也还变得低于为了在全电流负载IL_max下产生正确的输出电压Uout所必须的。存储在RESET逻辑中的用于构建监控信号RESET“激活”(＝过低的调节器输入电压Uin<Uinmin以及过低的调节器输出电压Uout<Uout_ru)的状态被再次立即或者过滤地保存，一旦输入电压Uin大于Uin_min。因此启动到此未供电的调节器没有缺点。
图3A示出了根据本发明一实施例用于在能量供给单元中使用的监测单元230的一实施例的方框图。由根据图3A的方框图显而易见的是，根据本发明一实施例第二中间信号CUout_ru通过反向器310反向且该反向的中间信号CUout_ru于是被发送到D触发器315的D输入端。第一中间信号CUin_min和第二中间信号CUout_ru均发送到NOR-门320的输入端上，其中NOR-门320的输出信号在第一延迟单元325中传导，其中当信号电压从逻辑0变换到逻辑1时实现以时间段Tf1延迟发送信号CP，相反当信号转换从逻辑1到逻辑0时不进行信号CP中的信号转换延迟。信号CP被结合到D触发器315的周期输入端并且用作D触发器315的周期。第一中间信号CUin_min还被传输给第二反向器330，其将反向的第一中间信号CUin_min作为复位信号引到D触发器315的复位信号输入端上。反向器310、D触发器315、NOR-门320、第一延迟单元325和第二反向器330在此形成逻辑电路332，该逻辑电路332发送逻辑信号SPCUout_ru。该逻辑信号SPCUout_ru能够在反向输出端获取，于是除了第二和第三中间信号CUout_ru或者是CUout_ro之外该反向输出端均被引到AND-门335的输入端上。AND-门335的输出端被引向第二AND-门340的第一输入端上，其中在第二AND-门340的第二输入端上引入第二，由周期信号CLK作为周期的延迟元件345的输出端的信号电位。当AND-门335的输入端上的电平从逻辑值0转换到逻辑值1时，该第二延迟元件345延迟AND门335的输出端上的信号时间段Tr且其中当AND-门335的输出端上的电平从逻辑值1转换到逻辑值0时，AND-门335的输出端上的信号不被延迟。于是当第三AND-门350的输出端上的电平进行从逻辑值1到逻辑值0的转换时，能够在另一AND-门340的输出端上获取的信号在使用第三延迟单元350的情况下延迟时间段Tf2且其中当第三AND-门350的输出端上的电平进行从逻辑值0到逻辑1的转换时，不延迟第三AND-门350的输出端上的信号。于是由第三延迟单元350发出的信号能够被看作监控信号RESET，其通过驱动器235放大且向相应的负载140发送。
在考虑以下关系的情况下根据图3B的表格中所示的关系适用于目标作用355，其再现了D触发器315的输入端360和D触发器315的输出端370。
图3C示出了信号Uin、CUin_min、CUout_ru、CP、D、CUout_ro和RESET的信号电平的流程图，其在布置和连接对应于根据图3A的示意图的元件时产生。
图4A示出了用于在能量供给单元的一实施例中使用的监测单元230的另一实施例的电路图。不同于图3A中所示的监测单元230的一实施例的电路图此时不同地构建逻辑单元332。尤其在此通过第一反向器310反向第一中间信号CUin_min并引向D触发器315的D输入端。此外该第二中间信号CUout_ru通过另一反向器410反向并且作为周期信号引向D触发器315的周期输入端。由逻辑电路332发出的信号，其此时被称作SPCUnin_min并且表示用于监测输入电压的状态信号，在此与第二和第三中间信号一起均引向AND门335的输入端。
在考虑以下关系的情况下根据图4B的表格中所示的关系适用于RESET状态的目标作用455，其再现了D触发器315的输入端460和D触发器315的输出端470。
图4C示出了信号Uin、CUin_min、CUout_ru、CP、D、CUout_ro和RESET的信号电平的流程图，其在布置和连接对应于根据图4A的示意图的元件时产生。
图5示出了用于运行根据前述用于为负载自给自足地供电的变型的根据本发明一实施例的能量供给单元的方法500的流程图。该方法500包当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的激活阈值时，将监控信号设置在激活状态的步骤510。此外该方法500还包括当施加在输入端和参考电位之间的输入电压再次高于复位阈值时，将监控信号带入非激活状态的步骤520。
综上可知，存储在逻辑电路332中的状态(Uout<＝Uout_ru)＝SPCUout_ru(当对应于根据图3A的电路图设置逻辑电路332时在激活“0”)控制外部RESET状态为激活的(例如通过逻辑“0”表示)。该由逻辑电路332存储的状态SPCUout_ru不直接取决于输出电压Uout。如果调节器输出电压Uout再次超过边界Uout_ru，那么SPCUout_ru不可避免地改变；也就是说在正确的调节器100的输出电压Uout时RESET也被发送为激活的(＝“0”)。
其保持静态，直至调节器110的输入电压Uin再次超过边界Uin_min。如果其出现，那么存储的状态被设置为非激活的(也就是说，不再存在对RESET的影响；因此SPCUout_ru取决于Uout)。如果在该时间点输入电压Uout<＝Uout_ru，那么外部RESET输出端被静止地保持在激活的(“0”)。如果输出电压Uout超过边界Uout_ru或者已经超过其，那么RESET输出端150仅仅还在RESET跟踪时间Tr被保持在激活的(即“0”)。如果RESET在非激活状态(即“高”)且是SPCUout_ru(非激活的，即在根据图3A的示意图的电路中为“1”)，调节器100的输入电压Uin的监测不作贡献。这具有以下优点，即在自给自足的情况下减小的调节器输入电压Uin不取决于预定义的边界，而是RESET由于分立的调节器和负载参数出现，该负载参数造成调节器100的下降，这造成低于与输出端130相关的边界。
由此能量存储装置ER各自被使用直至最低的Uin边界。在启动系统时不出现变化或者相反地，复位跟踪时间能够短期保持，因为其不再正确地用于阻碍多倍的RESET过程。调节器100的输入电压Uin根据ER电压快速地(<2ms)通过向上变频器(根据图2A的向上变换器)被带到20...35V的电压上。这具有以下优点，即该在启动时对RESET解除必须的超过最坏情况的调节器100的输入电压Uin用于在满载(ILmax)Uin_min时发送正确的输出电压Uout不在更长的等待时间之后。此外该方案也适用于具有N沟道MOSFETS或NPN型晶体管的电压调节器。
所述的和在这些附图中所示的实施例仅示范性地选取。不同的实施例能够全部地或者以单个特征相互结合。实施例也能够通过另一实施例的特征补充。
此外根据本发明的方法步骤能够反复地以及以不同于所述的顺序执行。
实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”结合，从而其得出，根据实施方式的实施例不仅具有第一特征而且具有第二特征以及根据另一实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。
Claims (23)
1.用于自给自足地为负载(140)供电的能量供给单元(200)，其中，所述能量供给单元(200)具有以下特征：
-能量存储器(ER)，其构造用于，当电的负载(140)从能量供给网络(115)解耦时，向所述负载(140)传输电能；
-能量供给调节器单元(100)，其包括与所述能量存储器(ER)耦合的用于接收电能的输入端(110)和用于向所述负载(140)发送电能的输出端(130)；以及
-监测单元(230)，其用于发送监控信号(150、RESET)，其中，所述监测单元(230)构造用于，当施加在所述输出端(130)和参考电位(120)之间的输出电压(Uout)小于预定义的第一激活阈值(Uout_ru)或者大于预定义的第二激活阈值(Uout_ro)时，将所述监控信号(150、RESET)设置为激活状态(“0”)，其中，所述监测单元(230)进一步构造用于，当施加在所述输入端(110)和所述参考电位(120)之间的输入电压(Uin)再次高于或者处于复位阈值(Uin_min)时，将所述监控信号(150、RESET)接着复位到非激活状态(“1”)。
2.根据权利要求1所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)构造用于，当一次性地或者在确定的时间窗(Tf1)中所述输入电压(Uin)小于第三激活阈值(Uin_min)和/或所述输出电压(Uout)小于所述第一激活阈值(Uout_ru)时，不依赖于调节器输出电压监测地将所述监控信号(150、RESET)保持在激活状态(“0”)。
3.根据权利要求2所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)被如此构造，以当所述输入电压(Uin)小于所述第三激活阈值(Uin_min)时，将所述监控信号(150、RESET)切换为激活状态(“0”)。
4.根据权利要求2所述的能量供给单元(200)，其特征在于，如此构造所述监测单元(230)，使得如果所述输入电压(Uin)大于或者等于预定义的复位阈值，则将所述监控信号(150、RESET)切换为非激活状态(“1”)。
5.根据权利要求1所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)具有至少一个数字电路(240)，以产生所述监控信号(150、RESET)。
6.根据权利要求1所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)具有至少一个数字电路(240)，其构造用于以连续的数字时钟信号周期运行，以用于确定至少一个跟踪时间，其中过滤器和/或所述监控信号(RESET)保持在所述激活状态。
7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)具有一个或多个能复位的触发器元件(315)，以产生所述所述监控信号(150、RESET)。
8.根据前述权利要求1至6中任一项所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)具有至少一个能复位的触发器元件(315)，其能根据所述输入电压(Uin)复位。
9.根据前述权利要求1至6中任一项所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)具有至少一个能复位的触发器元件(315)，其能根据所述输出电压(Uout)和/或所述输入电压(Uin)来周期运行。
10.根据前述权利要求1至6中任一项所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)构造用于，在所述监控信号(150、RESET)从第一状态(“1”)向第二状态(“0”)转换时延迟预定义的时间段(Tf2)并且在所述监控信号(150、RESET)从所述第二状态(“0”)向所述第一状态(“1”)转换时不延迟在所述第一状态(“1”)的所述监控信号(150、RESET)的发送。
11.根据权利要求2所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述第三激活阈值(Uin_min)等于所述复位阈值(Uin_min)。
12.根据权利要求2所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述监测单元(230)被如此构造，以当所述输入电压(Uin)不取决于所述能量供给调节器单元(100)的所述输出电压(Uout)的监测地小于所述第三激活阈值时，将所述监控信号(150、RESET)切换为激活状态(“0”)。
13.根据权利要求3所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述第三激活阈值(Uin_min)被选择为，使得所述能量供给调节器单元(100)的所述输出电压(Uout)直至相当于所述第三激活阈值(Uin_min)的电压值，也在全电流负载的情况下不超过所述输出电压的可调的电压范围。
14.根据权利要求4所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述复位阈值被选择为，使得所述能量供给调节器单元(100)的所述输入电压(Uin)在存在能量存储器的有限的内阻时也通过复位所述输出电压而导致所述能量供给调节器单元(100)的电流负载降低不离开可调的输入电压范围。
15.根据权利要求4所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述复位阈值被选择为相当于这样的值，其被所述第三激活阈值加上，以能够确定最大电流(ILonmax)乘以所述能量存储器(ER)和/或至所述能量供给调节器单元(100)的输入端(110)的二极管连接的内阻(Ri)的乘积。
16.根据权利要求5或6所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述数字电路(240)是逻辑电路。
17.根据权利要求7所述的能量供给单元(200)，其特征在于，所述能复位的触发器元件(315)是D型触发器。
18.用于具有乘员和/或交通参与者保护设备的车辆的人员安全单元，所述人员安全单元作为负载与根据权利要求1至17中任一项所述的能量供给单元(200)相连接。
19.用于运行根据权利要求1至17中任一项所述的用于自给自足地为负载(140)供电的能量供给单元(100)的方法(500)，其中，所述方法(500)具有以下步骤：
-当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的第一激活阈值时，将所述监控信号(150)设置(510)为激活状态，或者
当施加在所述输出端和参考电位之间的输出电压大于预定义的第二激活阈值时，将所述监控信号(150)设置为激活状态；
-如果施加在所述输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的第一激活阈值且施加在所述能量供给单元(200)的输入端和参考电位之间的输入电压小于预定义的第三阈值，按以下设置(520)所述监控状态，即将所述监控信号(150)设置为激活状态；以及
-如果施加在所述输出端和参考电位之间的输出电压大于预定义的第一激活阈值且小于第二激活阈值并且施加在所述能量供给单元(200)的输入端和参考电位之间的输入电压大于预定义的第四激活阈值和/或所述监控信号(150)的跟踪时间(tr)结束，按以下复位(530)所述监控状态，即将所述监控信号(150)设置为非激活状态。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，当施加在所述输出端和所述参考电位之间的输出电压小于预定义的所述第一激活阈值且超过过滤器时间(tf2)时，将所述监控信号(150)设置为激活状态。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，当施加在所述输出端和所述参考电位之间的输出电压大于预定义的所述第二激活阈值且超过过滤器时间(tf2)时，将所述监控信号(150)设置为激活状态。
22.用于运行根据前述权利要求1至17中任一项所述的用于自给自足地为负载供电的能量供给单元(200)的方法(500)，其中所述方法(500)具有以下步骤：
-当施加在输出端和参考电位之间的输出电压小于预定义的激活阈值时，将所述监控信号设置(510)为激活状态；以及
-当施加在所述输入端和所述参考电位之间的输入电压再次超过复位阈值时，将所述监控信号带入(520)非激活状态。
23.计算机可读介质，其具有程序代码，当所述程序代码在根据权利要求1至17中任一项所述的能量供给单元(200)上执行时，所述程序代码用于执行所述根据权利要求19所述的方法。
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