DE10024853A1 - Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Versorgungsspannung - Google Patents
Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer VersorgungsspannungInfo
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Abstract
Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines aus einer Batteriespannung (V¶B¶) mittels eines mit konstanter Frequenz und konstantem Tastverhältnis betriebenen Spannungshochsetzers und eines diesem nachgeschalteten Spannungsreglers erzeugten Versorgungsspannung (V¶CC¶) für elektronische Geräte, wobei der Spannungshochsetzer nur dann in Betrieb ist, wenn die Batteriespannung (V¶B¶) unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts (V¶S¶) liegt, und wobei andernfalls die elektronischen Geräte direkt aus der Batteriespannung (V¶B¶) versorgt werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung
einer Versorgungsspannung, insbesondere der Versorgungsspan
nung elektronischer Geräte in einem Kraftfahrzeug, nach den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Werden beispielsweise in einem Kraftfahrzeug elektronische
Geräte wie ein Motorsteuergerät ECU an einer aus einer Batte
riespannung VB (üblicherweise VB = 12 V) erzeugten Versor
gungsspannung VCC (üblicherweise VCC = 5 V) betrieben, so ist
dieser Batteriespannung VB eine Vielzahl transienter Span
nungsänderungen überlagert. Beispielsweise kann die Batterie
spannung während eines Startvorgangs auf bis zu VB < 5 V ein
brechen. Dann ist ein für die Regelung der Versorgungsspan
nung vorgesehener linearer Spannungsregler nicht mehr in der
Lage, an seinem Ausgang eine Versorgungsspannung VCC = 5 V
aufrecht zu halten. Es wird ein Resetimpuls zum Abschalten
der angeschlossenen elektronischen Geräte ausgelöst. Ein Ab
schalten beispielsweise eines elektronischen Motorsteuerge
räts während eines Startvorgangs ist jedoch nicht zulässig.
Bisher wird dem linearen Spannungsregler ein permanent arbei
tender Spannungs-Hoch/Tiefsetzer (sog. Buck-Boost-Converter,
mit einer Spule, einem in Reihe mit ihr liegenden Schalter
und einem den Spulenausgang kurzschließenden Schalter mit um
fangreicher Steuerlogik) vorgeschaltet, welcher eine weitge
hend konstante Eingangsspannung (mit Ausnahme unvermeidlicher
Schaltspitzen, sofern keine gut dimensionierte Siebung vor
handen ist) für den linearen Spannungsregler liefert. Diese
Lösung ist jedoch technisch aufwendig und teuer.
Alternativ wird die 5 V-Resetschwelle abgesenkt und so ge
wählt, daß sie bei einer auf 5 V abgesenkten Batteriespannung
VB und einem unvermeidlichen Spannungsabfall am Spannungsreg
ler noch nicht unterschritten wird. Diese Lösung hat den
Nachteil, daß die verwendeten Bauteile für im Motorsteuerge
rät befindliche Mikrocontroller einen nach unten erweiterten
Versorgungsspannungsbereich unterstützen müssen, der jedoch
zukünftig durch ansteigende Leistungsfähigkeit zusehends ein
geschränkt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Aufrecht
erhaltung einer Versorgungsspannung zu schaffen, welche bei
einfacherem Aufbau und geringeren Kosten arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst.
Danach ist ein dem Spannungsregler vorgeschalteter einfacher
Spannungshochsetzer (Boost-Converter) vorgesehen, der nicht
geregelt, sondern lediglich mit konstanter Frequenz und kon
stantem Tastverhältnis betrieben wird, und nur dann einge
schaltet ist, wenn die Batteriespannung VB einen vorgegebenen
Schwellwert VS unterschreitet. Der Spannungshochsetzer wird
auf eine Ausgangsspannung gebracht, die dem nachfolgenden
Spannungsregler erlaubt, die benötigte Versorgungsspannung zu
erzeugen. Bei einer Batteriespannung VB oberhalb der Schwell
spannung VS ist der Spannungshochsetzer abgeschaltet, da er
dann nicht benötigt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer schematischen
Zeichnung näher erläutert.
In der einzigen Figur ist in einem punktierten Rahmen ein
Spannungshochsetzer dargestellt, an dessen Eingang E die Bat
teriespannung VB angelegt ist. An seinem Ausgang A ist eine
Spannung VIN abgreifbar, welche an den nicht dargestellten
linearen Spannungsregler als dessen Eingangsspannung angelegt
wird. Zwischen Eingang E und Ausgang A des Spannungshochset
zers ist eine Reihenschaltung einer Spule L und einer in
Richtung vom Eingang E zum Ausgang A stromleitenden Diode D1
angeordnet.
Der Spannungshochsetzer weist einen Komparator K auf, an des
sen einem Eingang die Batteriespannung VB, und an dessen an
derem Eingang ein vorgegebener Schwellwert VS liegt. Der Aus
gang des Komparators K ist mit einem Eingang eines UND-
Gliedes U verbunden. Der andere Eingang des UND-Gliedes U ist
mit dem Ausgang eines Signalgenerators PWM verbunden.
Die Funktionen von Komparator (K), Signalgenerator (PWM) und
UND-Glied (U) können durch einen Mikroprozessor ausgeführt
werden, wenn ein solcher ohnehin vorhanden ist und diese
Funktionen übernehmen kann.
Der Ausgang des UND-Gliedes U ist mit dem Gateanschluß (Ba
sis) eines Schalttransistors T verbunden, dessen Drainan
schluß (Kollektor) mit dem Verbindungspunkt von Spule L und
Diode D1 verbunden ist.
Als Verpolschutz für die Batteriespannung VB kann zwischen
Drainanschluß und Spule L eine zum Drain hin stromleitende,
weitere Diode D2 vorgesehen sein, die im Falle einer Verpo
lung der Batteriespannung VB einen zu hohen Rückstrom durch
den Schalttransistor T verhindert.
Der Sourceanschluß (Emitter) des Schalttransistors T schließ
lich ist mit Bezugspotential GND verbunden. Die Ausgangsspan
nung VIN wird durch einen zwischen Ausgang A und Bezugspoten
tial GND angeordneten Kondensator C geglättet.
Sinkt die Batteriespannung VB, beispielsweise 12 V, unter den
Schwellwert VS beispielsweise 6.5 V, so erscheint am Ausgang
des Komparators K ein Ausgangssignal, beispielsweise ein H-
Signal, welches das UND-Glied U für Ausgangssignale des Sig
nalgenerators PWM durchlässig macht. Von diesen Ausgangssig
nalen des Signalgenerators PWM wird der Schalttransistor T
wechselweise leitend und nichtleitend gesteuert. Diese Aus
gangssignale des Signalgenerators PWM sind Signale mit kon
stanter Frequenz und konstantem Tastverhältnis. Frequenz und
Tastverhältnis sind dabei so bemessen, daß der Spannungshoch
setzer bei beispielsweise minimal noch zulässiger Batterie
spannung VB = 5 V eine Ausgangsspannung VIN von wenigstens
6.5 V erzeugt.
Während jeder stromleitenden Periode des Schalttransistors T
fließt infolge der angelegten Batteriespannung VB ein anstei
gender Strom vom Eingang E über die Spule L, die aufgeladen
wird, über die weitere Diode D2, wenn vorhanden, und den
Schalttransistor T zum Bezugspotential GND. Wird der Schalt
transistor T nichtleitend, so fließt der Strom durch die Spu
le weiter, die jetzt entladen wird, nun aber über die Diode
D1 in den Kondensator C, dessen Spannung infolge dessen an
steigt.
Bei einer erforderlichen Versorgungsspannung von 5 V soll am
Spannungsregler eine minimale Eingangsspannung VIN von 6.5 V
liegen, selbst wenn die Batteriespannung VB bei minimal 5 V
liegt. Wenn (bei VB < VS) die Spannung VIN infolge der Aufla
dung des Kondensators C über diesen Wert ansteigt, so spielt
das keine Rolle, da der Spannungsregler Eingangsspannungen
bis über 12 V hinaus verträgt.
Steigt die Batteriespannung wieder über den Schwellwert VS,
so wird das UND-Glied U vom Ausgangssignal des Komparators K,
und damit auch der Boost-Converter, gesperrt. Die Spannungs
versorgung des Spannungsreglers erfolgt dann wieder direkt
durch die Batteriespannung VB über Spule L und Diode D1.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer aus einer Batte
riespannung (VB) mittels eines Spannungssetzers und eines
diesem nachgeschalteten Spannungsreglers erzeugten Versor
gungsspannung (VCC) für elektronische Geräte, insbesondere in
einem Kraftfahrzeug,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungssetzer ein mit konstanter Frequenz und kon stantem Tastverhältnis betriebener Spannungshochsetzer ist,
welcher nur dann in Betrieb ist, wenn die Batteriespannung (VB) unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts (VS) liegt,
welcher, auch bei minimal zulässiger Batteriespannung (VB), wenigstens eine minimale Eingangsspannung (VIN) für den Span nungsregler bereitstellt, und
daß die elektronischen Geräte direkt aus der Batteriespannung (VB) versorgt werden, wenn diese oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts (VS) liegt.
daß der Spannungssetzer ein mit konstanter Frequenz und kon stantem Tastverhältnis betriebener Spannungshochsetzer ist,
welcher nur dann in Betrieb ist, wenn die Batteriespannung (VB) unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts (VS) liegt,
welcher, auch bei minimal zulässiger Batteriespannung (VB), wenigstens eine minimale Eingangsspannung (VIN) für den Span nungsregler bereitstellt, und
daß die elektronischen Geräte direkt aus der Batteriespannung (VB) versorgt werden, wenn diese oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts (VS) liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Eingang (E) des Spannungshochsetzers, an den die Batteriespannung (VB) angelegt ist, und seinem Ausgang (A), an dem die Eingangsspannung (VIN) für den Spannungsreg ler abgreifbar ist, eine Reihenschaltung einer Spule (L) und einer in Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) stromlei tenden Diode (D1) angeordnet ist,
daß der Spannungshochsetzer einen Komparator (K) aufweist, an dessen einem Eingang die Batteriespannung (VB) und an des sen anderem Eingang ein vorgegebener Schwellwert (VS) liegt,
daß der Ausgang des Komparators (K) mit einem Eingang eines UND-Gliedes (U) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Signalgenerators (PWM) verbunden ist,
daß der Ausgang des UND-Gliedes (U) mit dem Gateanschluß oder der Basis eines Schalttransistors (T) verbunden ist, des sen Drainanschluß oder Kollektor mit dem Verbindungspunkt von Spule (L) und Diode (D1) verbunden ist, und dessen Sourceanschluß oder Emitter mit Bezugspotential (GND) ver bunden ist, und
daß zwischen Ausgang (A) und Bezugspotential (GND) ein Kon densator (C) angeordnet ist.
daß zwischen dem Eingang (E) des Spannungshochsetzers, an den die Batteriespannung (VB) angelegt ist, und seinem Ausgang (A), an dem die Eingangsspannung (VIN) für den Spannungsreg ler abgreifbar ist, eine Reihenschaltung einer Spule (L) und einer in Richtung vom Eingang (E) zum Ausgang (A) stromlei tenden Diode (D1) angeordnet ist,
daß der Spannungshochsetzer einen Komparator (K) aufweist, an dessen einem Eingang die Batteriespannung (VB) und an des sen anderem Eingang ein vorgegebener Schwellwert (VS) liegt,
daß der Ausgang des Komparators (K) mit einem Eingang eines UND-Gliedes (U) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Signalgenerators (PWM) verbunden ist,
daß der Ausgang des UND-Gliedes (U) mit dem Gateanschluß oder der Basis eines Schalttransistors (T) verbunden ist, des sen Drainanschluß oder Kollektor mit dem Verbindungspunkt von Spule (L) und Diode (D1) verbunden ist, und dessen Sourceanschluß oder Emitter mit Bezugspotential (GND) ver bunden ist, und
daß zwischen Ausgang (A) und Bezugspotential (GND) ein Kon densator (C) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Schwellwert (VS) größer als die minimal zulässi
ge Batteriespannung (VB) gewählt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Schwellwert (VS) gleich der minimal zulässigen
Eingangsspannung (VIN) des Spannungsreglers gewählt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Verbindungspunkt von Spule (L) und Diode
(D1) und dem Drainanschluß oder Kollektor eine zum Drai
nanschluß hin stromleitende weitere Diode (D2) als Verpol
schutz für die Batteriespannung (VB) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Funktionen von Komparator (K), Signalgenerator (PWM)
und UND-Glied (U) durch einen Mikroprozessor ausgeführt wer
den.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10024853A DE10024853A1 (de) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Versorgungsspannung |
PCT/DE2001/001876 WO2001089070A1 (de) | 2000-05-19 | 2001-05-17 | Vorrichtung zur aufrechterhaltung einer versorgungsspannung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10024853A DE10024853A1 (de) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Versorgungsspannung |
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DE10024853A1 true DE10024853A1 (de) | 2001-11-29 |
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ID=7642811
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DE (1) | DE10024853A1 (de) |
WO (1) | WO2001089070A1 (de) |
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