DE10107808A1 - Schaltungsanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Schaltungsanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/59—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

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Abstract

Beschrieben wird eine Schaltungsanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsspannung aus zwei Eingangsspannungen, wobei der Toleranzbereich der ersten Eingangsspannung den Wert der Ausgangsspannung unterschreiten kann und der Wert der zweiten Eingangsspannung mindestens dem Wert der Ausgangsspannung entspricht, welche zwei symmetrisch aufgebaute Längsreglerschaltungen beinhaltet, die mit einer gemeinsamen Referenzspannung versorgt werden und die ihre Reglerausgangsspannungen einem gemeinsamen Pufferkondensator zuführen, an dem die Ausgangsspannung abgreifbar ist, und wobei die erste Reglerausgangsspannung höher ist als die zweite Reglerausgangsspannung. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht, über den gesamten Eingangsspannungsbereich des Steuergeräts, mit geringem Aufwand eine stabilisierte Ausgangsspannung zu erzeugen, die eine besonders geringe Verlustleistung im Nennbereich der Eingangsspannung sowie eine minimale Änderung der Ausgangsspannung über den gesamten zulässigen Eingangsspannungsbereich aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsspannung aus zwei Eingangsspannungen, wobei der Toleranzbereich der ersten Eingangsspannung den Wert der Ausgangsspannung unterschreiten kann und der Wert der zweiten Eingangsspannung mindestens dem Wert der Ausgangsspannung entspricht.
Eine derartige Schaltungsanordnung kann beispielsweise als ein Bestandteil eines Vorschaltgerätes zur Versorgung von Hochdruckgasentladungslampen in einen Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
Zur Versorgung der internen Elektronikkomponenten (z. B. ASIC, Treiberstufen) eines solchen Vorschaltgerätes ist es erforderlich, mindestens eine stabilisierte Versorgungsspannung zu erzeugen. Diese Spannung muß über einen sehr weiten Eingangsspannungsbereich, der beispielsweise von 6 V bis 24 V reicht, des Vorschaltgerätes sichergestellt werden. Dies ist bei der Verwendung eines Längsreglers problematisch, wenn die minimal mögliche Eingangsspannung unterhalb der erforderlichen Versorgungsspannung, die zum Beispiel 9 V betragen kann, des Steuergeräts liegt.
Die Erfindung hat die Aufgabe, über den gesamten Eingangsspannungsbereich des Steuergeräts, mit geringem Aufwand eine stabilisierte Ausgangsspannung zu erzeugen, die eine besonders geringe Verlustleistung im Nennbereich der Eingangsspannung, sowie eine minimale Änderung der Ausgangsspannung über den gesamten zulässigen Eingangsspannungsbereich aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgegenstand ist eine als Doppelspannungsregler ausgeführte Schaltungsanordnung, die aus zwei zur Verfügung stehenden Eingangsspannungen eine stabilisierte Ausgangsspannung erzeugt. Der Doppelspannungsregler ist als Kombination von zwei low-drop-Längsreglerschaltungen ausgebildet, die symmetrisch aufgebaut sind, mit einer gemeinsamen Referenzspannung versorgt werden und auf einen gemeinsamen Knotenpunkt arbeiten.
Die beiden Längsreglertransistoren können dabei vorteilhaft durch einen Doppeltransistor in einem Gehäuse ausgebildet werden.
Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei identisch aufgebauten low-drop- Längsreglerschaltungen (T1A, T2A, R1A, R2A und T1B, T2B, R1B, R2B), die auf den gemeinsamen Pufferkondensator (C) arbeiten. Die Schaltung erhält zwei Eingangsspannungen (UC, URDS) zugeführt, wobei die erste Eingangsspannung (UC) der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeuges oder allgemeiner, der Versorgungsspannung des Steuergeräts entspricht und die zweite Eingangsspannung (URDS) eine gegenüber der ersten Eingangsspannung (UC) erhöhte Spannung ist, die bei einem Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe beispielsweise durch den Leistungsschaltwandler erzeugt wird.
Die für beide Längsreglerschaltungen (T1A, T2A, R1A, R2A und T1B, T2B, R1B, R2B) gemeinsam benutzte Referenzspannung (UR) wird durch eine Z-Diode (ZD) und eine Doppeldiode (D1A, D1B), die zur Temperaturkompensation dient, sowie einem Vorwiderstand (R3) aus der zweiten Eingangsspannung (URDS) erzeugt. Für die Längsreglertransistoren (T1A, T1B) ist ein Doppeltransistor (2 Transistoren in einem Gehäuse, z. B. Zetex SM8) ideal, da nur jeweils einer der Transistoren Verlustleistung erzeugt und somit ein kleines Gehäuse ausreicht.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert.
Die Reglerausgangsspannungen (UEA, UEB), die die jeweilige Längsreglerschaltungen (T1A, T2A, R1A, R2A bzw. T1B, T2B, R1B, R2B) erzeugen, ergeben sich zu:
(für die erste Längsreglerschaltung): UEA = (UR - UBE).(1 + R1A/R2A)
(für die zweite Längsreglerschaltung): UEB = (UR - UBE).(1 + R1B/R2B)
Die gesamte Schaltungsanordnung ist so dimensioniert, daß die erste Längsreglerschaltung (T1A, T2A, R1A, R2A) eine geringfügig höhere Reglerausgangsspannung (UEA) erzeugt als die zweite Längsreglerschaltung (T1B, T2B, R1B, R2B). Unter der Annahme, daß die Widerstände R2A und R2B den gleichen Wert aufweisen, errechnet sich die Differenz zwischen den Reglerausgangsspannungen (UEA, UEB) aus:
dUE = UEA - UEB = (UR - UBE).(R1A - R1B)/R2A
Diese Spannungsdifferenz (dUE) kann durch den symmetrischen Aufbau der beiden Längsreglerschaltungen (T1A, T2A, R1A, R2A und T1B, T2B, R1B, R2B) sehr klein dimensioniert werden.
Es sei im folgenden angenommen, daß der Nennbetriebsbereich des Steuergeräts im Spannungsintervall von 9 V bis 16 V liegt, und daß der Wert der ersten Eingangsspannung (UC) im Bereich von 6 V bis 16 V liegt.
Solange die erste Eingangsspannung (UC) größer ist als die erste Reglerausgangsspannung (UEA) ist, fließt der Strom vollständig über die erste Längsreglerschaltung (T1A, T2A, R1A, R2A), da die Ausgangsspannung (UEB) für die zweite Längsreglerschaltung (T1B, T2B, R1B, R2B) um den Betrag der Spannungsdifferenz (dUE) oberhalb ihrer Regelspannung liegt und diese somit vollständig sperrt. Bei einer auf UEA = 9 V dimensionierten ersten Reglerausgangsspannung kann die Versorgung somit über den vollen Nennbetriebsbereich des Vorschaltgerätes von 9 V bis 16 V aus der ersten Eingangsspannung (UC) mit geringer Verlustleistung sehr stabil gewonnen werden. Sinkt die erste Eingangsspannung (UC) jetzt unterhalb 9 V (Notbetrieb, Startvorgang) kann die erste Längsreglerschaltung (T1A, T2A, R1A, R2A) die Ausgangsspannung (UE) nicht weiter aufrecht erhalten. Die Ausgangsspannung (UE) fällt jetzt um den Betrag dUE bis die zweite Längsreglerschaltung (T1B, T2B, R1B, R2B) die Stabilisierung aus der zweiten Eingangsspannung (URDS) übernimmt. Die Verlustleistung in diesem Arbeitspunkt ist auf Grund der höheren zweiten Eingangsspannung (URDS) größer, dies ist jedoch unkritisch, da hier nur ein Sonderbetriebsfall vorliegt.
Bezugszeichen
C Pufferkondensator
D1A, D1B Doppeldiode
dUE Spannungsdifferenz
UC erste Eingangsspannung
UE Ausgangsspannung
UEA erste Reglerausgangsspannung
UEB zweite Reglerausgangsspannung
UR Referenzspannung
URDS zweite Eingangsspannung
R3 Vorwiderstand
T1A erster Längsreglertransistor
T1B zweiter Längsreglertransistor
T1A, T2A, R1A, R2A erste Längsreglerschaltung
T1B, T2B, R1B, R2B zweite Längsreglerschaltung
ZD Z-Diode

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsspannung (UE) aus zwei Eingangsspannungen (UC, URDS), wobei der Toleranzbereich der ersten Eingangsspannung (UC) den Wert der Ausgangsspannung (UE) unterschreiten kann und der Wert der zweiten Eingangsspannung (URDS) mindestens dem Wert der Ausgangsspannung (UE) entspricht,
welche zwei symmetrisch aufgebaute Längsreglerschaltungen (T1A, T2A, R1A, R2A; T1B, T2B, R1B, R2B) beinhaltet, die mit einer gemeinsamen Referenzspannung (UR) versorgt werden und die ihre Reglerausgangsspannungen (UEA, UEB) einem gemeinsamen Pufferkondensator (C) zuführen, an dem die Ausgangsspannung (UE) abgreifbar ist,
und wobei die erste Reglerausgangsspannung (UEA) höher ist als die zweite Reglerausgangsspannung (UEB).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in den Längsreglerschaltungen (T1A, T2A, R1A, R2A; T1B, T2B, R1B, R2B) enthaltenden Längsreglertransistoren (T1A, T1B) durch einen Doppeltransistor ausgebildet sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangsspannung (UC) die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Eingangsspannung (URDS) eine durch das Steuergerät aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs generierte Spannung ist, deren Wert höher ist als der Wert der Bordnetzspannung.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät ein Vorschaltgerät für einen Hochdruckgasentladungslampe ist.
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