DE10115218A1

DE10115218A1 - Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung

Info

Publication number: DE10115218A1
Application number: DE10115218A
Authority: DE
Inventors: Peter Zieher; Bernhard Steffan; Tobias Hoeflinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-07-04

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung beschrieben, die eine Eingangsspannung in eine geregelte Ausgangsspannung wandelt und einen als integrierten Schaltkreis ausgestalteten Spannungshochsetzer umfaßt, der mit einer Induktivität zusammenwirkt. Der Eingang des Spannungshochsetzers ist dabei mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung verbunden, wodurch dem Eingang der Spannungshochsetzerstufe stets eine ausreichend hohe Spannung zugeführt wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung nach der Gattung des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Viele Elektronikbausteine benötigen für einen regulären Betrieb eine stabilisierte Versorgungsspannung, die bestimmte Minimalwerte nicht unterschreiten darf. Es ist daher bekannt, in Schaltungsanordnungen zur Spannungsstabilisierung Spannungswandler einzusetzen, die die Spannung erhöhen, wenn die Gefahr besteht, daß die Eingangsspannung zu weit absinken kann. Solche Spannungswandler werden auch Spannungshochsetzer oder Hochsetzsteller genannt.

Eine Vorrichtung zur Spannungsstabilisierung mit einem Hochsetzsteller, der die Eingangsspannung erhöht sowie die zugehörige Verschaltung, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. Diese bekannte Schaltungsanordnung wird in Verbindung mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung nach Fig. 2 näher beschrieben. Die bekannte Schaltungsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß, sofern die Eingangsspannung unter die minimale Versorgungsspannung des Hochsetzstellers fällt, dieser, bzw. die zugehörige Elektronik, nicht mehr arbeitet. Damit bei Unterspannung dennoch ein Arbeiten möglich ist, wird beim Stand der Technik auch vorgeschlagen, einen Kondensator einzusetzen, der jedoch zu beträchtlichen Kosten führt und einen entsprechenden Platzbedarf benötigt.

Eine solche Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung kann beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden und für die Versorgung spannungsempfindlicher Elektronikbauteile verwendet werden. Da jedoch während des Fahrzeugstarts beträchtliche Spannungseinbrüche zu verkraften sind, kann die bekannte Schaltungsanordnung unter Umständen mangels ausreichenden Spannungsangebots abschalten. Dieser Nachteil soll mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden.

Aus der DE-PS 198 38 003 ist eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten Verbraucherspannung bekannt, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann und neben dem eigentlichen Spannungswandler, der beispielsweise als Schaltregler aufgebaut ist, einen dem Spannungswandler vorgeschalteten Aufwärtswandler umfaßt, mit dessen Hilfe die Eingangsspannung für den Spannungswandler bei zu geringer Bordnetzspannung zunächst so weit erhöht wird, bis der Spannungswandler mit der erhöhten Eingangsspannung zuverlässig arbeiten kann. Die stabilisierte Verbraucherspannung wird einem nachfolgenden Verbraucher, beispielsweise einem Steuergerät des Fahrzeugs, das eine konstante Spannung benötigt, zugeführt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß nach einem ersten Arbeiten des als Hochsetzsteller arbeitenden Spannungswandlers bzw. Spannungsreglers ein Betrieb des Hochsetzstellers auch bei Spannungseinbrüchen unter die minimale Versorgungsspannung des Schaltkreises immer gewährleistet ist. Erzielt wird dieser Vorteil, indem dem Eingang der Hochsetzsteller- Steuerschaltung die an seinem Ausgang entstehende hochgesetzte Ausgangsspannung zugeführt wird, die nach der ersten Inbetriebnahme und vor einem beispielsweise durch Zuschalten eines starken Verbrauchers verursachten Spannungseinbruch einen ausreichend hohen Wert annimmt.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Eine sehr vorteilhafte Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist im Kraftfahrzeug zur zuverlässigen Versorgung von Verbrauchern, die eine geregelte bzw. stabilisierte Versorgungsspannung benötigen, die auch bei einem Einbruch der Bordnetzspannung, beispielsweise beim Starten genügend hoch ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung.

Beschreibung

In Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung dargestellt. Im einzelnen umfaßt diese Schaltungsanordnung eine Spannungshochsetzerstufe, die beispielsweise als integrierter Schaltkreis IC aufgebaut ist und die Ein- bzw. Ausgänge Vin, Switch, feed back, GND und Comp aufweist.

Am ersten Eingang Vin wird dem integrierten Schaltkreis IC die am Eingang E der Schaltungsanordnung anliegende, zu stabilisierende Eingangsspannung Ue zugeführt, der Ausgang Switch führt zum Verbindungspunkt zwischen der Drossel D und der Gleichrichterdiode Z. Dem Eingang feed back wird eine Rückkoppelspannung zugeführt, die über die Widerstände R2 und R3 des Spannungsteilers, der zwischen dem Ausgang A und Masse GND liegt, abgegriffen wird. Der Eingang Comp des IC führt über einen Widerstand R1 und einen Kondensator C1 auf Masse GND. Die Eingangsspannung Ue wird über den Kondensator C2 geglättet, die Ausgangsspannung Ua über den Kondensator C3.

Die zu stabilisierende Eingangsspannung Ue kann mit Hilfe der Induktivität bzw. Drossel D sowie dem integrierten Schaltkreis IC, einem sogenannten Hochsetzsteller geregelt werden. Bei zu niedriger Eingangsspannung erfolgt eine Spannungserhöhung, indem die Drossel D vom Hochsetzsteller IC getaktet betrieben wird. Die beim Schalten in der Drossel induzierte Spannung ist höher als die Eingangsspannung, damit können Spannungseinbrüche am Eingang E kompensiert werden. Die Gleichrichterdiode Z entkoppelt die Ausgangsspannung Ua, wobei der Kondensator C3, der zwischen dem Spannungsanschluß Ua und Masse GND liegt, eine zusätzliche Glättung der Ausgangsspannung Ua bewirkt.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung bereitet Probleme, sofern die Eingangsspannung Ue zu weit absinkt. Insbesondere beim Einsatz in einem Fahrzeugbordnetz kann während des Startvorgangs die Eingangsspannung Ue so weit absinken, daß der Hochsetzsteller aussetzt und die Spannung Ua zusammenbricht.

Aufgabe

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung so auszugestalten, daß auch bei zumindest zeitweilig zu geringer Eingangsspannung die Ausgangsspannung Ua sicher bereitgestellt wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung, die keine Probleme bei Spannungseinbrüchen aufweist, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist prinzipiell identisch mit der nach Fig. 1, einziger, jedoch wesentlicher Unterschied ist, daß gemäß der Schaltung nach Fig. 1 die Eingangsspannung Ue dem Eingang Vin des integrierten Schaltkreises IC zugeführt wird, während beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Ausgangsspannung Ua auf den Eingang Vin des integrierten Schaltkreises IC zurückgeführt wird. Damit ist sichergestellt, daß die gegenüber der Eingangsspannung Ue erhöhte Ausgangsspannung Ua als Versorgungsspannung dient, womit der Hochsetzsteller des integrierten Schaltkreises IC, auch wenn die Eingangsspannung Ue auf sehr geringe Werte abfällt, betrieben werden kann.

Wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung nach Fig. 2 in einem Fahrzeugbordnetz eingesetzt, kann die Ausgangsspannung Ua zur Versorgung spannungsempfindlicher Verbraucher verwendet werden. Diese Verbraucher sind mit RV bezeichnet und umfassen alle Elektroniken, beispielsweise Steuergeräte usw., die eine geregelte Mindest-Versorgungsspannung benötigen.

Die Bereitstellung der Mindestspannung bereitet im Kraftfahrzeug unter bestimmten Bedingungen Probleme. Diese Bedingungen umfassen insbesonders den Startvorgang. Beim Startvorgang bricht aufgrund des sehr hohen Starterstromes die Batterie- bzw. Bordnetzspannung auf sehr niedrige Spannungen ein. Die Elektronik für den Starter muß jedoch für den gesamten Startvorgang aktiv und funktionsfähig bleiben. Um die Elektronik für den Starter mit einer stabilisierten Spannung zu versorgen, beispielsweise zur Versorgung eines Mikroprozessors dieser Elektronik, ist eine Spannungshochsetzerstufe notwendig. Dabei ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders geeignet. Es lassen sich dann alle Verbraucher, die während des Starteinbruchs funktionsfähig sein müssen, zuverlässig mit Spannung versorgen.

Durch die in Fig. 2 dargestellte Verschaltung des Hochsetzsteller-IC's wird erreicht, daß der IC bis weit unter seine normale Betriebsspannung funktionsfähig bleibt. Erfindungswesentlich ist somit, daß wenn der Hochsetzsteller einmal gearbeitet hat, die Versorgung des IC's von der hochgesetzten Ausgangsspannung Ua entnommen wird. Der Betrieb des Hochsetzstellers ist dann immer gewährleistet, da die Starterelektronik am Anfang immer die volle Batteriespannung erhält. Somit ist eine Funktionsfähigkeit des Hochsetzstellers auch bei niedrigen Eingangsspannungen sichergestellt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung, mit einem Spannungswandler, der die ihm zugeführte Eingangsspannung Ue in eine geregelte Ausgangsspannung Ua wandelt, wobei dem Spannungswandler eine Induktivität zugeordnet ist, die vom Spannungswandler über einen Schaltausgang Switch getaktet angesteuerbar ist und mit einem Spannungsbegrenzungsmittel, das zwischen der Induktivität und dem Ausgang liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang (Vin) des Spannungswandlers (IC) die Ausgangsspannung (Ua) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler eine Spannungshochsetzerstufe, insbesonders einen Hochsetzsteller umfaßt, der als integrierter Schaltkreis aufgebaut ist.

3. Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Spannungswandlers erster Kondensator (C2) und/oder am Ausgang ein zweiter Kondensator (C3) zwischen der jeweiligen Spannungsklemme und Masse liegt.

4. Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungsmittel eine Diode umfassen, deren Anode mit der Induktivität in Verbindung steht und deren Kathode mit dem Ausgang (A) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird und zur Versorgung von Verbrauchern dient, die während des Starts bei dem dann auftretenden Starteinbruch funktionsfähig sein müssen.