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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines elektronischen
Bauelementes gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf
eine Steuerschaltung welche das Verfahren durchführt, sowie auf ein Gerät zur Aufzeichnung
und/oder Wiedergabe von Daten.
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Elektronische
Bauelemente werden im Betrieb von einem elektrischen Strom durchflossen, welcher
durch eine an sie angelegte elektrische Spannung hervorgerufen wird.
Bei verschiedenen elektronischen Bauelementen ist es notwendig,
die von dem Bauelement aufgenommene elektrische Leistung, den elektrischen
Strom oder die elektrische Spannung zu überwachen und zu steuern. Bei Überschreitung
einer vorbestimmten Maximalleistung, einer zulässigen Maximalspannung oder
eines zulässigen
Maximalstroms werden Maßnahmen
eingeleitet, um zu verhindern, dass durch eine zu große Leistung,
einen zu hohen Strom oder eine zu große Spannung die Eigenschaften
des elektronischen Bauelementes verändert werden oder das elektronische
Bauelement zerstört
wird. Ein Beispiel für
ein elektronisches Bauelement im Sinne der Erfindung ist ein Halbleiterlaser.
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Halbleiterlaser
werden beispielsweise in großer
Zahl in Abspielgeräten
für Compact-Disc
oder DVD verwendet. Die Leistung der Halbleiterlaser wird üblicherweise
durch eine Kontrollschaltung konstant gehalten. Die Kontrollschaltung
wird auch als APC bezeichnet. APC ist eine Abkürzung des englischen Begriffs "Automatic Power Control", oder automatische
Leistungssteuerung.
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Die
APC steuert das elektronische Bauelement so dass die Leistung konstant
ist. Dazu werden die Spannung, der Strom oder die Leistung ständig erfasst.
In bestimmten Betriebszuständen
kann die APC die Leistung nicht korrekt steuern, so dass die zulässige Leistung,
die Spannung oder der Strom überschritten
werden. Es ist daher vorteilhaft eine Steuerung vorzusehen, die
das elektronische Bauelement in solchen Fällen abschaltet, um einer Veränderung
der Eigenschaften oder einer Zerstörung des Bauelements vorzubeugen.
Die Steuerung muss gleichzeitig tolerant gegenüber Störimpulsen sein, welche zu einem
unnötigen
und unerwünschten
Abschalten des elektronischen Bauelements führen. Störimpulse, welche zu unerwünschtem
Abschalten führen
können
beispielsweise während
des Einschaltens eines Gerätes
mit dem überwachten
elektronischen Bauelement auftreten, oder von anderen Bauteilen
kapazitiv oder induktiv in Steuerleitungen eingekoppelt werden.
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Es
ist daher wünschenswert
ein Verfahren zu erhalten, welches ein elektronisches Bauelement
abschaltet oder ein Steuersignal an eine übergeordnete Steuerschaltung
sendet, wenn die Werte der elektrischen Spannungs- und/oder Stromversorgung über einem
Schwellwert liegen. Es ist weiterhin wünschenswert ein verfeinertes
Verfahren anzugeben, welches kurzzeitige, tolerierbare Schwankungen
der Werte in Bereiche oberhalb des Schwellwertes ignoriert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Steuerung eines elektronischen Bauelementes gemäß dem Patentanspruch
1 zeigt die gewünschten
Eigenschaften. Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis
4 angegeben. Eine Steuerschaltung, welche das Verfahren ausführt ist
mit Weiterentwicklungen in den Ansprüchen 5 bis 9 angegeben. Schließlich ist
in den Ansprüchen
10 und 11 ein Gerät
zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Daten mit einem Halbleiterlaser
angegeben, welches eine Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis
9 enthält.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, die an das elektronische Bauelement angelegte elektrische
Spannung oder den durch das elektronische Bauelement fließenden Strom
zu messen und einen Messwert zu bilden. Es ist auch möglich, die
elektrische Leistung des elektronischen Bauelementes auf indirektem
Wege zu messen, beispielsweise bei optoelektronischen Bauelementen über eine
Messung der abgegebenen Lichtleistung. Ein erster Zähler wird
zunächst
auf einen Startwert gesetzt. Sobald der Messwert, der dem elektrischen
Strom, der elektrischen Spannung oder der Leistung entspricht, einen vorbestimmten
Schwellwert überschreitet
wird der erste Zähler
zyklisch um vorherbestimmte Inkrementwerte inkrementiert. Der Zähler läuft dabei
als frei laufender Zähler,
d.h. für
das weitere zyklische Inkrementieren ist, bis auf einen die Zyklendauer
bestimmenden Takt, kein weiterer Stimulus erforderlich. Bei einem Überlauf
des Zählers
wird der Betrieb des elektronischen Bauelementes unterbrochen und/oder
es wird ein Signal an eine Steuerschaltung gesendet. Das erfindungsgemäße Verfahren
verhindert das ungewollte Abschalten des elektronischen Bauelementes
durch kurze, tolerierbare Spannungs-, Strom- und/oder Leistungsspitzen.
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In
einer Weiterentwicklung des Verfahrens ist ein zweiter Zähler vorgesehen.
Der zweite Zähler wird
zyklisch um vorherbestimmte Inkrementwerte inkrementiert, solange
der Messwert den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Auch der zweite
Zähler
läuft als
frei laufender Zähler.
Erst bei einem Überlauf
des zweiten Zählers
wird der erste Zähler
gestartet. Der erste und der zweite Zähler können dabei um verschiedene
Inkrementwerte inkrementiert werden.
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Auch
die Zyklendauer und die Startwerte des ersten und des zweiten Zählers können verschieden sein.
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Wenn,
während
der erste und/oder der zweite Zähler
laufen, der Messwert wieder unterhalb des vorbestimmten Schwellwertes
liegt, werden die Zähler
angehalten und/oder zurückgesetzt.
Zurückgesetzt
bedeutet hierbei, dass die Startwerte erneut geladen werden. Für das Verfahren
mit zwei Zählern bedeutet
dies, dass der zweite Zähler
kurzfristige Überschreitungen
des Schwellwertes durch den Messwert erfasst und abfängt, so
dass der erste Zähler
erst durch längere Überschreitungen
des Schwellwertes durch den Messwert ausgelöst wird. Die Zyklendauer und
die Inkrementwerte des ersten und des zweiten Zählers sind so gewählt, dass
eine Beeinträchtigung
oder Veränderung
der Eigenschaften oder eine Zerstörung des elektronischen Bauelementes
verhindert wird. Weiterhin sind die Zyklendauer und die Inkrementwerte
der Zähler
so gewählt,
dass unerwünschte
Unterbrechungen des Betriebs durch Strom- oder Spannungsspitzen vermieden wird.
Diese Einstellungen sind von dem jeweils verwendeten elektronischen
Bauelement abhängig.
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Eine
erfindungsgemäße Steuerschaltung
für den
Betrieb eines elektronischen Bauelements sieht Mittel zur Abschaltung
des Bauelementes, Mittel zur Messung des elektrischen Stromes, der
elektrischen Spannung und/oder der Leistung sowie einen ersten Zähler vor.
Eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Steuerschaltung sieht einen
zweiten Zähler vor.
Die Zähler
werden gemäß den Ausführungsformen
der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren betrieben. In
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuerschaltung
ist mindestens einer der Zähler
in einer Mikroprozessorschaltung integriert. Es ist weiterhin denkbar
den oder die Zähler
als Programmschritte in einem Steuerprogramm für eine Mikroprozessorschaltung
zu realisieren.
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Ein
Beispiel für
ein elektronisches Bauelement, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
oder durch eine erfindungsgemäße Steuerschaltung
in vorteilhafter Weise gesteuert werden kann ist ein Halbleiterlaser.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Halbleiterlaser als elektronische
Bauelemente beschränkt.
Sie kann vielmehr bei jedem elektronischen Bauelement Verwendung
finden, welches durch über Grenz-
oder Schwellwerten liegende elektrische Ströme, Spannungen und/oder Leistungen
in seinen Eigenschaften verändert
oder zerstört
werden kann, wenn die Überschreitung
der Grenz- oder Schwellwerte über
eine bestimmte Zeit anhält.
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Das
Verfahren und/oder die Schaltung sind in vorteilhafter Weise an
die Eigenschaften verschiedenster elektronischer Bauelemente anpassbar,
indem die Startwerte, die Zyklendauer und/oder die Inkrementwerte
frei einstellbar sind, so dass sich die Zeiten bis zum Überlauf
eines jeden Zählers
frei einstellen lassen.
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Die
Zyklendauer ist dabei beispielsweise durch Anlegen eines oder verschiedener
Takte an den oder die Zähler
einstellbar.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
ist es unerheblich, ob der oder die Zähler inkrementiert oder dekrementiert
werden. Der Zählerüberlauf
des inkrementierenden Zählers
ist bei einem dekrementierenden Zähler mit dem Zählerunterlauf
oder dem Erreichen des Zählwertes
Null gleichzusetzen.
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Ein
Gerät zur
Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Daten weist einen Halbleiterlaser
auf, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder
durch eine erfindungsgemäße Steuerschaltung
gesteuert ist. Das erfindungsgemäße Gerät ist dabei
in einer bevorzugten Ausführungsform
zur Aufzeichnung von Audio- und/oder Videoinformationen geeignet.
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Die
Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben werden.
In der Zeichnung zeigt:
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1 ein
Flussdiagramm einer ersten Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein
Flussdiagramm einer zweiten Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
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3 ein
schematisches Blockschaltbild eines elektronischen Bauelementes
mit einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung.
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In
den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
ein Flussdiagramm einer prinzipiellen ersten Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Das Verfahren wird mit dem Schritt 11 gestartet.
Der Start kann beispielsweise mit der Inbetriebnahme eines elektrischen
Gerätes
erfolgen. In Schritt 12 wird ein Startwert in den Zähler eingeschrieben.
Der Startwert kann den Wert Null haben oder einen anderen, beliebigen
Wert, welcher geeignet ist bei einer vorbestimmten Zyklendauer und
einem geeigneten Inkrementwert des Zählers eine gewünschte Zeit
bis zum Zählerüberlauf
einzustellen. In Schritt 13 wird festgestellt, ob ein vorbestimmter Schwellwert überschritten
wurde, also ob ein Überstrom,
eine Überspannung
oder eine zu hohe Leistung detektiert wurde. Wurde keine Überschreitung des
vorbestimmten Schwellwertes detektiert wird das Verfahren mit Schritt 14 fortgesetzt.
In Schritt 14 wird überprüft, ob ein
erster Zähler
bereits läuft.
Ist dies nicht der Fall wird das Verfahren mit Schritt 13 weitergeführt, die Überprüfung auf Überschreitung
des vorbestimmten Schwellwertes läuft also permanent ab. Wenn
der erste Zähler
bereits läuft,
wird das Verfahren mit Schritt 12 neu initialisiert. Wenn
in Schritt 13 eine Überschreitung
des vorbestimmten Schwellwertes festgestellt wurde zweigt das Verfahren
zum Schritt 16 ab. In Schritt 16 wird der Zähler inkrementiert.
Der Zähler
kann dabei um beliebige Inkrementwerte inkrementiert werden um ausgehend
von dem Startwert zusammen mit der Zyklendauer des Zählers eine
beliebige Zeit bis zu einem Zählerüberlauf einzustellen.
In Schritt 17 wird darauffolgend überprüft, ob bereits ein Zählerüberlauf
stattgefunden hat. Hat kein Zählerüberlauf
stattgefunden wird das Verfahren mit Schritt 13 fortgesetzt.
Die Kontrolle, ob eine Überschreitung
des Schwellwertes stattgefunden hat, das Inkrementieren des Zählers nebst
der Kontrolle auf einen Zählerüberlauf
können
unabhängig
voneinander parallel ablaufen, dass heißt der Zähler kann als freilaufender
Zähler
inkrementiert werden bis ein Zählerüberlauf
stattfindet oder bis die Kontrolle auf eine Überschreitung des Schwellwertes in
Schritt 13 den Zähler
anhält.
Wird in Schritt 17 ein Zählerüberlauf festgestellt, so wird
die Abschaltung des elektronischen Bauelementes in Schritt 18 durchgeführt. Das
Verfahren endet an dieser Stelle mit Schritt 19.
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In 2 ist
das Flussdiagramm eines weiter entwickelten erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Die Verfahrensschritte 11 – 14 laufen prinzipiell wie
unter 1 beschrieben ab. Abweichend von der Beschreibung
zu 1 werden in Schritt 12 nun der erste
und ein zweiter Zähler
initialisiert, und in Schritt 14 überprüft, ob einer der beiden Zähler läuft. Wenn in
Schritt 13 eine Überschreitung
des vorbestimmten Schwellwertes festgestellt wurde zweigt das Verfahren
zunächst
zu Schritt 21 ab. In Schritt 21 wird überprüft, ob der
erste Zähler
bereits läuft.
Ist dies nicht der Fall wird das Verfahren mit Schritt 22 fortgesetzt. In
Schritt 22 wird der zweite Zähler inkrementiert. Wie für den ersten
Zähler
zu 1 beschrieben ist die Zyklendauer und der Inkrementwert
so wählbar,
dass auch eine gewünschte
Zeit bis zum Überlauf
des zweiten Zählers
einstellbar ist. In Schritt 23 wird der Überlauf
des zweiten Zählers überprüft. Hat
kein Überlauf
stattgefunden wird das Verfahren mit Schritt 13 fortgesetzt.
Die Überwachung
auf eine Überschreitung
des vorbestimmten Schwellwertes findet auch hier permanent statt.
Wenn ein Überlauf
des Zählers 2 stattgefunden
hat wird in Schritt 16 erstmals der erste Zähler inkrementiert.
Wenn in Schritt 21 festgestellt wird, dass der Zähler 1 bereits
läuft wird
gleich zu Schritt 16 abgezweigt und der erste Zähler inkrementiert.
Schritt 21 führt
jedes Mal direkt zu Schritt 16, solange der Schwellwert überschritten bleibt,
und keine Neuinitialisierung in Schritt 12 stattgefunden
hat. In Schritt 17 wird der erste Zähler auf Überlauf geprüft. Die
Schritte 22 und 23 können parallel weiterlaufen,
da der zweite Zähler
freilaufend ist. Der zweite Zähler
kann jedoch auch angehalten werden. Wenn kein Zählerüberlauf des ersten Zählers stattgefunden
hat wird das Verfahren mit Schritt 13 fortgesetzt. Wenn
ein Zählerüberlauf
des ersten Zählers
detektiert wurde wird das Verfahren wie zuvor bei 1 beschrieben
mit Schritt 18 fortgesetzt, in welchem das elektronische
Bauelement abgeschaltet wird. Das Verfahren endet mit Schritt 19.
Die Überprüfung ob
der zweite Zähler
läuft und
die Inkrementierung des zweiten Zählers braucht nicht mehr durchgeführt zu werden
wenn der erste Zähler
gestartet wurde. Der zweite Zähler
wirkt als Startverzögerung
für den
ersten Zähler,
während
der erste Zähler
die Zeit bis zum Abschalten des elektronischen Bauelementes bestimmt.
Durch das Hintereinanderschalten zweier Zähler kann das unerwünschte Starten
des ersten Zählers
vermieden werden indem Zyklendauer, Startwert und Inkrementwert
des zweiten Zählers
so dimensioniert werden, dass kurze Überschreitungen des Schwellwertes
in Schritt 13 zunächst
vom zweiten Zähler
abgefangen werden.
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In 3 ist
ein Blockschaltbild eines elektronischen Bauelementes mit einer
erfindungsgemäßen Steuerschaltung
dargestellt. Das elektronische Bauelement wird durch Block 102 bezeichnet.
In der beispielhaften Darstellung von 3 ist das
elektronische Bauelement 102 eine Laserdiode. Der Laserdiode 102 sind
Mittel zur Abschaltung 106 vorgeschaltet. Den Mitteln zur
Abschaltung 106 wird von der automatischen Leistungssteuerung 101 eine
Betriebsspannung oder ein Betriebsstrom zugeführt. Eine erfindungsgemäße Schaltung 103 ist
operativ mit der automatischen Leistungssteuerung und den Mitteln zur
Abschaltung 106 verbunden. Die Information über eine Überschreitung
des vorbestimmten Schwellwertes wird dabei von der automatischen Leistungssteuerung 101 an
die erfindungsgemäße Schaltung 103 angelegt.
Die Abschaltung des elektronischen Bauelements 102 kann
von der erfindungsgemäßen Schaltung 103 über ein
Steuersignal an die Mittel zur Abschaltung 106 erfolgen,
oder durch entsprechende Steuerung der automatischen Leistungssteuerung 101.
In einer Weiterentwicklung kann ein Mikrokontroller 104 vorgesehen
sein, welcher mit der erfindungsgemäßen Schaltung 103 und den
Mitteln zur Abschaltung 106 operativ verbunden ist. Die
erfindungsgemäße Schaltung
kann auch Bestandteil des Mikrokontrollers sein. Beispielsweise verfügen viele Mikrokontroller über frei
programmierbare Zähler.
Weiterhin ist es möglich
das erfindungsgemäße Verfahren
teilweise oder vollständig
als Programm in dem Mikrokontroller auszuführen.
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Die
Erfindung wurde vorstehend beispielhaft anhand der Steuerung eines
Halbleiterlasers beschrieben, sie kann jedoch bei allen elektronischen Bauelementen
angewendet werden, welche kurzfristige Überschreitungen eines Schwellwertes
hinsichtlich ihrer Leistung, ihrer Betriebsspannung, ihres Betriebsstroms
oder anderer messbarer Parameter tolerieren, und bei dauerhafter Überschreitung
des Schwellwertes innerhalb einer bestimmten Zeit sicher abgeschaltet
werden müssen.
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Das
Verfahren und die Schaltung erlauben es, die Zeiten für eine sichere
Abschaltung elektronischer Bauelemente genau reproduzierbar einzustellen.
Die Einstellung der Zyklendauer erfolgt über in vielen Geräten vorhandene
digitale Taktsignale, welche üblicherweise
temperaturstabil und mit geringer Abweichung durch Alterung und
Drift vorliegen. Die Einstellung der Zeiten kann dabei in weiten
Bereichen wahlfrei erfolgen und ist an die Bedürfnisse des überwachten
elektronischen Bauteils anpassbar.