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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanordnung zur
Stromversorgung einer Last.
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Insbesondere
in Automobilen werden zunehmend Bauelemente eingesetzt, die einen
Konstantstrom benötigen,
um ordnungsgemäß zu funktionieren.
Als Beispiel seien Leuchtdioden (LEDs = Light Emitting Diodes) genannt,
die als Blinkerleuchten, Rückleuchten
oder Bremsleuchten eingesetzt werden.
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Hieraus
ergibt sich die Aufgabe eine einfach zu realisierenden und robuste
Stromversorgungsanordnung zur Verfügung zu stellen, die darüber hinaus auf
einfache Weise für
die Bereitstellung unterschiedlicher Ströme konfigurierbar ist und die
einen Laststatus einer angeschlossenen Last erkennt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Stromversorgungsanordnung nach Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Stromversorgungsanordnung
einer Last umfasst einen Laststromkreis mit Lastanschlussklemmen
zum Anschließen
der Last und mit einem Strommesswiderstand. Außerdem ist eine Stromquellenanordnung
vorhanden mit einer Leistungsstufe, die in den Laststromkreis geschaltet
ist, und mit einer Regelanordnung, die an den Strommesswiderstand
gekoppelt ist und die ein Regelsignal bereitstellt, nach dessen
Maßgabe
die Leistungsstufe angesteuert ist. Die Stromversorgungsanordnung
umfasst außerdem
eine Fehlerdetektionsschaltung, die an den Strommesswiderstand gekoppelt
ist und die ein Statussignal bereitstellt, das von einem Spannungsabfall über dem
Strommesswiderstand abhängig
ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Stromversorgungsanordnung
ist der Strommesswiderstand zum Einen Bestandteil eines Regelkreises,
durch den der Strom durch die Last geregelt wird, und zum Anderen Bestandteil
der Fehlerdetektionsschaltung, die ein Laststatussignal bereitstellt,
das beispielsweise einen auf einen Fehler hinweisenden Pegel annimmt, wenn
die Spannung über
dem Strommesswiderstand unter einen vorgegebenen Referenzwert abgesunken
ist, was auf eine Unterbrechung der Last hindeutet.
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Bei
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
kann der Strommesswiderstand insbesondere zwischen der Leistungsstufe
und der Last angeordnet sein, wobei die Last an einer dem Strommesswiderstand
abgewandten Klemme an ein Bezugspotential, beispielsweise Masse
in einem Kraftfahrzeug, angeschlossen ist. Bei dieser Konfiguration
ist eine Stromversorgung der Last über nur eine Versorgungsleitung
möglich,
die zwischen dem Strommesswiderstand und der Last verläuft. So
kann bei einem Fahrzeug die Leistungsstufe und der Strommesswiderstand
der Stromversorgungsanordnung beispielsweise in einer zentralen
Einheit im vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei über eine
einzige entsprechend lange Versorgungsleitung Leuchten im Heck des
Fahrzeugs mit einem konstanten Strom versorgt werden können.
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Die
Regelanordnung umfasst bei einer Ausführungsform der Erfindung eine
Referenzspannungsquelle, die eine Referenzspannung bereitstellt, und
einen Regelverstärker,
wobei dem Regelverstärker
eine Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung und der Spannung über dem
Messwiderstand zugeführt
ist und wobei der Regelverstärker das
Regelsignal bereitstellt, nach dessen Maßgabe die Leistungsstufe angesteuert
ist. Vorzugsweise ist eine Treiberstufe zwischen die Leistungsstufe
und den Regelverstärker
geschaltet, wobei das Regelsignal der Treiberstufe zugeführt ist
und die Treiberstufe die Leistungsstufe nach Maßgabe des Regelsignals ansteuert.
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Die
Leistungsstufe umfasst beispielsweise wenigstens einen nach Maßgabe des
Regelsignals angesteuerten Transistor, dessen Laststrecke in den Laststromkreis
geschaltet ist. Die Leistungsstufe kann insbesondere einen ersten
und zweiten Transistor umfassen, die in Darlington-Konfiguration
verschaltet sind.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst die Fehlerdetektionsschaltung wenigstens
einen ersten Komparator, der die Spannung über dem Messwiderstand mit
einer ersten Referenzspannungsquelle vergleicht und der ein erstes
Vergleichssignal bereitstellt, von dem das Statussignal abhängig ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Fehlerdetektionsschaltung wenigstens eine zweiten
Komparator aufweist, der eine Lastspannung zwischen den Lastanschlussklemmen
mit einer zweiten Referenzspannung vergleicht und der ein zweites Vergleichssignal
bereitstellt, von dem das Statussignal ebenfalls abhängig ist.
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Die
Fehlerdetektionsschaltung ist insbesondere dazu ausgebildet, einen
auf einen Fehler hinweisenden Pegel des Statussignals zeitverzögert nach
Auftreten eines auf eine Fehler hinweisenden Pegel des ersten und/oder
zweiten Vergleichssignals zu erzeugen. Das erste Vergleichssignal
nimmt dabei beispielsweise einen auf einen Fehler hinweisenden Pegel
an, wenn eine über
dem Strommesswiderstand ermittelte Messspannung kleiner als die
erste Referenzspannung ist. Das zweite Vergleichssignal nimmt beispielsweise
einen auf einen Fehler hinweisenden Pegel an, wenn die Lastspannung
kleiner als die zweite Referenzspannung ist.
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Vorzugsweise
sind die Stromquellenanordnung und die Fehlerdetektionsschaltung
als integrierte Schaltung in einem gemeinsamen Gehäuse integriert,
bei dem die Lastanschlussklemmen als externe Anschlüsse zugänglich sind
und das folgende weitere externe Anschlüsse aufweist:
- – Messanschlussklemmen
zum Anschließen
des Messwiderstandes,
- – Versorgungsanschlüsse zum
Anlegen einer Versorgungsspannung,
- – einen
Statusanschluss zum Abgreifen des Statussignals.
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Bei
der erfindungsgemäßen Stromversorgungsanordnung
ist der Wert des für
die Last bereitgestellten Stromes über den Strommesswiderstand und
die Referenzspannungsquelle der Regelanordnung einstellbar. Unter
der Annahme, dass die Referenzspannungsquelle als Teil der integrierten
Schaltung ausgeführt
ist und eine fest vorgegebene bekannte Referenzspannung bereitstellt,
ist bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsanordnung
der Wert des an die Last gelieferten Laststromes auf einfache Weise über den
Strommesswiderstand einstellbar. Hierdurch besteht die Möglichkeit,
die Stromversorgungsanordnung auf einfache Weise kundenspezifisch
für verschiedenste
Lastströme
zu konfigurieren. Es ist auch denkbar, dass beispielsweise Leuchtdioden
späterer
Generationen eine geringere Stromaufnahme bei gleicher Lichtausbeute
wie bisherige Leuchtdioden besitzen. Die Stromversorgungsanordnung
kann dann unverändert
auch zur Stromversorgung späterer
Leuchtdioden-Generationen verwendet werden, wobei lediglich ein
Strommesswiderstand verändert
mit einem anderen Widerstandswert verwendet werden muss.
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Um
unabhängig
von der Temperatur eine konstanten Laststrom für die Last zur Verfügung zu stellen,
sollte der Strommesswiderstand über
einen Temperaturbereich, der dem Einsatztemperaturbereich der Stromversorgungsanordnung
entspricht, wenigstens annähernd
konstant sein. Der Strommesswiderstand kann insbesondere als Bonddraht ausgebildet
sein. Der Messwiderstand kann darüber hinaus als Metallfilm oder
als Kohleschicht ausgebildet sein.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von
Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Stromversorgungsanordnung,
die einen Laststromkreis mit einem Strommesswiderstand, eine an
den Strommesswiderstand gekoppelte Stromquellenanordnung und eine
an den Strommesswiderstand gekoppelte Fehlerdetektionsschaltung
umfasst.
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2 veranschaulicht
die Schaltungsanordnung bei Integration der Stromquellenanordnung
und der Fehlerdetektionsschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse, das
eine Anzahl externer Anschlüsse zum
Anschließen
der Last und des Strommesswiderstandes aufweist, für eine erste
Verdrahtungskonfiguration.
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3 zeigt
die Anordnung gemäß 2 bei einer
zweiten Verdrahtungskonfiguration.
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4 zeigt
die Anordnung nach 2 bei einer dritten Verdrahtungskonfiguration.
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5 zeigt
ein Realisierungsbeispiel einer in der Fehlerdetektionsschaltung
angeordneten Verzögerungsschaltung.
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6 zeigt
ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel von in der Verzögerungsschaltung vorkommenden
Schaltungskomponenten.
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7 veranschaulicht
ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel der Stromquellenanordnung.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Teile und Schaltungskomponenten mit gleicher Bedeutung.
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Die
in 1 dargestellte Stromversorgungsanordnung für eine Last 30 umfasst
einen Laststromkreis in dem eine Leistungsstufe 14 einer
Stromquellenanordnung 10, die Last 30 und ein
Strommesswiderstand Rs in Reihe zwischen Anschlussklemmen In1, In2
für ein
Versorgungspotential Vin und ein Bezugspotential GND geschaltet
sind. Die Stromquellenanordnung 10 ist an den Strommesswiderstand Rs
gekoppelt und umfasst eine Regelanordnung 11, 12 mit
einer Referenzspannungsquelle 11, die eine Referenzspannung
Vref bereitstellt, und einem Regelverstärker 12. Eingangsanschlüsse des
Regelverstärkers 12 sind
an Messanschlussklemmen Rp, Rm angeschlossen, zwischen denen der
Strommesswiderstand Rs verschaltet ist. Zwischen eine Rm dieser Anschlussklemmen
und einen Eingang des Regelverstärkers 12 ist
dabei die Referenzspannungsquelle 11 geschaltet, so dass
dem Regelverstärker 12 eine
Differenzspannung zugeführt
ist, die sich aus der Differenz zwischen der Referenzspannung Vref und
einer über
dem Messwiderstand Rs anliegenden Messspannung Vs ergibt. Der Regelverstärker besitzt
beispielsweise ein proportionales Regelverhalten (P-Regler), ein integrales
Regelverhalten (I-Regler) oder ein Proportional-Integral-Verhalten
(PI-Regler). Ein am Ausgang des Regelverstärkers 12 zur Verfügung stehendes
Regelsignal S12 dient zur Ansteuerung der Leistungsstufe 14,
um den von der Leistungsstufe 14 an die Last 30 gelieferten
Laststrom IL zu erhöhen,
wenn die Referenzspannung Vref größer als die Messspannung Vs
ist, und zu verkleinern, wenn die Referenzspannung Vref kleiner
als die Messspannung Vs ist. Zur Ansteuerung der Leistungsstufe 14 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Treiberstufe 13 vorgesehen, der das Regelsignal S12
zugeführt
ist, und die ein Ansteuersignal S13 für die Leistungsstufe 14 abhängig von dem
Regelsignal S12 bereitstellt.
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Die
Stromquellenanordnung 10 umfasst optional außerdem eine
Anti-Sättigungsschaltung 15,
die parallel zu der Leistungsstufe 14 geschaltet ist. Diese Schaltung
dient zur Begrenzung des Steuersignals S13, wenn ein Leistungstransistor
(in 1 nicht dargestellt) der Leistungsstufe 14 in
Sättigung
geht, was beispielsweise bei einer zu kleinen Eingangsspannung Vin
auftritt. Die Anti-Sättigungsschaltung 15 sorgt
dann für
eine Reduzierung der Stromaufnahme der Leistungsstufe 14,
um dadurch eine Sättigung des
Leistungstransistors zu vermeiden. Die Reduktion der Stromaufnahme
erfolgt dabei in nicht näher dargestellter
Weise über
eine Reduktion des Steuersignals S13.
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Der
Messwiderstand Rs ist dazu ausgebildet, über eine weiten Temperaturbereich
einen annähernd
konstanten Widerstandswert zu besitzen. Der Temperaturbereich liegt
vorzugsweise zwischen –40°C und +150°C. Um eine Überhitzung
der Last zu vermeiden, ist es vorteilhaft ein Widerstandsmaterial mit
einem leicht negativen Temperaturkoeffizienten zu verwenden, so
dass bei hohen Temperaturen der Widerstandswert abnimmt, um den
Einfluss des Messwiderstandes auf die Erhitzung der Anordnung zu
reduzieren. Das Widerstandsmaterial ist hierzu beispielsweise so
gewählt,
dass eine Schwankung des Widerstandswertes von etwa 1ß% über den
gesamten Temperaturbereich auftritt. Die Referenzspannungsquelle 11 ist
beispielsweise als Bandabstands-Referenz ausgebildet. Eine derartige Bandabstands-Referenz
ist beispielsweise in Tietze, Schenk: "Halbleiter-Schaltungstechnik", 11. Auflage, Springer
Verlag, Seiten 975 bis 977, beschrieben.
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Die
Fehlerdetektionsschaltung 20 umfasst eine erste Vergleicheranordnung
mit einem ersten Komparator K1 und einer zweiten Referenzspannungsquelle 21,
die eine erste Fehlerreferenzspannung Vref1 bereitstellt. Anschlüsse des
ersten Komparators K1 sind an die Messanschlüsse Rp, Rm gekoppelt, wobei
zwischen einen der Anschlüsse
des Komparators K1 und einen Rm der Messanschlüsse die zweite Referenzspannungsquelle 21 geschaltet ist,
um die Messspannung Vs mit der ersten Fehlerreferenzspannung Vref1
zu vergleichen. Am Ausgang des ersten Komparators K1 steht ein erstes Vergleichssignal
KS1 zur Verfügung,
von dem ein an einem Ausgang ST der Fehlerdetekti onsschaltung 20 zur
Verfügung
stehendes Statussignal SS abhängig ist.
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Das
erste Vergleichssignal KS1 nimmt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
einen High-Pegel an, der auf einen Fehler hinweist, wenn die Referenzspannung
Vref1 größer als
die Messspannung Vs ist. Die Referenzspannung Vref1 ist dabei so
gewählt,
dass die Messspannung Vs bei normalen Betriebszuständen der
Stromversorgungsanordnung nie kleiner als diese Referenzspannung Vref1
ist. Sinkt die Messspannung Vs dennoch unter diesen Wert ab, so
liegt ein Fehler vor, da entweder von einer Unterbrechung der Last
oder von einem Kurzschluss des Messwiderstandes Rs auszugehen ist.
Durch das Statussignal SS, das von dem ersten Vergleichssignal KS1
abhängig
ist, wird das Vorliegen eines solchen Fehlers angezeigt.
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Die
Fehlerdetektionsschaltung 20 umfasst in dem Ausführungsbeispiel
außerdem
eine zweite Vergleicheranordnung mit einem zweiten Komparator K2 und
einer dritten Referenzspannungsquelle 22, die eine zweite
Fehlerreferenzspannung Vref2 erzeugt. Anschlüsse dieses zweiten Komparators
K2 sind an Lastanschlussklemmen Dp, Dm, zwischen denen die Last 30 verschaltet
ist, gekoppelt. Die Referenzspannungsquelle 22 ist dabei
zwischen den Plus-Eingang des Komparators K2 und die auf dem niedrigeren
Potential liegende Lastanschlussklemme Dm geschaltet. Der zweite
Komparator K2 dient zum Vergleich der zweiten Fehlerreferenzspannung
Vref2 mit einer über
der Last 30 anliegenden Lastspannung V30. Ein am Ausgang
des zweiten Komparators K2 zur Verfügung stehendes zweites Vergleichssignal
KS2 nimmt dabei einen High-Pegel an, wenn die Lastspannung V30 unter
den Wert der zweiten Fehlerreferenzspannung Vref2 absinkt. Diese
Spannung Vref2 ist so dimensioniert, das sie während des Normalbetriebszustandes
der Stromversorgungsanordnung von der Lastspannung V30 nicht unterschritten
wird. Sinkt die Lastspannung V30 dennoch unter den Wert dieser Referenzspannung
Vref2 ab, so ist von einem Kurzschluss der Last 30 auszugehen,
worauf der High-Pegel des Vergleichssignals KS2 hinweist.
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Das
erste und zweite Vergleichssignal KS1, KS2 sind einem Logik-Gatter,
in dem Beispiel einem ODER-Gatter 23, zugeführt, das
ein Ausgangssignal S23 bereitstellt. Dieses Ausgangssignal nimmt
einen High-Pegel an, wenn eines der beiden Vergleichssignale KS1,
KS2 oder beide Vergleichssignale KS1, KS2 eine High-Pegel annimmt/annehmen,
um einen Fehler anzuzeigen. Dieses Ausgangssignal KS23 des Logik-Gatters 23 kann
unmittelbar zu Erzeugung des Statussignals SS verwendet werden bzw.
kann unmittelbar als Statussignal verwendet werden. Vorzugsweise
ist dieses Logiksignal S23 jedoch einem Verzögerungsglied 24 zugeführt, das
steigende Flanken dieses Signals mit einer vorgegebenen Verzögerungsdauer
verzögert.
Hierdurch wird verhindert, dass das Statussignal SS auf einen Fehler
hinweist, wenn die Komparatorsignale KS1, KS2 für eine Zeitdauer kleiner als
die Verzögerungsdauer
einen High-Pegel annehmen. Kurze High-Impulse der Vergleichssignale
KS1, KS2 können
beispielsweise durch elektromagnetische Störstrahlungen hervorgerufen
werden oder können
auch beim Einschalten der Stromversorgungsanordnung entstehen, auch
wenn kein Fehler in der Last 30 oder dem Messwiderstand Rs
vorliegt.
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Ein
Transistor 53, der durch eine am Ausgang des Verzögerungsglieds 24 anliegendes
verzögertes
Signal angesteuert ist, bildet die Ausgangsstufe der Fehlerdetektionsschaltung 20.
Die Laststrecke dieses Transistors 53 ist zwischen den
Statusausgang ST und Bezugspotential GND geschaltet. Der Transistor 53 wird
bei einem High-Pegel des Logiksignals S23 bzw. einem daraus resultierenden High-Pegel
des Verzögerungssignals
S24 leitend angesteuert, um den Statusausgang ST auf Bezugspotential
GND zu ziehen. Ein Low-Pegel am Statusausgang ST deutet bei der
Fehlerdetektionsschaltung 20 gemäß 1 somit
auf eine durch einen der beiden Komparatoren K1, K2 detektierten
und für
eine Zeitdauer länger
als die Verzögerungsdauer
vorliegenden Fehler hin.
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Die
Stromquellenanordnung 10 und die Fehlerdetektionsschaltung 20 sind
vorzugsweise als integrierter Schaltung in einem gemeinsamen Gehäuse integriert.
Das Bezugszeichen 40 in den 2 bis 4 bezeichnet
ein solches, in den Figuren schematisch dargestelltes Gehäuse, in
dem diese beiden Schaltungsgruppen 10, 20 untergebracht
sind. Das Gehäuse
weist ein Anzahl von außen
zugänglicher Anschlüsse auf,
wobei die Anschlüsse,
die den in dem Schaltbild gemäß 1 dargestellten
Anschlüssen
entsprechen, gleich bezeichnet sind. Von außen zugänglich sind an dem Gehäuse 40 die
Lastanschlüsse
Dp, Dm, die Messanschlüsse
Rp, Rm, der erste Versorgungsanschluss In1 sowie der Statussignalausgang
ST. Außerdem
ist ein zweiter Versorgungsanschluss In2 vorhanden, der üblicherweise
an Bezugspotential GND angeschlossen ist. An diesen Versorgungsanschluss
In2 sind Bezug nehmend auf 1 beispielsweise
der der Leistungsstufe 14 abgewandte Anschluss der Treiberstufe 13 und
der dem Statusausgang ST abgewandte Lastanschluss des Transistors 53 angeschlossen.
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Abhängig von
der konkreten Ausgestaltung der Verzögerungsschaltung 24 kann
diese Verzögerungsschaltung 24 einen
Kondensator 27 umfassen, der in 1 gestrichelt
dargestellt ist. Bei Vorhandensein eines solchen Kondenstors 27 weist
die Schaltung vorzugsweise einen externen Anschluss D zum Anschließen dieses
Kondensators 27 auf, über welchen
die Verzögerungszeit
des Verzögerungsgliedes 24 einstellbar
ist. Dieser Kondensator 27 und der zugehörige Anschluss
D sind optional vorhanden und daher in den Figuren gestrichelt dargestellt.
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Die
Schaltung weist außerdem
einen Laststromausgang Q auf, an dem Bezug nehmend auf 1 während des
Betriebes der Stromversorgungsanordnung der Laststrom IL zur Verfügung steht.
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Optional
besteht die Möglichkeit,
die Stromquellenanordnung 10 getaktet nach Maßgabe eines pulsweitenmodulierten
Signals PWM zu betreiben. Dieses, in 1 gestrichelt
dargestellte, pulsweitenmodulierte Signal steuert in dem Beispiel
die Leistungsstufe 14 der Stromquellenanordnung 10 an,
um die Leistungsstufe im Takt des pulsweitenmodulierten Signals
ein- und auszuschalten.
Ein Laststrom IL kann dabei nur bei eingeschalteter Leistungsstufe 14 fließen, bei
ausgeschalteter Leistungsstufe 14 fließt kein Laststrom. Eine Regelung
des Laststromes IL auf den vorgegeben Sollwert erfolgt bei dieser
Betriebsart somit nur bei eingeschalteter Leistungsstufe.
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Der
getaktete Betrieb dient dazu, den Mittelwert des Laststromes IL
einzustellen, während
die zuvor erläuterte
Regelung unter Verwendung des Regelverstärkers 12 und der Treiberstufe 13 dazu dient,
die Amplitude des Laststromes IL bei eingeschalteter Leistungsstufe 14 einzustellen.
Das Tastverhältnis
des pulsweitenmodulierten Signals kann zwischen 0 und 100% variieren,
wobei bei einem Tastverhältnis
von Null die Leistungsstufe 14 permanent abgeschaltet ist
und bei einem Tastverhältnis von
100% permanent eingeschaltet ist.
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Für eine derartige
Schaltung gibt es abhängig
vom Verwendungszweck verschiedene Verdrahtungskonfigurationen, die
nachfolgend anhand der 2 bis 4 erläutert werden.
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2 zeigt
eine erste Verdrahtungskonfiguration, bei der die erste Versorgungsklemme
In1 auf Versorgungspotential Vin liegt, der Laststromausgang Q an
einen ersten Dp der Lastanschlüsse
angeschlossen ist, der zweite Dm der Lastanschlüsse an einen ersten Rp der
Messanschlüsse
angeschlossen ist und der zweite Rm der Messanschlüsse über den zweiten
Versorgungsanschluss In2 auf Bezugspotential oder unmittelbar auf
Bezugspotential GND liegt. Die Last 30 und der Messwiderstand
Rs sind somit in Reihe zwischen den Laststromausgang Q und Bezugspotential
GND geschaltet, was der Verschaltung in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 entspricht.
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Zum
Anschließen
der Last 30 sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Anschlussleitungen 33, 34 erforderlich,
die von dem Gehäuse 40 zu
der Last 30 führen.
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3 zeigt
eine Verdrahtungskonfiguration, bei welcher eine Anschlussleitung 33 zwischen
dem Gehäuse 40 und
der Last 30 genügt,
sofern am Einbauort der Last ein Anschluss für Bezugspotential GND zur Verfügung steht,
wovon insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bei denen die gesamte Karosserie auf
Masse liegt, ausgegangen werden kann.
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Bei
dieser Verdrahtungskonfiguration gemäß 3 ist der
Strommesswiderstand Rs zwischen das Versorgungspotential Vin und
den Versorgungsanschluss In1 der Stromquellenanordnung 10 geschaltet.
Hierzu ist die Versorgungsspannungsquelle an den einen Messanschluss
Rp angeschlossen und der andere Messanschluss Rm ist an die Eingangsklemme
In1 angeschlossen. Der Laststromausgang Q ist entsprechend dem Beispiel
in den 1 und 2 an den ersten Lastanschluss
Dp angeschlossen. Der zweite Lastanschluss Dm liegt in diesem Beispiel über den
zweiten Versorgungsanschluss In2 an Bezugspotential GND oder unmittelbar
an Bezugspotential GND. Die Fehlerdetektionsschaltung, die den Spannungsabfall
zwischen den Lastanschlussklemmen Dp, Dm erfasst, erfasst bei diesem Ausführungsbeispiel
somit den Spannungsabfall über
der Last 30 plus dem Spannungsabfall über der unter Umständen langen
Versorgungsleitung 33.
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4 zeigt
eine weitere Verdrahtungskonfiguration, bei der eine Anschlussleitung 33 zwischen dem
Gehäuse 40 und
der Last 30 genügt.
Bei dieser Verdrahtungskonfiguration ist der Messwiderstand Rs zwischen
den Laststromausgang Q und die erste Lastklemme Dp geschaltet. Hierzu
ist der Laststromausgang Q an den ersten Rp der Messanschlüsse und
der zweite Messanschluss Rm an den ersten Dp der Lastanschlüsse angeschlossen.
Die Spannungsversorgungsklemme ist an den ersten Versorgungs anschluss
In1 angeschlossen. Die Verschaltung der Last zwischen den Lastanschlussklemmen
Dp, Dm entspricht der in 3 erläuterten Verschaltung.
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5 zeigt
ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel des in 1 dargestellten
Verzögerungsgliedes 24,
wobei zum besseren Verständnis auch
das Logik-Gatter 21 und der Ausgangstransistor 53 der
Fehlerdetektionsschaltung 20 dargestellt sind.
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Das
Verzögerungsglied 24 umfasst
eine Reihenschaltung mit einem Schalter 25 und dem Kondensators 27 zwischen
einem Versorgungspotential V+ und Bezugspotential GND. Der Schalter 25 ist durch
das Ausgangssignal S23 des Logik-Gatters angesteuert, wobei der
Schalter 25 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel geschlossen
ist, um den Kondensator 27 aufzuladen, wenn das Ausgangssignal
S21 des Logik-Gatters 21 einen Low-Pegel aufweist, wenn die beiden Vergleichssignale
KS1, KS2 also einen Pegel aufweisen, der auf einen fehlerfreien
Zustand hindeutet. Das Verzögerungsglied 24 umfasst
weiterhin einen Komparator K3, der eine über dem Kondensator 27 anliegende
Spannung V27 mit einer weiteren Referenzspannung Vref3 vergleicht.
Ein Komparatorausgangssignal KS3 nimmt in dem Beispiel einen Low-Pegel
an, wenn die Kondensatorspannung V27 größer als die Referenzspannung
Vref3 ist.
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Optional
ist dem Komparator K3 ein Speicherelement 29, beispielsweise
ein Latch oder ein Flip-Flop nachgeschaltet, um einen gegebenenfalls nur
kurzzeitig am Ausgang des Komparators K3 anliegenden High-Pegel
zu speichern und dadurch das Statussignal SS am Statusausgang ST
zumindest für eine
bestimmte Zeitdauer auf einen Low-Pegel zu ziehen.
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Wie
erwähnt,
liegt bei einem Low-Pegel des Logik-Gattersignals S21 der Kondensator 27 permanent
zwischen den Versorgungspotentialen V+, GND. Parallel zu dem Kondensator 27 liegt
in dem Ausführungsbeispiel
ein Widerstand 26, über den dieser
Kondensator 27 permanent entladen wird. Dieser Widerstand 26 ist
allerdings so dimensioniert, dass bei geschlossenem Schalter 25 der
Entladestrom nicht ausreichend ist, um das Kondensatorpotential
V27 unter den Wert des Referenzpotentials Vref3 zu ziehen. Wird
der Schalter 25 infolge eines detektierten Fehlers geöffnet, so
wird der Kondensator 27 weiter über den Widerstand 26 entladen,
bis die Kondensatorspannung V27 unter den Referenzspannungswert
Vref 3 absinkt, wodurch das Komparatorausgangssignal KS3
einen High-Pegel
annimmt. Die Verzögerungsdauer
zwischen dem Detektieren eines Fehlers, und damit dem Öffnen des
Schalters 25, und dem High-Pegel des Komparatorausgangssignals
KS3 ist abhängig
von der Versorgungsspannung V+, der Kapazität des Kondensators 27 und dem
Widerstandswert des Widerstandes 26. Diese Verzögerungsdauer
kann eingestellt werden über
die Kapazität
des Kondensators 27, der, wie bereits erläutert, vorzugsweise
extern an die Schaltung angeschlossen wird, um auf einfache Weise
unterschiedliche Verzögerungszeiten
realisieren zu können.
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Sofern
die Stromquellenanordnung 10 nach Maßgabe eines pulsweitenmodulierten
Signals PWM getaktet betrieben werden kann, ist diese pulsweitenmodulierte
Signal PWM auch dem ODER-Gatter 23 und
dem Verzögerungsglied 24 zugeführt. In
dem Verzögerungsglied 24 steuert
das pulsweitenmodulierte Signal PWM dabei den Komparator K3 an.
Das ODER-Gatter 23 und der Komparator K3 sind dazu ausgebildet,
durch das pulsweitenmodulierte Signal deaktiviert zu werden. Das
pulsweitenmodulierte Signal und das ODER-Gatter 23 sowie
der Komparator K3 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass das Gatter 23 und
der Komparator K3 deaktiviert werden, wenn das pulsweitenmodulierte
Signal PWM die Leistungsstufe 14 gemäß 1 deaktiviert.
Hierdurch ist sichergestellt, dass während der Zeitdauer, während der
die Leistungsstufe abgeschaltet ist und während der kein Laststrom IL
fließt,
kein Fehlersignal wegen Unterschreiten des unteren Stromgrenzwertes
erzeugt wird. Die Fehlererkennung wird somit bei ausgeschalteter
Leistungsstufe 14 unterdrückt.
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Bezug
nehmend auf 6 ist der Schalter 25 beispielsweise
als pnp-Transistor realisiert, der bei einem Low-Pegel des Logiksignals
S21 leitet und bei einem High-Pegel sperrt. Zum Schutz des Kondensators 27 vor
einer Überspannung
ist vorzugsweise eine Zenerdiode Z parallel zu dem Kondensator 27 geschaltet.
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Ein
schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel der Stromquellenanordnung 10 wird
nachfolgend anhand von 7 erläutert, wobei zum besseren Verständnis in 7 auch
die Last 30 und der Strommesswiderstand Rs dargestellt
sind.
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Die
Leistungsstufe 14 der Stromquellenanordnung umfasst bei
diesem Ausführungsbeispiel eine
Darlington-Stufe mit zwei Transistoren 141, 142, wobei
die Laststrecke eines der beiden Transistoren 141 zwischen
den ersten Versorgungsanschluss In1 und den Laststromausgang Q geschaltet
ist und wobei die Laststrecke des anderen der beiden Transistoren 142 zwischen
den Laststromausgang Q und den Steueranschluss des ersten Transistors 141 geschaltet
ist. Die Treiberstufe 13 steuert den zweiten 142 der
beiden Darlington-Transistoren an. Diese Treiberstufe 13 ist
in dem Ausführungsbeispiel
ebenfalls als Transistor ausgebildet, dessen Laststrecke zwischen
den Steueranschluss des zweiten Transistors 142 der Darlington-Stufe
und Bezugspotential GND geschaltet ist.
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Die
Darlington-Transistoren sind in dem Ausführungsbeispiel als pnp-Bipolartransistoren
ausgebildet, und der Treiberstufen-Transistor 13 ist als npn-Bipolartransistor
ausgebildet. Sinkt die Messspannung Vs bei diesem Ausführungsbeispiel
unter den Wert der Referenzspannung Vref ab, so wird der Treibertransistor 13 über den
Regelverstärker 12 aufgesteuert,
wodurch die Basis-Emitter-Ströme
der beiden Darlington-Transistoren 141, 142 größer werden und
der Laststrom IL an steigt. Umgekehrt, wenn die Messspannung Vs größer als
die Referenzspannung Vref wird, regelt der Regelverstärker 12 den
Treibertransistor 13 ab, um die Basis-Emitter-Ströme der Treibertransistoren 141, 142 zu
reduzieren und dadurch den Laststrom IL ebenfalls zu reduzieren.
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Eine
Ansteuerung der in 7 dargestellten Leistungsstufe
nach Maßgabe
des pulsweitenmodulierten Signals PWM kann dadurch erfolgen, dass das
Ansteuersignal S13 im Takt dieses pulsweitenmodulierten Signals
PWM an- und abgeschaltet wird, was in 7 durch
einen Schalter 18 veranschaulicht ist, über den das Ansteuersignal
S13 der Basis des Transistors 142 zugeführt ist und der durch das pulsweitenmodulierte
Signal PWM angesteuert ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass anstelle der Bipolartransistoren in 7 auch
MOS-Transistoren verwendet werden können und das neben den in 7 dargestellten
pnp-Transistoren
auch npn-Transistoren und statt des npn-Transistors 13 auch ein pnp-Transistor
verwendet werden kann.
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Die
Referenzspannungsquelle 11, die die Referenzspannung Vref
bereitstellt, ist beispielsweise als Bandabstands-Referenz ausgebildet.
Der Regelverstärker 12 ist
insbesondere dazu ausgebildet, eine floatende Messspannung Vs, also
eine nicht auf ein festes Potential bezogene Versorgungsspannung Vs
zu verstärken,
um das Regelsignal S12 zur Verfügung
zu stellen. Unabhängig
davon ist das Regelsignal S12 jedoch auf Bezugspotential GND bezogen, um
den Treibertransistor 13 geeignet anzusteuern.
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In
nicht näher
dargestellter Weise kann die Stromversorgungsanordnung verschiedene
Schutzschaltungen umfassen. So kann eine Übertemperaturschutzschaltung
vorgesehen werden, die die Temperatur in der Anordnung erfasst und
die die Anordnung bei Detektion einer Übertemperatur abschaltet. Des
weiteren kann eine Überspannungsschutzschaltung
vorgesehen werden, die Eingangsspannung Vin erfasst und die die
Anordnung abschaltet, wenn die Eingangsspannung einen vorgegebenen
Grenzwert übersteigt.
Das Abschalten der Anordnung erfolgt in beiden Fällen vorzugsweise durch Abschalten
der Leistungsstufe 14, indem das Steuersignal S13 beispielsweise
abgeschaltet bzw. zu Null gesetzt wird.
-
In
nicht näher
dargestellter Weise besteht darüber
hinaus die Möglichkeit,
eine Schnittstelle vorzusehen, über
welche Betriebsparameter der Anordnung von außen einstellbar sind. Diese
einstellbaren Parameter sind beispielsweise die in der Schaltung
vorkommenden Referenzwerte Vref, Vref1, Vref2, die zur Einstellung
des Stromsollwertes und der Fehlerschwellen dienen, oder die Verzögerungsdauer
des Verzögerungsgliedes 24.
Die Schnittstelle ist beispielsweise eine grundsätzliche bekannte SPI-Schnittstelle
(SPI = Serial Programmable Interface).
-
- D
- Kondensatoranschluss
- Dp,
Dm
- Lastanschlussklemmen
- GND
- Bezugspotential
- IL
- Laststrom
- In1,
In2
- Versorgungsanschlüsse
- K1,
K2
- Komparatoren
- K3
- Komparator
- KS1,
KS2
- Vergleichssignale
- Q
- Laststromausgang
- Rp,
Rm
- Messanschlussklemmen
- Rs
- Messwiderstand
- S12
- Regelsignal
- S23
- Logik-Gattersignal
- S24
- Verzögerungssignal
- SS
- Statussignal
- ST
- Statusausgang
- V30
- Lastspannung
- Vin
- Versorgungspotential
- Vref,
Vref1, Vref2
- Referenzspannungen
- Vref3
- Referenzspannung
- Vs
- Messspannung
- Vs
- Messspannungen
- Z
- Zenerdiode
- 10
- Stromquellenanordnung
- 12
- Regelverstärker
- 13
- npn-Transistor,
Treiberstufe
- 14
- Leistungsstufe
- 15
- Anti-Sättigungsschaltung
- 18
- Schalter
- 20
- Fehlerdetektionsschaltung
- 23
- Logik-Gatter,
ODER-Glied
- 24
- Verzögerungsschaltung
- 25
- Schalter
- 26
- Widerstand
- 27
- Kondensator
- 28
- Referenzspannungsquelle
- 29
- Latch
- 30
- Last
- 40
- Gehäuse
- 53
- Transistor
- 11,
21, 22
- Referenzspannungsquellen
- 31,
32
- Lastelemente,
Leuchtdioden
- 141,
142
- pnp-Transistoren