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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verringerung der Ruhestromaufnahme eines elektrischen Verbrauchers, und bezieht sich insbesondere auf eine solche Schaltungsanordnung zur Verwendung bei elektrischen Verbrauchern, wie beispielsweise Sensoren in Nutzfahrzeugen.
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Auf dem Gebiet der Fahrzeuge allgemein und ebenso dem der Nutzfahrzeuge wird mit steigender Anzahl darin verbauter elektrischer Verbraucher, wie etwa Steuergeräten, Sensoren, anderweitig überwachenden und/oder erfassenden Einrichtungen, Stellgliedern und dergleichen, eine zunehmend geringere Ruhestromaufnahme solcher Verbraucher in einem nicht aktiven Zustand oder Bereitschaftszustand gefordert, um bei abgestelltem Fahrzeug die Bordspannungsversorgung, etwa eine Fahrzeugbatterie, geringstmöglich zu belasten und dadurch eine möglichst lange Standzeit ohne Laden der Bordspannungsversorgung zu ermöglichen. Hersteller und Zulieferer haben dabei immer geringer werdende Grenzwerte und/oder Vorgaben auch für jeweilige (Einzel-)Komponenten zu erfüllen, damit in einem Fahrzeug insgesamt die Ruhestromaufnahme aller auch in einem abgestellten Zustand des Fahrzeugs in Bereitschaft stehender Komponenten einen maximal zulässigen Wert nicht überschreitet und das Fahrzeug nach einer Standzeit noch mittels der bordeigenen Versorgung gestartet werden kann.
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Insbesondere können Fälle auftreten, in welchen eine Art Standard- oder Katalogkomponente bezogen und integriert werden muss, deren Auslegung, im vorliegenden Fall deren elektrische Auslegung und/oder Ruhestromaufnahme, für den Hersteller, Zulieferer oder Anwender nicht ohne weiteres änderbar ist. Damit läuft der Hersteller, Zulieferer oder Anwender aber Gefahr, die Forderungen eines möglichen Abnehmers nicht erfüllen und sein Endprodukt nicht absetzen zu können.
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Es besteht daher Bedarf an einer kostengünstigen Lösung zur Senkung der Ruhestromaufnahme eines beispielsweise verfügbaren, konstruktiv aber nicht änderbaren Verbrauchers auf einen benötigten Wert, die im Hinblick auf einen jeweiligen Anwendungsfall gleichzeitig variabel auslegbar ist.
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Nach
DE 34 39 875 A1 wird eine Vorrichtung zur Strombegrenzung vorgeschlagen, die einen durch einen Schalter überbrückbaren Widerstand enthält. Die
DE 15 23 991 A offenbart eine Antriebsschaltung für einen Resonator für die Unruh eines Urwerks, welche eine Parallelschaltung aus Widerstand und Schaltelement beinhaltet. Gemäß
DE 103 53 476 A1 wird ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einer zwei Transistoren beinhaltenden Schaltung, die die Ruhestromaufnahme des Steuergeräts reduzieren soll. In der gattungsgemäßen
DE 40 19 059 A1 wird eine Schaltungsanordnung zur Reduzierung der Ruhestromaufnahme offenbart, bei welcher der Aufbau relativ komplex ist.
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Der Erfindung liegt daher als eine Aufgabe zugrunde, auf dem Gebiet der Fahrzeuge eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche kostengünstig eine Verringerung der Ruhestromaufnahme eines in einem Fahrzeug verbauten elektrischen Verbrauchers durch Auslegung entsprechend gewünschter Vorgaben erzielt, ohne Änderungen am elektrischen Verbraucher selbst zu erfordern, und die effizient mit einem solchen elektrischen Verbraucher koppelbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, für den Fall, dass ein elektrischer Verbraucher als eine zum Einbau in ein Fahrzeug zu verwendende Komponente, wie beispielsweise ein Sensor, bestehende Anforderungen an eine maximale Ruhestromaufnahme nicht erfüllt, d. h. in einem Zustand, in dem etwa eine Batterie als Bordnetzversorgung des Fahrzeugs nicht geladen wird, der Batterie einen zu hohen Ruhe- oder Bereitschaftsstrom entnimmt, eine zusätzliche Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche kostengünstig mit Standardbauteilen darstellbar ist, und welche zwischen die Batterie und einen Versorgungsanschluss des Verbrauchers einfügbar ist und in dem Zustand, in dem die Batterie nicht geladen wird, die an dem Verbraucher anliegende Spannung senkt und dadurch bewirkt, dass der Verbraucher einen geringeren Ruhestrom aufnimmt. Weiter ist Teil der Idee, die Schaltungsanordnung so auszugestalten, dass bei einer Aktivierung des Verbrauchers aus dem Ruhe- oder Bereitschaftszustand die Schaltungsanordnung selbsttätig und unmittelbar, d. h. innerhalb hinreichend kurzer Zeit, die zuvor unter die Betriebsspannung des Fahrzeugs bzw. Verbrauchers im Fahrzeug gesenkte Spannung wieder auf die erforderliche Betriebsspannung erhöht. Weiterer Teil der Idee ist, einen Kurzzeit-Energiespeicher als Hilfsstromquelle in der Schaltungsanordnung vorzusehen, der in der Lage ist, kurzzeitig einen zur unmittelbaren Aktivierung des Verbrauchers benötigten Aktivierungs- oder Anlaufstrom zu liefern, bis die Schaltungsanordnung die Spannung für den Verbraucher ausreichend erhöht und wieder auf die erforderliche Betriebsspannung hergestellt hat.
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In anderen Worten besteht die grundlegende Idee der Erfindung darin, einen ersten Transistor vorzusehen, der parallel zu einem ersten Widerstand liegt und in einem ausgeschalteten Zustand einen gewünschten Teil der Batteriespannung an dem ersten Widerstand abfallen lässt (Bereitschaftszustand mit Ruhestromabsenkung), während er in einem eingeschalteten Zustand Betriebsstrom nahezu widerstandslos an den Verbraucher durchleitet (Wach- oder Normalbetriebszustand mit Betriebsstrom). Die Umschaltung des ersten Transistors zwischen Bereitschaftszustand und Normalbetriebszustand erfolgt durch einen zweiten Transistor, der durch eine Stromanforderung bei Aktivierung des Verbrauchers aus der Bereitschaft über einen zweiten Widerstand (Stromerfassungswiderstand) eingeschaltet wird und dadurch den ersten Transistor leitend schaltet, welcher dann wiederum den ersten Widerstand überbrückt. Den zur Aktivierung des Verbrauchers notwendigen Anfangsstrom kann kurzzeitig ein Kondensator, an dem permanent die Batteriespannung anliegt und der daher ständig aufgeladen gehalten wird, über den zweiten Widerstand liefern, bis die Transistoren durchgeschaltet haben und nahezu wieder die volle Batteriespannung stabil am Verbraucher anliegt.
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Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung ist dazu mit wenigen Standardbauteilen auf kleiner Fläche aufbaubar und kann daher sowohl als eine eigenständige, zusätzliche Komponente in einem eigenen Gehäuse, beispielsweise in Form einer Art Vorschaltgerät separat von dem Verbraucher, bereitgestellt werden. Ebenso möglich ist dadurch aber auch, die Schaltungsanordnung mit geringem Aufwand in ein bestehendes, internes Schaltungs- oder Verdrahtungslayout des elektrischen Verbrauchers zu integrieren, ohne dass an dem Verbraucher selbst weitere Änderungen vorgenommen werden müssen. Die Integration in den Verbraucher kann dann etwa an den Hersteller des Verbrauchers bzw. den Hersteller des elektrischen Layouts des Verbrauchers ausgelagert werden.
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Die Schaltungsanordnung zur Reduzierung der Ruhestromaufnahme eines elektrischen Verbrauchers in einem Nutzfahrzeug beinhaltet: Ein Ruhestrom-Verringerungselement, das in einem Bereitschaftszustand des elektrischen Verbrauchers eine an dem elektrischen Verbraucher anliegende Versorgungsspannung reduziert und einen Ruhestrom für den Verbraucher durchleitet; ein erstes Schaltelement, das in einem Normalbetriebszustand des elektrischen Verbrauchers die an dem elektrischen Verbraucher anliegende Versorgungsspannung erhöht und einen Betriebsstrom für den Verbraucher durchleitet; und ein zweites Schaltelement, das das erste Schaltelement in Abhängigkeit von dem Strom, den der elektrische Verbraucher in einem jeweiligen des Bereitschaftszustands oder des Normalbetriebszustands anfordert, nichtleitend oder leitend schaltet.
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Erfindungsgemäß ist hierbei die Schaltungsanordnung derart ausgestaltet, dass das Ruhestrom-Verringerungselement ein erster, hochohmiger Widerstand nach Art eines Vorwiderstands ist, der in einem ersten Strompfad von einem Anschluss höheren Potenzials der Versorgungsspannung zu einem entsprechenden Anschluss des elektrischen Verbrauchers angeordnet ist und das erste Schaltelement ein erster Transistor ist, der in einem zweiten Strompfad von dem Anschluss höheren Potenzials der Versorgungsspannung zu dem entsprechenden Anschluss des elektrischen Verbrauchers mit einer Kollektor-Emitter-Strecke parallel zu dem ersten Widerstand angeordnet ist und das zweite Schaltelement ein zweiter Transistor ist, der außerhalb des ersten und des zweiten Strompfads angeordnet und so mit dem ersten und dem zweiten Strompfad verbunden ist, dass er einen von dem elektrischen Verbraucher für den Normalbetriebszustand angeforderten Strom auf einem gemeinsamen Abschnitt des ersten Strompfad und des zweiten Strompfads erfasst und im Erfassungsfall den ersten Transistor aus dem nicht leitenden Zustand leitend schaltet, um von dem ersten auf den zweiten Strompfad zu wechseln.
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Danach kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit nur wenigen und gleichzeitig standardisierten Elementen kostengünstig dargestellt werden, welche aufgrund der kurzen Leitungsführung (zwei der Elemente sind als Teil eines ersten und eines zweiten Strompfads parallel zueinander angeordnet, und ein dem ersten und dem zweiten Strompfad gemeinsamer Strompfadabschnitt mit einem weitere Elemente verbindenden Knotenpunkt schließt sich an) ferner nur gering raumgreifend sind, so dass vielfältige Formen der Anordnung, etwa in einem separaten Gehäuse, in einem Chipgehäuse, zur Integration andernorts auf einem freien Teil einer vorhandenen oder einer entsprechend vergrößerten Platine eines elektrischen Verdrahtungslayouts einer anderen Schaltungsanordnung usw. möglich sind.
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Vorzugsweise weist der erste Widerstand (R1) einen ohmschen Widerstandswert in der Größenordnung von 100 kΩ auf.
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Speziell für den Anwendungsbereich der Nutzfahrzeuge mit einem Versorgungsspannungsbereich zwischen 18 V und 36 V ergibt sich daraus bei typischen Ruheströmen eines beispielsweise für 12 V Versorgungsspannung ausgelegten, aber bei 18 V bis 36 V und damit mit gegenüber 12 V erhöhtem Ruhestrom betriebenen elektrischen Verbrauchers ein Spannungsabfall an dem Widerstand, der ausreicht, um die Spannung an dem elektrischen Verbraucher so weit zu senken, dass die Ruhestromaufnahme wieder in einen vorgegebenen und/oder zulässigen Bereich fällt.
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Bevorzugt beinhaltet die Schaltungsanordnung eine Hilfsstromquelle, die dann, wenn der elektrische Verbraucher einen Strom für einen Wechsel desselben in den Normalbetriebszustand anfordert, während Schaltzeiten des ersten und des zweiten Schaltelements kurzzeitig den angeforderten Strom für den elektrischen Verbraucher bereitstellt.
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Da der die Ruhestromaufnahme im Bereitschaftszustand verringernde erste Widerstand als das Ruhestrom-Verringerungselement bzw. als ein Versorgungsspannungs-Verringerungselement so ausgelegt ist, dass bei der angelegten Versorgungsspannung ein für den Normalbetriebszustand erforderlicher Normalbetriebs-Strom möglicherweise nicht oder zumindest nicht in allen Fällen direkt von der Batterie an den elektrischen Verbraucher geliefert werden kann, oder möglicherweise nicht mehr ausreichen kann, um ein Schalten der beiden Schalteinrichtungen sicher zu gewährleisten, leistet die Hilfsstromquelle für die kurze Zeitspanne, in der die Schalteinrichtungen schalten, d. h. bis die höhere Versorgungsspannung ausreichend am elektrischen Verbraucher zur Verfügung steht und das hochohmige Ruhestromverringerungselement umgangen ist, Unterstützung, indem sie den benötigten Strom aus in ihr gespeicherter Energie an den elektrischen Verbraucher liefert.
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Vorteilhaft ist die Hilfsstromquelle dabei ein Kondensator, der in dem Bereitschaftszustand und in dem Normalbetriebszustand mit der dann jeweiligen Versorgungsspannung verbunden ist und in einem für die Bereitstellung des für den Wechsel des elektrischen Verbrauchers in den Normalbetriebszustand angeforderten Stroms ausreichenden Ladezustand gehalten wird, und weist der Kondensator eine Kapazität in dem Bereich von 1 nF bis 1 μF auf.
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Der Kondensator stellt hierbei die für den beabsichtigten Zweck einfachste und kostengünstigste Ausgestaltung dar, und die angegebene Dimensionierung ist für den anwendungsbezogen vorgesehenen Strom- und/oder Spannungsbereich geeignet und ausreichend.
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Vorteilhaft sind in dem Normalbetriebszustand das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement in einen leitenden, niederohmigen Zustand geschaltet, und sind in dem Bereitschaftszustand das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement in einen nichtleitenden, hochohmigen zustand geschaltet.
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Hierdurch fließt in dem Normalbetriebszustand nahezu der gesamte Strom durch das erste Schaltelement, während es über denselben Strom durch das zweite Schaltelement leitend gehalten wird, und fließt in dem Bereitschaftszustand nahezu kein Strom durch das erste Schaltelement, während es durch das zweite Schaltelement nichtleitend gehalten wird, da der fließende verringerte Ruhestrom auslegungsgemäß nicht ausreicht, das zweite Schaltelement und damit auch das erste Schaltelement leitend zu schalten.
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Bevorzugt ist ein Stromerfassungselement vorgesehen, das den von dem elektrischen Verbraucher angeforderten Strom erfasst und derart mit dem zweiten Schaltelement in Wirkverbindung steht, dass dann, wenn der von dem elektrischen Verbraucher angeforderte Strom ein Strom für den Normalbetriebszustand ist, das zweite Schaltelement selbsttätig in den leitenden Zustand und damit das erste Schaltelement in den leitenden Zustand schaltet, und dann, wenn der von dem elektrischen Verbraucher angeforderte Strom ein Strom für den Bereitschaftszustand ist, das zweite Schaltelement selbsttätig in den nichtleitenden Zustand und damit das erste Schaltelement in den nichtleitenden Zustand schaltet.
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Die Schaltungsanordnung kann somit eigengesteuert arbeiten und benötigt keinerlei weitere Anschlüsse oder Ansteuerung. Sie ist daher sehr einfach in bereits bestehende oder neue Strukturen integrierbar, ohne dass an solchen Strukturen wesentliche Änderungen erforderlich sind.
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Bevorzugt ist das Stromerfassungselement ein ohmscher Widerstand (R2) mit einem Widerstandswert in der Größenordnung von 1 kΩ.
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Auch diese Größenordnung erweist sich für den vorgesehenen Anwendungs- bzw. Strom-/Spannungsbereich als günstig und zweckmäßig für eine geeignete Ruhestromreduktion und ein geeignetes Schaltverhalten der Schaltungsanordnung.
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Bevorzugt ist an jeweils einem Anschluss des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, der einen Anschluss zum Steuern der Schaltelemente in den leitenden oder nichtleitenden Zustand bildet, ein Schutzelement vorgesehen, wobei das Schutzelement ein ohmscher Widerstand in der Größenordnung von einigen hundert Ω ist.
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Das Schutzelement schützt den Steueranschluss (die Basisregion) der verwendeten Schaltelemente (Transistoren) und ist ebenfalls geeignet und zweckmäßig dimensioniert.
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Vorteilhaft ist die Schaltungsanordnung in einem gegenüber dem elektrischen Verbraucher separaten Gehäuse angeordnet, das dem elektrischen Verbraucher extern vorschaltbar ist.
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Hierdurch werden keinerlei Änderungen an dem elektrischen Verbraucher selbst notwendig.
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Auch vorteilhaft kann die Schaltungsanordnung auf einem Teilbereich eines in den elektrischen Verbraucher oder Gehäuseteile desselben integrierten elektrischen Verdrahtungsabschnitts angeordnet sein.
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Insbesondere in Fällen, in denen der elektrische Verbraucher innerhalb seiner Grenzen eigene Elektronik mit einem Verdrahtungsabschnitt (Platine, gedruckte Schaltung und dergleichen) aufweist und der Verdrahtungsabschnitt noch genügend freie Fläche aufweist oder entsprechend dazu vergrößert werden kann, kann alternativ die Schaltungsanordnung auch direkt in den elektrischen Verbraucher platziert werden. Dies ermöglicht beispielsweise kundenspezifisch angepasste elektrische Verbraucher oder Verbesserungen (Anpassungen, Produktpflege usw.) an solchen elektrischen Verbrauchern, die dann eine jeweils unterschiedliche elektrische Spezifikation aufweisen können, nach außen hin aber identisch erscheinen.
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Die Schaltungsanordnung kann vorteilhaft zur Verwendung mit einem einen Radarsensor, einen Sensor anderer Bauart, eine überwachende und/oder signalisierende und/oder signalverarbeitende Steuereinrichtung, oder einem Stellglied mit jeweils zumindest einer Bereitschaftsbetriebsart und zumindest einer Ruhestromaufnahme in der Bereitschaftsbetriebsart bildenden elektrischen Verbraucher vorgesehen werden.
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Da die Schaltungsanordnung nicht weiter mit dem elektrischen Verbraucher interagiert, kommuniziert oder Änderungen an demselben erfordert, und hinsichtlich ihrer Auslegung variabel anpassbar ist, besteht grundsätzlich auch keine Beschränkung auf bestimmte elektrische Verbraucher. Die Schaltungsanordnung ist somit äußerst vielseitig zur Verringerung von Ruhestromaufnahmen einsetzbar.
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Vorteilhaft ist auch die Verwendung mit einem elektrischen Verbraucher mit nichtlinearer Stromverhalten derart, dass aus der Reduzierung der Versorgungsspannung eine dazu überproportionale Ruhestromverringerung resultiert.
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Dadurch kann durch geeignete Auslegung der Komponenten der Schaltungsanordnung eine überproportional starke Ruhestromverringerung erzielt werden, etwa indem ein gewünschter oder geeigneter Arbeitspunkt gewählt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit einer Figur näher beschrieben.
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Die einzige Figur zeigt beispielhaft und vereinfacht eine prinzipielle Schaltungsanordnung zur Verringerung der Ruhestromaufnahme eines elektrischen Verbrauchers in einem Nutzfahrzeug.
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Eine Beschränkung auf generell Nutzfahrzeuge und/oder Verbraucher in Nutzfahrzeugen besteht hierbei nicht, jedoch zeigen sich Vorteile und Wirkungen unmittelbar bei Nutzfahrzeugen mit ihrer gegenüber Fahrzeugen anderer Art üblicherweise höheren Bordspannung, die in einem Bereich zwischen etwa 14 V und 36 V liegen kann und häufig 18 V bis 36 V beträgt, und einem elektrischen Verbraucher, der in diesem Spannungsbereich einsetzbar ist.
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Ist der Verbraucher beispielsweise ein an sich bekannter Radarsensor, der nominell für den Betrieb an 12 V ausgelegt ist und der selbst weder in seiner Struktur noch in seinem diese Struktur ansprechenden elektrischen Layout, d. h. seinem Spannungsversorgungsabschnitt, änderbar ist, aber ebenfalls mit der im Nutzfahrzeugbereich üblichen höheren Betriebsspannung betreibbar ist, so kann der Radarsensor bei der höheren Bordnetzspannung des Nutzfahrzeugs gemäß einem näherungsweise dem einer Zenerdiode ähnlichen Verhalten in einem Bereitschafts- oder Standby-Zustand (beispielsweise bei einem geparkt abgestellten Fahrzeug), in dem etwa eine Batterie der Bordnetzversorgung des Nutzfahrzeugs nicht geladen wird, einen Ruhestrom aufnehmen, der über einem gemäß geforderten Vorgaben zulässigen Wert liegt.
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Ein solcher hoher Ruhestrom des Radarsensors im Nutzfahrzeugspannungsbereich (18 V–36 V) kann in diesem Fall nur durch Verringerung der Versorgungsspannung im Standby-Fall reduziert werden.
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Die dazu gemäß der Figur vorgeschlagene Schaltungseinrichtung beinhaltet für eine solche Verringerung der Versorgungsschaltung im Wesentlichen einen ersten Transistor T1, einen zweiten Transistor T2, einen ersten Widerstand R1, einen zweiten Widerstand R2, einen dritten Widerstand R3, einen vierten Widerstand R4, und einen Kondensator C1. Es wird angemerkt, dass diese geringe Anzahl von Bauteilen der Schaltungsanordnung übliche und geeignet ausgelegte Standardbauteile sein können, welches zu einer kostengünstigen Gesamtanordnung beiträgt.
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Nachstehend wird der Aufbau der Schaltungsanordnung zur Verringerung der Ruhestromaufnahme gemäß dem Ausführungsbeispiel genauer beschrieben.
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In der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein Emitteranschluss des ersten Transistors T1 mit einer Versorgungsspannung, einem Bordnetz oder einem gegenüber einem Massepotenzial höheren Potenzial (Pluspol) UB einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) und einem ersten Ende des ersten Widerstands R1 verbunden. Ein Kollektoranschluss des ersten Transistors T1 ist mit einem zweiten Ende des ersten Widerstands R1, einem auf dem höheren Potenzial UB liegenden ersten Anschluss des Kondensators C1, einem ersten Ende des dritten Widerstands R3 und einem ersten Ende des vierten Widerstands R4 verbunden. Ein Basisanschluss des ersten Transistors T1 ist mit einem ersten Ende des zweiten Widerstands R2 verbunden.
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Das zweite Ende des ersten Widerstands R1 ist mit dem Kollektoranschluss des erstes Transistors T1, mit dem ersten Ende des Kondensators C1, dem ersten Ende des dritten Widerstands R3 und dem ersten Ende des vierten Widerstands R4 verbunden.
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Das erste Ende des zweiten Widerstands R2 ist mit dem Basisanschluss des ersten Transistors T1 verbunden, und ein zweites Ende des zweiten Widerstands R2 ist mit einem Kollektoranschluss des zweiten Transistors T2 verbunden.
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Das zweite Ende des Kondensators C1 ist mit einem Massepotenzial des Fahrzeugs verbunden.
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Das erste Ende des dritten Widerstands R3 ist mit dem zweiten Ende des ersten Widerstands R1, dem ersten Ende des Kondensators C1, dem ersten Ende des vierten Widerstands R4 und dem Kollektoranschluss des ersten Transistors T1 verbunden. Ein zweites Ende des dritten Widerstands ist mit einem Eingangsanschluss eines (nicht gezeigten) Verbraucherversorgungsabschnitts, im Fall des hier betrachteten Radarsensors beispielsweise eines Sensorversorgungsbausteins, und mit einem Emitteranschluss des zweiten Transistors T2 verbunden.
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Das erste Ende des vierten Widerstands R4 ist mit dem zweiten Ende des ersten Widerstands R1, dem ersten Ende des Kondensators C1, dem ersten Ende des dritten Widerstands R3 und dem Kollektoranschluss des ersten Transistors T1 verbunden. Ein zweites Ende des vierten Widerstands R4 ist mit einem Basisanschluss des zweiten Transistors T2 verbunden.
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Der Kollektoranschluss des zweiten Transistors T2 ist mit dem zweiten Ende des Widerstands R2 verbunden, der Emitteranschluss des zweiten Transistors T2 ist mit dem Eingangsanschluss des Verbraucherversorgungsabschnitts verbunden, und der Basisanschluss des zweiten Transistors T2 ist mit dem zweiten Ende des vierten Widerstands R4 verbunden.
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Der erste Widerstand R1 bildet in der Schaltungsanordnung einen hochohmigen Vorwiderstand. Sein Wert kann in dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel etwa in einem Bereich von 10 kΩ bis 300 kΩ liegen, und im Hinblick auf die in einem Nutzfahrzeug vorliegenden Strom-/Spannungsverhältnisse zum Beispiel bevorzugt 100 kΩ betragen.
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Der zweite Widerstand R2 bildet in der Schaltungsanordnung einen Schutzwiderstand für die Basisregion des Transistors T1. Sein Wert kann für den betrachteten Anwendungsfall beispielsweise etwa 220 Ω betragen.
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Der dritte Widerstand R3 bildet einen Stromerfassungswiderstand. Sein Wert kann auslegungskonform in beispielsweise einem Bereich von 500 Ω bis 10 kΩ liegen, und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 1 kΩ.
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Der vierte Widerstand R4 bildet, analog zu dem zweiten Widerstand R2, einen Schutzwiderstand für die Basisregion des zweiten Transistors T2. Sein Wert kann für den betrachteten Anwendungsfall beispielsweise ebenfalls etwa 220 Ω betragen.
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Der Kondensator C1 dient als Speicherkondensator zum Überbrücken der Einschaltzeit der Transistoren T1 und T2, d. h. er liefert kurzzeitig den von dem nachgeschalteten Verbraucher in der Aktivierungsphase angeforderten Betriebsstrom für den Wachzustand oder Normalbetriebszustand des Verbrauchers (beispielsweise etwa 3 mA bis 4 mA). Da der Kondensator C1 Energie nur während der Einschaltdauer der Transistoren T1 und T2 liefern muss, genügt es, ihn in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Verbrauchers während dieser Zeit kleinstmöglich zu konfigurieren, etwa im Bereich von 1 nF bis 1 μF bei der erwähnten Stromanforderung von 3 mA bis 4 mA.
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Die Schaltungsanordnung weist somit einen ersten Strompfad für einen Bereitschaftsbetrieb oder Standby-Betrieb (Bereitschaftszustand des Verbrauchers, Transistor T1 ausgeschaltet bzw. gesperrt) auf, der von dem mit dem gegenüber der Fahrzeugmasse höheren Potenzial der Versorgungsspannung, des Bordnetzes oder der Batterie verbundenen Versorgungsspannungsanschluss UB über den ersten Widerstand R1 und den dritten Widerstand R3 zu dem Eingangsanschluss des Verbraucherversorgungsabschnitts führt, wobei der erste Widerstand R1 aufgrund seiner Hochohmigkeit einen relevanten Spannungsabfall bewirkt und dadurch die an dem Verbraucher anliegende Spannung senkt.
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Durch die dann an dem Verbraucher anliegende geringere Spannung nimmt der Verbraucher aufgrund seiner Stromaufnahmeeigenschaften (seines Stromverhaltens) in diesem Zustand einen wesentlich geringeren Ruhestrom auf. Der in diesem Zustand aufgenommene Ruhestrom ist durch geeignete Dimensionierung des ersten Widerstands R1 bzw. des ersten Widerstands R1 und des dritten Widerstands R3 variabel bestimmbar. Insbesondere dann, wenn der Verbraucher ein nichtlineares Stromverhalten aufweist (ähnlich etwa einem Zenerdiodenverhalten), kann sich die Stromaufnahme überproportional reduzieren.
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In Versuchsreihen wurde beispielsweise im Bereitschaftszustand des Radarsensors als Verbraucher gemäß diesem Ausführungsbeispiel ohne die vorgeschlagene Schaltungsanordnung eine unzulässige, weil über Vorgaben und/oder Grenzwerten liegende, Ruhestromaufnahme von etwa 300 μA bei einer Bordnetzspannung von 24 V ermittelt. Mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung dagegen sank die Ruhestromaufnahme auf bestimmungsgemäß zulässige Werte in der Größenordnung von etwa 100 μA bis 150 μA, entsprechend einer Reduzierung der Eingangsspannung des elektrischen Verbrauchers auf ca. 12 V.
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Die Schaltungsanordnung weist darüber hinaus einen zweiten Strompfad für einen Normalbetrieb (Wachzustand des Verbrauchers, Transistor T1 ein- bzw. durchgeschaltet) auf, der von einem mit dem gegenüber der Fahrzeugmasse höheren Potenzial der Versorgungsspannung, des Bordnetzes oder der Batterie verbundenen Anschluss UB über den ersten Transistor T1 und den dritten Widerstand R3 zu dem Eingangsanschluss des Verbraucherversorgungsabschnitts führt, wobei der erste Widerstand R1 durch den ersten Transistor T1 überbrückt bzw. nahezu kurzgeschlossen wird, so dass der Verbraucher mit nahezu der vollen Versorgungsspannung und über den ersten Transistor T1 mit dem im Wachzustand benötigten Betriebsstrom versorgt wird.
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Nachstehend wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel kurz beschrieben.
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Befindet sich der Verbraucher (Sensor) im Bereitschaftszustand und ist dessen Stromaufnahme bzw. Stromverbrauch hinreichend gering, wie etwa bei einem geparkt abgestelltem Fahrzeug, sind beide der Transistoren T1 und T2 gesperrt.
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In diesem Zustand ist daher der hochohmige erste Widerstand R1 wirksam und verringert die Versorgungsspannung des Verbrauchers. Im Einzelnen fällt ein Teil der Versorgungsspannung UB an ihm ab, und wird die an dem elektrischen Verbraucher anliegende verbleibende Spannung um diesen Teil gesenkt. Dadurch reduziert sich auch dessen Stromaufnahme entsprechend und in Abhängigkeit seines Stromverhaltens, bei beispielsweise einem nichtlinearen Stromverhalten (Zenerdiodenverhalten) auch überproportional zur Verringerung seiner Eingangsspannung.
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Wird der Verbraucher sodann durch ein Wake-Up- bzw. Aufweckereignis aktiviert oder aufgeweckt, beispielsweise dann, wenn das abgestellte Fahrzeug in Betrieb genommen bzw. gestartet wird, wobei die Aktivierung über zum Beispiel eine Verbraucherüberwachung mittels Signalisierung auf einem CAN-Bus (nicht gezeigt) erfolgen kann, fordert der Verbraucher einen höheren Strom als den Bereitschaftsstrom aus der Batterie an.
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Da der erste Widerstand R1 zur Ruhestromverringerung so dimensioniert ist, dass dieser Strom zunächst, d. h. bei noch gesperrten Transistoren T1 und T2 nicht sicher geliefert werden kann, wird dieser höhere Strom unterstützend und kurzzeitig von dem Kondensator C1 geliefert. Der Kondensator C1 liegt an der Versorgungsspannung UB und ist daher immer ausreichend geladen, so lange die Versorgungsspannung UB zur Verfügung steht.
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Der von dem Kondensator C1 gelieferte Strom wird durch den dritten Widerstand R3 (Stromerfassungswiderstand) erfasst, und die dadurch ausgelöste Strom-/Spannungsänderung am Basisanschluss des zur Stromsensierung dienenden Transistors T2 (Stromerfassungstransistor) schaltet den Transistor T2 ein. Dadurch wird der Transistor T2 leitend, und wird auch der an seinem Basisanschluss mit dem Kollektoranschluss des Transistors T2 verbundene Transistor T1 leitend.
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Der leitende Transistor T1 überbrückt dadurch den hochohmigen ersten Widerstand R1 (Vorwiderstand) niederohmig, so dass nun nahezu die volle Versorgungsspannung am Stromversorgungsabschnitt des elektrischen Verbrauchers anliegt und diesem der angeforderte Betriebs- oder Wachstrom aus der Batterie geliefert werden kann. Der dritte Widerstand R3 ist dabei so dimensioniert, dass ein Spannungsabfall an ihm so gering bleibt, dass die am elektrischen Verbraucher verbleibend anliegende Spannung einer jeweiligen Spezifikation genügt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können zum Beispiel an dem dritten Widerstand R3 bei angenommenen R3 mit 1 kΩ, etwa 3 mA bis 4 mA Stromaufnahme des elektrischen Verbrauchers im Normalbetriebszustand und 18 V bis 36 V Versorgungsspannung UB etwa 3 V bis 4 V abfallen (durch den Schutzwiderstand und die Basis des Transistors T2 fließt ebenfalls ein Strom, welcher den Spannungsabfall am Widerstand R3 auf ca. 1 V reduziert). Da die Spannung einer Fahrzeugbatterie in der Regel aber in etwa dieser Größenordnung über der Nennspannung eines von ihr gespeisten elektrischen Verbrauchers liegt, kann der elektrische Verbraucher auch bei Verwendung der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel weiter korrekt versorgt werden.
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Der Übergang in den Bereitschaftszustand erfolgt im Wesentlichen umgekehrt analog, wobei ein durch den Verbraucher nicht mehr angeforderter Betriebsstrom bewirkt, dass die Transistoren T1 und T2 wieder sperren und somit die Überbrückung des hochohmigen Vorwiderstands R1 durch den dann nicht mehr leitenden Transistor T1 wieder aufgehoben wird.
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Es wird angemerkt, dass die beschriebene und in der Figur gezeigte Anordnung von Transistoren T1 und T2 nicht auf die dargestellte Anschlussverteilung und einen besonderen Transistortyp beschränkt ist, sondern im Rahmen der Auslegung der Schaltungsanordnung und des vorgeschlagenen Prinzips geeignete Transistoren und Verschaltungen wählbar sind. Ferner ist der elektrische Verbraucher nicht auf einen Radarsensor beschränkt, sondern kann eine beliebige Art eines Verbrauchers sein, der im Rahmen der Schaltungsanordnung in einem Bereitschaftszustand mit einer verringerten Eingangsspannung verbindbar und mittels der Energie aus dem als Hilfsenergiequelle dienenden Kondensator aktivierbar ist. Denkbare Verbraucher können etwa Steuereinrichtungen, andere Sensorarten, Information sendende/empfangende Einrichtungen, Signale ausgebende/empfangende Einrichtungen oder anderweitig überwachende Einrichtungen sein.
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Es wird angemerkt, dass aufgrund der geringen Anzahl notwendiger Bauteile die Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel sowohl separat in einem eigenen Gehäuse, etwa als in Versorgungsleitungen einfüg- oder einschleifbares Vorschaltgerät für vorhandene Verbraucher, als auch als in ein Layout einer gedruckten Schaltung oder ein Chipgehäuse integrierbare Schaltkreise ausgestaltet werden kann.
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Insbesondere in dem beispielhaften Fall eines Radarsensors und vergleichbaren Sensoren, die bereits eine gedruckte Schaltung für ihre Ansteuerung beinhalten oder mit einer solchen bestückbar oder erweiterbar sind, kann die Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, einfach und kostengünstig direkt zu der gedruckten Schaltung hinzugefügt werden, ohne dass andere Teile und/oder Abmessungen des Sensors dazu verändert werden müssen, und ohne, dass sich die grundlegende Spezifikation des Sensors (mit Ausnahme der Ruhestromaufnahme) dadurch ändert.
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Wesentliche Vorteile der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ergeben sich daher daraus, dass bei geringen Hardwarekosten für die Schaltungsanordnung keine Neukonstruktion eines vorhandenen Strom- oder Spannungsbausteins für den Nutzfahrzeugspannungsbereich erforderlich wird.
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Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung ist damit allgemein und mit geringstmöglichem Aufwand auch in bereits verfügbare elektrische Verbraucher integrierbar.
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Die Erfindung wurde mit Bezug auf einen beispielhaften Radarsensor als ruhestromreduzierende Schaltungsanordnung mit einem stromgeschalteten Vorwiderstand (der an den elektrischen Verbraucher gelieferte Strom wird dazu herangezogen, den Vorwiderstand in den Strompfad zu dem Verbraucher oder aus diesem heraus zu schalten) für einen elektrischen Verbraucher beschrieben, bei der die Schaltungsanordnung beinhaltet: ein Ruhestrom-Verringerungselement R1, das in einem Bereitschaftszustand des elektrischen Verbrauchers eine an dem elektrischen Verbraucher anliegende Versorgungsspannung reduziert und einen Ruhestrom für den Verbraucher durchleitet; ein erstes Schaltelement T1, das in einem Normalbetriebszustand des elektrischen Verbrauchers die an dem elektrischen Verbraucher anliegende Versorgungsspannung erhöht und einen Betriebsstrom für den Verbraucher durchleitet; und ein zweites Schaltelement T2, das das erste Schaltelement T1 in Abhängigkeit von dem Strom, den der elektrische Verbraucher in einem jeweiligen des Bereitschaftszustands oder des Normalbetriebszustands anfordert, sperrend oder leitend schaltet.
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Modifikationen, die zu dem Gegenstand der vorstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung äquivalent oder ähnlich sind, erschließen sich dem Fachmann ohne weiteres und sind daher nicht als Abweichen vom Gegenstand der Erfindung und Verlassen deren Schutzumfangs, wie er durch die Patentansprüche bestimmt wird, zu werten.
