DE102012220803B4

DE102012220803B4 - Device for supplying voltage to a system component and system component

Info

Publication number: DE102012220803B4
Application number: DE102012220803.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Kaindl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: DE102012220803A1

Abstract

Vorrichtung (10) zur Spannungsversorgung einer Systemkomponente (20), wobei die Vorrichtung (10) zumindest über eine Spannungsversorgungsleitung (11) mit der Systemkomponente verbunden ist, wobei die Systemkomponente (20) über die Spannungsversorgungsleitung (11) mit einer für diese spezifischen Spannung versorgbar ist, wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, bei einem Einschaltvorgang der Systemkomponente (20)- eine an die Versorgungsleitung (11) angelegte Spannung von einem Startwert (U0) rampenförmig bis auf einen Endwert (Uaus) zu erhöhen;- an der Versorgungsleitung (11) vor dem Erreichen des Endwerts (Uaus) ein durch die Systemkomponente (20) erzeugtes stromcodiertes Signal auf eine Codierung hin auszuwerten;- in Abhängigkeit einer in der Codierung enthaltenen Information über die von der Systemkomponente (20) benötigte spezifische Spannung, den Endwert (Uaus) der Spannung an der Versorgungsleitung auf die spezifische Spannung als Versorgungsspannung der Systemkomponente (20) einzustellen.Device (10) for supplying voltage to a system component (20), the device (10) being connected to the system component at least via a voltage supply line (11), the system component (20) being able to be supplied with a specific voltage via the voltage supply line (11) The device (10) is designed to, when the system component (20) is switched on, - to increase a voltage applied to the supply line (11) from a start value (U0) in a ramp-like manner to an end value (Uout); - at the To evaluate a current-coded signal generated by the system component (20) for a coding before reaching the final value (Uaus); - depending on information contained in the coding about the specific voltage required by the system component (20), the End value (Uout) of the voltage on the supply line to the specific voltage as the supply voltage of the system component (20) to be set.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Systemkomponente sowie eine Systemkomponente, welche von einer Vorrichtung mit Spannung versorgt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System, welches eine solche Vorrichtung und zumindest eine Systemkomponente umfasst.The invention relates to a device for supplying voltage to a system component and to a system component which is supplied with voltage by a device. The invention also relates to a system which comprises such a device and at least one system component.

Technische Systeme, welche insbesondere der Steuerung, Überwachung und Erfassung der Daten von Sensoren und/oder Aktuatoren dienen, bestehen häufig aus einer individuellen Kombination aus einem Mastersteuergerät und einem oder mehreren sog. Sub-Systemen. Solche technischen Systeme kommen u.a. im Umfeld von Kraftfahrzeugen, beispielsweise zur optischen Umfeldüberwachung mittels einer Mehrzahl an Kameras, zum Einsatz. Bei einem solchen technischen System besteht grundsätzlich das Problem, dass das Mastersteuergerät und die Sub-Systeme von mehreren Anbietern stammen können. Ebenso kann bei einem Austausch eines defekten Sub-Systems aufgrund eines Defekts ein technisch aktuelleres Sub-System zum Einsatz kommen. In allen erdenklichen Situationen muss hierbei sichergestellt sein, dass die Kombination aus Mastersteuergerät und dem oder den Sub-Systemen zueinander passt.Technical systems, which are used in particular to control, monitor and record the data from sensors and / or actuators, often consist of an individual combination of a master control device and one or more so-called sub-systems. Such technical systems are used, among other things, in the vicinity of motor vehicles, for example for optical environmental monitoring using a plurality of cameras. With such a technical system, there is fundamentally the problem that the master control device and the sub-systems can come from several providers. Likewise, if a defective sub-system is replaced due to a defect, a technically more up-to-date sub-system can be used. In all conceivable situations, it must be ensured that the combination of master control device and the sub-system (s) match each other.

Die erwähnten Sub-Systeme werden vielfach aus dem Mastersteuergerät heraus mit einer Versorgungsspannung versorgt. Dies kann auf zwei unterschiedliche Weisen erfolgen.The sub-systems mentioned are often supplied with a supply voltage from the master control device. This can be done in two different ways.

In einer ersten Variante wird eine das Mastersteuergerät versorgende Versorgungsspannung durch dieses hindurchgeschleift und dem bzw. den Sub-Systemen als Versorgungsspannung zur Verfügung gestellt. Diese Vorgehensweise weist den Vorteil auf, dass das Mastersteuergerät keinerlei Kenntnis über den internen Aufbau des Sub-Systems zu haben braucht. Ein jeweiliges Sub-System arbeitet dann bezüglich einer eventuell notwendigen Spannungsregelung selbstständig. Dies hat zur Folge, dass jedes an das Mastersteuergerät angeschlossene Sub-System alle Anforderungen bezüglich der Spannungsversorgung einhalten muss. Besonders nachteilig ist hierbei, dass in jedem Sub-System Aufwand für die Spannungsregelung getragen werden muss und eine Verlustleistung aufgrund der Spannungsregelung auftritt, z.B. wenn aus der höheren eingehenden Versorgungsspannung von dem Mastersteuergerät eine kleinere, benötigte Versorgungsspannung erzeugt werden muss.In a first variant, a supply voltage supplying the master control device is looped through it and made available to the sub-system or systems as supply voltage. This procedure has the advantage that the master control device does not need to have any knowledge of the internal structure of the sub-system. A respective sub-system then works independently with regard to a possibly necessary voltage regulation. As a result, each sub-system connected to the master control device must comply with all requirements relating to the power supply. A particular disadvantage here is that the effort for voltage regulation must be borne in each sub-system and power loss occurs due to the voltage regulation, e.g. if a smaller, required supply voltage has to be generated from the higher incoming supply voltage by the master control device.

In einer zweiten Variante stellt das Mastersteuergerät die von einem jeweiligen Sub-System benötigte Versorgungsspannung bereit. Eine eventuell erforderliche Spannungsregelung erfolgt dann einmalig im Mastersteuergerät. Sub-Systeme, welche die gleiche Versorgungsspannung benötigen, können dann an den entsprechenden Spannungsausgang des Mastersteuergeräts angeschlossen werden. Durch diese Mehrfachnutzung im Mastersteuergerät ergeben sich hinsichtlich der Spannungsregelung erhebliche Einsparungen. Nachteilig ist jedoch, dass das Mastersteuergerät und die an dieses angeschlossenen Sub-Systeme bezüglich der Versorgungsspannung aufeinander abgestimmt sein müssen und nicht mehr unabhängig voneinander sind. Dies kann insbesondere im eingangs beschriebenen Fall des Austauschs eines Sub-Systems durch ein solches mit neuerem technischen Stand zu Problemen führen.In a second variant, the master control device provides the supply voltage required by a respective sub-system. Any voltage regulation that may be required then takes place once in the master control unit. Sub-systems that require the same supply voltage can then be connected to the corresponding voltage output of the master control device. This multiple use in the master control unit results in considerable savings in terms of voltage regulation. However, it is disadvantageous that the master control device and the sub-systems connected to it must be coordinated with one another with regard to the supply voltage and are no longer independent of one another. This can lead to problems in particular in the case of replacing a sub-system with one with a more recent technical standard, as described at the beginning.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass Leitungsverluste, d.h. der Leitungswiderstand, berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise steht einem Steuergerät, welches über eine kurze Versorgungsleitung mit dem Mastersteuergerät verbunden ist, eine höhere Spannung zur Verfügung als einem Sub-System, das über eine im Vergleich sehr viel längere Leitung mit dem Mastersteuergerät verbunden ist. Dies kann beispielsweise dann zu Problemen führen, wenn die Einhaltung zulässiger Spannungstoleranzen beachtet werden muss.Another problem is that line losses, i.e. line resistance, must be taken into account. For example, a control device that is connected to the master control device via a short supply line has a higher voltage available than a sub-system that is connected to the master control device via a much longer line. This can lead to problems, for example, if compliance with permissible voltage tolerances has to be observed.

Aus den Druckschriften DE 199 50 655 A1 , DE 37 82 494 T2 , DE 39 21 744 A1 , DE 103 35 905 A1 , DE 602 10 181 T2 , DE 101 55 189 A1 und DE 100 17 693 A1 ist es bekannt, Informationen eines elektrischen Verbrauchers an die Versorgung zu übermitteln, um die Versorgung einzustellen.From the pamphlets DE 199 50 655 A1 , DE 37 82 494 T2 , DE 39 21 744 A1 , DE 103 35 905 A1 , DE 602 10 181 T2 , DE 101 55 189 A1 and DE 100 17 693 A1 it is known to transmit information from an electrical consumer to the supply in order to adjust the supply.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Spannungsversorgung einer Systemkomponente durch eine übergeordnete Vorrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern.It is the object of the present invention to structurally and / or functionally improve the voltage supply of a system component through a higher-level device.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, eine Systemkomponente gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 7, ein Spannungsversorgungssystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 15 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Spannungsversorgungssystems gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a device according to the features of the patent claim 1 , a system component according to the features of claim 7, a voltage supply system according to the features of claim 15th and a method for operating a voltage supply system according to the features of the patent claim 16 . Advantageous refinements result from the dependent claims.

Es wird eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Systemkomponente vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung zumindest über eine Spannungsversorgungsleitung mit der Systemkomponente verbunden ist. Die Systemkomponente ist über die Spannungsversorgungsleitung mit einer für diese spezifische Spannung versorgbar. Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um ein Hauptsteuergerät eines Spannungsversorgungssystems, das aus der Vorrichtung und zumindest einer der genannten Systemkomponenten besteht.A device for supplying voltage to a system component is proposed, the device being connected to the system component at least via a voltage supply line. The system component can be supplied with a specific voltage via the voltage supply line. The device is in particular a Main control unit of a voltage supply system, which consists of the device and at least one of the system components mentioned.

Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, bei einem Einschaltvorgang der Systemkomponente eine an die Versorgungsleitung angelegte Spannung von einem Startwert rampenförmig bis auf einen Endwert zu erhöhen. Sie ist weiter dazu ausgebildet, an der Versorgungsleitung vor dem Erreichen des Endwerts ein durch die Systemkomponente erzeugtes stromcodiertes Signal auf eine Codierung hin auszuwerten. Schließlich ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer in der Codierung enthaltenen Information über die von der Systemkomponente benötigte spezifische Spannung, den Endwert der Spannung an der Versorgungsleitung auf die spezifische Spannung als Versorgungsspannung der Systemkomponente einzustellen.The device is designed to increase a voltage applied to the supply line from a start value in a ramp-shaped manner to an end value when the system component is switched on. It is also designed to evaluate a current-coded signal generated by the system component on the supply line for coding before the end value is reached. Finally, the device is designed to set the final value of the voltage on the supply line to the specific voltage as the supply voltage of the system component as a function of information contained in the coding about the specific voltage required by the system component.

Eine erfindungsgemäße Systemkomponente ist zumindest über eine Spannungsversorgungsleitung mit einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art verbunden. Die Systemkomponente ist über die Spannungsversorgungsleitung mit einer für diese spezifischen Spannung durch die Vorrichtung versorgbar. Die Systemkomponente ist dazu ausgebildet, bei einem Einschaltvorgang der Systemkomponente, bei dem durch die Vorrichtung eine an die Versorgungsleitung angelegte Spannung von einem Startwert rampenförmig bis auf einen Endwert erhöht wird, ein stromcodiertes Signal innerhalb eines Modulationsfensters zu erzeugen, wobei das Modulationsfenster durch einen unteren Spannungswert und einen oberen Spannungswert der rampenförmig ansteigenden Spannung definiert ist. Der untere und der obere Spannungswert sind kleiner als eine Spannung, die für eine Spannungsstabilisierung von Nutzkomponenten der Systemkomponente nicht ausreichend ist. Die Systemkomponente ist weiter dazu ausgebildet, das stromcodierte Signal an die Versorgungsleitung zu legen.A system component according to the invention is connected to a device of the type described above at least via a voltage supply line. The system component can be supplied via the voltage supply line with a voltage specific for this through the device. The system component is designed to generate a current-coded signal within a modulation window when the system component is switched on, in which the device increases a voltage applied to the supply line from a start value to a final value, the modulation window being a lower voltage value and an upper voltage value of the ramped voltage is defined. The lower and upper voltage values are less than a voltage that is not sufficient for voltage stabilization of useful components of the system component. The system component is also designed to apply the current-coded signal to the supply line.

Das erfindungsgemäße Spannungsversorgungssystem umfasst eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art sowie zumindest eine Systemkomponente, welche gemäß der Erfindung ausgebildet ist.The voltage supply system according to the invention comprises a device of the type described above and at least one system component which is designed according to the invention.

Weiter schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Spannungsversorgungssystems vor. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt bei einem Einschaltvorgang der Systemkomponente eine durch die Vorrichtung an die Spannungsversorgungsleitung angelegte Spannung von einem Startwert rampenförmig bis auf einen Endwert erhöht. In einem nächsten Schritt wird innerhalb eines Modulationsfensters durch die Systemkomponente ein stromcodiertes Signal erzeugt, wobei das Modulationsfenster durch einen unteren Spannungswert und einen oberen Spannungswert der rampenförmig ansteigenden Spannung definiert ist, wobei der untere und der obere Spannungswert kleiner als eine Spannung sind, die für eine Spannungsstabilisierung von Nutzkomponenten der Systemkomponente nicht ausreichend ist. Hiernach wird das stromcodiertes Signal an die Versorgungsleitung angelegt. In einem nächsten Schritt wird durch die Vorrichtung das an der Versorgungsleitung vor dem Erreichen des Endwerts erzeugte stromcodierte Signal auf eine Codierung hin ausgewertet. Schließlich wird in Abhängigkeit einer in der Codierung enthaltenen Information über die von der Systemkomponente benötigte spezifische Spannung, der Endwert der Spannung an der Versorgungsleitung auf die spezifische Spannung als Versorgungsspannung der Systemkomponente eingestellt.The invention also proposes a method for operating a voltage supply system according to the invention. In this method, in a first step when the system component is switched on, a voltage applied by the device to the voltage supply line is increased from a starting value in a ramp-shaped manner to an end value. In a next step, a current-coded signal is generated by the system component within a modulation window, the modulation window being defined by a lower voltage value and an upper voltage value of the ramp-shaped increasing voltage, the lower and the upper voltage value being less than a voltage required for a Voltage stabilization of useful components of the system component is not sufficient. The current-coded signal is then applied to the supply line. In a next step, the device evaluates the current-coded signal generated on the supply line before reaching the end value for coding. Finally, depending on information contained in the coding about the specific voltage required by the system component, the final value of the voltage on the supply line is set to the specific voltage as the supply voltage of the system component.

Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht eine unabhängige Entwicklung von Systemkomponenten und Vorrichtung, unabhängig von einer Kenntnis über die von einer Systemkomponente erforderliche Versorgungsspannung. Auch sich durch unterschiedliche Leitungslängen ergebende Spannungsabfälle können durch den erfindungsgemäßen Vorschlag kompensiert werden. Insbesondere ist es möglich, die Systemkomponenten ohne eigenen Spannungsregler bereitzustellen, wodurch diese mit geringerem Bauraum realisiert werden können. Darüber hinaus können durch Spannungsregler hervorgerufene Verluste in den Sub-Systemen vermieden werden.The proposal according to the invention enables system components and apparatus to be developed independently, regardless of knowledge of the supply voltage required by a system component. Voltage drops resulting from different line lengths can also be compensated for by the proposal according to the invention. In particular, it is possible to provide the system components without their own voltage regulator, as a result of which they can be implemented with less installation space. In addition, losses in the sub-systems caused by voltage regulators can be avoided.

Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Vorgehens besteht darin, dass dieses insbesondere bei Power-Over-Bus-Systemen, wie z.B. Ethernet oder BroadRREach, zum Einsatz kommen kann. Bei diesen Systemen ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung gegeben.Another advantage of the proposed procedure is that it can be used in particular in Power-Over-Bus systems such as Ethernet or BroadRREach. These systems have a point-to-point connection.

Eine Verwendung kann beispielsweise im Umfeld des sog. ICAM-Systems erfolgen, in dem eine Mehrzahl an auf dem Ethernet-Standard basierten Kameras als Systemkomponente an ein zentrales Hauptsteuergerät angeschlossen werden.It can be used, for example, in the area of the so-called ICAM system, in which a plurality of cameras based on the Ethernet standard are connected as system components to a central main control device.

Das Vorgehen der Erfindung beruht darauf, dass die von einer Systemkomponente benötigte Versorgungsspannung, welche in der vorliegenden Beschreibung als spezifische Spannung bezeichnet ist, während eines Einschaltvorgangs an die Vorrichtung durch ein stromcodiertes Signal übertragen werden kann, wodurch die Spannungsversorgungsvorrichtung das erforderliche Spannungsniveau bereitstellt. Hierbei macht man sich den Umstand zunutze, dass alle elektronischen Komponenten ein ausgeprägtes Einschaltverhalten aufweisen, bis ein stabiler Zustand erreicht ist, so dass die Systemkomponente betrieben werden kann. Dieses ausgeprägte Einschaltverhalten wird durch den rampenförmigen Anstieg der Spannung von einem Startwert bis zu einem Endwert derart verlängert, dass ein Modulationsfenster zur Verfügung steht, in welchem die für die Mitteilung der speziellen Spannung erforderliche Kommunikation vermittels des stromcodierten Signals erfolgen kann, wobei die hierfür notwendigen Bauteile mit einer kleineren Spannung als die spezifische Spannung betrieben werden.The procedure of the invention is based on the fact that the supply voltage required by a system component, which is referred to as the specific voltage in the present description, can be transmitted to the device by a current-coded signal during a switch-on process, whereby the voltage supply device provides the required voltage level. Here one makes use of the fact that all electronic components have a pronounced switch-on behavior until a stable state is reached, so that the system component can be operated. This pronounced Switch-on behavior is extended by the ramp-shaped increase in voltage from a start value to an end value in such a way that a modulation window is available in which the communication required for reporting the specific voltage can take place by means of the current-coded signal voltage lower than the specific voltage.

Die Vorrichtung wird von einer eigenen Energiequelle, wie z.B. einer Batterie, mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Die Batterie kann beispielsweise die Batterie eines Fahrzeugs sein, welche eine Bordnetzspannung, in der Regel 12 V, zur Verfügung stellt.The device is supplied with a supply voltage from its own energy source, such as a battery. The battery can be, for example, the battery of a vehicle, which provides a vehicle electrical system voltage, usually 12 V.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese eine Strommesseinrichtung zur Erfassung eines in der Versorgungsleitung fließenden Stroms, wobei ein Ausgang der Strommesseinrichtung mit einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung des stromcodierten Signals verbunden ist. Typischerweise ist eine entsprechende Strommesseinrichtung in einer Vorrichtung bereits vorhanden, um einen Überstrom zu detektieren und im Falle eines Überstroms eine Abschaltung der Spannungsversorgung der Systemkomponenten vornehmen zu können. Diese Strommesseinrichtung ist nun um eine Auswerteeinrichtung erweitert, welche ein stromcodiertes Signal auswerten kann.According to an expedient embodiment of the device according to the invention, it comprises a current measuring device for detecting a current flowing in the supply line, an output of the current measuring device being connected to an evaluation device for evaluating the current-coded signal. A corresponding current measuring device is typically already present in a device in order to detect an overcurrent and to be able to switch off the voltage supply of the system components in the event of an overcurrent. This current measuring device has now been expanded to include an evaluation device which can evaluate a current-coded signal.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese einen durch eine Steuereinrichtung steuerbaren Spannungsregler zur Erzeugung der rampenförmigen Spannung. Der Spannungsregler kann ein Linearregler oder ein getakteter Regler sein.According to a further embodiment of the device according to the invention, it comprises a voltage regulator controllable by a control device for generating the ramp-shaped voltage. The voltage regulator can be a linear regulator or a clocked regulator.

Die Zeitdauer des rampenförmigen Verlaufs der an der Versorgungsleitung angelegten Spannung von dem Startwert zu dem Endwert ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung zwischen 5 ms und 10 ms. Demgegenüber beträgt die übliche Einschaltzeit einer herkömmlichen Vorrichtung oder einer Systemkomponente 1 ms oder weniger, um eine möglichst schnelle Funktionalität der Systemkomponente bereitstellen zu können. Die Zeitdauer des rampenförmigen Verlaufs der an die Versorgungsleitung angelegten Spannung bemisst sich grundsätzlich nach der Menge der in dem stromcodierten Signal zu übertragenden Daten. Soll lediglich eine Information über die spezifische Spannung der zu versorgenden Systemkomponente übertragen werden, so ist es ausreichend, z.B. lediglich 10 Bit an Informationen zu übertragen. Sollen darüber hinausgehende Informationen, wie z.B. eine Information über Überstrom, Übertemperatur oder Über- oder Unterspannung oder Abschaltung übertragen werden, so können beispielsweise 100 Bit übertragen werden. Die Zeitdauer des Modulationsfensters bemisst sich nach der Anzahl der übertragenen Bits, wobei z.B. 1 ms/Bit vorgesehen sein kann.According to a further embodiment of the device, the duration of the ramp-shaped profile of the voltage applied to the supply line from the start value to the end value is between 5 ms and 10 ms. In contrast, the usual switch-on time of a conventional device or a system component is 1 ms or less in order to be able to provide the fastest possible functionality of the system component. The duration of the ramp-shaped profile of the voltage applied to the supply line is measured in principle according to the amount of data to be transmitted in the current-coded signal. If only information about the specific voltage of the system component to be supplied is to be transmitted, it is sufficient, for example, to transmit only 10 bits of information. If additional information is to be transmitted, such as information about overcurrent, overtemperature or overvoltage or undervoltage or shutdown, 100 bits can be transmitted, for example. The duration of the modulation window is based on the number of bits transmitted, whereby e.g. 1 ms / bit can be provided.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Stromcodierung eine Information über einen Absolutwert der spezifischen Spannung. Sobald die spezifische Spannung am Ausgang der Vorrichtung erreicht ist, wird die Spannung nicht weiter erhöht. Der Endwert des rampenförmigen Verlaufs entspricht damit der spezifischen Spannung.According to a further embodiment of the device according to the invention, the current coding includes information about an absolute value of the specific voltage. As soon as the specific voltage is reached at the output of the device, the voltage is not increased any further. The final value of the ramp-shaped curve thus corresponds to the specific voltage.

In einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Codierung eine Information über einen Relativwert der spezifischen Spannung, wobei der Relativwert einen vorgegebenen Differenzwert zu der spezifischen Spannung repräsentiert. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, unabhängig von einer Leitungslänge, am Eingang der Subkomponente genau die spezifizierte Spannung bereitstellen zu können. Beispielsweise überträgt die Systemkomponente das stromcodierte Signal, sobald die von der Systemkomponente erkannte Spannung am Versorgungsspannungseingang einen Spannungsdifferenzwert unter der spezifischen Spannung ist. Wenn der Vorrichtung der Spannungsdifferenzwert, z.B. durch vorherige Konfiguration, bekannt ist, erhöht diese die Spannung an ihrem Ausgang noch um den vorab bekannten Spannungsdifferenzwert. Die spezifische Spannung liegt damit am Eingang der Systemkomponente unabhängig von der Leitungslänge zwischen Sub-System und der Vorrichtung an.In an alternative embodiment, the coding includes information about a relative value of the specific voltage, the relative value representing a predetermined difference value to the specific voltage. This refinement makes it possible to provide precisely the specified voltage at the input of the subcomponent, regardless of a line length. For example, the system component transmits the current-coded signal as soon as the voltage detected by the system component at the supply voltage input is a voltage difference value below the specific voltage. If the device knows the voltage difference value, e.g. through previous configuration, it increases the voltage at its output by the voltage difference value known in advance. The specific voltage is thus applied to the input of the system component regardless of the line length between the sub-system and the device.

Das Modulationsfenster der Systemkomponente ist zwischen einem unteren Spannungswert und einem oberen Spannungswert der rampenförmig ansteigenden Spannung definiert. Als unterer Spannungswert wird gemäß einer Ausgestaltung mindestens eine untere Resetschwelle der Spannung der Systemkomponente verwendet. Diese liegt typischerweise zwischen 0,5 V und 1 V. Zweckmäßigerweise wird der untere Spannungswert zwischen 1,3 V und 80 % der spezifischen Spannung gewählt. Als oberer Spannungswert wird eine Reset-Freigabeschwelle der Spannung verwendet. Die Reset-Freigabeschwelle kann beispielsweise zwischen 90 % und 95 % der spezifischen Spannung der Systemkomponente gewählt werden.The modulation window of the system component is defined between a lower voltage value and an upper voltage value of the ramp-shaped voltage. According to one embodiment, at least one lower reset threshold of the voltage of the system component is used as the lower voltage value. This is typically between 0.5 V and 1 V. The lower voltage value is expediently selected between 1.3 V and 80% of the specific voltage. A voltage reset release threshold is used as the upper voltage value. The reset release threshold can be selected, for example, between 90% and 95% of the specific voltage of the system component.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Systemkomponente ein erstes Schaltelement, welches bei Erreichen der spezifischen Spannung an der Versorgungsleitung ihre nominelle Ausgangsspannung für den Betrieb von Nutzkomponenten der Systemkomponente bereitstellt. Dieses Schaltelement verbindet den Spannungsversorgungseingang der Systemkomponente mit den Nutzkomponenten für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Systemkomponente. Vor Erreichen der spezifischen Spannung sind lediglich diejenigen logischen Komponenten der Systemkomponente aktiv, welche benötigt werden, um die Stromcodierung durchführen zu können.In a further embodiment, the system component comprises a first switching element which, when the specific voltage is reached on the supply line, provides its nominal output voltage for the operation of useful components of the system component. This switching element connects the voltage supply input of the system component with the useful components for the intended operation of the System component. Before the specific voltage is reached, only those logical components of the system components that are required to be able to carry out the current coding are active.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Systemkomponente einen Spannungsregler, der vorzugsweise bereits oberhalb der unteren Resetschwelle stabil arbeitet. Dieser Spannungsregler dient dazu, die Stromcodierung vornehmen zu können. Hierzu muss ein Spannungsregler verwendet werden, der bereits oberhalb des unteren Spannungswerts des Modulationsfensters arbeitet.According to a further expedient embodiment, the system component comprises a voltage regulator, which is preferably already operating in a stable manner above the lower reset threshold. This voltage regulator is used to be able to do the current coding. For this purpose, a voltage regulator must be used that is already working above the lower voltage value of the modulation window.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Systemkomponente ein zweites Schaltelement zur Belastungsmodulation einer Stromquelle und eine Steuervorrichtung zur Steuerung des zweiten Schaltelements zur Erzeugung einer vorgegebenen Stromcodierung. Die Art bzw. Ausgestaltung der Stromquelle definiert eine Stromhöhe, die durch die der Strommesseinrichtung nachgeschaltete Auswerteeinrichtung der Vorrichtung ausgewertet werden kann. Aus der Stromhöhe kann beispielsweise eine Aussage darüber getroffen werden, ob die Funktionsfähigkeit der Systemkomponente gegeben ist.In a further expedient embodiment, the system component comprises a second switching element for load modulation of a current source and a control device for controlling the second switching element to generate a predetermined current coding. The type or configuration of the current source defines a current level which can be evaluated by the evaluation device of the device connected downstream of the current measuring device. From the current level, for example, a statement can be made about whether the system component is functional.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind bei einer Versorgungsspannung der Systemkomponente innerhalb des Modulationsfensters die für die Stromcodierung erforderlichen Funktionskomponenten funktionsfähig. Diese erforderlichen Komponenten sind insbesondere Logikbausteine, wie der oben erwähnte Spannungsregler, sowie diejenigen Komponenten, die für die Stromcodierung erforderlich sind.In a further expedient refinement, the functional components required for the current coding are functional within the modulation window when there is a supply voltage for the system component. These required components are in particular logic modules, such as the voltage regulator mentioned above, as well as those components that are required for the current coding.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Systemkomponente dazu ausgebildet, mit dem Erreichen der unteren Resetschwelle die Systemkomponente in einem definierten Zustand bis zum Erreichen der Reset-Freigabeschwelle zu halten. Hierdurch wird die Funktionsfähigkeit der Stromcodierung und der Auswertung des stromcodierten Signals durch die Vorrichtung ermöglicht. Darüber hinaus wird mit dem Erreichen der spezifischen Spannung eine unmittelbare Spannungsversorgung der Nutzkomponenten der Systemkomponente sichergestellt.In a further embodiment, the system component is designed to keep the system component in a defined state when the lower reset threshold is reached until the reset release threshold is reached. This enables the functionality of the current coding and the evaluation of the current-coded signal by the device. In addition, when the specific voltage is reached, an immediate voltage supply to the useful components of the system component is ensured.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spannungsversorgungssystems mit einer als Hauptsteuergerät ausgebildeten Vorrichtung und einer einzelnen Systemkomponente,
2 den Verlauf verschiedener Spannungen und des Stroms während eines Einschaltvorganges einer herkömmlichen Systemkomponente,
3 ein Strom-Spannungs-Diagramm während des Einschaltvorganges einer herkömmlichen Systemkomponente,
4 ein weiteres Strom-Spannungs-Diagramm während des Einschaltvorganges einer herkömmlichen Systemkomponente,
5 eine schematische Darstellung einer Spannungsversorgungssteuereinheit eines erfindungsgemäßen Hauptsteuergeräts,
6 eine Spannungsversorgungseinheit einer erfindungsgemäßen Systemkomponente, und
7 verschiedene Spannungs-Strom-Diagramme während des Einschaltvorganges des erfindungsgemäßen Spannungsversorgungssystems.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in the drawing. Show it:

1 a schematic representation of a voltage supply system according to the invention with a device designed as a main control unit and an individual system component,
2 the course of various voltages and currents during a switch-on process of a conventional system component,
3 a current-voltage diagram during the switch-on process of a conventional system component,
4th another current-voltage diagram during the switch-on process of a conventional system component,
5 a schematic representation of a voltage supply control unit of a main control device according to the invention,
6th a voltage supply unit of a system component according to the invention, and
7th various voltage-current diagrams during the switch-on process of the voltage supply system according to the invention.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Spannungsversorgungssystem, das eine als Hauptsteuergerät ausgebildete Vorrichtung 10 und eine Systemkomponente 20 umfasst. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist lediglich eine einzige Systemkomponente 20 dargestellt. Es kann auch eine Mehrzahl an Systemkomponenten 20 an das Hauptsteuergerät 10 angeschlossen werden. 1 shows a voltage supply system according to the invention, which has a device designed as a main control unit 10 and a system component 20th includes. In the embodiment of 1 is only a single system component 20th shown. A plurality of system components can also be used 20th to the main control unit 10 be connected.

Das Hauptsteuergerät 10 wird von einer Energiequelle 5, beispielsweise einer Batterie, mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Handelt es sich bei dem Spannungsversorgungssystem um ein System eines Kraftfahrzeugs, so ist die Energiequelle 5 durch eine Autobatterie gebildet. In diesem Fall stellt diese beispielsweise eine Spannung von 12 V zur Verfügung.The main control unit 10 is powered by an energy source 5 , for example a battery, applied with a supply voltage. If the voltage supply system is a system of a motor vehicle, then is the energy source 5 formed by a car battery. In this case, it provides a voltage of 12 V, for example.

Neben weiteren, für die Erfindung nicht weiter relevanten Komponenten, umfasst das Hauptsteuergerät 10 eine Spannungsversorgungseinheit 16. Die Aufgabe der Spannungsversorgungseinheit 16 besteht darin, der an das Hauptsteuergerät 10 angeschlossenen Systemkomponente 20 eine Versorgungsspannung in für die Systemkomponente 20 spezifischer Höhe (sog. spezifische Spannung) zur Verfügung zu stellen. Hierzu kann die Spannungsversorgungssteuereinheit 16 beispielsweise einen Spannungsregler umfassen.In addition to further components not relevant to the invention, the main control unit comprises 10 a power supply unit 16 . The task of the power supply unit 16 is the one connected to the main control unit 10 connected system component 20th a supply voltage in for the system component 20th specific height (so-called specific voltage) available. The voltage supply control unit 16 for example include a voltage regulator.

Die Spannungsversorgungssteuereinheit 16 ist über zwei Versorgungsleitungen 11, 12 mit einer Spannungsversorgungseinheit 26 der Systemkomponente 20 verbunden. Im Umfeld einer Kraftfahrzeuganwendung ist es ausreichend, lediglich eine einzige Versorgungsleitung, z.B. die Versorgungsleitung 11, zur Verfügung zu stellen. Das Bezugspotential, welches über die graphisch dargestellte Versorgungsleitung 12 bereitgestellt ist, kann dann durch die Karosserie des Fahrzeugs gebildet sein.The power supply control unit 16 is via two supply lines 11 , 12th with a power supply unit 26th the system component 20th connected. In the context of a motor vehicle application, it is sufficient to have only a single supply line, for example the supply line 11 , to provide. The reference potential, which is shown graphically via the supply line 12th is provided, can then be formed by the body of the vehicle.

Die Aufgabe der Spannungsversorgungseinheit 26 besteht darin, nicht näher dargestellte Nutzkomponenten der Systemkomponente 20 nach einem Einschaltvorgang mit einer erforderlichen Spannung zu versorgen. Bei den Nutzkomponenten kann es sich beispielsweise um einen Sensor, einen Aktor und dergleichen handeln.The task of the power supply unit 26th consists in not shown useful components of the system component 20th to be supplied with the required voltage after a switch-on process. The useful components can be, for example, a sensor, an actuator and the like.

Bei dem in 1 schematisch dargestellten Spannungsversorgungssystem 1 erfolgt ein flexibles Aushandeln der durch die Systemkomponente 20 benötigten Versorgungsspannung (d.h. der spezifischen Spannung) während eines Einschaltvorgangs der Systemkomponente. Hierbei macht man sich den Umstand zunutze, dass Spannungsregler im Allgemeinen ein ausgeprägtes Einschaltverhalten aufweisen. In 2 sind einige der prinzipiellen Verläufe der in einer herkömmlichen Systemkomponente auftretenden Spannungen und Ströme dargestellt.The in 1 schematically shown power supply system 1 flexible negotiation takes place through the system components 20th required supply voltage (ie the specific voltage) during a switch-on process of the system component. Here one makes use of the fact that voltage regulators generally have a pronounced switch-on behavior. In 2 some of the basic curves of the voltages and currents occurring in a conventional system component are shown.

In 2a) ist die am Eingang 27 der Spannungsversorgungseinheit 26 anliegende Spannung Uein dargestellt. Die Eingangsspannung Uein entspricht dabei der von der Spannungsversorgungssteuereinheit 16 am Anschluss 17 (Ausgang der Spannungsversorgungssteuereinheit 16) gelieferten Ausgangsspannung. Nach dem Einschalten zu einem Zeitpunkt t = 0 dauert es bis zu einem Zeitpunkt t₃, bis die für die Systemkomponente 20 erforderliche spezifische Spannung Uspez erreicht ist. Die Zeitdauer zwischen t = 0 und t₀ beträgt typischerweise im Bereich um 1 ms.In 2a) is the one at the entrance 27 the power supply unit 26th applied voltage Uein shown. The input voltage Uein corresponds to that of the voltage supply control unit 16 at the connection 17th (Output of the power supply control unit 16 ) supplied output voltage. After switching on at a point in time t = 0, it takes up to a point in time t ₃ until the for the system component 20th required specific voltage Uspec is reached. The time period between t = 0 and t ₀ is typically in the region of 1 ms.

In 2b) ist die am Ausgang 28 der Spannungsversorgungseinheit 26 anliegende Spannung Uaus zur Versorgung der Nutzkomponenten dargestellt. Bei t₁ beginnt sich bis zu einem Zeitpunkt t₂ eine Spannung Unutz aufzubauen, welche den Nutzkomponenten zur Verfügung gestellt wird. Gleichzeitig beginnt zum Zeitpunkt t₁ (vgl. 2c)) der Strombezug über die Versorgungsleitung 11. Dabei kann der volle Strom zum Zeitpunkt t₃ zur Verfügung gestellt werden, sobald die spezifische Spannung am Eingang 27 den vorgesehenen Wert erreicht.In 2 B) is the one at the exit 28 the power supply unit 26th applied voltage Uout for supplying the useful components is shown. A voltage begins at t ₁ up to a point in time t ₂ Unutz build up, which is made available to the useful components. At the same time, at time t ₁ (cf. 2c )) the purchase of electricity via the supply line 11 . The full current can be _{made available at time t 3} as soon as the specific voltage at the input 27 reached the intended value.

In 2d) ist der Spannungsverlauf eines Resetausgangs Ureset_out dargestellt. Zum Zeitpunkt t₀ sind dabei die Komponenten einer Reseteinrichtung soweit mit einer Spannung Ureset versorgt, dass diese sämtliche Komponenten der Systemkomponente 20 spannungsfrei schaltet, um ein definiertes Verhalten während des Einschaltvorganges zu ermöglichen. Zum Zeitpunkt t₁ hat die Eingangsspannung Uein ein solches Spannungsniveau erreicht, dass die Komponenten der Systemkomponente 20 mit Spannung versorgt werden können. Die Reseteinrichtung ermöglicht damit die Spannungsversorgung sämtlicher Komponenten der Systemkomponente 20. Zum Zeitpunkt t₁ macht sich dies in einem Spannungssprung auf eine sog. Reset-Release-Spannung Ures_rel bemerkbar. Bis zum Zeitpunkt t₂ steigt die Spannung Ureset_aus der Reseteinrichtung auf die Spannung Unutz. Sobald die Reseteinrichtung die Spannungsversorgung der Komponenten der Systemkomponente 20 zum Zeitpunkt t₁ ermöglicht, kann sich daher am Ausgang 28 der Spannungsversorgungseinheit 26 die Spannung langsam bis zum Zeitpunkt t₂ aus Unutz erhöhen.In 2d ) the voltage curve of a reset output Ureset_out is shown. At time t ₀ , the components of a reset device are supplied with a voltage Ureset to such an extent that they all components of the system component 20th de-energized to enable a defined behavior during the switch-on process. At time t ₁ , the input voltage Uein has reached such a voltage level that the components of the system component 20th can be supplied with voltage. The reset device thus enables all components of the system component to be supplied with voltage 20th . At time t ₁ , this takes the form of a voltage jump to what is known as a reset-release voltage Ures_rel noticeable. Up to time t ₂ , the voltage Ureset_aus of the reset device rises to the voltage Unutz. As soon as the reset device switches off the power supply to the components of the system component 20th at time t ₁ allows, therefore, at the output 28 the power supply unit 26th Increase the voltage slowly up to the point in time t ₂ from Unutz.

Die spezifische Spannung Uspez am Eingang 27 und die Nutzspannung Unutz am Ausgang 28 unterscheiden sich, sofern keine Spannungswandlung erfolgt, lediglich in der Höhe der anfallenden Verluste. Erfolgt durch die Spannungsversorgungseinheit 26 hingegen eine Konvertierung auf ein anderes Spannungsniveau, so sind Uspez und Unutz unter Umständen stark unterschiedlich. In der Regel erfolgt eine Konvertierung nach unten, obwohl auch eine Spannungskonvertierung über Uspez hinaus möglich ist.The specific tension Uspec at the entrance 27 and the useful voltage Unutz at the exit 28 differ, provided no voltage conversion takes place, only in the amount of losses incurred. Takes place through the power supply unit 26th on the other hand a conversion to a different voltage level, then Uspec and Unutz may be very different. As a rule, there is a downward conversion, although a voltage conversion beyond Uspec is also possible.

Wie aus den prinzipiellen Verläufen der Spannung der Systemkomponente 20 ersichtlich ist, liegt bezüglich einer Spannungsregelung in der Systemkomponente 20 zwischen t = 0 und t₁ ein unspezifizierter Bereich vor. Dies wird auch aus den 3 und 4 ersichtlich, welche Strom-Spannungsverläufe von als Sub-Systemen einsetzbaren Systemkomponenten darstellen. Hierbei ist ohne weiteres ersichtlich, dass unterhalb einer bestimmten Schwellenspannung (in 3: Vcc = 2,5 V; in 4: Vin = 1,2 V) kein Strombezug erfolgen kann. Dies liegt an dem bereits erwähnten Vorhandensein der Reseteinrichtung, welche sicherstellt, dass erst oberhalb einer bestimmten Spannung die Komponenten mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt werden, um ein definiertes Verhalten zu erzielen.As from the principle curves of the voltage of the system components 20th can be seen, lies in the system component with regard to voltage regulation 20th there is an unspecified area between t = 0 and t _1. This is also evident from the 3 and 4th shows which current-voltage curves represent system components that can be used as sub-systems. It can be seen without further ado that below a certain threshold voltage (in 3 : Vcc = 2.5 V; in 4th : Vin = 1.2 V) no electricity can be drawn. This is due to the already mentioned presence of the reset device, which ensures that a supply voltage is only applied to the components above a certain voltage in order to achieve a defined behavior.

Obwohl es in 2a) aufgrund der zeitlichen Auflösung erscheint als würde der Einschaltvorgang bis zum Anliegen der spezifischen Spannung Uspez verzögert werden, so liegt ein harter Einschaltvorgang vor, in dem der Eingang 27 mit einem Spannungspuls mit steilem Gradienten beaufschlagt wird.Although it is in 2a) Due to the temporal resolution, the switch-on process appears as if the specific voltage is applied Uspec are delayed, there is a hard switch-on process in which the input 27 a voltage pulse with a steep gradient is applied.

Die Erfindung weicht von diesem Vorgehen ab, indem kein hartes Einschalten der Systemkomponente 20 erfolgt, sondern eine wie in 7a) ersichtliche Spannungsrampe zwischen t = 0 und t₄ zur Anwendung kommt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch das zeitverzögertes Erreichen der spezifischen Spannung Uspez ein Modulationsfenster zwischen einer unteren (Versorgungs-)Spannung und einer oberen (Versorgungs-)Spannung zur Verfügung steht, in dem eine durch Belastungsmodulation erzeugte Stromcodierung möglich ist, welche dann durch das Hauptsteuergerät 10 ausgewertet werden kann. Hierdurch ist es möglich, die von der Systemkomponente 20 erforderliche spezifische Spannung dem Hauptsteuergerät mitzuteilen, so dass dieses am Ausgang 17 den entsprechend erforderlichen Spannungswert bereitstellt.The invention deviates from this procedure in that the system components are not switched on hard 20th takes place, but one like in 7a) apparent voltage ramp between t = 0 and t ₄ is used. This has the advantage that the specific voltage is reached with a time delay Uspec a modulation window between a lower (supply) voltage and an upper (supply) voltage is available, in which a current coding generated by load modulation is possible, which is then carried out by the main control unit 10 can be evaluated. This makes it possible for the system components 20th to communicate the required specific voltage to the main control unit so that it is at the output 17th provides the required voltage value.

Um die Übertragung eines stromcodierten Signals über die Spannungsversorgungsleitung 11 zu ermöglichen, wird die an der Versorgungsleitung 11 angelegte Spannung von einem Startwert U₀ rampenförmig bis auf einen Endwert Uaus erhöht. Dies kann beispielsweise der 7a) entnommen werden. Hierzu umfasst die Spannungsversorgungssteuereinheit 16, wie in 5 dargestellt, einen Spannungsregler 13, welcher durch eine Spannungssteuerung 18 derart angesteuert wird, dass der rampenförmige Verlauf der Spannung erzeugt wird. Im Ausführungsbeispiel ist der Spannungsregler durch ein einziges Steuerelement T1 in der Versorgungsleitung 11 gebildet. Allgemein kann der Spannungsregler 13 als Linearregler oder getakteter Regler ausgebildet sein.To transmit a current-coded signal over the power supply line 11 to enable the one on the supply line 11 applied voltage increased from a starting value U _{0 in a} ramp shape to an end value Uaus. This can be, for example, the 7a) can be removed. For this purpose, the power supply control unit comprises 16 , as in 5 shown, a voltage regulator 13th which by a voltage control 18th is controlled in such a way that the ramp-shaped profile of the voltage is generated. In the exemplary embodiment, the voltage regulator is in the supply line by a single control element T1 11 educated. In general, the voltage regulator can 13th be designed as a linear regulator or a clocked regulator.

Die Zeitdauer des rampenförmigen Verlaufs der an die Versorgungsleitung angelegten Spannung von dem Startwert Uo zu dem Endwert Uaus beträgt vorzugsweise zwischen 5 ms und 10 ms. Wie aus der späteren Beschreibung ersichtlich werden wird, ist dieser Zeitraum ausreichend, ein hinreichend großes Modulationsfenster bereitzustellen, in dem eine Vielzahl an Daten über die Stromcodierung von der Systemkomponente an das Hauptsteuergerät 10 übertragen werden kann. Grundsätzlich ist es dabei ausreichend, die Zeitdauer derart zu wählen, dass innerhalb des Modulationsfensters die erforderliche Anzahl an Bits durch die Stromcodierung von der Systemkomponente 20 an das Hauptsteuergerät 10 übertragen werden kann.The duration of the ramp-shaped profile of the voltage applied to the supply line from the start value Uo to the end value Uout is preferably between 5 ms and 10 ms. As will become apparent from the later description, this period of time is sufficient to provide a sufficiently large modulation window in which a large number of data are transmitted via the stream coding from the system component to the main control unit 10 can be transferred. In principle, it is sufficient to select the time period such that the required number of bits within the modulation window is achieved by the current coding of the system component 20th to the main control unit 10 can be transferred.

Die Erzeugung des stromcodierten Signals erfolgt durch die Systemkomponente 20 durch eine Belastungsmodulation. Der von der Systemkomponente 20 hierdurch bezogene Strom von der Vorrichtung 10 wird über eine Messeinrichtung, welche einen Shunt-Widerstand 14 und einen Operationsverstärker 15 umfasst, ausgewertet und einer nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung zugeführt, die mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist. Die Aufgabe der Auswerteeinrichtung besteht darin, die in dem stromcodierten Signal enthaltene Codierung bzw. Information auszuwerten. Die Information umfasst beispielsweise einen Absolutwert der von der Systemkomponente 20 benötigten spezifischen Spannung Uspez. Sobald der entsprechende Spannungswert durch die Auswerteeinrichtung bestimmt wurde, wird die Spannungssteuerung 18 derart modifiziert, dass Uaus der spezifischen Spannung Uspez entspricht, was unter Umständen ein vorzeitiges Ende des rampenförmigen Anstiegs zur Folge hat.The current-coded signal is generated by the system component 20th through a load modulation. The one from the system component 20th this draws power from the device 10 is via a measuring device, which has a shunt resistor 14th and an operational amplifier 15th includes, evaluated and fed to an evaluation device, not shown, which is connected to the output of the operational amplifier. The task of the evaluation device is to evaluate the coding or information contained in the current-coded signal. The information includes, for example, an absolute value from the system component 20th required specific voltage Uspec . As soon as the corresponding voltage value has been determined by the evaluation device, the voltage control is activated 18th modified in such a way that Uout of the specific voltage Uspec which may result in an early end of the ramp-shaped increase.

Alternativ kann die Codierung eine Information über einen Relativwert der spezifischen Spannung Uspez umfassen, wobei der Relativwert einen vorgegebenen Differenzwert zu der spezifischen Spannung repräsentiert. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass die Systemkomponente 20 einen vorgegebenen Differenzspannungswert unterhalb der spezifischen Spannung Uspez die Stromcodierung vornimmt, woraus das Hauptsteuergerät 10 ermitteln kann, dass die gegenwärtig erzeugte Ausgangsspannung lediglich um den Differenzspannungswert erhöht werden muss. Hierdurch kann die spezifische Spannung an der Systemkomponente unabhängig von der Länge der Versorgungsleitung 11 zuverlässig bereitgestellt werden. Ein durch die Leitungslänge der Versorgungsleitung hervorgerufener Spannungsabfall aufgrund von Leitungswiderständen kann durch das beschriebene Vorgehen der Übermittlung eines Relativwerts der spezifischen Spannung eliminiert werden.Alternatively, the coding can provide information about a relative value of the specific voltage Uspec include, wherein the relative value represents a predetermined difference value to the specific voltage. This makes it possible, for example, that the system component 20th a predetermined differential voltage value below the specific voltage Uspec the current coding makes what the main control unit 10 can determine that the currently generated output voltage only needs to be increased by the differential voltage value. As a result, the specific voltage on the system component can be independent of the length of the supply line 11 reliably provided. A voltage drop caused by the line length of the supply line due to line resistances can be eliminated by the described procedure of transmitting a relative value of the specific voltage.

Darüber hinaus kann das Modulationsfenster auch dazu genutzt werden, über die spezifische Spannung hinaus weitere Informationen von der Systemkomponente 20 an das Hauptsteuergerät 10 zu übertragen. Diese weiteren Informationen umfassen z.B Temperaturschwellen für Schutzfunktionen; Stromschwellen für Überstrom und Kurzschlusserkennung oder andere System Information wie eine Baugruppenkennung....In addition, the modulation window can also be used to provide additional information from the system component beyond the specific voltage 20th to the main control unit 10 transferred to. This additional information includes, for example, temperature thresholds for protective functions; Current thresholds for overcurrent and short-circuit detection or other system information such as a module identifier ...

Die Steuervorrichtung, welche der Spannungssteuerung 18 das für den rampenförmigen Verlauf erforderliche Eingangssignal gibt, sowie das von dem Operationsverstärker 15 an die Auswerteeinrichtung gelieferte Signal, können von ein und derselben Steuer- und Auswerteeinrichtung verarbeitet werden. Die diesbezügliche Einheit ist, wie erläutert, nicht explizit dargestellt.The control device that controls the voltage 18th gives the input signal required for the ramp-shaped curve, as well as that from the operational amplifier 15th Signals delivered to the evaluation device can be processed by one and the same control and evaluation device. As explained, the relevant unit is not explicitly shown.

6 zeigt die in der Spannungsversorgungseinheit 26 der Systemkomponente 20 erforderlichen Komponenten, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können. Der Block 21, der zwischen der Versorgungsleitung 11 und dem Ausgang 28 der Spannungsversorgungseinheit 26 angeordnet ist, ermöglicht das Anlegen der an der Versorgungsleitung 11 anliegenden Spannung an den Ausgang 28. Im einfachsten Fall besteht der Block 21 aus einem einfachen Schaltelement, welches zum Zeitpunkt t₃ eingeschaltet wird (vgl. 7b)), so dass ab diesem Zeitpunkt die Versorgung der Nutzkomponenten erfolgen kann. 6th shows the in the power supply unit 26th the system component 20th necessary components in order to be able to carry out the process according to the invention. The block 21 that is between the utility line 11 and the exit 28 the power supply unit 26th is arranged, enables the application to the supply line 11 voltage present at the output 28 . In the simplest case, there is a block 21 from a simple switching element which is switched on at time t ₃ (cf. 7b) ), so that the useful components can be supplied from this point in time.

Allgemein wird der Block 21 abhängig von den Nutzkomponenten der Systemkomponente 20 ausgestaltet. Die Spannungsversorgung kann somit sehr einfach, aber auch komplex sein. Im einfachsten Fall umfasst Block 21 lediglich ein Schaltelement, so dass die von dem Hauptsteuergerät über die Versorgungsleitung 11 bereitgestellte Spannung direkt die Nutzkomponenten der Systemkomponente 20 versorgt. Alternativ könnte Block 21 auch einen Spannungsregler enthalten, der eine oder mehrere Spannungen ausgibt.General becomes the block 21 depending on the useful components of the system component 20th designed. The power supply can therefore be very simple, but also complex. In the simplest case, it includes block 21 only one switching element, so that the from the main control unit via the supply line 11 provided voltage directly the useful components of the system component 20th provided. Alternatively, Block 21 also contain a voltage regulator that outputs one or more voltages.

Übliche Spannungsregler arbeiten bereits oberhalb der Resetschwelle Ureset. Der Reset-Ausgang der Reseteinrichtung wird bereits bei sehr niedrigen Spannungen in einen gewünschten und korrekten Arbeitsbereich gehalten. Neben der primär geforderten Übergabe der relevanten Parameter für die Einstellung der spezifischen Spannung kann eine derartige Logik insbesondere dann, wenn kein Spannungsregler in der Systemkomponente nachgeschaltet ist, weitere Schaltungselemente für die Grundversorgung der Systemkomponente 20 enthalten. Die wichtigsten sind ein Reset-Ausgang oder als Schutz ein Überstrom, eine Übertemperatur oder Über-/Unterspannungs-Überwachung und Abschalten. Für die genannten Schutzfunktionen ist die Implementierung einer Abschaltung einfacher zu realisieren als eine Spannungsreglerfunktion. Dieser Umstand wird vorteilhaft ausgenutzt, so dass in der Erfindung ein entsprechender Schalter (Blcok 21) in der Systemkomponente vorhanden ist..Usual voltage regulators already work above the reset threshold Ureset. The reset output of the reset device is held in a desired and correct working range even at very low voltages. In addition to the primarily required transfer of the relevant parameters for setting the specific voltage, such a logic can, in particular when no voltage regulator is connected downstream in the system component, further circuit elements for the basic supply of the system component 20th contain. The most important ones are a reset output or, as protection, an overcurrent, overtemperature or over / undervoltage monitoring and shutdown. For the protective functions mentioned, it is easier to implement a shutdown than a voltage regulator function. This fact is used to advantage, so that in the invention a corresponding switch (Blcok 21 ) is available in the system component ..

Der Block 22 kennzeichnet eine Hilfsspannungsversorgung, welche bereits oberhalb der Resetschwelle Ureset (vgl. 7d)) aktiv ist. Eine Aufgabe der Hilfsspannungsversorgung besteht darin, eine Referenzspannung bereitzustellen, welche einen Trigger für nachfolgende Aktionen darstellt. Eine Logik verknüpft diese Schwelle mit weiteren zeitlichen Anforderungen und/oder der Darstellung einer Signalfolge, welche später stromcodiert über die Versorgungsleitung 11 übertragen wird. Bei dem Block 21 kann es sich im einfachsten Fall um einen Spannungsregler 22 handeln. Die Referenz kann beispielsweise durch eine Referenzkette, eine Zener-Diode oder einen Bandgap bereitgestellt werden. Ein Ausgang des Blocks 22 ist mit einer Steuervorrichtung 25 zum Ein- und Ausschalten eines Schaltelements 23 verbunden. Das Schaltelement 23 ist seriell mit einer Stromquelle 24 zwischen der Versorgungsleitung 11 und der Bezugspotentialleitung bzw. dem Bezugspotential 12 verschaltet. Mittels Ansteuerung des Schaltelements 23 kann eine Belastungsmodulation zur Erzeugung des stromcodierten Signals erfolgen.The block 22nd identifies an auxiliary voltage supply which is already above the reset threshold Ureset (cf. 7d )) is active. One task of the auxiliary voltage supply is to provide a reference voltage that represents a trigger for subsequent actions. A logic links this threshold with further time requirements and / or the display of a signal sequence, which is later current-coded via the supply line 11 is transmitted. By the block 21 In the simplest case it can be a voltage regulator 22nd act. The reference can be provided, for example, by a reference chain, a Zener diode or a band gap. One exit of the block 22nd is with a control device 25th for switching a switching element on and off 23 connected. The switching element 23 is in series with a power source 24 between the supply line 11 and the reference potential line or the reference potential 12th interconnected. By activating the switching element 23 load modulation can be used to generate the current-coded signal.

Das stromcodierte Signal wird vorzugsweise kurz unterhalb der angestrebten spezifischen Spannung ausgegeben. Zum Beispiel wird ein 20 mA-Signal bei 4,3 V bei einer spezifischen Spannung von 5 V ausgegeben. Das Hauptsteuergerät errechnet daraufhin die nötige Differenzspannung (hier 0,7 V) und stellt diese entsprechend über die Versorgungsleitung 11 zur Verfügung.The current-coded signal is preferably output just below the targeted specific voltage. For example, a 20 mA signal is output at 4.3 V at a specific voltage of 5 V. The main control unit then calculates the necessary differential voltage (here 0.7 V) and provides this accordingly via the supply line 11 to disposal.

7 zeigt im Vergleich zu 2 die veränderten Spannungs- und Stromverläufe bei einem erfindungsgemäßen Vorgehen. In 7a) ist der rampenförmige Verlauf der am Eingang 27 der Systemkomponente 20 angelegten Spannung zu erkennen. Der rampenförmige Verlauf von dem Startwert Uo bis Uaus nimmt dabei einen Zeitraum von t = 0 bis t₄ in Anspruch. Dieser Zeitraum ist gegenüber dem Zeitraum von t = 0 bis t₃ aus 2a) um ein Mehrfaches verlängert. Insbesondere nimmt der Zeitraum in etwa das Fünf- bis Zehnfache des üblicherweise genutzten Einschaltimpulses ein. 7th shows compared to 2 the changed voltage and current curves in a procedure according to the invention. In 7a) is the ramp-shaped course at the entrance 27 the system component 20th to recognize applied voltage. The ramp-shaped course from the start value Uo to Uaus takes a period of time from t = 0 to t ₄ . This period is off compared to the period from t = 0 to t ₃ 2a) extended several times. In particular, the period takes up about five to ten times the normally used switch-on pulse.

Bedingt durch die Funktion und das Vorhandensein des Blocks 21 in der Systemkomponente 20 erfolgt eine Versorgung der Nutzkomponenten der Systemkomponente 20 zum Zeitpunkt t₃, sobald von dem Hauptsteuergerät 10 die angeforderte spezifische Spannung Uspez zur Verfügung gestellt ist. In dem in 7b) gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst Block 21 ein Schaltelement, so dass die Spannung in kurzer Zeit von 0 auf Unutz ansteigt. Durch Reaktionszeiten ist ein geringer weiterer Anstieg möglich und vom System zu tolerieren.Due to the function and the presence of the block 21 in the system component 20th the useful components of the system component are supplied 20th at time t ₃ as soon as from the main control unit 10 the specific voltage requested Uspec is made available. In the in 7b) embodiment shown includes block 21 a switching element, so that the voltage rises from 0 to Unutz in a short time. A slight further increase is possible due to reaction times and can be tolerated by the system.

In den 7c) und 7d) ist das erfindungsgemäß genutzte Modulationsfenster MF und die Modulation des Stroms durch die Systemkomponente 20 ersichtlich. Das Modulationsfenster MF wird allgemein durch einen unteren Spannungswert und einen oberen Spannungswert der rampenförmig ansteigenden Spannung definiert. Dabei sind der untere und der obere Spannungswert kleiner als eine Spannung, die für eine Spannungsstabilisierung ausreichend ist. Das Modulationsfenster kann somit prinzipiell zwischen Ureset und der Reset-Freigabeschwelle Ures_rel gewählt werden. Ures_rel beträgt typischerweise 90 % bis 95 % der spezifischen Spannung Uspez. Diese Spannung ist zum Zeitpunkt t₂ erreicht. Der Start des Modulationsfensters ist zum Zeitpunkt t₁, wobei hier eine Spannung von etwa 80 % der spezifischen Spannung anliegt. In jedem Fall sollte der untere Spannungswert größer als 1,3 V sein. Innerhalb dieses Modulationsfensters MF erfolgt nun eine Belastungsmodulation, durch die das in 7c) gezeigte stromcodierte Signal erzeugbar ist. Dieses kann, wie erläutert, durch den Shunt und den nachgeschalteten Operationsverstärker des Hauptsteuergeräts 10 ausgewertet werden.In the 7c ) and 7d) is the modulation window MF used according to the invention and the modulation of the current through the system component 20th evident. The modulation window MF is generally defined by a lower voltage value and an upper voltage value of the voltage which increases in the form of a ramp. The lower and upper voltage values are smaller than a voltage that is sufficient for voltage stabilization. The modulation window can therefore in principle between Ureset and the reset release threshold Ures_rel to get voted. Ures_rel is typically 90% to 95% of the specific stress Uspec . This voltage is reached at time t ₂ . The start of the modulation window is at time t ₁ , a voltage of approximately 80% of the specific voltage being applied here. In any case, the lower voltage value should be greater than 1.3 V. Load modulation now takes place within this modulation window MF, through which the in 7c ) current-coded signal shown can be generated. As explained, this can be achieved through the shunt and the downstream operational amplifier of the main control unit 10 be evaluated.

Ein Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass das Hauptsteuergerät und die Systemkomponente unabhängig voneinander entwickelt werden können. Insbesondere ist keine Kenntnis der erforderlichen Versorgungsspannung der Systemkomponente bei der Entwicklung des Hauptsteuergeräts erforderlich. Ebenfalls können Grenzen, die durch Leitungslängen der Versorgungsleitung 11 gegeben sind, kompensiert werden. In vielen Fällen kann ein eigener Spannungsregler im Sub-System entfallen, was Platz bzw. Verlustleistungsprobleme in den Systemkomponenten entgegenkommt.One advantage of the proposed method is that the main control unit and the system component can be developed independently of one another. In particular, no knowledge of the required supply voltage of the system components is required when developing the main control unit. There can also be limits imposed by the length of the supply line 11 are given, are compensated. In many cases there is no need for a separate voltage regulator in the sub-system, which accommodates space and power loss problems in the system components.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: SpannungsversorgungssystemPower supply system
55: EnergiequelleEnergy source
1010: Vorrichtung, insbesondere HauptsteuergerätDevice, especially main control unit
1111: Versorgungsleitungsupply line
1212th: Versorgungsleitungsupply line
1313th: SpannungsreglerVoltage regulator
1414th: ShuntShunt
1515th: OperationsverstärkerOperational amplifier
1616: SpannungsversorgungssteuereinheitPower supply control unit
1717th: AusgangExit
1818th: SpannungssteuerungVoltage control
2020th: SystemkomponenteSystem component
2121: SchaltelementSwitching element
2222nd: SpannungsreglerVoltage regulator
2323: SchaltelementSwitching element
2424: StromquellePower source
2525th: SteuervorrichtungControl device
2626th: SpannungsversorgungseinheitPower supply unit
2727: EingangEntrance
2828: AusgangExit
UspezUspec: spezifische Spannungspecific voltage
UnutzUnutz: Versorgungsspannung für NutzkomponentenSupply voltage for useful components
Ures_relUres_rel: Reset-FreigabespannungReset release voltage
UrestUrest: ResetspannungReset voltage

Claims

Device (10) for supplying voltage to a system component (20), the device (10) being connected to the system component at least via a voltage supply line (11), the system component (20) being able to be supplied with a specific voltage via the voltage supply line (11) is, wherein the device (10) is designed to, when the system component (20) is switched on - to increase a voltage applied to the supply line (11) from a start value (U0) in a ramp-shaped manner to an end value (Uout); - to evaluate a current-coded signal generated by the system component (20) for coding on the supply line (11) before the end value (Uout) is reached; - Depending on information contained in the coding about the specific voltage required by the system component (20), the end value (Uout) of the voltage on the supply line to be set to the specific voltage as the supply voltage of the system component (20).

Device according to Claim 1 , in which this comprises a current measuring device (14, 15) for detecting a current flowing in the supply line (11), an output of the current measuring device being connected to an evaluation device for evaluating the current-coded signal.

Device according to Claim 1 or 2 , in which this comprises a voltage regulator (13) controllable by a control device for generating the ramp-shaped voltage.

Device according to one of the preceding claims, in which the duration of the ramp-shaped profile of the voltage applied to the supply line (11) from the start value (U0) to the end value (Uout) is between 5 msec and 10 msec.

Device according to one of the Claims 1 to 4th , in which the coding includes information about an absolute value of the specific voltage.

Device according to one of the Claims 1 to 4th , in which the coding comprises information about a relative value of the specific voltage, the relative value representing a predetermined difference value to the specific voltage.

System component which is connected at least via a voltage supply line (11, 12) to a device (10) according to one of the preceding claims, the system component (20) being supplied via the voltage supply line (11) with a voltage specific for this through the device (10) can be supplied, the system component (20) being designed to ramp up a starting value (U0) to an end value when the system component (20) is switched on, in which the device (10) applies a voltage to the supply line (11) (Uaus) is increased to generate a current-coded signal within a modulation window, the modulation window being defined by a lower voltage value and an upper voltage value of the ramp-shaped increasing voltage, the lower and the upper voltage value being less than a voltage necessary for voltage stabilization is not sufficient, and the current-coded signal to the Ve to lay the supply line.

System component according to Claim 7 , at which the lower voltage value is at least a lower reset threshold.

System component according to Claim 7 or 8th , at which the upper voltage value is a maximum of a reset release threshold.

System component according to one of the Claims 7 to 9 , in which this comprises a first switching element (21) which, when the specific voltage is reached on the supply line (11), provides its nominal output voltage for the operation of useful components of the system component.

System component according to one of the Claims 7 to 10 , in which this comprises a voltage regulator (22) which operates stably above the lower voltage value.

System component according to one of the Claims 7 to 11 , in which this comprises a second switching element (23) for load modulation of a current source (24) and a control device (25) for controlling the second switching element (23) for generating a predetermined current coding.

System component according to one of the Claims 7 to 12th , in which with a supply voltage (Uein) of the system component (20) within the modulation window, the components required for the current coding are functional.

System component according to one of the Claims 7 to 13th , in which this is designed to keep the system component (20) in a defined state when the lower reset threshold is reached until the reset release threshold is reached.

Power supply system, comprising a device (10) according to one of the Claims 1 to 6th and at least one system component (20) according to one of the Claims 7 to 14th .

A method for operating a voltage supply system which comprises a device (10) according to one of the Claims 1 to 6th and at least one system component (20) according to one of the Claims 7 to 14th comprises, in which - when the system component (20) is switched on, a voltage applied to the supply line (11) by the device (10) is ramped up from a start value (U0) to an end value (Uout); - A current-coded signal is generated within a modulation window by the system component (20), the modulation window being defined by a lower voltage value and an upper voltage value of the ramp-shaped increasing voltage, the lower and the upper voltage value being less than a voltage that is required for a Voltage stabilization is insufficient; - The current-coded signal is applied to the supply line (11); - The device (10) evaluates the current-coded signal generated on the supply line (11) before reaching the end value (Uout) for coding; and - as a function of information contained in the coding about the specific voltage required by the system component (20), the final value (Uout) of the voltage on the supply line is set to the specific voltage as the supply voltage of the system component (20).