DE102014218963B3

DE102014218963B3 - Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Pulslichtquelle

Info

Publication number: DE102014218963B3
Application number: DE102014218963.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Baumann
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2034-09-23

Abstract

Schaltung zur Steuerung einer Pulslichtquelle 9 mit einen ersten Transistor 1 und einen zweiten Transistor 2, die in einer komplementären Darlington Schaltung angeordnet sind, wobei die Schaltung ein Pulssignal erhält und ein gepulstes Stromsignal ausgibt, wobei der erste Transistor 1 zur Pulsübertragung und der zweite Transistor 2 zur Übertragung eines von einer Steuersignalquell 6 bereitgestellten Steuersignals zur Amplitudensteuerung dient, wobei der Emitter des ersten Transistors 1 mit einem Gegenkopplungswiderstand 3 verbunden ist, der Emitter des zweiten Transistors 2 mit der Basis des ersten Transistors 1 verbunden ist und der Kollektor der zweiten Transistors 2 mit dem Bezugspotential verbunden ist, und die Basis des ersten Transistors 1 über einen Widerstand 4 mit der Pulssignalquelle 7 verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise für optische Näherungsschalter geeignete Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Pulslichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Optische Näherungsschalter sind seit langem bekannt und werden auch von der Anmelderin in hoher Stückzahl hergestellt und vertrieben.
Sie weisen meist eine gepulste Lichtquelle, in der Regel ein LED oder Laserdiode auf, die mit Sendeströmen von mehreren hundert Milliampere mit Pulslängen von einigen Mikrosekunden betrieben wird.
Die DE 195 46 562 C1 zeigt eine solche Schaltung mit einem Leistungs-FET. Sie zeigt einen ersten und eine zweiten Transistor in komplementärer Darlingtonschaltung. Die Schaltung erhält ein Pulssignal und gibt ein gepulstes Stromsignal aus, wobei ein erster Transistor zur Übertragung des Pulssignals dient. Nachteilig bei dieser Schaltung ist, dass zwar die Pulslänge, nicht aber die Pulshöhe (Amplitude) variiert werden kann. Letzteres ist insbesondere dann wünschenswert, wenn Übersteuerungen der Empfänger bei stark reflektierenden oder spiegelnden Objekten vermieden werden sollen. Weitere Motive sind die Kompensation von Temperaturschwankungen und die mit der Zeit nachlassende Effizienz der genannten Sendebauelemente.
Die DE 10 2006 047 358 A1 zeigt eine Schaltung zur Steuerung einer Pulslichtquelle mit einem ersten Transistor und einem zweiten Transistor in einer Darlington-Schaltung, wobei die Schaltung ein Pulssignal erhält, und ein gepulstes Stromsignal abgibt. Beide Transistoren dienen zur Übertragung des Pulssignals. Ein Steuereingang für die Pulshöhe, (Amplitude) ist nicht vorhanden. Die Amplitude wird über die Betriebsspannung (Versorgung) eingestellt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu überwinden, und eine Schaltung mit einstellbarer Amplitude anzugeben, die einfach und kostengünstig zu realisieren ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, Pulsanschluss und Amplitudenanschluss zu trennen, wobei der Amplitudenanschluss als komplementäre Darlingtonschaltung betrieben wird. Der mit niedriger Verstärkung betriebene Pulsanschluss wird mit einem digitalen Signal ein- und ausgeschaltet und der empfindlichere Eingang mit dem Analogsignal beaufschlagt.
Die erfindungsgemäße Lösung ist temperaturstabil, kostengünstig und belastet die Amplitudenquelle kaum.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Anordnung mit der Sendediode auf Pluspotential,
2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Anordnung mit einer geerdeten Sendediode D1,
3 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Anordnung mit dem Pluspol als Bezugsspannung.
4 zeigt eine vierte erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Steuersignalquellen 6.
Die 1 zeigt eine komplementäre Darlingtonschaltung mit einem ersten Transistor 1 und einem zweiten Transistor 2. Die Basis des ersten Transistors 1 dient in bekannter Weise als Eingang für ein symbolisch dargestelltes Pulssignal (Pulsanschluss). Das am Kollektor des Transistors 1 entstehende gepulste Stromsignal dient zur Versorgung einer Pulslichtquelle 9, z. B. einer LED. Der Widerstand 4 bildet zusammen mit der Kollektor- Emitter-Strecke des Transistors 2 einen Spannungsteiler zur Einstellung der Amplitude des Ausgangssignals. Die Basis des Transistors 2 dient als Amplitudeneingang.
Während des Pulses hat der Emitter von Transistor 1 etwa das gleiche Potential wie der mit der Steuerspannung Vadj gespeiste Amplitudeneingang. Somit wird der durch den Widerstand 3 (R3) fließende Strom I₃ näherungsweise zu I₃ = Vadj/R3.
Da die Basis-Emitter-Strecken der beiden Transistoren parallel liegen, kompensiert sich deren Temperaturdrift. An die Steuerspannungsquelle (6) werden nur geringe Anforderungen gestellt. Die Quelle kann einen hohen Innenwiderstand haben, weil sie durch die komplementäre Darlington Anordnung nur gering belastet wird. Die Steuerspannung kann immer anliegen, auch während der Pulspausen. Deshalb kann die Steuerspannung Vadj durch Spannungsteiler, pulsweitenmodulierte Signale mit Tiefpassfilter oder D/A-Wandler erzeugt werden. Der Tiefpasskondensator 5 ist optional. Er dient zur Reduzierung der Flankensteilheit des Pulssignals und verringert die Abstrahlung von hochfrequenten Störsignalen.
Die 2 zeigt eine Schaltung mit geerdeter Sendediode 9, was bezüglich deren Kühlung oder auch deren elektrischer Abschirmung vorteilhaft sein kann. Die Schaltung funktioniert auf die oben beschriebene Weise. Lediglich die Steuersignale müssen umgepolt werden.
3 zeigt ein Beispiel mit auf die Betriebsspannung Ub bezogenen Signalquellen 6 und 7.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Steuersignalquellen 6, die logisch mit ODER verknüpft werden können. Die kleinere der beiden von ihnen erzeugten Steuerspannungen Vadj1 oder Vadj2 bestimmt die Stromamplitude. Das kann nützlich sein, um eine Laserdiode mit einer Softstartrampe (Vadj1) und einer Amplitudenregelung (Vadj2) anzusteuern. Die Steuersignale müssen unabhängig voneinander sein, da die Softstartfunktion eine Reaktion auf das Einschalten der Betriebsspannung, und die Amplitudenregelung eine Reaktion auf den Monitordiodenstrom, bzw. Lichterzeugung der Pulslichtquelle 9, z.B. einer Laserdiode ist.
Bezugszeichenliste

1: Erster Transistor
2: Zweiter Transistor
3: Emitterwiderstand zur Erhöhung des Eingangswiderstandes und zur Stabilisierung
4: Vorwiderstand für den Spannungsteiler zur Steuerung der Ausgangsamplitude
5: Tiefpasskondensator zur Reduzierung der Flankensteilheit des Pulssignals.
6: Steuersignalquelle zur Erzeugung der amplitudenmodulierten Steuerspannung Vadj
7: Pulssignalquelle zur Erzeugung des Pulssignals
8: Betriebsspannungsquelle für die Sendediode
9: Pulslichtquelle, Sendediode:LED oder Laserdiode

Claims

Schaltung zur Steuerung einer Pulslichtquelle (9) mit einem ersten Transistor (1) und einem zweiten Transistor (2), die in einer komplementären Darlington Schaltung angeordnet sind, wobei die Schaltung ein Pulssignal von einer Pulssignalquelle (7) erhält und ein gepulstes Stromsignal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (1) zur Übertragung des Pulssignals und der zweite Transistor (2) zur Übertragung eines von einer Steuersignalquell (6) bereitgestellten Steuersignals zur Amplitudensteuerung dient, wobei der Emitter des ersten Transistors (1) mit einem Gegenkopplungswiderstand (3) verbunden ist, der Emitter des zweiten Transistors (2) mit der Basis des ersten Transistors (1) verbunden ist und der Kollektor des zweiten Transistors (2) mit dem Bezugspotential verbunden ist, und die Basis des ersten Transistors (1) über einen Widerstand (4) mit der Pulssignalquelle (7) verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des ersten Transistors (1) über einen Kondensator (5) mit dem Bezugspotential verbunden ist, wobei der Kondensator (5) zur Verminderung der Flankensteilheit des Pulssignals dient.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unabhängig voneinander steuerbare Steuersignalquellen (6) vorhanden sind, wobei die mit der kleineren Amplitude zur Realisierung einer Softstartfunktion dient.
Optischer Näherungsschalter mit einer Schaltung zur Steuerung einer Pulslichtquelle (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.