DE102017103655A1 - Standby Shutdown - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) zur Niederspannungserzeugung mit einer Spannungsumschaltung zwischen einer Versorgungsspannung (VCC) an einem Abgriff (11) für den Normalbetrieb und einer hierzu niedrigeren Versorgungsspannung (VCC) für einen Bereitschaftsbetrieb eines Geräts, wobei die Schaltungsanordnung (1) mit einem Schaltregler (2) ausgebildet ist, der an einem Verbindungspunkt (10) der Schaltungsanordnung (1) eine Sollspannung Usoll bereits stellt und an diesem Versbindungspunkt (10) eine Zenerdiode (Z1) und ein Transistor (T3) angeschlossen und zwar zueinander parallel geschaltet sind, so dass die niedrigere Versorgungsspannung (VCC) für den Bereitschaftsbetrieb dadurch realisierbar ist, dass der Transistor (T3) angesteuert wird, um die Zenerdiode (Z1) kurz zu schließen, so dass die niedrigere Versorgungsspannung (VCC) für den Bereitschaftsbetrieb am Abgriff (11) anliegt. The invention relates to a circuit arrangement (1) for low voltage generation with a voltage switching between a supply voltage (VCC) at a tap (11) for normal operation and a supply voltage lower thereto (VCC) for a standby mode of a device, wherein the circuit arrangement (1) with a switching regulator (2) is formed, which at a connection point (10) of the circuit arrangement (1) a target voltage V set already provides and on that Versbindungspunkt (10) a Zener diode (Z1) and a transistor (T3) are connected and that connected in parallel to each other in that the lower supply voltage (VCC) for the standby mode can be realized by driving the transistor (T3) to short-circuit the Zener diode (Z1), so that the lower supply voltage (VCC) for the standby mode at the tap (11 ) is present.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Standby-Verluste im Bereitschaftsbetrieb bei der Niederspannungserzeugung, insbesondere bei der Niederspannungserzeugung mit einem Spannungswandler. Das Verfahren betrifft insbesondere Netzteile ohne eine galvanische Trennung.The invention relates to a method and a device for reducing the standby losses in the standby mode in the low-voltage generation, in particular in the low-voltage generation with a voltage converter. The method relates in particular to power supplies without a galvanic isolation.
Der Begriff „Spannungswandler“ bezeichnet hier insbesondere einen Abwärtswandler, kann aber auch jede andere Art von Wandler, der zur Anpassung der Ausgangsspannung für das zu versorgende Gerät dient, insbesondere Netzteile, die an das Netz angeschlossen sind, umfassen. Elektrische Spannungswandler werden heutzutage in zahlreichen Geräten zur Versorgung der Gerätehauptfunktion und eventueller Standby-Funktionen verwendet.The term "voltage converter" here refers in particular to a down converter, but may also include any other type of converter which serves to adapt the output voltage for the device to be supplied, in particular power supply units which are connected to the network. Electric voltage transformers are nowadays used in numerous devices for supplying the main device function and any standby functions.
Wenn diese Hauptfunktion bzw. eine Standby-Funktion im Bereitschaftsbetrieb dauerhaft oder über längere Zeiträume aktiv sein soll, können die dadurch auftretenden Energieverluste bei der Spannungsversorgung mit einem Spannungswandler einen signifikanten Anteil am Gesamtenergieverbrauch des versorgten Gerätes haben. Bei elektrischen Geräten, die dauerhaft betrieben werden, sogenannte Kleinverbraucher, ist der Eigenverbrauch des Spannungswandlers ein wesentlicher Anteil am Gesamtverbrauch des Gerätes und spielt eine zunehmende Rolle bei der Kaufentscheidung. Durch die große Anzahl durch Spannungswandler versorgter Geräte werden durch die Verluste herkömmlicher Spannungswandler beträchtliche Kosten und Umweltbelastungen verursacht, die durch die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen reduziert werden können. Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch, dass Motoren, wie z. B. Lüftermotoren in vielen Geräten eingesetzt werden und diese mit einem Niederspannungsnetzteil betrieben werden und oben besagte Standby-Verluste aufweisen.If this main function or a standby function in standby mode should be active permanently or for longer periods of time, the resulting energy losses in the voltage supply with a voltage converter can have a significant share of the total energy consumption of the supplied device. For electrical devices that are operated permanently, so-called small consumers, the self-consumption of the voltage converter is a significant proportion of the total consumption of the device and plays an increasing role in the purchase decision. Due to the large number of devices powered by voltage transformers, the losses of conventional voltage transformers cause considerable costs and environmental burdens which can be reduced by the methods and devices described herein. It is also known in this context that motors such. B. fan motors are used in many devices and these are operated with a low-voltage power supply and above said standby losses.
Die Stromversorgung von diversen Elektrogeräten erfolgt häufig, bereits aus Kostengründen, mit einem einzigen Spannungswandler, der die Versorgung sowohl für den Normalbetrieb des Gerätes als auch für einen eventuellen Standby-Betrieb übernimmt. Der Bereitschaftsbetrieb oder Standby-Betrieb (auch Wartebetrieb genannt) ist der derjenige Zustand eines technischen Gerätes, in dem die eigentliche Nutzfunktion temporär deaktiviert ist oder schlichtweg nicht benötigt wird, aber jederzeit und ohne Vorbereitungen oder längere Wartezeiten wieder aktiviert werden kann. Jedoch ist für das Halten des Bereitschaftszustandes im Regelfall nur ein bestimmter, gegenüber dem Normalbetrieb reduzierter Leistungsbedarf erforderlich. Durch den großen Unterschied der Energie- und Leistungsaufnahme eines Gerätes in diesen beiden Betriebszuständen und die Notwendigkeit, die volle für den Normalbetrieb nötige Leistung möglichst kurzfristig bereitstellen zu können, überwiegen im Standby-Betrieb die Energieverluste für den Betrieb des Spannungswandlers diejenige für die eigentliche Standby-Funktion erforderliche Leistung regelmäßig. Es bestehen im Stand der Technik daher unterschiedliche Bemühungen Standby-Verluste im Bereitschaftsdienst zu reduzieren.The power supply of various electrical appliances is often done, for reasons of cost, with a single voltage converter, which takes over the supply for both the normal operation of the device as well as for any standby operation. The standby mode or standby mode (also called waiting mode) is that state of a technical device in which the actual utility function is temporarily deactivated or simply not needed, but can be reactivated at any time and without preparation or longer waiting times. However, for holding the standby state usually only a certain, compared to the normal operation reduced power requirement is required. Due to the great difference in the energy and power consumption of a device in these two operating states and the need to provide the full required for normal operation performance as soon as possible, outweigh the energy losses for the operation of the voltage converter in standby mode that for the actual standby Function required performance regularly. There are therefore different efforts in the prior art to reduce standby losses in on-call service.
Eine gängige Vorgehensweise bei der Reduktion der Standby-Verluste ist die Umschaltung zwischen einer Hauptversorgung und einer Standby-Versorgung. Dabei wird durch einen Mikrocontroller oder eine sonstige Schaltung bei Erkennung der Standby-Anforderung die Hauptniederspannungsversorgung deaktiviert. In diesem Zustand wird nur ein kleiner Teil der Elektronik versorgt, um die Anforderung für einen aktiven Betrieb zu erfassen und die Hauptniederspannungsversorgung wieder zu aktivieren. Nachteil dieser Variante ist, dass ein zusätzlicher Schaltungsteil bzw. weitere Schaltungskomponenten nötig sind, um die Versorgung im Standby-Betrieb sicherzustellen.A common approach to reducing standby losses is to switch between a main supply and a standby supply. In this case, the main low-voltage supply is deactivated by a microcontroller or another circuit upon detection of the standby request. In this state, only a small portion of the electronics are powered to detect the request for active operation and to re-enable the main low-voltage supply. Disadvantage of this variant is that an additional circuit part or other circuit components are necessary to ensure the supply in standby mode.
Eine weitere Variante zur Reduktion der Standbyverluste ist die Abschaltung der Niederspannungsversorgung von außen. Dazu wird ein einer übergeordneten Steuerungseinheit durch ein Set- und Reset-Signal die Möglichkeit gegeben die elektronische Einheit in den Ruhemodus zu versetzen. In diesem Fall ist die Versorgung komplett deaktiviert, daher kann eine mimiale Leistungsaufnahme erzielt werden. Es führt nur noch der Eigenverbrauch des Schaltreglers zu Energieverlusten. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass die übergeordnete Steuerungseinheit die Abschaltung und die Aktivierung vornehmen muss. Diese Steuerung muss dazu in das Konzept integriert sein. Another variant for reducing standby losses is the disconnection of the low-voltage supply from the outside. For this purpose, a higher-level control unit is given the opportunity, by means of a set and reset signal, to put the electronic unit into the sleep mode. In this case, the supply is completely disabled, so a mimiale power consumption can be achieved. It only leads the self-consumption of the switching regulator to energy losses. The disadvantage of this solution is that the higher-level control unit must make the shutdown and the activation. This control must be integrated into the concept.
Zudem ist in sicheren Anwendungen eine galvanische Trennung erforderlich, die wiederum die Kosten einer solchen Lösung in die Höhe treiben würde.In addition, in safe applications a galvanic isolation is required, which in turn would drive the cost of such a solution in the air.
Aus der
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Hierbei ist allerdings nachteilig, dass das Netzteil sozusagen grundsätzlich immer wieder vom Netzt getrennt wird und eine Versorgung daher nur noch mittels des Energiespeicher und dessen Auslegung erfolgen kann, solange eine Netzverbindung nicht besteht.In this case, however, it is disadvantageous that, as it were, the power supply unit is always disconnected from the mains, and a supply can therefore only be effected by means of the energy store and its design, as long as a network connection does not exist.
Solche zuvor genannten Lösungen basieren auf dem Prinzip der Stromkreistrennung, so dass der eigentliche Energieverbrauch während dem Standby-Betrieb, somit während der Standby-Betrieb zeitlich aktiv ist, keine tatsächliche effektive Leistungsreduzierung erfährt.Such solutions mentioned above are based on the principle of circuit separation, so that the actual energy consumption during the standby mode, thus temporally active during standby operation, does not experience an actual effective power reduction.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Lösung vorzusehen, bei dem die systemspezifische Verlustleistung während des Bereitschaftsbetriebs einer Niederspannungsversorgung als solche signifikant reduziert wird und bei der vorzugsweise auch ein sicherer Betrieb des Gerätes, wie z. B. eines EC-Motors gegeben ist.The invention is therefore based on the object to overcome said disadvantages and to provide a solution in which the system-specific power loss during standby operation of a low-voltage supply as such is significantly reduced and in the preferably also safe operation of the device, such. B. an EC motor is given.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung vorzusehen, die sowohl für eigensichere als auch andere Schaltungen angewendet werden kann.In particular, it is an object of the present invention to provide a solution that can be used for both intrinsically safe and other circuits.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the feature combination according to
Ein erster Ausgangspunkt zur Entwicklung der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass sich die Verluste im Standby-Betrieb im Wesentlichen aus dem Eigenverbrauch des Schaltreglers sowie der Versorgung der Elektronikkomponenten in der Schaltung einer Niederspannungsversorgung mit Schaltregler ergeben. In einer Schaltungstopologie mit einem Schaltregler wird dafür aus der VCC-Spannung über einen Linearregler die Elektronikversorgungspannung erzeugt. Die Differenz aus diesen beiden Spannungen wird dabei im Schaltregler in Verlustwärme umgesetzt und ist deswegen maßgeblich für die Verlustleistung im Bereitschaftsbetrieb.A first starting point for the development of the present invention is the recognition that the losses in standby mode essentially result from the self-consumption of the switching regulator as well as the supply of the electronic components in the circuit of a low-voltage supply with switching regulator. In a circuit topology with a switching regulator, the electronics supply voltage is generated from the VCC voltage via a linear regulator. The difference between these two voltages is converted into heat loss in the switching regulator and is therefore decisive for the power loss in standby mode.
Ein Grundgedanke besteht nun darin, eine Schaltung zu vorzusehen, mit der es möglich ist, die Ausgangsspannung im Standby-Zustand zu reduzieren, ohne dabei erhebliche Mehrkosten zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht in einfacher Weise ein Umschalten der Ausgangsspannungen der Niederspannungserzeugung von einem Normalbetrieb in einen Bereitschaftsbetrieb.A basic idea now is to provide a circuit with which it is possible to reduce the output voltage in the standby state, without generating significant additional costs. The circuit according to the invention makes it possible in a simple manner to switch over the output voltages of the low-voltage generation from a normal mode to a standby mode.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Schaltungsanordnung zur Niederspannungserzeugung mit einer Spannungsumschaltung zwischen einer Versorgungsspannung VCC an einem Abgriff für den Normalbetrieb und einer hierzu niedrigeren Versorgungsspannung VCC für einen Bereitschaftsbetrieb eines Geräts, wie z. B. eines EC-Motors vorgeschlagen, wobei die Schaltungsanordnung mit einem Schaltregler ausgebildet ist, der an einem definierten Verbindungspunkt der Schaltungsanordnung eine Sollspannung Usoll bereit stellt und an diesem Versbindungspunkt 10 eine Zenerdiode und ein Transistor angeschlossen und zwar zueinander parallel geschaltet sind, so dass die niedrigere Versorgungsspannung VCC für den Bereitschaftsbetrieb dadurch realisierbar ist, dass der Transistor T3 angesteuert wird, um die Zenerdiode kurz zu schließen und dadurch die niedrigeren Versorgungsspannung VCC für den Bereitschaftsbetrieb am besagten Spannungsabgriff anliegt.According to the invention for this purpose, a circuit arrangement for low-voltage generation with a voltage switching between a supply voltage VCC at a tap for normal operation and a lower supply voltage VCC for a standby mode of a device such. Example, proposed an EC motor, wherein the circuit arrangement is formed with a switching regulator, which provides a target voltage U is ready at a defined connection point of the circuit and at this Versbindungspunkt 10 a Zener diode and a transistor connected and indeed connected in parallel, so that the lower supply voltage VCC for the standby mode can be realized by driving the transistor T3 to short-circuit the Zener diode and thereby applying the lower supply voltage VCC for the standby mode to the said voltage tap.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereitschaftsbetrieb am Spannungsabgriff eine Versorgungsspannung VCC anliegt, die aus der Summe der Sollspannung Usoll und der Sättigungsspannung VUCE_SAT des Transistors T3 gebildet ist.In an advantageous embodiment of the invention, provision is made for a supply voltage VCC to be present in the standby mode at the voltage tap , which is formed from the sum of the setpoint voltage U soll and the saturation voltage V UCE_SAT of the transistor T3.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Normalbetrieb an besagtem Abgriff eine Versorgungsspannung VCC anliegt, die aus der Summe der Sollspannung Usoll und der Spannung der Zenerdiode Z1 gebildet wird.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that in normal operation to said tap a supply voltage VCC is applied, which is formed from the sum of the setpoint voltage U soll and the voltage of the Zener diode Z1.
Ebenfalls ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Schaltregler mit einer vorgegebenen Sollwertspannung Usoll_SP an seinem Feedback-Pin ausgebildet ist und die Sollspannung Usoll der Schaltungsanordnung durch die Spannung am Feedback-Pin mittels einer Sollwertvorgabe des Schaltreglers erzielt wird.It is also provided with advantage that the switching regulator is formed with a predetermined setpoint voltage U soll_SP at its feedback pin and the setpoint voltage U soll of the circuit arrangement is achieved by the voltage at the feedback pin by means of a setpoint input of the switching regulator.
Erfindungsgemäß ist zur Realisierung der o.g. Umschaltlösung vorgesehen eine Zenerdiode im Schaltungspfad zu verwenden, die mit einem Transistor überbrückt wird. Die Sollwertvorgabe der Spannung des Schaltreglers erfolgt in vorteilhafter Weise durch die Spannung am Feedback-Pin des Schaltreglers. Überschreitet diese Spannung einen bestimmten Schwellwert und fließt dadurch ein Mindeststrom von Imin in den Feedback-Pin, so stoppt der Schaltregler das Takten solange, bis dieser Schwellwert wieder unterschritten ist.According to the invention, a zener diode is used in the circuit path to bridge the above-mentioned switching solution, which is bridged by a transistor. The setpoint specification of the voltage of the switching regulator takes place in an advantageous manner by the voltage at the feedback pin of the switching regulator. If this voltage exceeds a certain threshold value and thereby flows a minimum current of 1 min into the feedback pin, the switching controller stops the clocking until this threshold value is fallen below again.
Ferner wird ein Spannungsteiler vorgesehen, wodurch die einzuregelnde Spannung an der Zehnerdiode über den Spannungsteiler gezielt eingestellt werden kann. Dieser Spannungsteiler wird dabei so ausgelegt, dass an dem Anodenanschluss der Zenerdiode eine bestimmte Sollspannung des Spannungsreglers anliegt.Furthermore, a voltage divider is provided, whereby the einzuregelnde voltage can be selectively adjusted to the Zener diode via the voltage divider. In this case, this voltage divider is designed so that a specific nominal voltage of the voltage regulator is applied to the anode terminal of the zener diode.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass im aktiven Zustand der Niederspannungsschaltung der zur Zehnerdiode parallel geschaltete Transistor nicht angesteuert wird, so dass der Transistor im Sperrzustand ist. Das bedeutet, dass der Strom nicht durch den Transistor, sondern durch die Zenerdiode fließt. Um den Sollzustand des Schaltreglers einer bestimmten Sollspannung in der Schaltung und am Anodenanschluss der Zenerdiode zu erfüllen, muss die Spannung an VCC eine Spannung sein, die um den Wert der Zehnerspannung der Zenerdiode höheres Potenzial aufweist.According to the invention, it is further provided that in the active state of the low-voltage circuit, the transistor connected in parallel with the Zener diode is not driven, so that the transistor is in the off state. This means that the current does not flow through the transistor but through the zener diode. In order to meet the desired state of the switching regulator of a specific setpoint voltage in the circuit and at the anode terminal of the zener diode, the voltage at VCC must be a voltage higher by the value of the zener voltage of the zener diode.
Hingegen wird im Standby-Betrieb der Schaltung die Zenerdiode über den Transistor kurzgeschlossen, wodurch das Potenzial von VCC nur noch um die Sättigungsspannung des Transistors VUCE_SAT höher sein muss als die reduzierte Sollspannung des Schaltreglers. Da die Sättigungsspannung des Transistors deutlich niedriger ist, stellt sich eine niedrigere Spannung VCC am Spannungsabgriff für die Versorgungsspannung VCC ein. By contrast , in the standby mode of the circuit, the Zener diode is short-circuited via the transistor, whereby the potential of VCC only has to be higher by the saturation voltage of the transistor V UCE_SAT than the reduced setpoint voltage of the switching regulator. Since the saturation voltage of the transistor is significantly lower, a lower voltage VCC is established at the voltage tap for the supply voltage VCC.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Zenerdiode geeignet zu wählen ist, so dass sich die folgenden Bedingungen ergeben:
- Normalbetrieb:
- Bereitschaftsbetrieb:
- VCC
- Versorgungsspannung am Ausgang der Schaltung
- Usoll
- definierte Sollwertspannung des Spannungsreglers
- Uz
- Durchbruchspannung der Zenerdiode
- VUCE_SAT
- Sättigungsspannung des Transistors.
- Normal operation:
- Standby:
- VCC
- Supply voltage at the output of the circuit
- U shall
- defined setpoint voltage of the voltage regulator
- Uz
- Breakdown voltage of the Zener diode
- V UCE_SAT
- Saturation voltage of the transistor.
Erfindungsgemäß kann die Umschaltung von einem Mikrocontroller ausgeführt werden, sobald über die Mikrocontroller-Schnittstelle die Anforderung für den Bereitschaftsbetrieb erfolgt.According to the invention, the switchover can be performed by a microcontroller as soon as the request for the standby mode takes place via the microcontroller interface.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den sicheren Zustand des Geräts, vorzugsweise eines EC-Motors durch Einsparung eines gesonderten Schaltungsteils. Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen werden hierzu Abschaltpfade vorgesehen, die es dem Sicherheitscontroller ermöglichen, den Motor in einen sicheren Zustand zu versetzen.Another aspect of the present invention relates to the safe state of the device, preferably an EC motor by saving a separate circuit part. In conventional circuit arrangements, shutdown paths are provided for this purpose, which enable the safety controller to put the motor in a safe state.
Hierzu wird bei bekannten Lösungen eine separate Schaltung verwendet, die die Versorgungsspannung der Motorbrückentreiber abschalten und dadurch den weiteren Stromfluss durch den Motor sicher unterbinden.For this purpose, in known solutions, a separate circuit is used, which switch off the supply voltage of the motor bridge driver and thereby reliably prevent the further current flow through the motor.
Erfindungsgemäß wird dies nun folgendermaßen gelöst. Wird die am Ausgang der Schaltung bereitgestellte Versorgungsspannung VCC der Niederspannungserzeugung auf den niedrigeren Wert VCC = Usoll + ZU umgeschaltet, reagiert eine Unterspannungserkennung der vorgesehenen Brückentreiber und deaktiviert die Ansteuerung der Leistungstransistoren in der H-Brückenschaltung.According to the invention this is now solved as follows. When the supply voltage VCC of the low-voltage generation provided at the output of the circuit is switched to the lower value VCC = Usoll + ZU, an undervoltage detection of the provided bridge drivers reacts and deactivates the driving of the power transistors in the H-bridge circuit.
Hierzu ist lediglich sicher zu stellen, dass solche Treiberbausteine der Brückenschaltung ausgewählt werden, die bei der niedrigeren Spannung VCC = Usoll + Zu sicher betreffend der Abschaltbedingung betrieben werden können. Allerdings existieren auch Treiberbausteine bei denen dieser reduzierte Spannungsbereich einen unzulässigen Betriebszustand darstellt. Für diese muss die verwendete Schaltung um einen Transistor erweitert werden, der die Versorgungsspannung der Treiber auf 0V schalten kann.For this purpose, it is merely necessary to ensure that such driver components of the bridge circuit are selected, which can be operated at the lower voltage V CC = U soll + zu sicher concerning the switch-off condition. However, driver modules also exist in which this reduced voltage range represents an impermissible operating state. For these, the circuit used must be extended by a transistor that can switch the supply voltage of the driver to 0V.
Mit den beiden Konzepten, wäre bei korrekter Funktion der Treiberbausteine der H-Brückenschaltung bereits der sichere Zustand der Schaltung bzw. des Gerätes erreicht.With the two concepts, if the driver components of the H-bridge circuit are functioning correctly, the safe state of the circuit or of the device would have already been achieved.
Ferner soll laut normativer Vorgabe jedoch auch ein Fehler der Treiberbausteine grundsätzlich angenommen werden, so dass der o. g. sichere Zustand nur bei korrekter Funktion erzielbar wäre.Furthermore, according to the normative specification, however, an error of the driver components should also be assumed in principle, so that the above-mentioned o. G. safe condition could only be achieved with correct function.
Beim Konzept mit reduzierter Versorgungspannung würden im Fehlerfall dann aber die Leistungstransistoren der Brückenschaltung nur mit der reduzierten Spannung VCC = Usoll + ZU angesteuert. Da sich die Leistungstransistoren bei dieser Spannung im Sättigungsbereich befinden, wird eine hohe Verlustleistung im Transistor umgesetzt, die gezielt zur Zerstörung des Transistors und damit wiederum zu einem sicheren Zustand führt. Die Zerstörung des Transistors wäre hier in Kauf zu nehmen, da ohnehin für diesen Fall fehlerhafte Treiberbausteine vorliegen würden. In the case of a fault, the power transistors of the bridge circuit would only be driven with the reduced voltage VCC = U soll + Z U in the case of a reduced supply voltage concept. Since the power transistors are in the saturation region at this voltage, a high power loss is implemented in the transistor, which specifically leads to the destruction of the transistor and thus in turn to a safe state. The destruction of the transistor would be here to take into account, as would be in any case for this case faulty driver chips.
Im zweiten Fall, bei der die Versorgungsspannung der Treiberbausteine zusätzlich auf 0V geschaltet wird, können die Brückentransistoren prinzipiell nicht angesteuert werden da bei 0V kein Stromfluss durch den Transistor möglich ist.In the second case, in which the supply voltage of the driver components is additionally switched to 0V, the bridge transistors can not be driven in principle because at 0V no current flow through the transistor is possible.
Nimmt man als weiteren Fehlerfall die Fehlfunktion eines Brückentreibers sowie der hier beschriebenen Schaltung an, kann letztlich kein gefährlicher Spannungszustand des versorgten Gerätes bzw. EC-Motors entstehen, sofern die Ansteuerleitungen als sichere Signale angenommen werden. Eine solche Annahme ist in einem Fall zulässig, bei dem wie vorliegend weiter vorgeschlagen, die Ansteuersignale der Treiberbausteine durch einen, als sicher hinsichtlich der normativen Anforderungen zu betrachtenden Schaltkreis, auf Low-Pegel gesetzt werden.If the malfunction of a bridge driver and the circuit described here is taken as a further error case, ultimately no dangerous voltage state of the supplied device or EC motor can arise, provided the control lines are assumed to be safe signals. Such an assumption is permissible in a case where, as further proposed herein, the drive signals of the driver chips are set to low levels by a circuit to be considered safe with respect to the normative requirements.
In diesem Fall wird von einem korrekt funktionierenden zweiten Treiberbaustein auch kein Ansteuersignal an die Leistungstransistoren weitergeleitet, so dass der sichere Zustand gewährleistet ist.In this case, no drive signal is forwarded to the power transistors by a correctly functioning second driver module, so that the safe state is ensured.
Es bleibt zu beachten, dass abhängig vom verwendeten Treiberbaustein auch die entsprechende Variante gewählt wird, da die jeweils andere einen unzulässigen Betriebsmodus darstellt, bei dem es im Betrieb zu Schäden kommen kann.It should be noted that, depending on the driver block used, the corresponding variant is also selected, since the other one represents an impermissible operating mode in which damage can occur during operation.
Folglich kann mit der erfindungsgemäßen Schaltung nicht nur ein effizienterer, sondern auch ein sicherer Betrieb bereitgestellt werden.Consequently, with the circuit according to the invention not only a more efficient, but also a safer operation can be provided.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS.
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung zur Niederspannungserzeugung mit einer Spannungsumschaltung einer Versorgungsspannung zwischen einem Normalbetrieb und einem Bereitschaftsbetrieb -
1a ein alternatives Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung zur Niederspannungserzeugung und -
2 eine Schaltungsanordnung einer Brückensteuerung.
-
1 An embodiment of an electrical circuit for low-voltage generation with a voltage switching of a supply voltage between a normal operation and a standby mode -
1a an alternative embodiment of an electrical circuit for low-voltage generation and -
2 a circuit arrangement of a bridge control.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels nähererläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment, wherein the same reference numbers refer to the same structural and / or functional features.
In der
Die Schaltungsanordnung
Der Schaltregler
Am Abgriff
Hierzu ist der Feedback-Pin FP über einen Spannungsteiler aus den Widerständen R1/R2 mit dem Anodenanschluss A der Zenerdiode Z1 verbunden.For this purpose, the feedback pin FP is connected via a voltage divider comprising the resistors R1 / R2 to the anode terminal A of the Zener diode Z1.
Ferner ist zum Anodenanschluss A der Zenerdiode Z1 und dem Kathodenanschluss der Zenerdiode Z1 der Transistors T3 parallel geschaltet, während das Gate G des Transistors über ein Standby-Steuersignal von einem Transistor T1 angesteuert wird.Furthermore, the Zener diode Z1 and the cathode terminal of the Zener diode Z1 of the transistor T3 is connected in parallel to the anode terminal A, while the gate G of the transistor is driven via a standby control signal from a transistor T1.
Der Schaltregler
Durch den Spannungsteiler
Im Normalbetrieb wird der Transistor T3 nicht angesteuert. Somit muss der Strom im Normalbetrieb durch die Zenerdiode Z1 fließen. Um den Sollzustand des Schaltreglers von Usoll = 5V am Punkt
Im Bereitschaftsbetrieb bei dem die hohe Versorgungsspannung von 15V nicht erforderlich ist, wird die Zenerdiode Z1 über den Transistor T3 kurzgeschlossen, indem das Gate G des Transistors T3 angesteuert wird. Da die Spannung am Punkt
In der
In der
Wird die Ausgangsspannung der Niederspannungserzeugung auf 5,3 V umgeschaltet, reagiert die Unterspannungserkennung der Brückentreiber IC5 und IC6 und deaktiviert die Ansteuerung der Leistungstransistoren TL.If the output voltage of the low-voltage generation is switched to 5.3 V, the undervoltage detection of the bridge drivers IC5 and IC6 reacts and deactivates the activation of the power transistors T L.
Bei fehlerhafter Funktion der Treiberbausteine IC5, IC6 werden die Leistungstransistoren TL mit der reduzierten Versorgungsspannung VCC von 5,3V angesteuert. Da sich die Leistungstransistoren TL bei dieser Spannung im Sättigungsbereich befinden, wird eine hohe Verlustleistung im jeweiligen Leistungstransistoren TL umgesetzt, die zur Zerstörung des Leistungstransistoren TL und damit letztlich zu einem sicheren Zustand führtIf the driver components IC5, IC6 function incorrectly, the power transistors T L are driven with the reduced supply voltage VCC of 5.3V. Since the power transistors T L are in the saturation region at this voltage, a high power loss in the respective power transistors T L is converted, which leads to the destruction of the power transistor T L and thus ultimately to a safe state
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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