DE19713981A1 - Vorrichtung zum Zuführen eines analogen und eines digitalen Signals zu einer Recheneinheit und Vorrichtung zur Regelung des Stromflusses durch einen Verbraucher - Google Patents
Vorrichtung zum Zuführen eines analogen und eines digitalen Signals zu einer Recheneinheit und Vorrichtung zur Regelung des Stromflusses durch einen VerbraucherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen eines
analogen Signals und eines digitalen Signal zu einer Rechen
einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vor
richtung zur Regelung des Stromflusses gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 3.
Aus DE 40 05 813 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Regelung
des Stromflusses durch einen Verbraucher bekannt, bei der der
Verbraucher mit einem Transistor und einem Meßwiderstand in
Reihe geschaltet ist. Der am Meßwiderstand durch den Last
strom verursachte Spannungsabfall wird mit einem Operations
verstärker mit einer Referenzspannung verglichen. Ist der
Spannungsabfall am Meßwiderstand größer als ein vorgegebener
Wert, so wird ein Ausgangssignal abgegeben, das zur Steuerung
des Laststromes verwendet wird.
Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, eine einfach aufge
baute Vorrichtung zum Zuführen eines analogen Signals und ei
nes digitalen Signal zu einer Recheneinheit und eine einfach
aufgebaute Vorrichtung zum Regeln des Stromflusses durch ei
nen Verbraucher anzugeben, mit der eine genaue und einfache
Regelung des Stromflusses ermöglicht wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An
spruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft ist es, nur eine Ausgangsleitung zu
verwenden, um einem Analogeingang und einem Digitaleingang
einer Recheneinheit ein Analogsingal und ein Digitalsignal
zuzuführen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. näher er
läutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Regeln des Stromflusses,
Fig. 2 einen Spannungsverlauf auf der Meßleitung,
Fig. 3 einen Stromverlauf auf der Meßleitung und
Fig. 4 die Spannung VM auf der Ausgangsleitung in Abhängig
keit vom Stromfluß IC auf der Meßleitung.
Die wesentliche Idee der Erfindung beruht darin, einer Re
cheneinheit 10 über eine einzige Leitung 9 ein analoges und
ein digitales Signal zuzuführen. Auf diese Weise wird eine
Leitung für die Übertragung der zwei unterschiedlichen Signa
le eingespart. Die Recheneinheit 10 verfügt zur Aufnahme des
analogen und des digitalen Signals über einen Analogeingang
und über einen Digitaleingang, die an der einen Leitung 9 an
geschlossen sind. Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel
einer Stromregelung für einen Verbraucher im Kraftfahrzeug
beschrieben. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf
dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern auf jede
Schaltungsanordnung anwendbar.
Fig. 1 zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung zum Re
geln des Stromflusses durch eine Primärspule 1, die einen
Verbraucher darstellt. Die Primärspule 1 ist mit einem Ein
gang über eine Eingangsleitung 18 mit einer Batterie 17 ver
bunden. Parallel zur Primärspule 1 ist eine Sekundärspule 2
an die Batterie 17 angeschlossen, deren Ausgang über eine
Zündleitung 19 an eine Zündkerze 3 geführt ist, die wiederum
mit ihrem Ausgang an Masse angeschlossen ist. Die Zündkerze 3
ist im Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordnet.
Die Primärspule 1 ist mit dem Ausgang über eine Ausgangslei
tung 20 an den Kollektoranschluß C eines ersten Transistors 4
angeschlossen. Der Emitteranschluß E des Transistors 4 führt
über eine Meßleitung 21 zu einem ersten Meßwiderstand 5, der
an Masse angeschlossen ist. Mit der Meßleitung 21 ist der
Eingang einer spannungsabhängigen Stromquelle 8 verbunden,
dessen Ausgang an eine Ausgangsleitung 9 angeschlossen ist.
Die Meßleitung 21 ist zudem mit einem ersten Eingang 22 eines
Operationsverstärkers 6 verbunden. Der zweite Eingang 23 des
Operationsverstärkers 6 ist an eine Referenzspannungsquelle
24 angeschlossen, die vorzugsweise eine konstante Spannung
abgibt. Der Ausgang 26 des Operationsverstärkers 6 ist an den
Basisanschluß B eines zweiten Transistors 7 angeschlossen,
dessen Emitteranschluß E mit Masse und dessen Kollektoran
schluß C mit einer Ausgangsleitung 9 in Verbindung steht. Die
Ausgangsleitung 9 ist über einen zweiten Meßwiderstand 16 an
ein vorgegebenes Potential, in diesem Fall +5 V, angeschlos
sen. Zudem führen von der Ausgangsleitung 9 eine Analoglei
tung zu einem Analogeingang 12 einer Recheneinheit 10 und ei
ne Digitalleitung zu einem Digitaleingang 11 der Rechenein
heit 10. Die Recheneinheit 10 weist einen Steuerausgang 13
auf, der über eine Steuerleitung 27 und einen ersten Wider
stand 14 mit dem Gateanschluß G des ersten Transistors 4 ver
bunden ist.
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung der Fig. 1 wird
im folgenden anhand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert: Für
die Vorbereitung einer Zündung der Zündkerze 3 steuert die
Recheneinheit 10 den ersten Transistor 4 zum Zeitpunkt TE
auf, so daß als Folge davon der Strom durch die Primärspule
zunimmt und der Spannungsabfall zwischen dem Kollektoran
schluß und dem Emitteranschluß des ersten Transistors 4 von
einer ersten Spannung UA zum Zeitpunkt TE auf eine zweite
Spannung UE abfällt. Als Folge davon fließt durch die Primär
spule 1 ein Primärstrom ICE, der zum Zeitpunkt TE einsetzt,
und der mit der Zeit t ansteigt, wie in Fig. 3 dargestellt
ist.
Als Folge davon verändert sich die Spannung, die auf der Meß
leitung 21 anliegt, proportional, so daß die spanungsabhängi
ge Stromquelle 8 einen zweiten Strom auf die Ausgangsleitung
9 ausgibt, der proportional zum Primärstrom ist, und der mit
der Zeit linear zunimmt.
Liegt der Primärstrom unter einem vorgegebenen Grenzstrom
ICL, so bleibt auch der Spannungsabfall auf der Meßleitung 21
unter einem vorgegebenen Wert. Der Operationsverstärker 6
steuert den zweiten Transistor 7 erst auf, wenn der Primär
strom den Grenzstrom ICL zum Zeitpunkt TL übersteigt. Somit
verhält sich die Spannung am Analogeingang 12 und am Digital
eingang 11 in Abhängigkeit vom Primärstrom IC entsprechend
dem in Fig. 4 dargestellten Verlauf.
Fließt ein Primärstrom und ist der Primärstrom unter dem
Grenzstrom ICL, so sinkt die Spannung am Analogeingang 12 und
am Digitaleingang 11 von dem vorgegebenen Potential von +5 V
proportional bis auf einen Wert von knapp unter 3 V ab. Die
ser Spannungsabfall wird durch den zweiten Strom, der durch
die spannungsabhängige Stromquelle 8 geliefert wird, hervor
gerufen.
Überschreitet nun der Primärstrom IC den vorgegebenen Grenz
wert ICL, so erkennt dies der Operationsverstärker 6, da die
Spannung auf der Meßleitung 21 über die Spannung der Refe
renzspannungsquelle 24 steigt. Als Folge davon steuert der
Operationsverstärker 6 über seinen Ausgang 26 den Basisan
schluß B des zweiten Transistors 7 an, so daß der zweite
Transistor 7 leitend wird und damit ein dritter Strom über
den zweiten Transistor 7 und die Ausgangsleitung 9 fließt.
Der zweite Transistor 7 und der zweite Widerstand 16 sind
derart ausgebildet, daß bei einem leitenden zweiten Transi
stor 7 die Spannung auf der Ausgangsleitung 9 unter einen
vorgegebenen Grenzwert, in diesem Fall 0,8 V abfällt. Dies
ist in Fig. 4 für den vorgegebenen Grenzstrom ICL mit 11 A
dargestellt.
Die Recheneinheit 10 regelt zum einen über den Transistor 4
den Stromfluß durch die Primärspule 1. Zugleich überwacht die
Recheneinheit 10 mit einem Analogeingang 12 und einem Digi
taleingang 11 den Stromfluß durch die Primärspule 1. Am Ana
logeingang 12 ist ein Analog/Digital-Wandler vorgesehen, der
die auf der Ausgangsleitung 9 anliegende Spannung in einen
entsprechenden digitalen Wert umwandelt, den dann die Rechen
einheit 10 zur Regelung des Transistors 4 verwendet.
Zugleich überwacht die Recheneinheit 10 die am Digitaleingang
11 anliegende Spannung. Liegt die Spannung am Digitaleingang
11 im High-Bereich, das heißt über 2,4 Volt, so regelt die
Recheneinheit 10 den Stromfluß durch die Primärspule 1 über
die Spannungswerte, die vom Analogeingang 12 aufgenommen wer
den.
Erkennt jedoch die Recheneinheit 10, daß am Digitaleingang 11
ein Low-Signal anliegt, das unter 0,8 Volt liegt, so wird von
der Recheneinheit 10, vorzugsweise zu einem berechneten Zünd
zeitpunkt, der erste Transistor 4 derart angesteuert, daß der
Stromfluß durch die Primärspule 1 unterbrochen wird und somit
in der Sekundärspule 2 eine hohe Zündspannung erzeugt wird,
so daß die Zündkerze 3 zündet.
Die Verbindung eines analogen und eines digitalen Einganges
12, 11 mit einer einzigen Ausgangsleitung 9, hat den Vorteil,
daß über die Ausgangsleitung 9 sowohl eine analoge Informati
on als auch eine digitale Information übertragen werden kann.
Die analoge Information wird für die Regelung der Stromstär
ke, die durch die Primärspule 1 fließt, verwendet und die di
gitale Information wird als Schutz gegen Überstrom und als
Zeichen dafür verwendet, daß die Primärspule 1 ausreichend
aufgeladen ist, um eine Zündung der Zündkerze 3 durchzufüh
ren.
Die analoge Information in Form einer Spannungsänderung auf
der Ausgangsleitung 9 ist so zu wählen, daß der Wertebereich
für ein High-Signal bzw. der Wertebereich für ein Low-Signal
nicht verlassen wird, damit die analoge Information die digi
tale Information nicht von einem High-Signal zu einem Low-Sig
nal oder umgekehrt ändert.
Zudem ist die Überwachung eines Überstromes über einen digi
talen Eingang 11 vorteilhaft, da eine Abtastung des digitalen
Eingangs 11 schneller und öfter durchgeführt wird, als bei
dem analogen Eingang 12 und somit bei Auftreten eines zu gro
ßen Stromes, der die Primärspule 1 beschädigen könnte,
schnell der Primärstrom reduziert werden kann.
Die Recheneinheit 10 kennt den Spannungswert, den das digita
le Signal im High-Zustand und im Low-Zustand einnimmt. Damit
berechnet die Recheneinheit aus der am Analogeingang 12 an
liegenden Spannung den Wert des analogen Signals. Zudem ist
das analoge Signal vorteilhafterweise derart dimensioniert,
daß bei der Überlagerung zwischen dem analogen und dem digi
talen Signal die Recheneinheit 10 immer den Wert des digita
len Signals erkennt. Der erste Transistor 4 stellt einen
zweiten Schalter und der zweite Transistor 7 stellt einen er
sten Schalter dar.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Zuführen eines analogen und eines digita
len Signales an eine Recheneinheit (10) mit Mitteln (8,7),
die ein analoges und ein digitales Signal erzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel (8, 7) das analoge und das digital Signal auf einer einzigen Ausgangsleitung (9) der Recheneinheit (10) zuführen,
daß die Recheneinheit (10) mit einem Analogeingang (12) und mit einem Digitaleingang (11) mit der einzigen Ausgangslei tung (9) verbunden ist, und
daß die Recheneinheit (10) das analoge Signal über den Analo geingang (12) und das digitale Signal über den Digitalein gang (11) aufnimmt.
daß die Mittel (8, 7) das analoge und das digital Signal auf einer einzigen Ausgangsleitung (9) der Recheneinheit (10) zuführen,
daß die Recheneinheit (10) mit einem Analogeingang (12) und mit einem Digitaleingang (11) mit der einzigen Ausgangslei tung (9) verbunden ist, und
daß die Recheneinheit (10) das analoge Signal über den Analo geingang (12) und das digitale Signal über den Digitalein gang (11) aufnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausgangsleitung (9) über einen zweiten Meßwiderstand (16)
an positives Potential (15) geführt ist, daß als Mittel (8)
zur Erzeugung eines analogen Signals eine steuerbare Span
nungsquelle (8) und daß als Mittel zur Erzeugung eines digi
talen Signals ein steuerbarer erster Schalter (7) vorgesehen
sind, und daß über den ersten Schalter (7) die Ausgangslei
tung (9) mit Masse verbindbar ist.
3. Vorrichtung zum Regeln des Stromflusses durch einen Ver
braucher (1), der zwischen einem positiven Potential (17) und
einem ersten Meßwiderstand (5) geschaltet ist, der über eine
Meßleitung (21) mit Masse verbunden ist,
- - mit ersten Mitteln, die mit der Meßleitung (21) verbunden sind und in Abhängigkeit von der auf der Meßleitung (21) vorliegenden Meßspannung einen ersten Strom auf eine Aus gangsleitung (9) ausgeben, die über einen zweiten Meßwider stand (16) mit einem vorgegebenen Potential verbunden ist, mit
- - zweiten Mitteln, die mit der Meßleitung (21) verbunden sind, und die einen zweiten von der Meßspannung abhängigen Strom auf die Ausgangsleitung (9) geben, wenn die Meßspan nung kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, wobei der zweite Stromfluß so groß ist, daß die Spannung auf der Aus gangsleitung (9) unter einen vorgegebenen Wert fällt, mit
- - dritten Mitteln (10, 4), die mit der Ausgangsleitung (9) verbunden sind, und die in Abhängigkeit von der auf der Ausgangsleitung (9) anliegenden Meßspannung den Stromfluß durch den Verbraucher regeln.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als erste Mittel eine spannungsabhängige Stromquelle (8)
verwendet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich
net, daß als zweite Mittel ein Operationsverstärker (6) vor
gesehen ist, der mit einem ersten Eingang mit der Meßleitung
(21) und mit einem zweiten Eingang mit einer konstanten Span
nungsquelle (24) verbunden ist, und der mit einem Ausgang an
einen ersten Schalter (7) geführt ist, über den die Ausgangs
leitung (9) mit Masse verbindbar ist, wobei der Operations
verstärker die Meßspannung mit der Referenzspannung der Span
nungsquelle (24) vergleicht und den ersten Schalter (7) öff
net, wenn die Meßspannung kleiner als die Referenzspannung
ist und den ersten Schalter (7) schließt, wenn die Meßspan
nung größer als die Referenzspannung ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 3 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel eine Rechenein
heit (10) aufweisen, die über einen Analogeingang (12) und
über einen Digitaleingang (11) mit der Ausgangsleitung (9)
verbunden ist, daß die Recheneinheit (10) über eine Steuer
leitung (27) mit einem zweiten Schalter (4) verbunden ist,
der zwischen dem Verbraucher (1) und der Meßleitung einge
bracht ist, daß die Recheneinheit (10) in Abhängigkeit von
der über den Analogeingang zugeführten Spannung den zweiten
Schalter (4) ansteuert, und daß die Recheneinheit (10) bei
einem Low-Signal auf dem Digitaleingang den zweiten Schalter
(4) in einem vorgebbaren Zeitbereich öffnet und dadurch den
Stromfluß durch den Verbraucher (1) unterbricht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
als Verbraucher (1) eine Zündspule angeordnet ist, die von
der Recheneinheit (10) gegen Überstrom geschützt wird.
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