DE19713981A1 - Vorrichtung zum Zuführen eines analogen und eines digitalen Signals zu einer Recheneinheit und Vorrichtung zur Regelung des Stromflusses durch einen Verbraucher - Google Patents

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.

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.