DE19906090C1

DE19906090C1 - Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung

Info

Publication number: DE19906090C1
Application number: DE1999106090
Authority: DE
Inventors: Guenter Fendt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1999-02-13
Filing date: 1999-02-13
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2019-02-14

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung (U¶Out¶) aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung (U¶IN¶) vorgestellt, bei dem die Versorgungsgleichspannung (U¶Out¶) in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung (U¶Batt¶) in drei zusammenhängenden Eingangsspannungsintervallen (I¶1¶, I¶2¶, I¶3¶) unterschiedlich bereitgestellt wird, in dem die Eingangsgleichspannung (U¶IN¶) in einem ersten Spannungsintervall um einen konstanten ersten Betrag (DELTAU¶1¶) reduziert übertragen wird, in einem sich anschließenden zweiten Spannungsintervall (I¶2¶) die Versorgungsgleichspannung (U¶Out¶) mit einem konstanten Nennbetrag (U¶nenn¶) bereitgestellt wird, und, falls die Eingangsspannung (U¶IN¶) dieses zweite Spannungsintervall (I¶2¶) länger als eine vorgegebene Verzögerungszeitdauer (T) überschreitet, die Versorgungsgleichspannung (U¶Out¶) der Eingangsspannung (U¶IN¶) reduziert um einen zweiten konstanten Betrag (DELTAU¶2¶) folgt. Durch die Einführung der Verzögerungszeitdauer (T) zwischen zweitem und drittem Spannungsintervall (12, 13) wird erreicht, daß der Normalbetrieb durch kurze Spannungsüberhöhungen nicht gestört, eine thermische Überlastung der Schaltungsanordnung dennoch weitgehend vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung, bei dem die Versorgungs gleichspannung in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung in drei zusammen hängenden Eingangsspannungsintervallen unterschiedlich bereitgestellt wird. Außerdem wird eine Verwendung des Verfahrens für eine Signalgebereinheit vorgestellt.

Ein solches Verfahren in Verwendung für eine Signalgebereinheit ist der DE 197 07 422 C1 zu entnehmen. Die Versorgungsspannung wird dabei aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung, beispielsweise einer Batterie, gewonnen und für die Signalgebereinheit bereitgestellt. Die Signalübertragung von der Signal gebereinheit zu einer Auswerteschaltung erfolgt dabei durch der Versorgungs spannung aufgeprägte Stromimpulse, die für die Signalgebereinheit erforderliche Versorgungsgleichspannung wird vorzugsweise auf einen konstanten Nennbetrag gehalten, welcher eine sichere Signalübertragung und Signalwiedererkennung gewährleistet und außerdem für der Signalgebereinheit nachgeordnete Schaltungs elemente, beispielsweise Sensoren, erforderlich ist. Ein bevorzugtes Anwendungs gebiet solcher Verfahren ist die Kopplung von dezentralen Sensorsystemen mit einer zentralen Steuerelektronik in Kraftfahrzeugen, wo die ausgelagerten Sensoren und die zugehörigen Signalgebereinheiten nicht mehr direkt von der Bordnetzspannung, sondern indirekt vom Zentralsteuergerät mittels einer Stromschnittstelle versorgt werden. Dabei werden vom Zentralsteuergerät die Stromänderungen auf der Energieversorgungsleitung zur ausgelagerten Signalgebereinheit ausgewertet.

Aufgrund der ohmschen und kapazitiven Anteile der Sensor- und Signalgebereinheit sowie der elektrischen Leitungen wirkt sich jede Spannungsänderung im Zentral steuergerät als eine Stromänderung aus, die die aufgeprägten Stromimpulse stört.

Die Signalauswertung ist somit besonders störanfällig gegenüber Versorgungs spannungsschwankungen.

Deshalb wird in der DE 197 07 422 C1

a) in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung in drei zusammenhängenden Eingangsspannungsintervallen eine Zwischenspannung unterschiedlich bereitgestellt, in dem
b) die Eingangsgleichspannung in einem ersten Spannungsintervall um einen konstanten ersten Betrag reduziert übertragen wird,
c) in einem sich anschließenden zweiten Spannungsintervall die Zwischen spannung mit einem konstanten Nennbetrag bereitstellt wird,
d) und, falls die Eingangsspannung dieses zweite Spannungsintervall über schreitet, die Zwischenspannung der Eingangsspannung reduziert um einen zweiten konstanten Betrag folgt.

Ein Regelkreis führt die Versorgungsspannung am Anschluß zur Signalgebereinheit der erzeugten Zwischenspannung nach.

Darüber hinaus weisen die DE 197 07 423 C1, DE 25 33 199 C3 und DE 196 07 802 unterschiedliche Schaltungsanordnungen zur Erzeugung einer Versorgungs spannung in drei zusammenhängenden Intervallen aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung auf, aus denen sich ein entsprechendes Verfahren erkennen läßt.

In einem ersten Spannungsintervall wird die Versorgungs- bzw. Zwischenspannung der Eingangsgleichspannung um einen konstanten ersten Betrag reduziert nachgeführt, wodurch ein Notbetrieb der Last, beispielsweise der Signalgeber einheit, gewährleistet wird. In einem sich anschließenden zweiten Spannungs intervall wird die Versorgungs- bzw. Zwischenspannung mit einem konstanten Nenn betrag bereitgestellt. Das heißt, es erfolgt eine Spannungskompensation für den Normalbetriebszustand. Falls jedoch die Eingangsspannung dieses zweite Spannungsintervall überschreitet, wird eine Versorgungs- bzw. Zwischenspannung erzeugt, welche reduziert um einen zweiten konstanten Betrag der Eingangs spannung folgt. Dies gewährleistet auch außerhalb des im Normalbetrieb an liegenden kompensierten Spannungsbereichs definierte Zustände an der Last sowie eine Begrenzung der Verlustleistung in der Schaltungsanordnung.

Für eine Reihe von Anwendungsfällen ist ein Lastbetrieb, beispielsweise eine Signalübermittlung oder -auswertung, in diesem dritten Spannungsintervall proble matisch oder gar nicht möglich. Dann erweist es sich als störend, wenn die Schal tungsanordnung unmittelbar auf jede kleine Spannungsüberhöhung unmittelbar reagiert und eventuell die Signalübertragung dadurch unterbrochen wird. Span nungsüberhöhungen können jedoch bei einer Reihe von Anwendungen, ins besondere im Kraftfahrzeug, durch gewollte oder ungewollte Einflüsse anderen Bau gruppen auftreten. Als Beispiele seien hier die Entladung einer Induktivität oder Kapazität, insbesondere eines Autarkiekondensators genannt, der zwecks der Speicherung einer größeren Energiemenge auf eine gegenüber der Eingangsspan nung erhöhte Spannung aufgeladen und im Autarkiefall ins Netz der Eingangsspan nung entladen wird. Das dritte Spannungsintervall dient dann einzig zur Vermeidung der thermischen Überlastung der Schaltungsanordnung.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, dieses Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungs gleichspannung derart weiterzuentwickeln, daß der Normalbetrieb durch kurze Spannungsüberhöhungen nicht gestört, eine thermische Überlastung der Schal tungsanordnung dennoch weitgehend vermieden wird.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, indem das dritte Spannungsintervall nur nach einer Verzögerungszeitdauer angenommen wird, d. h. die Versorgungsgleichspannung der Eingangsspannung nur dann reduziert um einen zweiten konstanten Betrag folgt, wenn die Eingangsspannung das zweite Spannungsintervall länger als diese vorgegebene Verzögerungszeitdauer über schreitet.

Grundlegend dafür ist die Erkenntnis, daß eine thermische Überlastung neben der Amplitude des Spannungsabfalls insbesondere auch von der Dauer abhängig ist, so daß im Gegensatz zu einer Erhöhung des zweiten konstanten Betrags zwischen Eingangs- und Versorgungsgleichspannung eine Verzögerungszeitdauer nur eine vernachlässigbar höhere thermische Belastung bewirkt. Diese Verzögerungs zeitdauer kann so ausreichend bemessen werden, daß der Normalbetrieb durch kurze Spannungsüberhöhungen nicht unterbrochen werden muß und auch bei längeren Spannungsüberhöhungen kontrolliert beendet werden kann. Gerade bei der Verwendung für eine Signalgebereinheit kann die Verzögerungszeitdauer auf die Erfordernisse der Signalübertragung, beispielsweise die Länge eines Signal protokolls, die erforderliche Systemautarkiezeit oder ähnliches, angepaßt werden.

Wird diese Verzögerungszeitdauer überschritten, erfolgt eine Nachführung mit dem zweiten konstanten Betrag, der eine thermische Überlastung der Schaltungs anordnung verhindert. Ein höherer zweiter konstanter Differenzbetrag während dessen führt zwar auch zu einem formal längeren Anliegen des zweiten Spannungs intervalls und damit des Normalbetriebs, liegt jedoch für die gesamte Dauer einer Überspannung an und führt damit bei lang anhaltender Überspannung zur ther mischen Überlastung.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 Kennlinie der Versorgungsgleichspannung in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung unter Berücksichtigung der Verzögerungs zeitdauer

Fig. 2 Blockschema einer Schaltung zur Durchführung des Verfahrens für eine Signalgebereinheit

Fig. 3 Beispiel eines Zeitverlaufs der Versorgungsgleichspannung bei schwankender Eingangsgleichspannung mit Berücksichtigung der Verzögerungszeitdauer zwischen zweitem und drittem Spannungs intervall

Fig. 1 zeigt die drei Spannungsintervalle I1, I2, I3 der Eingangsgleichspannung U_IN sowie die zugeordnete ausgangsseitige Versorgungsgleichspannung U_out. Wie im ersten Intervall I1 zu erkennen, wird in diesem Bereich die Versorgungsspannung der Eingangsgleichspannung U_IN um einen konstanten ersten Betrag ΔU₁ reduziert nachgeführt. Im Intervall I2, dem Normalbetrieb, wird die Versor gungsspannung U_out auf der gewünschten Nennspannung U_nenn gehalten. Überschreitet jedoch die Eingangsspannung U_IN dieses zweite Spannungsintervall I2, wird für eine vorgegebene Verzögerungszeitdauer T die Nennspannung U_nenn gehalten. Erst wenn die Eingangsspannung U_IN länger als die Verzögerungszeitdauer T auf einem Pegel oberhalb des zweiten Spannungsintervalls I2 anliegt, wird dann im dritten Spannungsintervall I3 eine Ausgangsspannung U_out erzeugt, die reduziert um einen zweiten konstanten Betrag ΔU₂ der Eingangsspannung U_IN folgt. Ist währenddessen die Eingangsspannung U_IN weiter angestiegen, erfolgt ein schneller Anstieg von U_out bis der zweite konstante Betrag ΔU₂ eingestellt ist.

Fig. 2 zeigt nun die Verwendung des Verfahrens für eine für eine Signalgeber einheit Sat, wobei die Signalgebereinheit Sat durch der Versorgungsgleichspannung U_out aufgeprägte Stromimpulse I_Signal Signale an eine Auswerteschaltung 3 überträgt, indem eine Zwischenspannung U_z in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung Uin in drei zusammenhängenden Eingangsspannungsintervallen (I1, I2, I3) bereitgestellt wird und ein Regelkreis 2 die Versorgungsspannung U_out am Anschluß zur Signalgebereinheit Sat der erzeugten Zwischenspannung U_z nachführt. Die Eingangsgleichspannung U_IN kann über die Grenzen des Intervalls I2 hinaus schwanken, beispielsweise bei einer Batterie durch Temperatureinflüsse oder andere Lastelemente. Die Versorgungsspannung U_out wird entsprechend Fig. 1 nachgeführt, wobei die Verzögerungszeitdauer T zwischen zweitem und dritten Intervall I2, I3 berücksichtigt wird.

Dies veranschaulicht auch das Beispiel eines Zeitverlaufes t der Versorgungs gleichspannung Uout(t) bei schwankender Eingangsgleichspannung Uin(t) in Fig. 3. Während zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 sich die Eingangsgleichspannung Uin(t) im zweiten Spannungsintervall I2, dem stabilisierten Normalbetrieb, befindet und damit die Versorgungsgleichspannung Uout(t) auf dem konstanten Nennbetrag Unenn liegt, sinkt zwischen t1 und t2 Uin(t) in das erste Intervall I1 und wird dementsprechend die Eingangsgleichspannung U_IN(t) um einen konstanten ersten Betrag ΔU₁ reduziert übertragen bzw. nachgeführt. Danach liegt zunächst wieder Unenn an. Zwischen t3 und t4 erreicht Uin zwar das dritte Spannungsintervall I3, jedoch wirkt zunächst die Verzögerungszeitdauer T und da die Störung zwischen t3 und t4 kleiner als T ist, wird Unenn beibehalten. In t5 wird wiederum das zweite Spannungsintervall I2 überschritten, so daß die Verzögerungszeitdauer T erneut aktiv wird. Bis zum Ablaufen der Verzögerungszeitdauer T in t6 bleibt die Versorgungsgleichspannung Uout(t) noch auf Unenn und ermöglicht so die Beendigung des Lastbetriebs, beispielsweise der Kommunikation der Signal gebereinheit, danach folgt jedoch die Versorgungsgleichspannung U_out(t) der Eingangsspannung Uin(t) reduziert um einen zweiten konstanten Betrag ΔU₂.

Die Berücksichtigung der Verzögerungszeitdauer T zwischen zweitem und drittem Spannungsintervall I2 und I3 erfolgt also jeweils nur kurzzeitig und hat damit keinen nennenswerten Einfluß auf die thermische Überlastung.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung (U_out) aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung (U_IN),

a) bei dem die Versorgungsgleichspannung (U_out) in Abhängigkeit von der Eingangs gleichspannung (U_IN) in drei zusammenhängenden Eingangsspannungs intervallen (I1, I2, I3) unterschiedlich bereitgestellt wird, in dem
b) die Eingangsgleichspannung (U_IN) in einem ersten Spannungsintervall um einen konstanten ersten Betrag (ΔU₁) reduziert übertragen wird,
c) in einem sich anschließenden zweiten Spannungsintervall (I2) die Versorgungs gleichspannung (U_out) mit einem konstanten Nennbetrag (U_nenn) bereitstellt wird,
d) und, falls die Eingangsspannung (U_IN) dieses zweite Spannungsintervall (I2)
- 1. länger als eine vorgegebene Verzögerungszeitdauer (T) überschreitet,
- 2. die Versorgungsgleichspannung (U_out) der Eingangsspannung (U_IN) reduziert um einen zweiten konstanten Betrag (ΔU₂) nachgeführt wird.

2. Verwendung des Verfahrens für eine für eine Signalgebereinheit (Sat), wobei die Signalgebereinheit (Sat) durch der Versorgungsgleichspannung (U_out) auf geprägte Stromimpulse (I_Signal) Signale an eine Auswerteschaltung (I_mess) überträgt, indem eine Zwischenspannung (U_z) in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspan nung (U_IN) gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1 in drei zusammenhängenden Eingangsspannungsintervallen (I₁, I₂, I₃) unterschiedlich bereitgestellt wird und ein Regelkreis (2) die Versorgungsspannung (U_out) am Anschluß zur Signal gebereinheit (Sat) der erzeugten Zwischenspannung (U_z) nachführt.