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Die
Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Erzeugung eines
pulsierenden Leistungsstromes. Die Erfindung ist jedoch nicht auf
dieses Anwendungsgebiet beschränkt.
Sie kann auch als Wechselschalter, Frequenzgenerator oder Impulsschalter
eingesetzt werden.
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Zur
Erzeugung der pulsierenden Spannung zum Betrieb der Blinker von
Kraftfahrzeugen finden Relais Verwendung, die ein elektromagnetisch
betätigtes
Kontaktpaar umfassen, welches in der Blinkfrequenz geöffnet und
geschlossen wird. Das Kontaktpaar befindet sich in dem Leistungsstromkreis,
so dass bei geschlossenen Kontakten der die Blinkleuchten umfassende
Stromkreis geschlossen, bei geöffneten
Kontakten unterbrochen ist.
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Diese
Relais weisen unter anderem die folgenden Nachteile auf:
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- – die
Kontakte des Kontaktpaares unterliegen einem Verschleiß, so dass
die Lebensdauer des Relais begrenzt ist.
- – Funkenbildung
an den Kontakten kann zu elektrischen Störungen führen, die beispielsweise den
Radioempfang verschlechtern können.
- – die
Höhe des über das
Kontaktpaar fließenden
Leistungsstromes bestimmt die Blinkfrequenz.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Schaltung zur
Erzeugung eines pulsierenden Leistungsstromes, insbesondere des
Betriebsstromes der Blinker bei Kraftfahrzeugen zu schaffen, die
zumindest einen der vorgenannten Nachteile nicht aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
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Die
erfindungsgemäße elektronische
Schaltung weist einen an seinem Ausgang eine die Frequenz des pulsierenden
Stromes vorgebenden Generator auf. Er erzeugt eine Steuerspannung,
die einem elektronischen Bauelement zugeführt wird, welches in den Leistungsstromkreis
in Reihe mit dem Verbraucher eingeschaltet ist.
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Um
schädliche
Spannungs- und Stromspitzen in dem Leistungsstromkreis zu vermeiden,
umfasst die elektronische Schaltung eine Einrichtung zur Vorgabe
der Phasenlage der Steuerspannung beim Zuschalten eines von dem
pulsierenden Leistungsstrom betriebenen Verbrauchers. Die Einrichtung
wird vorzugsweise so abgestimmt, dass beim Zuschalten des Verbrauchers
die Steuerspannung den Wert 0 annimmt. Durch diese Maßnahme wird
gewährleistet,
dass an den Schaltkontakten – beim
Kraftfahrzeug den Kontakten des Blinkerschalters – eine Funkenbildung
mit den zugehörigen
Nachteilen wie Abbrand und Erzeugung elektrischer Störsignale
zuverlässig
vermieden wird.
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Das
elektronische Bauelement ist vorzugsweise als Leistungstransistor
ausgebildet.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das elektronische Bauelement ein MOSFET-Weiterleitungstransistor
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltung
ist der Eingang des Leistungstransistors mit einer Leistungsstromquelle
und der Ausgang des Leistungstransistors mit dem Verbraucher elektrisch
verbunden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die erfindungsgemäße Schaltung ein passives UND-Glied
umfasst, das zwischen dem Ausgang des Leistungstransistors, einem
Steuereingang des Generators, einem Spannungsversorgungseingang
desselben und dessen Ausgang eingeschaltet ist. Das UND-Glied bildet
dann die Einrichtung zur Vorgabe der Phasenlage der Steuerspannung
beim Zuschalten eines Verbrauchers.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst das UND-Glied:
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- – einen
zwischen dem Ausgang des Leistungstransistors und dem Spannungsversorgungseingang
des Generators eingeschalteten Widerstand,
- – eine
hierzu in Reihe geschaltete erste Diode, deren Anode mit dem Widerstand
und deren Kathode mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers verbunden
ist,
- – eine
zweite Diode, deren Anode mit dem Widerstand und der Anode der ersten
Diode und deren Kathode mit dem Steuereingang des Generators verbunden
ist,
- – eine
dritte Diode, deren Anode mit dem Widerstand und der Anode der ersten
Diode und deren Kathode mit dem Ausgang des Generators verbunden
ist.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltung,
bei der eine Kurzschlussschutzschaltung vorgesehen ist. Diese kann
umfassen:
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- – einen
Verstärkungstransistor,
dessen Kollektor an dem Steueranschluss (Gate) des elektronischen
Bauelements,
- – dessen
Basis über
einen ersten Widerstand an der Kathode der vierten Diode, deren
Anode mit dem Ausgang des elektronischen Bauelements verbunden ist,
und
- – dessen
Emitter über
eine fünfte
Diode, deren Kathode mit dem Ausgang des Generators verbunden ist, an
dem Ausgang des Generators angeschlossen ist,
- – einen
Kondensator, dessen einer Pol mit dem Eingang und dessen anderer
Pol mit der Kathode der Diode D2 verbunden ist,
- – einen
weiteren Widerstand, der zwischen dem Emitter und die Basis des
Verstärkungstransistors
geschaltet ist.
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Besonders
bevorzugt ist es des weiteren, den Spannungsversorgungseingang des
Generators über einen
weiteren Widerstand mit der Leistungsstromquelle zu verbinden. Letztere übernimmt
dann sogleich die Spannungsversorgung des Generators.
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Zur
Stabilisierung des elektronischen Bauelements kann dessen Steueranschluss
(Gate) über
einen weiteren Widerstand mit der Leistungsstromquelle verbunden
sein.
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Wird
die erfindungsgemäße elektronische
Schaltung – wie
besonders bevorzugt – auf
zumindest zwei separaten Platinen angeordnet, so ist es möglich, zur
Reduzierung der von ihr benötigten
Fläche
eine dreidimensionale Anordnung zu verwirklichen.
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Insbesondere
bevorzugt ist es dann, wenn die Platinenabmessungen an den Einbauraum
eines herkömmlichen
Blinkrelais angepasst sind, das herkömmliche Blinkrelais durch einen
mit einer erfindungsgemäßen elektronischen
Schaltung ausgestatteten Blinkgeber zu ersetzen. Die Platinenabmessungen
können
an die unterschiedlichen, von den verschiedenen Automobilherstellern
verwendeten Blinkrelais angepasst werden, so dass ein Wechsel zu
der erfindungsgemäßen elektronischen
Schaltung ohne sonstige Änderungen
am Fahrzeug möglich
ist.
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In
der Zeichnung sind die erfindungsgemäße elektronische Schaltung
sowie ein mit dieser bestückter Blinkgeber
für ein
Kraftfahrzeug dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 den prinzipiellen Aufbau
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Schaltung;
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2 ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltung;
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3 einen mit einer erfindungsgemäßen Schaltung
bestückten
Blinkgeber in einer ersten Ansicht in offenem Zustand;
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4 denselben Blinkgeber in
einer zweiten Ansicht (Ansicht IV in 3.) sowie
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5 den Blinkgeber im geschlossenen
Zustand.
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Die
erfindungsgemäße elektronische
Schaltung zur Erzeugung eines pulsierenden Leistungsstroms, insbesondere
des Betriebsstromes der Blinker von Kraftfahrzeugen, umfasst ein
elektronisches Bauelement, dass als MOSFET (P-Kanal) Leistungstransistor
VT1 ausgebildet ist. Dieser ist mit seinem Eingang S (Source) mit
einem Anschluss U für
eine Gleichstromquelle verbunden. An seinen Ausgang D (Drain) ist
der Leistungstransistor VT1 an einen Ausgang A angeschlossen, der
im Kraftfahrzeug mit dem den Blinkerschalter B und die Blinklampen
BL umfassenden Stromkreis verbunden ist. Ferner ist der Ausgang
D mit der Kathode einer ersten Diode D1 und der Anode einer zweiten
Kathode D2 verbunden. Die Anode der ersten Diode D1 ist über dem
Widerstand R3 mit dem +Pol der Spannungsversorgung eines Generatormoduls
GM verbunden. An die Kathode der Diode D2 ist eine Reihenschaltung
zweier Widerstände
R4 und R5 sowie einer Diode D5 angeschlossen, wobei die Kathode
letzterer an den Ausgang 3 des Generatormoduls GM angeschlossen
ist. Der Steuereingang G (Gate) des Leistungstransistors VT1 ist
mit dem Kollektor eines Verstärkungstransistors
VT2 verbunden. Dessen Basis ist zwischen den Widerständen R4
und R5, sein Emitter zwischen dem Widerstand R5 und der Diode D5
in die Reihenschaltung eingeschaltet. In den Stromkreis zwischen
der Diode D1 und dem Spannungsversorgungseingang 1 des Generatormoduls
GM ist ein Widerstand R3 eingeschaltet. Zwischen der Diode D1 und
dem Widerstand R3 ist die Anode einer Diode D3 kontaktiert, deren
Kathode mit dem Steuereingang 2 des Generatormoduls GM verbunden
ist. Ferner ist eine Diode D4 vorgesehen, deren Anode wiederum mit
der Verbindungsleitung zwischen der Diode D1 und dem Widerstand
R3 verbunden und deren Kathode an den Ausgang 3 des Generatormoduls
G angeschlossen ist. Der Spannungseingang U und der Spannungsversorgungseingang
1 des Generatormoduls GM sind über
einen Widerstand R1 verbunden. Zwischen dem Eingang S und dem Steuereingang
G des Leistungstransistors VT1 ist ein Widerstand R2 vorgesehen, der
die Funktion des Leistungstransistors VT1 stabilisiert.
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Der
aus Blinkerschalter B und Blinker BL bestehende Leistungsstromkreis
sowie der Pol 4 des Generatormoduls GM sind mit einem Massenanschluss
M verbunden.
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Im
folgenden sollen die Funktionen der einzelnen Bauteile der elektronischen
Schaltung beschrieben werden.
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Über den
Widerstand R1 erfolgt die Stromversorgung für das Generatormodul GM.
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Der
Widerstand R2 sorgt für
die Stabilisierung des Leistungstransistors VT1. Der Widerstand
R3 bildet mit den Dioden D1, D3 und D4 ein passives UND-Glied für die Steuerung
des Generator-Moduls GM, die Widerstände R4 und R5 sorgen zusammen
mit dem Kondensator C1 sowie den Dioden D2 und D5 für die Steuerung
des Verstärkungstransistors
VT2.
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Im
eingeschalteten Zustand, d. h. wenn der Anschluss U mit dem Pluspol
einer Gleichspannungsquelle und dem Massenanschluss M mit der Masse,
d. h. dem Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, sich
der Blinkerschalter B jedoch – wie
in 1 dargestellt – im geöffneten
Zustand befindet ( d. h. eine Blinkerbetätigung nicht erfolgt) hat die
Diode D1 keine Verbindung mit der Masse. Wenn nun der Ausgangsimpuls
des Generatormoduls GM „1" ist, d. h. am Ausgang
3 eine Spannung anliegt, so liegt am Steuereingang 2 ebenfalls eine
Spannung, d. h. der Zustand „1" an und das Generatormodul
GM wird in einen Wartezustand versetzt. Die Diode D5 sowie der Verstärkungstransistor
VT2 und dementsprechend auch der Leistungstransistor VT1 sind gesperrt.
Dementsprechend verbleibt der Kondensator C1 im entladenden Zustand,
da sich seine beiden Anschlüsse
auf demselben Pluspotential befinden (er hat keinen Anschluss an
die Masse).
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Bei
Betätigung
des Blinkerschalters, d. h. beim Schließen des Leistungsstromkreises
wird das UND-Glied über
die Diode D1 auf das Massepotential (0) gelegt, so dass kein Strom
durch den Leistungsstromkreis fließt.
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Es
ist somit gewährleistet,
dass beim Schließen
des Blinkerschalters B keine Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang
A und der Masse M besteht. Der Einschaltvorgang des Leistungsstromkreises
erfolgt daher stets stromlos, so dass die schädliche Ausbildung von Funkenstrecken
etc. zuverlässig
vermieden wird.
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Dementsprechend
ist auch der Steuereingang 2 des Generatormoduls GM zum Zeitpunkt
des Schließens
des Blinkerschalters B spannungslos und auch der Ausgang 3 des Generatormoduls
M wird spannungslos, d. h. die Sperrspannung ist behoben und demzufolge
hat die Diode D5 in diesem Zustand eine Verbindung mit der Masse
M, und der Kondensator C1 wird über
die Widerstände
R4, R5 Basis – Emitter
des Verstärkungstransistors
VT2 und die Diode D5 geladen. Beide Transistoren VT1 und VT2 öffnen sich
nun nahezu spontan und durch den Leistungsstromkreis fließt ein Strom.
Die Spannung am Ausgang sorgt über
die Diode D2 weiterhin für
den offenen Zustand der Transistoren VT1 und VT2.
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Die
Funktion des Generatormoduls GM ist nun freigegeben, denn dadurch,
dass abwechselnd entweder die Diode D4 oder die Diode D1 geöffnet ist,
bleibt der Steuereingang 2 des Generatormoduls GM ständig spannungsfrei,
d. h. ohne Sperrspannung.
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Für den Fall,
dass im Leistungsstromkreis, d. h. zwischen dem Ausgang A und der
Masse M ein Kurzschluss entsteht, ist die Spannungsversorgung des
Verstärkungstransistors
VT2 durch die Diode D2 unterbrochen.
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Durch
den Kondensator C1 fließt
ein sehr kurzer Aufladestrom und es bleiben – obwohl das Generatormodul
weiterhin an seinem Ausgang 3 Impulse erzeugt – beide Transistoren gesperrt.
Die Diode D5 verhindert Relaxationsschwingungen beim Kurzschluss
am Ausgang.
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Es
versteht sich, dass die elektronische Schaltung nach Behebung des
Kurzschlusses, d. h. sobald eine Potentialdifferenz zwischen dem
Ausgang A und der Masse M besteht, wieder funktionsfähig ist.
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In
2. ist ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schaltung
dargestellt. Sie ist auf zwei separaten Platinen P1 und P2 angeordnet,
wobei die Platine P1 das taktgebende Generatormodul GM und das passive
UND-Glied enthält,
der mit einem Operationsverstärker
OP realisiert ist. Zusätzlich
zu den in 1. bereits beschriebenen Bauteilen enthält die Platine
P2 eine aus einem Reed Kontakt RK, Wicklung L und Widerstand R11
sowie einem Summer S bestehende akustische Kontrollschaltung K.
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Die
elektronische Schaltung gem. 2. ist wie folgt bestückt:
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- VT1 – IRF
4905
- VT2 – BC
547B, BC 237B
- OP – LM
2904, LM 258 N
- D1, D2 – Z
PD 5, 1, V 0,4 W
- D3 – D2 – 1 N4148
| S – Summer | L – Wicklung |
| R1 – 220 | 2
Windungen ⌀ 1
mm |
- R2, R9, R10 – 33
K
- R3 – 10
K
| R4 – 1 K | R11 – 120 |
| R5,
R6 – 100
K | RK – Reed Kontakt
14mm lang |
- R7 – 18
K (Frequenz)
- R8 – 6,
8 K
- C1 – 1
MF × 63V,
(F = a EPCOS)
- C2 – 0,01 × 50V
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Der
Vorteil der Anordnung der elektronischen Bauteile auf zwei separaten
Platinen liegt darin, dass die elektronische Schaltung auf engstem
Raum untergebracht werden kann, wie aus 3 und 4 sinnfällig wird.
Diese zeigen die winklig auf dem Sockel SO eines konventionellen
Blinkrelais angeordneten Platinen P1 und P2. Die erfindungsgemäße elektronische
Schaltung lässt
sich somit in dem Einbauraum eines herkömmlichen Blinkrelais unterbringen
und mittels eines Gehäuses
GH verschließen,
wie in 5 dargestellt
ist.
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Die
Abmessungen der Platinen P1 und P2 sowie deren Bestückung ist
variabel. Die elektronische Schaltung lässt sich somit an die verschiedenen,
durch die unterschiedlichen herkömmlichen
Blinkrelais vorgegebenen Einbauräume
anpassen. Ferner ist es möglich,
die elektronische Schaltung auf noch weitere Platinen zu verteilen,
wodurch sich die Anpassbarkeit an unterschiedliche Einbausituationen
abermals erhöht.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltung
zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Eigenschaften aus:
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- – die
Nennspannung von üblicherweise
12 Volt lässt
sich problemlos auf 24 Volt umstellen.
- – Nennbelastbarkeiten
des Leistungsstromkreises von 16 Ampere sind ohne weiteres möglich.
- – Die
Frequenz kann beispielsweise bei 1,5 Hz mit einer Genauigkeit von
einem Prozent konstant gehalten werden.
- – Es
werden Rechteckimpulse mit der Impulsform TImp/TPause = 0,95 erzielt.
- – Das
Betriebstemperaturintervall beträgt
minus 40°C
bis plus 50°C.
- – Es
sind wie bei herkömmlichen
Blinkrelais lediglich drei Anschlussleitungen notwendig.
- – Die
elektronische Schaltung ist gegenüber Kurzschlüssen im
Leistungsstromkreis gesichert.
- – Die
elektronische Schaltung erzeugt keine Funkstörungen.
- – Es
befinden sich keine Teile im Gehäuse,
die sich während
des Betriebs wesentlich erwärmen.
- – Die
Kosten der Bauteile sind gering.
- – Anhand
akustischer Impulse sind Kontrollen über die folgenden Funktionen
möglich:
a)
normale Funktion
b) eingeschaltete Warnfunktion
c) kaputte
Birne
d) Kurzschluss an der Ausgangsleitung