DE2314016A1

DE2314016A1 - Frequenz-spannungs-umsetzer fuer ein antiblockierregelsystem

Info

Publication number: DE2314016A1
Application number: DE19732314016
Authority: DE
Inventors: Helmut Fleischer; Eberhard Dipl-Ing Schnaible
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1973-03-21
Publication date: 1974-10-03
Also published as: JPS49128770A; IT1010690B; US3883754A; GB1461881A; FR2222254A1; FR2222254B1

Description

23U016

R. 1386
22.2.1973 Mü/Dr

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Frequenz-Spannungs-Umsetzer für ein Antiblockierregelsystem

Die Erfindung bezieht sich auf einen Freuquenz-Spannungs-Umsetzer für ein Antiblockierregelsystem mit einem Funktionsgeber zur hyperbelförmigen Entladung eines über eine monostabile Kippstufe aufgeladenen ersten Kondensators und mit einer Vergleichsstufe zur Steuerung des Ladezustandes eines zweiten Kondensators. Derartige Frequenz-Spannungs-Umsetzer sind bekannt und werden üblicherweise als Trackand-Hold-Schaltung bezeichnet.

Eine Track-and-Hold-Schaltung wird dann als Frequenz-Spannungs-Umsetzer verwendet, wenn seine Ansprechzeit extrem kurz sein soll. Gerade dies wird jedoch bei Antiblockierregelsystemen gefordert. Dem Frequenz-Spannungs-Umsetzer werden dabei die Ausgangssignale eines Impulsgebers zugeführt, die eine zur Drehzahl eines Fahrzeugrades proportionale Frequenz bei einem frequenzunabhängigen Tastverhältnis besitzen.

Bei bekannten Frequenz-Spannungs-Umsetzern wird ein erster

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Speicherkondensator während des Auftretens eines aus der Impulsrückflanke gewonnenen differenzierten Signals aufgeladen, und in der restlichen Impulspause wieder teilweise entladen. Der nachfolgende Eingangsimpuls beendet diesen Entladevorgang, hält damit die Spannung am ersten Speicherkondensator konstant und erlaubt einen Vergleich mit der Spannung an einem zweiten Speicherkondensator. Entsprechend der am ersten Speichtrkondensator anliegenden Spannung erfolgt daraufhin ein Ladevorgang oder eine Entladung des zweiten Speicherkondensators. Vor allem die Schaltunganordnung zur Spannungsvariation am zweiten Speicherkondensator in Verbindung mit einer Umladestufe ist in bekannten Frequenz-Spannungs-Umsetzern sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen aus weniger Bauelementen bestehenden Frequenz-Spannungs-Umsetzer zu schaffen, der ebenfalls eine extrem kurze Ansprechzeit und eine zur Eingangsfrequenz proportionale Ausgangsspannung aufweist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Umladestufe einen Operationsverstärker enthält und zur Entladung des zweiten Speicherkondensators eine Entladediode in Reihe mit einem Widerstand am Ausgang dieses Operationsverstärkers angeschlossen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Ausgang des Operationsverstärkers an der Stromversorgungsleitung über eine Reihenschaltung wenigstens einer Diode und eines Widerstandes liegt, über den außerdem der zweite Speicherkondensator über eine Ladediode aufladbar ist. i .

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.

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Fig. 1 einen Schaltplan des Ausführungsbeispiels und Fig. 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispieles.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält die folgenden Stufen: eine monostabile Kippstufe 10, eine Ladestufe 15 für einen ersten Speicherkondensator, ein Funktionsgeber 20 und eine Uraladestufe 25 mit einem zweiten Speicherkondensator.

Am Eingang 102 der monostabilen Kippstufe 10 ist eine Leitung 103 und die Kathode einer Diode 104 angeschlossen, die mit einem Knotenpunkt 105 in Verbindung steht. Dieser Knotenpunkt 105 bildet die Verbindungsstelle von zwei zwischen einer Plusleitung 30 und einer Minusleitung 31 liegenden Widerstände und 107 und außerdem ist er kapazitiv über einen Kondensator 108 an die Basis eines Transistors 110 gekoppelt. Die Basis liegt noch über einen Widerstand 109 an der Plus leitung 30, während der Emitter direkt mit der Minus leitung 31 verbunden ist und zwischen dem Kollektor und der Plusleitung 30 ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen 111 und 113 geschaltet ist, deren Verbindungspunkt 11*4 über eine Leitung 152 zur Ladestufe 15 führt.

Als aktives Bauelement der Ladestufe 15 ist ein Transistor 153 vorgesehen, an dessen Basis die Leitung 152 angeschlossen ist und dessen Emitter mit einem Knotenpunkt 15¹J in Verbindung steht. Der Kollektor des Transistors 153 ist über einen Widerstand -155 an einen aus den Widerständen I56 und 157 bestehenden Spannungsteiler zwischen der Plusleitung 30 und der Minusleitung 31 angeschlossen. Von diesem Spannungsteiler aus liegt noch ein Kondensator I58 großer Kapazität an Masse. Ein erster Speicherkondensator 159 ist vom Knotenpunkt 15¹I aus an Masse gelegt und eine Leitung 202 führt von diesem Knotenpunkt zum Funktionsgeber 20 und weiter zur Umladestufe 25. Der Funktionsgeber 20 enthält fünf parallelgeschaltete gleichartige Glieder mit je einer Diode und zwei Widerständen, bei denen die Anode jeder der Dioden

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203 bis 207 an der Leitung 202 liegt und ihre Kathoden an den Spannungsteilern aus je z.wei der Widerstände 208 bis angeschlossen sind. Die Spannungsteiler 208 bis 217 liegen dabei zwischen der Plusleitung 30 und der Leitung 103.

Die Umladestufe 25 enthält einen Operationsverstärker 252, an dessen nichtinvertierenden Eingang die Leitung 202 angeschlossen ist und dessen Ausgang über einen Widerstand 253 und eine Entladediode 25*1 mit der Basis eines npn-Transistors 255 in Verbindung steht. An die Basis dieses Transistors ist außer der Anode der Entladediode 254 die Kathode einer Ladediode 256 angeschlossen sowie ein zweiter Speicherkondensator 257, der mit seiner anderen Seite an Masse liegt. Die Anode der Ladediode 256 steht wiederum mit einem Knotenpunkt 253 in Verbindung, der galvanisch über einen Widerstand 259 an die Plusleitung 30 angekoppelt ist. Darüberhinaus ist an diesem Knotenpunkt 258 die Anode einer mit der Leitung 103 verbundenen Diode 260 angeschlossen, sowie die Anode einer Serienschaltung von zwei Dioden 26l und 262, die einmal mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 252 in Verbindung stehen und ferner über eine Diode 263 mit dem invertierenden Eingang dieses Operationsverstärkers 252 verbunden sind. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 252 ist zusätzlich über einen Widerstand 26¹I¹ mit dem Emitter des npn-Transistors 255 verbunden, an dem der Kollektor eines pnp-Transistors 265 liegt sowie die Anode einer zum Ausgang 270 führenden Diode 266. Der Emitter des pnp-Transistors 265 ist direkt an die Plus leitung 30 angekoppelt, während seine Basis mit dem Kollektor des npn-Transistors 255 in Verbindung steht. Ein Widerstand 267 ist schließlich noch zwischen den Ausgang 270 und die Iiinusleitung 31 geschaltet.

In der Fig. 2 sind die folgenden Impulsbilder dargestellt:

Die Eingangsimpulse 101 am Eingang 102 der monostabilen

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Kippstufe 10, die Eingangsimpulse 151 der Ladestufe 15 und die am ersten Speicherkonden&ator 159 entstehende Ausgangsspannung 201 dieser Ladestufe 15, die gleichzeitig die Eingangsspannung für den Punktionsgeber 20 und die Umladestufe 25 bildet.

Die Funktionsweise des beschriebenen Ausführungsbeispieles wird im folgenden anhand der Fig.l und 2 erläutert. Ein Drehzahlgeber bekannter Bauart liefert entweder direkt oder über eine Frequenzverdopplerschaltung und eine monostabile Kippstufe 10 die Impulse 101 auf den Eingang 102 der monostabilen Kippstufe 10.

Das Widerstandsverhältnis des Spannungsteilers mit den Widerständen IO6 und 107 wird so gewählt, daß während der Impulsdauer des Eingangssignals 101 die maximal mögliche Spannung am Knotenpunkt 105 unterhalb der Durchbruchspannung der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 110 liegt, übersteigt die Eingangsspannung 101 diesen Wert, so sperrt die Diode

Während der Impulspause sinkt der Wert der Eingangsspannung auf Null. Die Diode 10*1 wird damit leitend und die Spammng am Knotenpunkt 105 bricht zusammen. Dieser Abfall wird über den Kondensator IO8 übertragen und steuert den Transistor 110 in seinen Sperrbereich. Die Spannung 151 am Knotenpunkt 11Ί steigt dadurch an und fällt erst wieder ab, nach dem durch die Umladung des Kondensators I08 unabhängig von der Eingangsspannung 101 an- der Basis des Transistors 110 wieder eine Spannung von mindestens etwa 0,6 V liegt.

Auf der mit dem Knotenpunkt 114 verbundenen Leitung 152 erhält man somit das Signal 15I mit der Impulsdauer TlO und der aus den Widerständen 111 und 113 gebildete Spannungs teiler dient zur Festlegung einer Minimalspannung am 1. Speicherkondensator 159·

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Bei einem positiven Impuls des Signals 151 wird der Transistor 153 durchgesteuert, und der erste Speicherkondensator 159 kann sich aus dem Kondensator 158 über den niederohmigen Widerstand 155 und den Transistor 153 aufladen. Die Kapazität des Kondensators I58 wird wesentlich größer als die des Speicherkondensators 159 gewählt. Man erhält somit eine schnelle Aufladung des ersten Speicherkondensators 159 und vermeidet gleichzeitig eine hohe Stromentnahme aus der Plusleitung 30· Die Aufladung dieses ersten Speicherkondensators 159 erfolgt daher gleichzeitig mit.jeder Impulsrückflanke des Eingangssignals 101, während dessen Impulsvorderflanke über die Diode 104 nicht übertragen wird und danit keinen Einfluß auf die monostabile Kippstufe 10 ausübt. Mit dem Abfall des Signals 101 sinkt auch das Potential auf der Leitung 103, so daß bei geladenem erstem Speicherkondensator (nach TlO) ein Entladevorgang über den Funktionsgeber 20 erfolgt. Der Funktionsgeber 20 dient während der Impulspausen des Eingangssignales 101 zur teilweisen Entladung des Speicherkondensators 159· Im folgenden soll jedoch zuerst die Umladestufe 25 erläutert werden.

Ein Vergleich der an den beiden Speicherkondensatoren 159 und 257 liegenden Spannungen erfolgt während der Impulsdauer des Eingangssignals 101 in der Umladestufe 25- Da die am ersten Speicherkondensator 159 anliegende Spannung 201 am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers

252 liegt und damit dessen Ausgangsspannung einen bestimmten, von der Spannung am Ausgang (Emitter T255) abhängigen Wert aufweist, ist je nach dem Ladezustand des zweiten Speicherkondensators 257 die Entladediode 25^ gesperrt oder leitend. Die Diode 26O ist während der Impulsdauer in jedem Fall gesperrt und daher wird der Speicherkondensator 257 je nach der Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 252 entweder über den Widerstand 259, den Knotenpunkt 258 und die Ladediode 256 aufgeladen oder über die Diode 25^ und den Widerstand

253 entladen. Von Knotenpunkt 258 fließt jedoch auch ein

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Strom über die Dioden 261 und 262 zum Ausgang des vom Signal 201 gesteuerten Operationsverstärkers 252. Die Spannung am Knotenpunkt 258 kann deshalb den Wert der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 252, welche höchstens den Wert der Ladespannung des Kondensators 159 annehmen kann, höchstens um den zweifachen Betrag der Knickspannung einer Diode übersteigen. Während des LadeVorgangs folgt die Spannung am Speicherkondensator 257 also weitgehend der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 252. Sie wird so eingeregelt, daß die Spannung auf der Leitung 202 und an der Anode der Diode 266 gleich ist. Die von der Spannung am Speicherkondensator 257 abhängige Emitterspannung des Transistors 255 bewirkt eine Gegenkopplung über den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 252, die jedoch bereits bei einer größer als der Knickspannung der Diode 263 auftretenden Spannungsdifferenz zwischen dem invertierenden Eingang und der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 252 eingetreten ist. Demgegenüber wird ein Abfall der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 252 nicht über die Diode 263 gegencekoppelt, die Spannung am Speicherkondensator 257 kann, deshalb schneller absinken als ansteigen.

Eine Entladung über die Entladediode 25¹J und den Widerstand tritt in dem Augenblick ein, in dem die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 252 sinkt und die Entladediode 25*1 leitend wird. Die Auskopplung der Spannung am Speicherkondensator 257 erfolgt über eine komplementäre Darlingtonschaltung aus den Transistoren 255 und 265. Die Diode 266 dient dabei nur zur Kompensation des Temperaturverhaltens der Dioden im Funktionsgeber 20.

Der Frequenz-Spannungs-Umsetzer verlangt wegen der von ihm geforderten Proportionalität von Frequenz und Spannung eine genau festgelegte und frequenzunabhängige Entladefunktion des ersten Speicherkondensators 159· Im Anschluß an den

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Impulsabfall des Eingangssignales beginnt nach der schnellen Aufladung auf den Wert UcMax und nach Ablauf der Zeit TlO eine langsame Entladung des Kondensators 159. Die Spannung 201 über diesem Kondensator 159 ist im Augenblick der Aufladung des Kondensators zur Vereinfachung als Sprung dargestellt. Liegt ein neuer Impuls am Eingang 102 an, so wird, wie schon früher erwähnt, die Entladung abgebrochen und die beiden Spannungen der Speicherkondensatoren 159 und 257 miteinander verglichen. Entscheidend für den Wert der Spannung am Ausgang 270 des Frequenz-Spannungs-Umsetzers ist daher die Spannung am ersten Speicherkondensator 159 im Moment eines erneuten Anstiegs der Eingangsspannung 101. Mit der linearen Abhängigkeit der Spannung U am Speicherkondensator 159 von der Frequenz f folgt auch eine umgekehrte Proportionalität von der Periodendauer T.

Die Entladekurve des ersten Speicherkondensators 159 demnach Teil einer rechtwinkligen Hyperbel sein, bei der eine Asymptote durch die Zeitachse gebildet wird. Diese Hyperbel ist in Fig. 2 gestrichelt in das Spannungsdiagramm 201 eingezeichnet und sie wird in Funktionsgeber 20 erzeugt. Seine Dimensionierung ergibt den aus der Proportionalität von Spannung und Frequenz folgenden parabelförmigen Zusammenhang zwischen dem Entladestrom und der Spannung des Kondensators 159.

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Claims

R. 1386

22.2.1973 ·

Robert Bosch GmbH
Stuttgart

Ansprüche

1. Frequenz-Spannungs-Umsetzer für ein Antiblockierregelsystein mit einem Funktionsgeber zur hyperbeiförmigen Entladung eines über eine monostabile Kippstufe aufgeladenen ersten Speicherkondensators und mit einer Umladestufe zur Steuerung des Ladezustandes eines zweiten Speicherkondensators, dadurch gekennzeichnet, daß die Umladestufe (25) einen Operationsverstärker (252) enthält und zur Entladung des zweiten Speicherkondensators (257) eine Entladediode (25*0 in Reihe mit einem Widerstand (253) am Ausgang des Operationsverstärker (252) angeschlossen ist. . .

2. Frequenz-Spannungs-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

r zeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärker (252) an der Plusleitung (30) über eine Reihenschaltung wenigstens einer Diode (261, 262) und eines Widerstandes (259) liegt, über den außerdem der zweite Speicherkondensator (257) über die Ladediode (256) aufladbar ist.

3. Frequenz-Spannungs-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entladung des zweiten Speicherkondensators (257) ab dem Zeitpunkt erfolgt, in dem die Spannung am ersten Speicherkondensator (159) kleiner als die Spannung am Ausgang (27O) des Frequenz-Spannungs-Umsetzers ist.

k. Frequenz-Spannungs-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers (252) der Umladestufe (25) eine Diode (263) vorgesehen ist, und zwischen dem Emitter des Transistors (255) und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (252) ein Widerstand (264) geschaltet ist.

5. Frequenz-Spannungs-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (101) außer der monostabilen Kippstufe (10) und dem Funktionsgeber (20) über eine Diode (260) dem Knotenpunkt (258) als Verbindungspunkt der Dioden (262 und 256) und dem Widerstand (259) zuführbar ist.

6. Frequenz-Spannungs-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß eine Diode (266) zur Kompensation des Temperaturverhaltens der Dioden (203 bis 207) zwischen dem Emitter des Transistors (255) und dem Ausgang (270) vorgesehen ist.

7. Frequenz-Spannungs-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs leitung (152) der Ladestufe (15) an einem als Arbeitswiderstand der monostabilen Kippstufe (10) dienenden Spannungsteiler mit den Widerständen (111 und 113) angeschlossen ist.

8. Frequenz-Spannungs-Umsetzer nach Anspruch 7_S dadurch gekenn-

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zeichnet, daß zur schnellen Aufladung des ersten Speicherkondensators (159) über dem Transistor (153) und dem Widerstand (155) ein Kondensator (158) großer Kapazität an einem Spannungsteiler aus den Widerständen (156 und 157) vorgesehen ist.

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