DE2900577A1

DE2900577A1 - An gleichspannung anschliessbarer schwingungserzeuger

Info

Publication number: DE2900577A1
Application number: DE19792900577
Authority: DE
Inventors: Hermann Eisele; Hartmut Schweizer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-01-09
Filing date: 1979-01-09
Publication date: 1980-07-24
Also published as: FR2446564B1; FR2446564A1

Description

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4ο12»1978 1 50 E/G

SQBgIg BOSCH GKBH, 7000

An Gleichgj3ajnnung_anschliefibarer,

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruclas» Werden derartige Schwingungserzeuger an eine stark schwankende Betriebs« spanning angeschlossen^ so hat dies häufig unert-nmschte Inderungen der Schwingungsfrequenz zur Folge»

Yorteile der Erfindung

Demgegenüber xireist der Schwingungserzeuger mit den .kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs den Torteil auf, daß die Inderungen der Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit von den Änderungen der Betriebsspannung mit einfachen Mitteln stark verringert sind»

§30030/0053

-Z-

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Schwingungserzeugers möglich. Die im Anspruch 2 beschriebene Ausführungsform eignet sich besonders dazu, einen Schwingungserzeuger mit weitgehend konstanter frequenz unter Verwendung einer bekannten integrierten Schaltung (Raytheon 4151) zu schaffen, wobei die

"Referenzspannung Ui des Komparators in einfacher Weise aus der Betriebsspannung mittels eines Spannungsteilers abgeleitet sein kann. Für den vorgesehenen Einsatzfall soll die Ausgangsfrequenz proportional zum Teilerverhältnis, jedoch unabhängig von der Betriebsspannung sein. Hierdurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine etwa erforderliche Temperaturkompensation, beispielsweise dann, wenn die Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine verwendet wird und daher stark schwankenden Umgebungstemperaturen ausgesetzt wird, durch Verwendung geeigneter Widerstände vorgenommen werden kann. Der erwähnte Baustein ist für unterschiedliche Temperatur-?

.bereiche unter den Bezeichnungen EM 4151, HV 4151 ,oder RC 4151 erhältlich.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3 ist von Vorteil, daß auf einfache Weise eine annähernd konstante Schwing- . frequenz des Sperrwandlers erzielbar ist. Diese Ausführungsform kann besonders einfach unter Verwendung der bekannten integrierten Schaltung TL 497 von Texas Instruments aufgebaut werden und hat dabei den Vorteil, daß ihr Funktionsbereich bei relativ niedriger Betriebsspannung, nämlich bei 4,5 Volt, beginnt. Weiter ist von Vorteil der äußerst niedrige zusätzliche Aufwand, im Ausführungsbeispiel werden als zusätzliche Bauelemente gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung mit Sperrwandler lediglich ein Widerstand und zwei Dioden benötigt.

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Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen;

Fig» 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 9

Fig» 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer hinsichtlich der Funktion ähnlichen Schaltungsanordnung, und

Figo 3 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung mit einem Sperrwandlerο

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei den Ausführungsbeispielen nach Figo 1 und Figo 2 ist der oben bereits erwähnte integrierte Baustein 4151 mit dem Bezugszeichen i versehen» Seine bekannte Prinzipschaltung ist in Fig« 1 eingezeichnet, in Fig. 2 ist der Baustein 1 lediglich als Rechteck dargestellt. Die Anschlüsse des Bausteins 1 sind mit Ziffern versehen, und zwar bildet der Anschluß 3 ä.en Ausgang der Schaltung, der Anschluß 4-ist mit Kasse verbunden, der Anschluß 5 ist über einen Widerstand E1 mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle UB und über einen Kondensator G1 mit Masse verbunden, zwischen den Anschluß 6 und Masse ist die Parallelschaltung eines Widerstands R2 und eines Kondensators 02 geschaltet,

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der Anschluß 7 liegt an dem Abgriff eines zwischen dem positiven Pol der Betriebsspannung und Masse eingeschalteten Spannungsteilers R3, R4, und der Anschluß 8 liegt am positiven Pol der Betriebsspannungsquelle. Die Anschlüsse 1 und 2 werden nicht benutzt und liegen zur Vermeidung von eventuellen Störungen über jeweils einen Widerstand R5, R6 an Masse. Der Widerstand R 4 kann in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe veränderlich sein.

Die Kombination E1, C 1 bestimmt die Dauer der von der Schaltungsanordnung am Ausgang 3 abgegebenen Impulse. Das Ruhepotential· des Ausgangs 3 ist ein hohes Potential, während der Ausgangsimpulse,deren Länge mit to bezeichnet ist, sinkt das Potential am Ausgang 3 auf einen niedrigen Wert ab. Die Kombination R2, C2 ist zusammen mit to für die Ausgangsfrequenz der Schaltungsanordnung maßgebend. Der Anschluß 7 ist intern mit einem Eingang eines Komparators verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Anschluß 6 ver-. bunden ist, und dieser Komparator stellt somit fest, wann die am Kondensator C2 wirksame Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet oder unterschreitet, und beim Überschreiten des durch den Spannungsteiler E 3, H ^ gegebenen Werts Ui nimmt das Ausgangssignal Ua am Anschluß 3 einen hohen Wert an und sperrt einen Transistor ΤΊ, und beim Unterschreiten nimmt das Ausgangssignal Ua einen niedrigen Wert an und öffnet den Transistor T1. Hierzu ist zwischen dem Anschluß 3 und dem positiven Pol der Betriebsspannung Ub ein Spannungsteiler R7, R 8 eingeschaltet, dessen Abgriff dem positiven Eingang eines Komparators 10 zugeführt ist, und zwischen den Emitter des pnp-Transistors T1 und den positiven Pol der Betriebsspannung ist ein Widerstand R 9 eingeschaltet, und der Emitter ist außerdem mit dem negativen Eingang des

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Kosparators 10 verbunden«. Der Kollektor des Transistors T1 ist mit dem Anschluß 6 verbunden« Der vom Kollektor gelieferte Strom ist mit I bezeichnet» Der Komparator 10 mit den Spannungsteiler R7, E 8 und mit T1 und R9 dient dazu, den Strom I in der geschilderten Weise einzuschalten und auszuschalten» Ist der Transistor T1 gesperrt, so entlädt sich der Kondensator C2 über den. Widerst and R2 =

Die durch die Widerstände R3, R4- an den Anschluß 7 gelieferte Spannung Ui ?st nicht konstant, sondern ändert sich, wenn sich die Betriebsspannung Ub ändert» Bei einer Änderung der Betriebsspannung Ub ändert sich jedoch auch der Strom durch den Transistor T1 und bewirkt eine Kompensation der durch de Sp annungs änderung en am Anschluß 7 bexd-rkten Prequenzänderungen der Anordnung»

Wenn die Spannung am Anschluß 7 als Ui bezeichnet wird und der Widerstand T1 einen spannungsunabhängigen Strom liefern i-Kirde, x^äre die Sciuri-ngungsfrequenz der Anordnung proportio nal zu Ui/(to . R2 · I). Infolge der Spannungsabhängigkeit des vom Transistor T1 gelieferten Stroms mit dem Wert 1=2?» Ub/( (£7 + R8)*R9) wird die Schwingungsfrequenz unabhängig von der Betriebsspannung, da sowohl Ui als auch I der Betriebsspannung proportional sind.

In Pigo 2 ist lediglich die Beschaltung der Anschlüsse 5 und 6 eingezeichnet, die anderen Anschlüsse sind genauso beschaltet wie in Fig., 1. Der Transistor ist hier mit 12 bezeichnet, sein Emitterwiderstand wiederum mit R9, die Basis des Transistors T2 ist über einen Widerstand R 10 mi'c dem Anschluß 3 des Bausteins 11 verbunden und über die

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Serienschaltung eines Widerstands R11 mit zwei Dioden D1 und D2 mit dem positiven Pol der Betriebsspannung Ub. Der Kollektor des Transistors T2 führt wiederum zum Anschluß 6, an dem auch wieder der Widerstand R2 und der Kondensator C2 angeschlossen sind. Hier berechnet sich der Strom I gemäß der folgenden Formel:

R 11

R 10 + R

(Ub - 2 UD) + 2 UD - UBET2

R 9

Der Strom I ist also im wesentlichen proportional der Betriebsspannung Ub, durch die Diodendurchlaßspannungen Ud kann bei geeigneter Dimensionierung von R10 und R 11 der Temperaturgang des Transistors T2 (Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter UBET2) kompensiert werden. In Pig. 3 ist eine integrierte Schaltung. 20, bei der es sich um das Element TL 497 der Texas Instruments handelt, schematisiert dargestellt. Der Anschluß 14 ist mit dem positiven Pol der Betriebsspannung Ub verbunden, zwischen dem Anschluß 10 und dem positiven Pol der Betriebsspannung ist die Primärwicklung eines Transformators TR eingeschaltet, der in der angedeuteten Weise zwei Sekundärwicklungen hat, von denen die eine in bekannter Weise zur Erzeugung einer geglätteten Gleichspannung geschaltet ist. Die Induktivität der Primärwicklung ist mit L bezeichnet. Der Anschluß ist mit Masse verbunden, so daß der im Inneren des Elements

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J-

aargestellte Transistor zum Ein- und Ausschalten des Stroms durch die Primärwicklung dient. Zwischen den zur Frequenzsteuerung mittels eines Kondensators dienenden Eingang 3 und Masse ist ein Kondensator 03 geschaltet, an den Anschluß 3 ist eine Diode D3 geschaltet, und an dieser ist einerseits eine Diode IW- angeschlossen, deren anderer Anschluß mit dem Anschluß 12 des Elements 20 verbunden i^t, und andererseits ein Widerstand R21, dessen anderer Anschluß mit dem positiven Spannungspol verbunden ist. Der Anschluß 12 ist mit der Basisansteuerung des innerhalb des Elements 20 angeordneten Transistors gekoppelt und liegt daher immer dann auf einem hohen Potential, wenn der Transistor leitend gesteuert ist. Dann ist die Diode D4- gesperrt und die Diode D3 ist leitend. Befindet sich der Anschluß 12 auf einem niedrigen Potential, so ist die Diode ΊΆ leitend und die Diode D3 gesperrt.

Wie die in der Zeichnung angedeutete Polarität der Primärwicklung und der mit der Diode D5 in Verbindung stehenden Sekundärwicklung unter Berücksichtigung der Polurig der Diode D5 erkennen lassen, arbeitet der Tranformator TS als Sperrwandler. Der Gleichspannungsausgang 25 der Sekundärwicklung ist über einen Spannungsteiler R26, R27 mit dem Anschluß 1 verb-unden, der intern zum positiven Eingang eines Komparators führt, dessen negativem Eingang eine Referenzspannung von 1,2 Volt, die intern erzeugt ist, zugeführt ist.

Das Element 20 enthält eine nicht dargestellte erste Stromquelle, die den Kondensator C3 mit einem konstanten Strom 11 auflädt, und eine zweite Stromquelle, die den Kondensator C3 nach dem Aufladen auf einen vorbestimmten Spannungswert mit einem konstanten Strom 12 entlädt. Ein erneutes

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Aufladen und Entladen erfolgt erst, wenn die am Anschluß 1 wirksame Spannung kleiner wird als 1,2 Volt. Durch die Primärwicklung des Transformators TE fließt lediglich während des Aufladens des Kondensators C3 Strom. Während dieser Zeit ist auch die Diode D3 durchgeschaltet, so.daß zusätzlich zu dem von der internen Stromquelle gelieferten Strom 11 ein von der Betriebsspannung abhängiger Strom über den Widerstand R21 und die Diode D3 dem Kondensator C3 zugeführt wird. Dieser zusätzliche Strom fließt dagegen nicht, wenn die erste Stromquelle den Kondensator C3 nicht auflädt. Das Verhältnis 11 : 12 ist durch die integrierte Schaltung 20 fest vorgegeben, ebenso sind die Spannungsschwellen vorgegeben, zwischen denen die Spannung des Kondensators CJ während des Aufladens und Entladens schwanken kann.

Es sei angenommen, daß beim Anschluß 25 ein konstanter Verbraucherwiderstand angeschlossen ist. Die in der Induktivität L während des Stromflusses gespeicherte Energie ist E = 0,5 LI², dabei gilt I « Ub-ti/L, also ist E = 0,5 ti² Ub²/L. ti ist dabei die Aufladezeit des Kondensators 03-

Ist ti konstant, so ergibt sich unter der Annahme einer im Mittel konstanten Leistungsentnahme aus dem Sperrschwinger, daß die Schwingungsfrequenz der Anordnung proportional 1/Ub ist. Wegen der zusätzlichen Einspeisung eines Stromes in den Kondensator C3 während der Stromflußzeit der ersten Stromquelle ist jedoch ti nicht konstant. Die Anordnung ist so getroffen, daß ti nahezu proportional 1/üb ist. Dies läßt sich durch geeignete Dimensionierung des V.^:i der stands H21 erreichen. Da somit das Produkt t1*Ub

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konstant ist, ist die Schwingungsfrequenz der in Pig. 3 gezeigten Anordnung von Änderungen der Betriebsspannung Ub unabhängig. In der Praxis läßt sich mit den in Fig. 3 gezeigten einfachen Schaltungsmaßnahmen die Forderung, daß ti proportional 1/ITb sein soll, mit einem Fehler von weniger als IO % in einem interessierenden Bereich der Betriebsspannung Ub zwischen 6 Volt und 16 Volt erfüllen. Wegen der dabei nur relativ geringen Schwankungen der Schwingungsfrequenz der Anordnung kann diese Schwingungsfrequenz im gesamten interessierenden Bereich der Betriebsspannung Ub so hoch angesetzt werden, daß sie oberhalb des Hörbarkeitsbereiches liegt, und daher ist diese Anordnung auch gut zur Benutzung in einem Kraftfahrzeug geeignet, ware dagegen die Auflaä-ezeit ti des Kondensators C3 konstant, so müßte man bei einem Verhältnis der auftretenden Werte der Betriebsspannung Ub von 1 : 3 mit Frequenzänderungen von 9 : 1 rechnen, und dies würde beispielsweise dann, wenn die höchste Schwingungsfrequenz 4-0 KHz ist, zu einer niedrigsten Schwingungsfrequenz von 5 kHz führen, die im hörbaren Bereich liegt und daher würde sich eine derartige Anordnung unangenehm bemerkbar machen. Bei

der anhand von Fig. 3 geschilderten Anordnung ist noch von Vorteil, daß die dort verwendete konkrete integrierte Schaltung bereits bei relativ niedriger Betriebsspannung von 4-,5 Volt arbeitet.

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Claims

4.12.1978 A 50 Ε/0

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

hj An eine Gleichspannung-Betriebsspannung anschließbarer Schwingungserzeuger, der einen von einer Stromquelle aufladbaren mit einem Eingang eines Komparators gekoppelten Kondensator zur Beeinflussung der Schwingungsfrequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer von Schwankungen der Betriebsspannung annähernd unabhängigen Schwingungsfrequenz mit dem Kondensator (02, 03) eine einen von der Höhe der Betriebsspannung abhängigen Strom liefernde Stromquelle während der Aufladezeit des Kondensators verbunden ist«.

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an-sich bekannter Weise der andere Eingang des Komparators mit dem Abgriff eines an die Betriebsspannung geschalteten Spannungsteilers (R3₃ R4·) verbunden ist, daß die Stromquelle einen Transistor (T1, T2) aufweist, dessen Emitter über einen Widerstand (R9) mit einem Pol der Betriebsspannung und dessen Kollektor mit dem Kondensator (02) verbunden ist, und dessen Basis während der Aufladezeit des Kondensators (02) eine den Transistor durchschaltende Spannung zugeführt ist«

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5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Kondensator im Wechsel mit einer ersten und einer entgegengesetzt gepolten zweiten Stromquelle verbindbar ist, daß mit dem Ausgang des Schwingungserzeugers ein Sperrwandler gekoppelt ist, dessen Primärwicklung mit einem Anschluß an einem Pol der Betriebsspannung liegt und mit dem anderen Anschluß über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors mit Masse verbunden ist, die während der Stromflußzeit der ersten Stromquelle leitend gesteuert ist, daß ein von der Höhe des Ausgangssignals des"Sperrwandlers abhängiges Signal zum Einschalten der ersten Stromquelle verwendet ist, und daß der Kondensator (C3) über einen· Schalter (D3) und einen Widerstand (R21) mit der Betriebsspannung verbunden ist.

4. Schwingungserzeuger'nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter durch zwei mit gleichen Elektroden miteinander verbundene Dioden (D3, IW-) gebildet ist, von denen die eine (D3) zwischen den Kondensator (C3) und den Widerstand (R21) eingeschaltet ist und die andere mit ihrem dem Widerstand (R21) abgewandten Anschluß mit einer Schaltspannung verbunden ist.

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