DE29616457U1

DE29616457U1 - Schaltungsanordnung zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung bei gleichzeitiger Regelung der abgebbaren Spannung auf einen vorgegebenen Wert

Info

Publication number: DE29616457U1
Application number: DE29616457U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2006-09-24
Also published as: US5889390A; JPH10108452A

Description

_R. 30955 Lo
16.09.1996

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Schaltungsanordnung zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung bei gleichzeitiger Regelung der abgebbaren Spannung auf einen vorgegebenen Wert

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung bei gleichzeitiger Regelung der abgebbaren Spannung auf einen vorgegebenen Wert, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer aus der DE-OS 43 40 991 bekannten Schaltungsanordnung dieser Art enthält der Spannungswandler eine Speicherdrossel und einen Leistungsschalter. Dessen Ein- und Ausschalten wird von dem in der Speicherdrossel fließenden Strom festgelegt. Dazu vergleicht ein Vergleicher den in der Speicherdrossel fließenden Strom mit einem vorgegebenen Schwellwert. Beim Durchschreiten des Schwellwertes wird der Leistungsschalter geschaltet. Ein vorhandener Zeitgeber hält nach dem Auftreten eines

Spannungssprungs an der Speicherdrossel den Leistungsschalter für die vom Zeitgeber festgelegte Zeit in dem vorhandenen Schaltzustand.

Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist der Leistungsschalter zwischen dem Anschluß der Versorgungssgleichspannung und der Speicherdrossel angeordnet, was hinsichtlich des Wirkungsgrads nachteilig sein kann. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, daß nicht in allen vorkommenden Betriebsfällen und Betriebssituationen optimale Verhältnisse mit einfachen Mitteln sichergestellt sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil eines erhöhten Wirkungsgrads und einer wirksamen Strombegrenzung, wodurch eine Gefährdung bestimmter Bauelemente vermieden wird und die Möglichkeit eröffnet wird, einfachere und kostengünstigere Bauelemente einzusetzen. Dies ist für die Serienfertigung ein nicht zu unterschätzender Vorteil.

Gemäß der grundlegenden Lösung vorliegender Erfindung ist die Schaltungsanordnung so gestaltet, daß die Speicherdrossel direkt am Pluspol der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist, eine Strombegrenzung im Längszweig vorgesehen ist, welche insbesondere aus einem Widerstand und einem Transistor besteht und den im Längszweig vor dem Ausgang der Schaltungsanordnung angeordneten Schalttransistor beeinflußt.

Durch die in den weiteren Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Widerstand in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors angeordnet und liegt mit einem Anschluß am Ausgang der Schaltungsanordnung, während der andere Anschluß sowohl mit dem Schalttransistor als auch mit der Basis des Transistors der Strombegrenzung verbunden ist, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors zwischen der Basis des Schalttransistors und dem Ausgang der Schaltungsanordnung angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders wirksame Strombegrenzung auf einfache Weise realisiert, welche insbesondere im Einschaltzeitpunkt und im Kurzschlußfall den Strom auf Werte begrenzt die für die verwendeten Bauelemente zulässig sind. Bei entsprechend gewählter Dimensionierung ist damit auch die Möglichkeit eröffnet, Bauelemente mit geringeren zulässigen Werten einzusetzen, die dementsprechend kostengünstiger sind.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist am Kollektor des Schalttransistors ein Spannungsbegrenzungselement, bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands und einer Zenerdiode, angeschlossen, wobei deren gemeinsamer Verbindungspunkt an die Basis des Schalttransistors angeschlossen ist. In besonders zweckmäßiger Weise dient dieses Spannungsbegrenzungselement sowohl dem Hochsetzsteller als auch dem Abwärtsregler.

In besonders zweckmäßiger Weiterbildung dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist parallel zur Strecke des Spannungsbegrenzungselements, bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands und einer Zenerdiode, ein zusätzliches Spannungsbegrenzungselement, ebenfalls bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands und einer Zenerdiode, angeordnet, wobei der Spannungswert dieser Zenerdiode abweichend, insbesondere höher gewählt ist. Durch diese Weiterbildung in

Gestalt einer zusätzlichen Spannungsbegrenzung ist auch im Kurzschlußfall für eine wirksame Spannungsbegrenzung gesorgt, weil das von Hochsetzsteller als auch Abwärtsregler gemeinsam verwendete Spannungsbegrenzungselement für den Aufwärtswandler in diesem Fall nicht wirksam ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann gemäß besonders zweckmäßiger Verwendung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Dabei kann sie beispielsweise aus einer zwischen ca. 5 und 25 V schwankenden Eingangsspannung eine auf etwa 13 V stabilisierte Ausgangsspannung generieren, welche insbesondere für die Spannungs- und Stromversorgung von Hochdruckgasentladungslampen benötigt werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Erfindungsgemäß ist eine Speicherdrossel 1 direkt an den Pluspol + einer Versorgungsspannungsquelle U_bat angeschlossen. In Reihe mit der Speicherdrossel 1 liegt im Längszweig des Spannungswandlers eine in Richtung auf den Ausgang A gepolte Diode 2, die Kollektor-Emitter-Strecke eines beispielsweise als npn-Transistor ausgebildeten Schalttransistors 3 und ein Widerstand 4 bis zum Ausgang A. Zwischen dem Ausgang A, an dem die zu regelnde, stabilisierte Ausgangsspannung U_A anliegt, liegt in Parallelschaltung ein Glättungskondensator 5 und ein Lastwiderstand 6. Der Glättungskondensator 5 besitzt üblicherweise

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eine große Kapazität und kann z. B. als Tantal-Elektrolyt-Kondensator ausgebildet sein.

Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung enthält mehrere Querzweige. Zunächst ist am Eingang der Speicherdrossel 1 die Reihenschaltung eines Widerstands 7 mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 8 zwischen Pluspol + und Masse M der Versorgungsspannungsquelle angeordnet. Am Ausgang der Speicherdrossel 1 ist die Reihenschaltung eines Widerstands 9 und eines Kondensators 10 angeschlossen und mit der Basis des Transistors 8 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang der Speicherdrossel 1 und der Anodenanschluß der Diode 2 über eine Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 11 und eines Widerstands 12 mit Masse M verbunden. Die Basis des Transistors 8 ist über die Kathoden-Anoden-Strecke einer Diode 13 mit dem Verbindungspunkt der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 11 und des Widerstands 12 verbunden, ebenso wie mit dem Kondensator 10. Zwischen dem Kathodenanschluß der Diode 2 und Masse M ist ein Glattungskondensator 14 kleiner Kapazität angeordnet.

Zwischen der Basis des Schalttransistors 3 und dem Ausgang A ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 15 vorgesehen, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt des Emitters des Schalttransistors 3 und dem Widerstand 4 verbunden ist.

Transistor 15 und Widerstand 4 bilden eine Strombegrenzung im Längszweig, durch welche bei entsprechend gewählter Dimensionierung der zugehörigen Bauteile eine einfache und wirkungsvolle Begrenzung des Stroms auf die zulässigen Werte ermöglicht ist. Dies begrenzt auch besonders wirkungsvoll den Ladestrom für den Glattungskondensator 5. Dies ist insbesondere für den Einschaltfall und den Kurzschlußfall von wesentlicher Bedeutung.

Für die Regelung der Ausgangsspannung U_A ist als Spannungsbegrenzer eine Reihenschaltung eines Widerstands 16 und einer Zenerdiode 17 vorgesehen, die zum einen mit der Kathode der Diode 2 bzw. dem Kollektor des Schalttransistors 3 verbunden ist und zum anderen mit dem Anodenanschluß der Zenerdiode 17 an die Basis des Transistors 8 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt dieser Reihenschaltung, also die Kathode der Zenerdiode 17, ist mit der Basis des Schalttransistors 3 verbunden.

Entsprechend einer besonderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die für den Kurzschlußfall erhebliche Bedeutung hat, besteht darin, daß parallel zu dem eben beschriebenen Spannungsbegrenzer, ein weiteres Spannungsbegrenzungselement geschaltet wird. Dieses besteht ebenfalls aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 18 und einer Zenerdiode 19. Der Wert der Zenerdiode 19 ist dabei abweichend von dem der Zenerdiode 17 gewählt, im Ausführungsbeispiel höher. Somit wird im Kurzschlußfall, wenn die Spannungsbegrenzung bestehend aus Widerstand 16 und Zenerdiode 17 für den Aufwärtswandler nicht wirksam ist, eine wirksame Spannungsbegrenzung ermöglicht. Die Durchbruchspannung für die Zenerdiode 17 kann beispielsweise 13 V und die der Zenerdiode 19 15 V betragen, wenn auf eine Ausgangs spannung ü_A von ca. 13 V geregelt und stabilisiert wird.

Zum Rücksetzen der Schaltungsanordnung ist die Basis des Transistors 8 mit einer Rücksetzschaltung verbunden. Diese besteht aus einem pnp-Transistor 20, dessen Emitter über einen Widerstand 21 an eine Hilfsspannung U_H angeschlossen ist. Diese kann beispielsweise 5 V betragen. Die Basis des Transistors 20 wird über einen Widerstand 22 von einem Signaleingang R her mit dem Rücksetzsignal angesteuert. Der Kollektor des Transistors 20 ist mit der. Basis des Transistors 8 verbunden.

Die erfindungsgemäß gestaltete Schaltungsanordnung besteht aus der Kombination eines Hochsetzstellers, der als Aufwärtswandler arbeitet, und eines Abwärtswandlers, der die erzeugte hohe Gleichspannung in eine niedrigere, auf einen gewünschten, stabilisierten Ausgangswert herunterregelt. Zum Hochsetzsteller gehören im dargestellten Ausführungsbeispiel die mit den Bezugszeichen 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, bezeichneten Bauelemente sowie der aus Widerstand 16 und Zenerdiode 17 bestehende Spannungsbegrenzer. Dieser Spannungsbegrenzer ist auch gleichzeitig neben der gemeinsam genutzten Speicherdrossel 1 Bestandteil des Abwärtsreglers. Zu diesem gehören weiterhin die mit 3, 4, 5, 15 bezeichneten Bauelemente. Der für den Kurzschlußfall zusätzlich vorgesehene Spannungsbegrenzer 18, 19 ist eher dem Hochsetzsteller zuzurechnen.

Die erfindungsgemäß gestaltete Schaltungsanordnung stellt mit relativ wenigen Bauelementen eine kostengünstige und zuverlässige Spannungsversorgung zur Verfügung. Diese ist insbesondere in Kraftfahrzeugen, und dort vorteilhafterweise zum Beispiel für die Strom- und Spannungsversorgung von Hochdruckgasentladungslampen, einsetzbar. Durch die vorgesehene Strom- und Spannungsbegrenzung sind auch die besonders kritischen Einschalt- und Kurzschlußfälle entschärft. Dies bringt einen wirkungsvollen Schutz gegen unzulässige Einschaltspikes und daraus resultierender Überspannungsspitzen. Der Direktanschluß der Speicherdrossel an den Pluspol der Versorgungsspannungsquelle erhöht bei insgesamt verminderter Anzahl der Bauteile nachhaltig den Wirkungsgrad.

Claims

Gebrauchsmusteranmeldung 296 16 457.7 R. 30955 Lo/Sm Robert Bosch GmbH, Stuttgart 12.11.1996 Ansprüche 1 bis 4

1. Schaltungsanordnung zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung bei gleichzeitiger Regelung der abgebbaren Spannung (U^₁) auf einen vorgegebenen Wert, wobei eine Kombination aus Aufwärts- und Abwärtswandler mit zumindest einem Schalttransistor (3) und einer gemeinsamen Speicherdrossel (1) sowie ein parallel zur Ausgangslast (6) liegender Glättungskondensator (5) vorgesehen ist und wobei mittels eines Zeitglieds (9, 10) die Speicherdrossel (1) für eine bestimmte Zeit an die Versorgungsspannung (Ug_a^) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherdrossel (1) direkt am Pluspol {+) der Versorgungsspannungsquelle (Uß_a}0 angeschlossen ist, eine Strombegrenzung im Längszweig vorgesehen ist, welche insbesondere aus einem Widerstand (4) und einem Transistor (15) besteht und den im Längszweig vor dem Ausgang der Schaltungsanordnung angeordneten Schalttransistor {3) beeinflußt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (4) in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors (3) angeordnet ist und mit einem Anschluß am Ausgang (A) der Schaltungsanordnung liegt, während der andere Anschluß sowohl mit dem Schalttransistor (3) als auch mit der Basis des Transistors (15) der Strombegrenzung verbunden ist, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors (15) zwischen der Basis des Schalttransistors (3) und dem Ausgang (A) der Schaltungsanordnung angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnuung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Kollektor des Schalttransistors (3) ein Spannungsbegrenzungselement, bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands (16) und einer Zenerdiode (17), angeschlossen ist, wobei deren gemeinsamer Verbindungspunkt an die Basis des Schalttransistors {3} angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Strecke des Spannungsbegrenzungselements, bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands (16) und einer Zenerdiode (17), ein zusätzliches Spannungsbegrenzungselement, ebenfalls bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands (18) und einer Zenerdiode (19), angeordnet ist, wobei der Spannungswert dieser Zenerdiode (19) abweichend, insbesondere höher gewählt ist.