DE3014193A1

DE3014193A1 - Potentiometer oder rheostat, insbesondere fuer die helligkeitssteuerung der instrumentenbeleuchtung bei kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3014193A1
Application number: DE19803014193
Authority: DE
Inventors: Eberhard 5223 Nümbrecht Mohr
Original assignee: Merit Werk Merten and Co KG
Current assignee: Merit Werk Merten and Co KG
Priority date: 1980-04-14
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1981-10-15

Description

Potentiometer oder Rheostat, insbesondere für die Hellig-
keitssteuerung der Instrumentenbeleuchtung bei Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein Potentiometer oder einen Rheostaten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, das bzw. der insbesondere zUr Helligkeitssteuerung der Instrumentenbeleuchtung bei Kraftfahrzeugen vorgesehen ist.
Bisher werden für die Helligkeitssteuerung der Instrumentenbeleuchtung bei Kraftfahrzeugen üblicherweise Potentiometer mit einem einstellbaren Dreh- oder Schiebe-Widerstand verwendet, in denen jedoch eine relativ hohe Verlustleistung entsteht, die als Wärme abgegeben wird. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die mit einem derartigen Potentiometer oder Rheostaten ausgerüsteten Kraftfahrzeuge bei hohen Außentemperaturen Getrieben werden, die bei Hochsommerwetter und mehrstündiger ununterbrochener Sonneineinstrahlung auch in den gemäßigten Breitengraden auftreten können. Durch die hohe Wärmeabgabe können benachbarte Materialien und andere Schaltungsteile, z.B. andere elektronische Bauteile, die besonders wärmeempfindlich sind, in ihrer Funktionsweise beeinträchtigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Potentiometer mit einer wesentlich geringeren Verlustleistung zu schaffen, was gemäß der Erfindung dadurch erreicht wird, daß das Potentiometer einen elektronischen Frequenzgenerator und eine elektronische Differenzierstufe zur digitalen Steuerung der angeschlossenen Last derart aufweist, daß die angeschlossene Last in einer relativ hohen Schaltfolge oder Frequenz laufend ein- und ausgeschaltet wird.
Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht im wesentlichen darin, daß man die Einschaltdauer (ED) für die externe Last in weitem Maße, z.B. von 5 % ED (Einschaltdauer) bis nahe 100 % ED über ein in der Differenzierstufe liegendes Potentiometer mit vernachlässigbar geringer Verlustleistung sehr genau bestimmen kann. Eine geringe Einschaltdauer von z.B. 5 % ED der externen Last bedeutet im Falle von Glühlampen als Verbraucher, daß die Glühlampen nur eine geringe Helligkeit abgeben, und eine große Einschaltdauer nahe 100 % ED bedeutet dementsprechend eine große Helligkeit der Glühlampen, da diese nahezu ständig mit Strom versorgt werden.
Die in dem elektronischen Potentiometer oder Rheostaten in Form von Wärme entstehende Verlustleistung ist vernachlässigbar klein.
Während der Ausschaltdauer entsteht bei der vorstehend genannten relativ hohen Frequenz keine Verlustleistung. Das ist der Grund der drastischen Reduzierung der Verlustleistung in diesem elektronischen Potentiometer oder Rheostaten. Die elektronische erhaltung des Potentiometers oder Rheostaten kann daher bei einer wesentlich höheren Leistungsfähigkeit im gleichen oder auch in einem kleineren Raum als der Dreh- oder Schiebewiderstand bei den bekannten Rheostaten untergebracht werden. Statt aus Keramik können alle Gehäuseteile aus Kunststoff bestehen.
Das Potentiometer oder der Rheostat wird dadurch auch leichter, es ergibt sich also eine Gewichtsersparnis.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Logikschaltplan für ein elektronisches Potentiometer und Fig. 2 einen Anschluß schaltplan unter Verwendung eines integrierten Schaltkreises mit zwei NAND-Schmitt-Triggern.
Das elektronische Potentiometer besteht aus fünf Baugruppen, die zwischen einer Zuleitung 101 und einem oder mehreren Masseanschlüssen 110 bzw. 110', 110'', 110''' beispielsweise an das Gleichstrom-Bordnetz eines Fahrzeuges mit einer Betriebsspannung von 12 Volt oder gegebenenfalls bis zu 24 Volt angeschlossen sind: 1) Eine Spannungsstabilisierungsstufe I, die dazu dient, die im Bordnetz des Fahrzeuges auftretenden Spannungsschwankungen auszuschließen; 2) eine Störspannungs-Unterdrückungsstufe II; 3) ein Frequenzgenerator III zum Erzeugen der Schaltfolgen oder Frequenz des Potentiometers; 4) eine Differenzierstufe IV zur Änderung des Tastverhältnisses; 5) eine Verstärkerstufe V mit zwei Transistoren zur Stromverstärkung.
Die Logikschaltung des elektronischen Potentiometers ist gemäß Fig. 1 im einzelnen wie folgt aufgebaut: Die Spannungsstabilisierungsstufe I besteht aus einem Widerstand R1 und einer damit in Reihe geschalteten Zenerdiode Z1, die in einer Leitung 102 zwischen der Zuleitung 101 vom Bordnetz des Fahrzeuges und dem Masseanschluß 110 liegen. Vom Ausgang der Spannungsstabilisierungsstufe I zwischen dem Widerstand R1 und der Zenerdiode Z1 führt eine Leitung 103 zu dem Frequenzgenerator III und der Differenzierstufe IV. Zwischen der Leitung 103 und dem Masseanschluß 110 liegt in einer Leitung 104 ein Kondensator C1 mit seinem positiven Pol, der der Unterdrückung von Störspannunqen dient. Außerdem sind an die Leitung 103 über Leitunqen 105, 106 je zwei Logikeingänge El, E2, El', E2' von zwei Schmitt-Triggern S1, S2 angeschlossen.
Der erste Schmitt-Trigger S1 hat einen hochohmigen Steuereingang H, der über einen Kondensator C2 und eine Leitung 105' am Masseanschluß 110 liegt. Zusätzlich ist der Eingang H über einen Widerstand R2 an den Ausgang A des ersten Schmitt-Trigqers S1 angeschlossen. Parallel zum Widerstand R2 liegt ein weiterer Widerstand R3 mit einer Diode D1 ln Reihe, wobei die Diode D1 mit ihrer Kathode ebenfalls am Ausgang A des ersten Schmitt-Triggers S1 liegt.
Am Ausgang A des ersten Schmitt-Triggers S1, der zugleich den Ausgang des Frequenzgenerators III bildet, befindet sich außerdem ein Kondensator C3 mit seinem positiven Pol, der mit seinem negativen Pol an dem hochohmigen Eingang H' des zweiten Schmitt-Triggers S2 liegt.
An den Eingang H' des Schmitt-Triggers S2 ist zusätzlich ein Widerstand R4 mit einem in Reihe geschalteten Potentiometer R5 angeschlossen, desser zweiter Anschluß über eine Leitung 106' am Masseanschluß 110 liegt.
er Ausgang AB des zweiten Schmitt-Triggers S2 führt Über einen Widerstand R6 auf die Basis eines ersten npn-Transistors T1, dessen Kollektor über einen Widerstand R7 und eine Leitung 107 an die Zuleitung 101 angeschlossen iStr während der Emitter des npn-Transistors T1 über eine Leitung 107'an Masse liegt.
Vom Kollektor des Transistors T1 führt außerdem eine Leitung 108 über einen Widerstand R8 auf die Basis eines zweiten npn-Transistors T2, der als sogenannter Darlington-Transistor aus zwei in Kaskade geschalteten pnp-Transistoren besteht, die in einem gemeinsamen Gehause angeordnet sind. Der Darlington-Transistor T2 liegt mit seinem Emitter über eine Leitung 109 direkt an der Zuleitung 101, während der Kollektor des zweiten Transistors T2 an die Zuleitung 109' für die externe Last 111 angeschlossen ist, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Anzahl von parallelgeschalteten Glühlampen 112, 113, 114 besteht, die jeweils gesondert an einem Masseanschluß 110'.
110 " , 110''' liegen.
Das vorstehend beschriebene elektronische Potentiometer arbeitet wie folgt: Die Möglichkeit der Übertragung von Spannungsschwankungen aus dem Bordnetz über die Leitung 101 auf däs elektronische Potentiometer wird durch die Spannungsstabilisierung des Widerstandes R1 und der Zenerdiode Z1 in der Leitung 102 ausgeschlossen.
Uber die Leitung 103 gelangt die stabilisierte Spannung zu dem Frequenzgenerator III und der Differenzierstufe IV, wobei Störspannungen mit hoher Frequenz durch den in der Leitung 104 angeordneten Kondensator C1 unterdrückt werden.
Der Frequenzgenerator III, der aus dem hochohmigen Schmitt-Trigger S1 und der RC-Kombination des Kondensators C2 und des Widerstandes R2 besteht, erzeugt die zur Steuerung des externen Last 111 notwendige Frequenz. Über die im Generatorkreis liegenden Bauteile, das heißt über den Widerstand R3 und die Diode D1 ist ein bestimmtes Tastverhältnis des Frequenz-Generators III erzielbar.
Die Differenzierstufe IV bewirkt eine Differenzierung der positiven Flanke des Generatorsignals. Die Form der Differenzierung ist in erheblichem Maße von der elektrischen Position des Potentiometers R5 abhängig. Der der Differenzierstufe IV nachgeschaltete Schmitt-Trigger S1 mit seinem hochohmigen Eingang H' regeneriert und invertiert das differenzierte Signal des Frequenz-Generators III.
Das im Schmitt-Trigger S2 erstellte Signal wird über den Basis-Vorwiderstand R6 im Transistor T1 mit seinem Arbeitswiderstand R7 stromverstärkend invertiert.
Schließlich steuert der Transistor T1 mit seinem Kollektor über ;en Basis-Vorwiderstand R8 den als Leistungs-Endstufe verwendeten pnp-Transistor T2. Die Leistungs-Endstufe bzw. der Transistor T2 schaltet die extern angeschlossene Last 111.
Statt der in Fig. 1 gezeigten beiden Schmitt-Trigger S1, S2 kann die Potentiometerschaltung entsprechend Fig. 2 auch einen integrierten Schaltkreis JC1 aufweisen mit zwei NAND-Schmitt-Trigger1 ST1, ST2 mit je drei Eingängen El, E2, H bzw. El', E2', H' und je einem Ausgang A, A'. Der integrierte Schaltkreis JC1 trägt die Klemmenbezeichnungen 1 bis 14 und wird über zwei zusätzliche leitungen 7', 14', die an die Klemmen 7 bzw. 14 angeschlossen sind, vom Bordnetz mit Betriebsspannung versorgt . Ein derartiger integrierter Schaltkreis wird von der Firma Texas Instruments unter der Typenbezeichnung SN 49 713 geführt. Im übrigen sind in Fig. 2 gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Claims

Patentansprüche Potentiometer oder Rheostat zur Helligkeitssteuerung einer externen elektrischen Last, insbesondere der Instrumentenbeleuchtung bei Kraftfahrzeugen, mit einem in einem Cehäuse angeordneten einstellbaren Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer einen elektronischen Frequenzgenerator (III) und eine elektronische Differenzierstufe (IV) zur digitalen Steuerung der angeschlossenen Last (111) derart aufweist, daß die angeschlossene Last (111) in einer relativ hohen Schaltfolge oder Frequenz laufend ein-und ausgeschaltet wird.
2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator (III) und die Differenzierstufe (IV) aus zwei in Reihe geschalteten Schmitt-Triggern (S1, S2) mit je zwei Logikeingängen (El, E2, El', E2') und je einem hochohmigen Steuereingang (H, H') bestehen, die mit ihren Logikeingängen an die Stromzuleitung (103) angeschlossen sind und mit ihren Steuereingängen (H, H') über eine Widerstands-Kondensator-Anordnung (R2, C2), deren Widerstand (R2) an den Ausgang des Schmitt-Triggers (S1) angeschlossen ist bzw über eine einstellbare Widerstandsanordnung (R4, R5) am Masseanschluß (110) liegen.
3. Potentiometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Widerstand (R2) ein weiterer Widerstand (R3) mit einer Diode (D1) in Reihe geschaltet ist, wobei die Diode (D1) mit ihrer Kathode ebenso wie der Widerstand (R2) am Ausgang (A) des ersten Schmitt-Triqgers (S1) liegt.
4. Potentiometer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (A) des ersten Schmitt-Trigoers (S1) ein Kondensator (C3) mit seinem positiven Pol angeschlossen ist, der mit seinem negativen Pol mit dem Steuereingang (H') des zweiten Schmitt-Triggers (52) verbunden ist.
5. Potentiometer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Frequenzgenerator (III) und der Differenzierstufe (IV) eine Spannungsstabilisierungsstufe (I) vor- und eine Stromverstärkungsstufe (V) nachgeschaltet ist.
6. Potentiometer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsstabilisierungsstufe (1) aus einem Widerstand (R1) und einer damit in Reihe geschalteten Zenerdiode (Z1) besteht, die zwischen der Stromzuleitung (101) und dem Masseanschluß (110) liegen.
T. Potentiometer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung (103) zwischen dem Ausgang der Spannungsstabilisierungsstufe (I) und dem Eingang des Frequenzgenerators (III) ein Kondensator (C1) zur Unterdrückuno von Störspannungen mit seinem positiven Pol angeschlossen ist, der mit seinem negativen Pol am Masseanschluß (110) liegt.
8. Potentiometer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromverstärkerstufe (V) zwischen der Differenzierstufe (IV) und der angeschlossenen elektrischen Last (111) liegt und vom Ausgang (A') des zweiten Schmitt-Triggers (S2) über einen Widerstand (R6) auf die Basis eines ersten npn-Transistors (T1) führt, dessen Emitter am Masseanschluß (110) liegt, während der Kollektor des Transistors (T1) über einen Widerstand (R7) an die Zuleitung (101) angeschlossen ist, und daß vom Kollektor des ersten Transistors (T1) eine Leitung (108) über einen Widerstand (R8) auf die Basis eines zweiten pnp-Transistors (T2) führt, der als sogenannter Darlington-Transistor aus zwei in Kaskade geschalteten pnp-Transistoren besteht und mit seinem Emitter über eine Leitung (109) an der Zuleitung (101) liegt, während der Kollektor des Transistors (T2) an die Zuleitung (109') für die externe Last (111) angeschlossen ist.
9. Potentiometer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmitt-Trigger (S1, S2) durch einen integrierten Schaltkreis (JC1) mit zwei NAND-Schmitt-Triggern (ST1, ST2) m.t je drei Eingängen (El, E2, H bzw. El', E2', H') und je einem Ausgang (A, A') ersetzt sind.