DE3610605A1 - Frequenzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen abhängig von der Rate einer Impulsfolge steuerbaren Frequenzschalter.

Bei einer Vielzahl Anwendungsfälle, insbesondere auf dem Kraftfahrzeugsektor, ist ein Frequenzschalter erforder­ lich, der abhängig von der Rate einer Impulsfolge geschal­ tet wird. Mittels eines solchen Frequenzschalters kann beispielsweise bei einem Motorfahrrad bei Erreichen einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit die Zündung unterbro­ chen werden, so daß die Motordrehzahl und damit die Fahrgeschwindigkeit begrenzt werden könnte. Bei einem Kraftfahrzeug kann der Frequenzschalter das fahrgeschwin­ digkeitsabhängige Ein- und Ausfahren eines Spoilers steuern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeigneten Frequenz­ schalter anzugeben, der mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand störsicher abhängig von der Rate einer Impulsfolge steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Ausgang eines durch Flanken der Impulsfolge nachtrig­ gerbaren Monoflops eine Integrationsschaltung angeschlos­ sen ist, deren Integrationssignal eine Schwellwertschal­ tung steuert und daß die Integrationszeitkonstante der Integrationsschaltung größer als die Kippzeit des Mono­ flops ist.

Das nachtriggerbare flankengesteuerte Monoflop liefert an seinem Ausgang Rechteckimpulse mit durch die Kippzeit des Monoflops bestimmer Pulsbreite. Wird die Impulsrate der das Monoflop nachtriggernden Impulsfolge größer als der Kehrwert der Pulsbreite, so kann das Monoflop die Ein­ gangsimpulse nicht mehr auflösen, und es liefert anstatt einer Rechteckspannung eine Gleichspannung. Die Integra­ tionsschaltung erfaßt das Auftreten der Gleichspannung, da ihre Integrationszeitkonstante größer ist als die Kippzeit des Monoflops. Solange am Ausgang des Monoflops Rechteck­ impulse auftreten, wird die Integrationsschaltung in den Impulspausen zumindest teilweise entladen, und die Schwellwertschaltung kann nicht ansprechen. Liefert das Monoflop bei Überschreiten der Ansprechfrequenz des Fre­ quenzschalters eine Gleichspannung, so steigt das Integra­ tionssignal der Integrationsschaltung auf einen Wert an, der die Schwellwertschaltung zum Ansprechen bringt. Ins­ besondere wenn die Integrationszeitkonstante ein Vielfa­ ches der Kippzeit des Monoflops beträgt, werden Störsigna­ le sicher unterdrückt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Integra­ tionsschaltung einen Kondensator auf, der über einen Wi­ derstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Ausgang des Monoflops ist zweckmäßigerweise über eine Diode an den Verbindungspunkt des Kondensators und des Widerstands angeschlossen. Die Schwellwertschaltung umfaßt einen die Spannung an dem Verbindungspunkt mit einer Be­ zugsspannung vergleichenden Komparator. Während der Wider­ stand den Ladestrom des Kondensators begrenzt, erlaubt die Diode eine vergleichsweise rasche Entladung des Kondensa­ tors in den Pulspausen des Ausgangssignals des Monoflops. Der Frequenzschalter hat bevorzugt Hystereseverhalten, d.h. er schaltet mit wachsender Impulsrate bei einem höheren Wert als mit sinkender Impulsrate. Durch die Schalthysterese wird die Stabilität des Frequenzschalters verbessert. Die Schalthysterese läßt sich in einfacher Weise dadurch erzielen, daß zur Festlegung der Kippzeit ein Kondensator-Widerstandsnetzwerk an das Monoflop ange­ schlossen ist, welches mehrere Widerstände aufweist, von denen wenigstens einer über einen steuerbaren Schalter mit dem Netzwerk verbunden ist, wobei der steuerbare Schalter von der Schwellwertschaltung gesteuert wird. Abhängig vom Ausgangssignal der Schwellwertschaltung, d.h. dem Schalt­ zustand des Frequenzschalters wird auf diese Weise die Kippzeit des Monoflops variiert. Unterhalb der Frequenz­ schwelle, bei welcher der Frequenzschalter mit wachsender Frequenz schalten soll, hat das Monoflop eine kleinere Kippzeit als oberhalb der Frequenzschwelle für das Rück­ schalten mit sinkender Frequenz. Die Steuerung des Konden­ sator-Widerstandsnetzwerks erfolgt zweckmäßigerweise über einen Diodenschalter.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeich­ nung zeigt ein Schaltbild eines abhängig von der Rate einer Impulsfolge steuerbaren Frequenzschalters.

Der in der Figur dargestellte Frequenzschalter spricht auf die Impulsrate eines seinem Eingang 1 zugeführten Impuls­ signals an und liefert an seinem normalerweise auf "1"- Pegel sich befindenden Ausgang 3 ein "0"-Pegelsignal, wenn die Impulsrate des Eingangssignals einen vorbestimmten Wert überschreitet. Bei dem Eingangsimpulssignal kann es sich um ein der Fahrgeschwindigkeit proportionales Signal, beispielsweise eines Tachometers oder dergleichen, eines Kraftfahrzeugs handeln, wobei der Frequenzschalter zur Auslösung fahrgeschwindigkeitsabhängiger Vorgänge ausge­ nutzt werden kann. Beispielsweise kann der Frequenzschal­ ter zum Abschalten der Zündung und damit zur Drehzahlbe­ grenzung des Motors oder zur Fahrgeschwindigkeitsbegren­ zung beispielsweise eines Motorfahrrads oder zum fahr­ geschwindigkeitsabhängigen Einfahren und Ausfahren eines Spoilers an einem Kraftfahrzeug ausgenutzt werden.

Der Frequenzschalter umfaßt ein flankensteuerbares, nach­ triggerbares Monoflop 5, dessen Kippzeit durch ein Konden­ sator-Widerstandsnetzwerk,bestehend aus einem Kondensator 7 und zwei Widerständen 9, 11 festgelegt ist. Der Wider­ stand 9 und der Kondensator 7 sind in Serie zueinander zwischen Masse 13 und einem positiven Betriebsspannungs­ anschluß 15 geschaltet, wobei der Frequenzsteuereingang des Monoflops 5 an den Verbindungspunkt 17 zwischen dem Kondensator 7 und dem Widerstand 9 angeschlossen ist. Der Widerstand 11 ist in Serie zu einer Diode 19 parallel zum Widerstand 9 zwischen den Betriebsspannungsanschluß 15 und den Verbindungspunkt 17 angeschlossen. Die Diode 19 ist für die Betriebsspannung in Durchlaßrichtung gepolt.

An den Ausgang des Monoflops 5 ist über eine Entkoppe­ lungsdiode 21 eine Integrationsschaltung bestehend aus einem an Masse 13 angeschlossenen Kondensator 23 und einem den massefernen Anschluß des Kondensators 23 mit dem Be­ triebsspannungsanschluß 15 verbindenden Ladewiderstand 25 angeschlossen. Die Diode 21 ist mit dem Verbindungspunkt 27 zwischen dem Kondensator 23 und dem Ladewiderstand 25 verbunden und so gepolt, daß sie den Ausgang des Monoflops 5 von dem Verbindungspunkt 27 abkoppelt, wenn der Ausgang des Monoflops 5 "1"-Pegel hat und den Kondensator 23 kurz­ schließt, wenn der Ausgang des Monoflops 5 "0"-Pegel führt.

An den Verbindungspunkt 27 ist der nichtinvertierende Ein­ gang eines Komparators 29 angeschlossen, dessen invertie­ render Eingang an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, die durch die Spannungsteilerschaltung von zwei zwi­ schen Masse 13 und den Betriebsspannungsanschluß 15 ge­ schalteten Widerständen 31, 33 gebildet ist. An den Aus­ gang des Komparators 29 ist die Basis eines Schalttransi­ stors 35 angeschlossen, dessen Emitter mit Masse 13 ver­ bunden ist und dessen Kollektor das Signal des Ausgangs 3 liefert. Der Kollektor des Transistors 35 ist ferner über eine für die Betriebsspannung in Durchlaßrichtung gepolte Diode 37 mit dem Verbindungspunkt des Widerstands 11 und der Diode 19 verbunden. Bezogen auf den Verbindungspunkt sind die Dioden 19, 37 gleichsinnig gepolt. Die Dioden 19, 37 bilden zusammen mit dem Transistor 35 einen Schalter, der abhängig vom Ausgangspegel des Komparators 29 den Wi­ derstand 11 mit dem Verbindungspunkt 17 verbindet oder von dem Verbindungspunkt 17 abschaltet.

Der Frequenzschalter arbeitet wie folgt:

Für die folgende Erläuterung sei zunächst angenommen, daß der Widerstand 11 von dem Widerstand 9 abgeschaltet ist. Die Kippzeit des Monoflops 5 wird damit ausschließlich für die Kapazität C 7 des Kondensators 7 und den Widerstands­ wert R 9 des Widerstands 9 bestimmt. Die Kippzeit T 1 be­ trägt R 9×C 7. Solange die Rate der am Eingang 1 zugeführ­ ten Impulsfolge kleiner ist als der Kehrwert der Kippzeit T 1, d.h. der Pulsbreite der von dem Monoflop 5 abgegebenen Impulse, erscheinen am Ausgang des Monoflops 5 ebenfalls Rechteckimpulse. Ist die Impulsrate größer als der Kehr­ wert der Pulsbreite, so erscheint am Ausgang des Monoflops 5 ein Gleichspannungs-"1"-Pegel. Das Monoflop 5 liefert damit abhängig von seiner die Pulsbreite bestimmenden Be­ schaltung ein Impulssignal bzw. ein Gleichspannungssignal, je nachdem, ob die Impulsrate seines Eingangssignals klei­ ner oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Der Komparator 29 wandelt in Verbindung mit der Integra­ tionsschaltung des Kondensators 23 und des Widerstands 25 das für den frequenzniedrigeren Schaltzustand des Fre­ quenzschalters von dem Monoflop 5 erzeugte Rechtecksignal ebenfalls in ein Gleichspannungssignal um, womit am Aus­ gang 3 ein zweipegeliges Gleichspannungssignal abgegeben wird. Die Integrationszeitkonstante T 2 der Integrations­ schaltung ist gleich dem Produkt aus der Kapazität C 23 des Kondensators 23 und dem Wert R 25 des Widerstands 25 und beträgt ein Mehrfaches der Kippzeit T 1, d.h. der Pulsbrei­ te des Monoflops 5. Solange der Ausgangspegel des Mono­ flops 5 "1"-Pegel hat, wird der Kondensator 23 über den Widerstand 25 geladen und die Spannung am Verbindungspunkt 27 steigt an. Bei "0"-Pegel am Ausgang des Monoflops 5 wird der Kondensator 23 entladen. Die Spannung am Verbin­ dungspunkt 27 folgt damit den Ausgangsimpulsen des Mono­ flops 5. Die Bezugsspannung am invertierenden Eingang des Komparators 29 ist so eingestellt, daß der Schaltpunkt des Komparators 29 nicht überschritten wird, solange das Mono­ flop 5 ein Impulsausgangssignal hat. Das Potential am Ver­ bindungspunkt 27 kann den Bezugsspannungspegel des Kompa­ rators 29 erst dann überschreiten, wenn das Monoflop 5 nach Erreichen der Frequenzschwelle ein Gleichspannungs­ signal abgibt. Das Ausgangssignal des Komparators 29 ist damit ein zweipegeliges Gleichspannungssignal, welches den Transistor 35 und damit den Ausgang 3 steuert.

Die Widerstände 9, 11 ermöglichen eine Schalthysterese des Frequenzschalters. Unterhalb der Frequenzschwelle des Fre­ quenzschalters führt der Komparator 29 an seinem Ausgang einen "0"-Pegel, womit der Transistor 35 an seinem Kollek­ tor über einen Lastwiderstand 38 "1"-Potential bzw. das Potential des Betriebsspannungsanschlusses 15 hat. Die Diode 37 ist damit in Sperrrichtung vorgespannt, und der Widerstand 11 ist über die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 19 für den vom Betriebsspannungsanschluß 15 zur Masse 13 fließenden Ladestrom des Kondensators 7 dem Widerstand 9 parallel geschaltet. Die Kippzeit T 1 des Monoflops 5 wird damit durch die Parallelschaltung der Widerstände 9 und 11 bestimmt. Oberhalb der Frequenzschwelle führt der Ausgang des Kompa­ rators 29 "1"-Potential, und der Transistor 35 ist durch­ geschaltet. Der Kollektor des Transistors 35 befindet sich nahezu auf Massepotential, womit die Diode 37 in Durchlaß­ richtung vorgespannt ist und die Diode 19 in Sperrichtung auf Massepotential zieht. Der Widerstand 11 ist damit vom Verbindungspunkt 17 abgekoppelt, und die Kippzeit T 1 des Monoflops 5 wird nur noch durch den Widerstand 9 bestimmt. Die Kippzeit des Monoflops 5 ist damit oberhalb der Fre­ quenzschwelle des Frequenzschalters größer als unterhalb der Frequenzschwelle, was einer Schalthysterese des Fre­ quenzschalters entspricht.

Claims (6)

1. Abhängig von der Rate einer Impulsfolge steuerbarer Frequenzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang eines durch Flanken der Impulsfolge nachtrig­ gerbaren Monoflops (5) eine Integrationsschaltung (23, 25) angeschlossen ist, deren Integrationssignal eine Schwellwertschaltung (29) steuert und daß die Integra­ tionszeitkonstante der Integrationsschaltung (23, 25) größer als die Kippzeit des Monoflops (5) ist.

2. Frequenzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Integrationszeitkonstante ein Mehrfaches der Kippzeit beträgt.

3. Frequenzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Integrationsschaltung (23, 25) einen Kondensator (23) aufweist, der über einen Wider­ stand (25) an eine Spannungsquelle (15) angeschlossen ist, daß der Ausgang des Monoflops (5) über eine Diode (21) an den Verbindungspunkt (27) des Kondensators (23) und des Widerstands (25) angeschlossen ist und daß die Schwellwertschaltung (29) einen die Spännung an dem Verbindungspunkt (27) mit einer Bezugsspannung verglei­ chenden Komparator (29) aufweist.

4. Frequenzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Kippzeit ein Kondensator-Widerstandsnetzwerk (7, 9, 11) an das Monoflop (5) angeschlossen ist, daß das Kondensator- Widerstandsnetzwerk (7, 9, 11) mehrere Widerstände (9, 11) aufweist, von denen wenigstens einer (11) über einen steuerbaren Schalter (19, 35, 37) mit dem Netz­ werk verbunden ist und daß die Schwellwertschaltung (29) den steuerbaren Schalter (19, 35, 37) steuert.

5. Frequenzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kondensator-Widerstandsnetzwerk (7, 9, 11) zwei Widerstände (9, 11) aufweist, von denen ein erster Widerstand (9) zusammen mit einem Kondensator (7) ein die Kippzeit des Monoflops (5) festlegendes R-C-Glied bildet, daß der zweite Widerstand (11) über eine Seriendiode (19) dem ersten Widerstand (9) parallel­ geschaltet ist und daß die Schwellwertschaltung (29) über eine Steuerdiode (37) an den Verbindungspunkt der Seriendiode (19) und des zweiten Widerstands (11) an­ geschlossen ist.

6. Frequenzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schwellwertschaltung (29) einen Schalt­ transistor (35) steuert, dessen Kollektor-Emitter- Strecke in Serie zur Steuerdiode (37) 1iegt.