DE4314056C2 - Schaltanordnung zum Herstellen einer oberwellenfreien Spannung aus der Bordnetzspannung von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Schaltanordnung zum Herstellen einer oberwellenfreien Spannung aus der Bordnetzspannung von Kraftfahrzeugen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kraftfahrzeug-Bordnetze sind aufgrund verschiedener Ursachen wie Generatoroberwelligkeit und getaktete Verbraucher mit Oberwelligkeit behaftet. Die Amplitude dieser Störung kann bis in die Größenordnung einiger Volt gehen. Die Frequenzen liegen im Bereich von unter hundert Hertz bis einigen Kilohertz.
Bei verschiedenen Anwendungen sind diese Oberwellen äußerst störend und müssen durch aufwendige Filtermaßnahmen mit großvolumigen Spulen und Kondensatoren beseitigt wer den. Dies gilt beispielsweise im Audio-Bereich. Bei anderen Anwendungen mit großem Strombedarf, z. B. Gleichstromverstelleinheiten mit Auswertungen der durch den Verstellmotor verursachten Stromschwankungen, sind solche Filtermaßnahmen nur mit großem schaltungstechnischem Aufwand zu realisieren.
Aus der DE 38 34 880 C2 ist in diesem Zusammenhang eine Regeleinrichtung zum Unterdrücken von Störsignalen bei einem über ein Stellglied gleichspannungsversorgten Verbraucher bekannt. Dort sind zwei Regelschleifen vorgesehen. Das Gesamtsignal, bestehend aus Nutzsignal und störenden Wechselanteilen wird mittels eines ersten Operationsverstärkers mit einem Referenzsignal verglichen zur Aufbereitung eines Stellsignals für das Stellglied. Über einen kapazitiven Sensor wird das Störsignal erfaßt und gegenphasig an dem Verbindungspunkt zwischen Ausgang des Stellgliedes und einem zum Verbraucher führenden Widerstand gelegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zu Verfügung stehende Bordnetzspannung praktisch frei von Oberwellen ist und der dafür erforderliche schaltungstechnische Aufwand gering gehalten ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Durch den Regler wird die Bordnetzspannung auf den minimalen oberwellenfreien Wert eingestellt. Die überlagerten Welligkeiten werden aktiv auf den Wert Null bedämpft. Damit wird nur dann eine nennenswerte Verlustleistung erzeugt, wenn tatsächlich Oberwellen vorhanden sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 beschrieben. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Arbeitsweise des Reglers nach tiefen Frequenzen und nach hohen Frequenzen hin zu begrenzen. Der dann abgedeckte Frequenzbereich liegt in etwa zwischen den eingangs angegebenen Werten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt eine Schaltanordnung der erfindungsgemäßen Art, die mit einem elektronischen Steuerelement, z. B. zur Verbraucherabschaltung, integriert ist.
Das schematisch dargestellte Steuerelement 1 ist am Pluspol des Bordnetzes (Klemme 30) angeschlossen und an seinem Ausgang (Klemme 30A) mit einem nicht dargestellten Verbraucher verbunden. Die an Klemme 30 und der zum Steuerelement 1 führenden Leitung 2 vorliegende Bordnetzspannung ist mit Oberwellen behaftet, die sich einem Grundwert überlagern. Dies ist schematisch in dem bei Klemme 30 liegenden Diagramm dargestellt. Anstelle einer Vielzahl verschiedener Frequenzen ist lediglich eine Störung mit vorgegebener Frequenz, allerdings stark vergrößert dargestellt.
Am Eingang des Steuerelements 1 ist der Ausgang eines Reglers 3 angeschlossen, der über seinen invertierenden Eingang 3 1, auf die Klemme 30A rückgekoppelt ist und der an seinem nichtinvertierenden Eingang 3 2 mit einem Sollwertspeicher in Form einer Differenzverstärkers 4 verbunden ist. Die beiden Eingänge des Differenzverstärkers 4 sind über RC-Glieder an der Leitung 2 angeschlossen. Dabei ist das erste RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 7 und einem Kondensator 8 als Tiefpaß ausgelegt, dessen Eckfrequenz bei der höchsten Frequenz der kompensierenden Störungen, beispielsweise bei einigen kHz liegt. Das zweite RC- Glied, bestehend aus einem Widerstand 9 und einem Kondensator 10, besitzt ebenfalls Tiefpaßcharakteristik. Seine Eckfrequenz liegt aber wesentlich niedriger im Bereich von einigen hundert Hz.
Ausgangsseitig ist der Differenzverstärker 4 mit seinem invertierenden Eingang über eine gegengepolte Diode 11 verbunden, so daß sich am Kondensator 10 der Grundwert der Bordnetzspannung, d. h. der maximal mögliche oberwellenfreie Wert einstellt. Dieser ist, bezogen auf die obervellenbehaftete Eingangsspannung der Bordnetzspannung, gleich dem minimalen Wert dieser Spannung.
Zusätzlich ist eine Spannungsaufbereitungsschaltung 12 vorgesehen, die schematisch dargestellt ist und die die Versorgung des Reglers 3 übernimmt. Ein über den Eingang 13 der Spannungsaufbereitungsschaltung 12 aufgegebener Schaltbefehl führt zur Aktivierung des Reglers 3. Dieser erhält an seinem nicht­ invertierenden Eingang 3 2 den Spannungswert, der am Knotenpunkt 6' des zweiten RC-Glieds vorliegt. Dieser Wert ist, bedingt durch die Arbeitsweise der Diode 11 und ihre Verschaltung gleich dem Grundwert der Bordnetzspannung. Dem Grundwert überlagerte Spannungsschwankungen werden durch den Regler 3 kompensiert, so daß auch an der Klemme 30A der Grundwert der Bordnetzspannung vorliegt. Damit liegt am Ausgang 30A eine geglättete und auf den Grundwert reduzierte Bordnetzspannung vor.
Liegt am Eingang 13 keine Spannung an, so ist der Regler 3 und damit auch das Steuerelement 1 ausgeschaltet. Die Klemme 30A ist damit spannungslos. Damit ergibt sich eine Schaltanordnung, die ohne besonderen Aufwand mit einem bereits vorhandenen Schaltelement, hier einem elektronischen Relais als Steuerelement 1, integriert werden kann. Der Platzbedarf ist gering. Die erzielbare Dämpfung der Oberwellen ist nahezu unabhängig vom Laststrom.

Claims (2)

1. Schaltanordnung zum Herstellen einer welligkeitsfreien Spannung aus der Bordnetzspannung von Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch einen Regler (3), der die Bordnetzspannung auf einen Wert begrenzt, der gleich dem minimalen welligkeitsfreien Wert (i. f.: Grundwert) dieser Spannung ist und der eingangsseitig mit dem Grundwert der Bordnetzspannung beaufschlagt ist, die aus dem Ausgangssignal eines Differenzverstärkers (4) gebildet ist, dem an einem Eingang (5) die Bordnetzspannung und dem am anderen Eingang (6) der Grundwert der Bordnetzspannung zugeführt ist und daß dieser Grundwert durch Rückführung des Ausgangssignals des Differenzverstärkers auf den anderen Eingang (6) über eine gegengekoppelte Diode (11) gebildet ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzverstärker (4) an seinem einen Eingang (5) die Bordnetzspannung über einen Tiefpaß (7, 8) zugeführt ist, dessen Eckfrequenz bei der höchsten Frequenz der zu kompensierenden Störungen liegt und daß der andere Eingang (6) des Differenzverstärkers (4) außerdem über einen weiteren Tiefpaß (9, 10) an der Bordnetzspannung liegt, dessen Eckfrequenz wesentlich niedriger als die des erstgenannten Tiefpasses (7, 8) ist.
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