EP0645686B1 - Schaltungsanordnung zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern mit einer konstanten Spannung - Google Patents

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EP0645686B1
EP0645686B1 EP93115240A EP93115240A EP0645686B1 EP 0645686 B1 EP0645686 B1 EP 0645686B1 EP 93115240 A EP93115240 A EP 93115240A EP 93115240 A EP93115240 A EP 93115240A EP 0645686 B1 EP0645686 B1 EP 0645686B1
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transistor
diode
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voltage source
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/46—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
    • G05F1/56—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/46—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
    • G05F1/56—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/577—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices for plural loads

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement according to the Preamble of claim 1.
  • Such circuit arrangements are e.g. used in motor vehicles where different Control units (e.g. for engine control, transmission control, anti-lock and anti-slip control etc.) work with a number of sensors.
  • Control units e.g. for engine control, transmission control, anti-lock and anti-slip control etc.
  • a sensor system with several external sensors and with digital Signal processing for a motor control is e.g. in the specialist book Walter Heywang, sensor technology, 3rd edition, Springer-Verlag, 1988, pages 251 to 253.
  • a circuit with a reference voltage source is known from EP 0 524 498 A2 known which one stream for several Consumers should keep constant or limit, regardless of changes in the supply voltage.
  • the invention has for its object a circuit arrangement to create which one of the reference voltage of the Control unit corresponding voltage short-circuit proof for supply external sensors.
  • a control unit 1 (FIG. 1) is with an operating voltage source 2 connected, in the present case the battery one Motor vehicle.
  • a load resistor in the form of a sensor 3 lies between an output 4 of the circuit arrangement and a ground connection labeled GND.
  • a first current source 6 is connected to the collector as Emitter follower connected transistor 7 connected. This Current source 6 may limit a short circuit current via sensor 3 to ground. The voltage drop across the base-emitter path of the transistor 7 is a diode 8 compensated. The diode 8 is located between a second current source 9 and a reference voltage source 10. The of the Operating voltage source 2 supplied operating voltage Vbat (see FIG. 2) of the circuit arrangement 1 must be larger than that reference voltage supplied by the reference voltage source 10 (Vref) be. The second current source 9 drives a constant Current through the diode 8 and thus prevents one Passage of the operating voltage to the supply voltage for the sensor 3.
  • the reference voltage is from the emitter follower transistor 7 buffered to the sensor 3 acting as a load resistor posed.
  • “buffered” means that the reference voltage source 10 no electricity is drawn and that it consequently is not burdened by the load resistance.
  • control unit 1 Other components of the control unit 1 are not shown here described, since it does not affect the invention and on the other hand in various versions in general are known and described in many publications.
  • Two transistors Q3 and Q4, which - as can be seen from the drawing - Are connected as emitter followers the transistor 7 of Figure 1.
  • Their base is in each case a resistor R7 or R6 to a further transistor Q6 connected by connecting its base to its Collector is connected as a diode and the diode 8 of Figure 1 corresponds.
  • the connected to a load resistor RL1 or RL2 Emitters of transistors Q3 and Q4 each form an output 4 or 5 of the circuit arrangement, on each of which identical to the reference voltage Vref of the control unit Voltage short-circuit proof as supply or operating voltage is provided for the sensors 3.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Schaltungsanordnungen werden z.B. in Kraftfahrzeugen verwendet, in denen unterschiedliche Steuergeräte (z.B. für die Motorsteuerung, die Getriebesteuerung, die Antiblockier- und die Antischlupfregelung usw.) mit einer ganzen Anzahl von Sensoren zusammenarbeiten. Ein Sensorsystem mit mehreren externen Sensoren und mit digitaler Signalverarbeitung für eine Motorsteuerung ist z.B. in dem Fachbuch Walter Heywang, Sensorik, 3. Auflage, Springer-Verlag, 1988, Seiten 251 bis 253 beschrieben.
Aus der EP 0 524 498 A2 ist eine Schaltung mit einer Referenzspannungsquelle bekannt, welche einen Strom für mehrere Verbraucher konstant halten oder begrenzen soll, unabhängig von Änderungen der Versorgungsspannung.
Externe Sensoren messen oft ratiometrisch, d.h. das Verhältnis von der Meßspannung zu der Betriebsspannung ist von der Meßgröße abhängig. Dabei stellt das Steuergerät die Betriebsspannung für den Sensor zur Verfügung. Da das Steuergerät die Sensorspannung ebenfalls ratiometrisch wandelt - der gewandelte Meßwert entspricht dem Verhältnis zwischen der Meßspannung und einer Referenzspannung -, sollte die Betriebsspannung des Sensors identisch sein mit der Referenzspannung des Steuergeräts. Ein denkbares direktes Herausführen der Referenzspannung aus dem Steuergerät, um den Sensor zu versorgen, verbietet sich aber wegen der in der Kraftfahrzeugtechnik für alle Ausgänge von Steuergeräten geforderten Kurzschlußfestigkeit.
Bei bisher in der Praxis bekannten Sensorsystemen wird jeder Sensor von einem separaten Spannungsregler gespeist. Die dabei unvermeidliche Differenz zwischen der Referenzspannung des Steuergeräts und der Versorgungsspannung des Sensors geht als multiplikativer Fehler in die Sensorspannung und damit in das Meßergebnis ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche eine der Referenzspannung des Steuergeräts entsprechende Spannung kurzschlußfest zum Versorgen externer Sensoren zur Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1
ein mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung versehenes Steuergerät als Prinzipschaltbild, und
Figur 2
einen Schaltplan der Schaltungsanordnung nach Figur 1.
Ein Steuergerät 1 (Figur 1) ist mit einer Betriebsspannungsquelle 2 verbunden, im vorliegenden Fall die Batterie eines Kraftfahrzeugs. Ein Lastwiderstand in Form eines Sensors 3 liegt zwischen einem Ausgang 4 der Schaltungsanordnung und einem mit GND bezeichneten Masseanschluß.
Eine erste Stromquelle 6 ist mit dem Kollektor eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 7 verbunden. Diese Stromquelle 6 begrenzt gegebenenfalls einen Kurzschlußstrom über den Sensor 3 nach Masse. Der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 7 wird von einer Diode 8 kompensiert. Die Diode 8 liegt zwischen einer zweiten Stromquelle 9 und einer Referenzspannungsquelle 10. Die von der Betriebsspannungsquelle 2 gelieferte Betriebsspannung Vbat (vgl. Fig. 2) der Schaltungsanordnung 1 muß größer als die von der Referenzspannungsquelle 10 gelieferte Referenzspannung (Vref) sein. Die zweite Stromquelle 9 treibt einen konstanten Strom durch die Diode 8 und verhindert damit einen Durchgriff der Betriebsspannung auf die Versorgungsspannung für den Sensor 3.
Die Referenzspannung wird von dem Emitterfolger-Transistor 7 gepuffert dem als Lastwiderstand wirkenden Sensor 3 zur Verfügung gestellt. Dabei bedeutet "gepuffert", daß der Referenzspannungsquelle 10 kein Strom entnommen wird und daß sie demzufolge durch den Lastwiderstand nicht belastet wird.
Weitere Bestandteile des Steuergeräts 1 werden hier nicht beschrieben, da sie zum einen von der Erfindung nicht berührt werden und zum anderen in vielfältigen Ausführungen allgemein bekannt und in vielen Druckschriften beschrieben sind.
Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach Figur 1 sind aus dem Schaltplan nach Figur 2 ersichtlich. Die beschriebene Erzeugung der Versorgungsspannung wird hier mehrfach genutzt, wobei in dem Ausführungsbeispiel zwei Ausgangsspannungen für zwei externe Sensoren oder Lastwiderstände RL1 und RL2 erzeugt werden. Zwei Transistoren Q1 und Q2 entsprechen jeweils der ersten Stromquelle 6 von Figur 1. Ihre Emitter sind über je einen Widerstand R1 bzw. R2 mit dem Pluspol der Batterie oder Betriebsspannungsquelle 2 verbunden, ihre Basis ist über einen Widerstand R4 bzw. R5 mit dem Verbindungspunkt eines aus zwei Dioden D1 und D2 sowie einem Widerstand R8 gebildeten Spannungsteilers verbunden. An diesem Verbindungspunkt liegt auch die Basis eines Transistors Q5, der der Stromquelle 9 von Figur 1 entspricht und dessen Emitter über einen Widerstand R3 an dem Pluspol der Batterie liegt.
Zwei Transistoren Q3 und Q4, die - wie aus der Zeichnung ersichtlich - als Emitterfolger geschaltet sind, entsprechen dem Transistor 7 von Figur 1. Ihre Basis ist jeweils über einen Widerstand R7 bzw. R6 an einen weiteren Transistor Q6 angeschlossen, der durch Verbinden seiner Basis mit seinem Kollektor als Diode geschaltet ist und der Diode 8 von Figur 1 entspricht. Damit läßt sich eine höhere Genauigkeit der Ausgangsspannung der Emitterfolger Q3 und Q4 erreichen, da bei Verwendung von Transistoren des gleichen Typs ihre Basis-Emitter-Spannungen besser übereinstimmen als bei Verwendung einer normalen Diode.
Dioden D3 und D4, die zwischen dem Emitter des Transistors Q3 bzw. Q4 und deren jeweiliger Basis liegen, schützen die Transistoren Q3 und Q4 im Falle eines Kurzschlusses gegen die Betriebsspannung Vbat vor einer zu großen Emitter-Basis-Spannung. Die mit einem Lastwiderstand RL1 oder RL2 verbundenen Emitter der Transistoren Q3 bzw. Q4 bilden jeweils einen Ausgang 4 bzw. 5 der Schaltungsanordnung, an dem jeweils eine mit der Referenzspannung Vref des Steuergerätes identische Spannung kurzschlußfest als Versorgungs- oder Betriebsspannung für die Sensoren 3 zur Verfügung gestellt wird.
Als Dimensionierungsbeispiel des Schaltplans nach Figur 2 seien folgende Werte und Bauteilebezeichnungen aufgeführt:
  • R1 = 39 Ω   R5 = 10 kΩ
  • R2 = 39 Ω   R6 = 2,2 kΩ
  • R3 = 120 Ω   R7 = 2,2 kΩ
  • R4 = 10 kΩ   R8 = 22 kΩ
  • RL1 = RL2 = 2 kΩ
  • D1 = D2 = D3 = D4 = Dioden des Typs 1n148
  • Q1 = Q2 = Q5 = Transistoren Bc807
  • Q3 = Q4 = Q6 = Transistoren Bc817
  • Vbat = 14 Volt Gleichspannung
  • Vref = 5 Volt Gleichspannung

    • Claims (5)

    1. Schaltungsanordnung zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern (3), insbesondere von Sensoren in einem Kraftfahrzeug, mit einer für ihren Betrieb erforderlichen konstanten Spannung (Vref), die aus einer Betriebsspannungsquelle (2) erzeugt wird,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß wenigstens eine erste Reihenschaltung, bestehend aus einer ersten Stromquelle (6, Q1), einem als Emitterfolger geschalteten Transistor (7, Q3) und einem Verbraucher (3), und eine zweite Reihenschaltung, bestehend aus einer zweiten Stromquelle (9, Q5), einer Diode (8, Q6) und einer Referenzspannungsquelle (10), jeweils parallel zur Betriebsspannungsquelle (2) angeordnet sind, und daß die Basis des Transistors (7, Q3) mit der Anode der Diode (8, Q6) verbunden ist.
    2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromquelle (6) einen Transistor (Q1, Q2) enthält, dessen Emitter über einen Widerstand (R1, R2) mit dem Pluspol der Betriebsspannungsquelle (2), dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors (7, Q3, Q4), und dessen Basis über einen Widerstand (R4, R5) mit dem Abgriff eines parallel zur Betriebsspannungsquelle (2) liegenden Spannungsteilers (D1, D2, R8) verbunden ist.
    3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (8) ein als Diode geschalteter Transistor (Q6) ist.
    4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromquelle (9) einen Transistor (Q5) enthält, dessen Emitter über einen Widerstand (R3) mit dem Pluspol der Betriebsspannungsquelle (2), dessen Kollektor mit der Anode der Diode (8, Q6) und dessen Basis mit dem Abgriff des Spannungsteilers (D1, D2, R8) verbunden ist.
    5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (7, Q3, Q4) als Emitterfolger mit einer Diode (D3, D4) in Durchlaßrichtung vom Emitter zur Basis beschaltet ist, dessen Basis über einen Widerstand (R7, R6) mit der Anode der Diode (8, Q6) verbunden ist, und zwischen dessen Emitter, an dem die konstante Spannung (Vref) zur Verfügung steht, und dem Minuspol (GND) der Betriebsspannungsquelle (2) der Verbraucher (3) angeordnet ist.
    EP93115240A 1993-09-21 1993-09-21 Schaltungsanordnung zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern mit einer konstanten Spannung Expired - Lifetime EP0645686B1 (de)

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