EP0860762A2 - Circuit and method for generating a DC output voltage - Google Patents
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- EP0860762A2 EP0860762A2 EP98101782A EP98101782A EP0860762A2 EP 0860762 A2 EP0860762 A2 EP 0860762A2 EP 98101782 A EP98101782 A EP 98101782A EP 98101782 A EP98101782 A EP 98101782A EP 0860762 A2 EP0860762 A2 EP 0860762A2
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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
- G05F1/462—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
- G05F1/465—Internal voltage generators for integrated circuits, e.g. step down generators
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/18—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes
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- G—PHYSICS
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- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F5/00—Systems for regulating electric variables by detecting deviations in the electric input to the system and thereby controlling a device within the system to obtain a regulated output
Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement for generating a DC supply voltage as a function of an input DC voltage according to the preamble of claim 1 and a Method for generating a DC supply voltage for a signal generator unit according to claim 7.
- Such circuit arrangements are used to e.g. Sensors with downstream signaling unit with a voltage that is designed so that fluctuations in the DC input voltage Functionality of the unit to be supplied is not endangered. It has The voltage difference with which the Supply voltage for the consumer below the input voltage is, as shown in Figure 1, up to a first value of the input voltage to keep to a first, constant value and from one certain value of the input voltage to a second larger value to keep constant. In the intermediate transition area, in Normal operation, the supply voltage remains constant and is regardless of the input voltage.
- DE 41 31 170 A teaches a device in which means a Zener diode (Z diode) and a comparator and a controllable Current source a supply voltage is generated, which is in Intervals changes depending on the input voltage.
- Z diode Zener diode
- a comparator a comparator
- a controllable Current source a supply voltage is generated, which is in Intervals changes depending on the input voltage.
- This arrangement also proves due to its complexity, especially the controllable power source, as too complex and expensive.
- the supply voltage is a non-constant DC input voltage, for example a battery, won and for the Signaling unit provided.
- a preferred area of application for such methods is the coupling of decentralized sensor systems with central control electronics in motor vehicles, where the outsourced sensors and the associated signal generator units no longer directly from the vehicle electrical system voltage, but instead indirectly supplied by the central control unit using a current interface will.
- the changes in current are made by the central control unit of the power supply line to the outsourced signal generator unit.
- the object of the invention is to produce a circuit arrangement specify a DC supply voltage with that described above DC supply voltage curve as a function of the DC input voltage can be achieved in a simple manner.
- the task is furthermore, a method for generating a DC supply voltage to show for a signaling unit in which fluctuations in DC input voltage largely does not transmit the current signal hinder.
- the task is through the features of claim 1 for the Circuit arrangement and solved by claim 7 for the method.
- the circuit arrangement generates the desired profile of the DC supply voltage depending on the input DC voltage by means of a surprisingly simple circuit arrangement based on two zener diode arrays.
- Advantageous developments of the invention are described in claims 2 to 6. These describe in particular the dimensioning of the individual components.
- the control loop tracking according to claim 5 enables a non-reactive Current decoupling of the circuit arrangement.
- a DC supply voltage is provided, which over a Control circuit the DC supply voltage at the connection to the signal generator unit tracks the generated DC supply voltage without retroactive effect.
- Three connected input voltage intervals are preferred distinguished.
- the DC supply voltage of the input DC voltage is increased by one constant first amount reduced tracking, resulting in an emergency operation the signaling unit is guaranteed and also the Evaluation circuit can evaluate the signals of the signal generator unit, too if these are reduced.
- a subsequent second Voltage interval becomes the supply voltage with a constant nominal amount provided. This means that voltage compensation takes place for the normal operating state. However, if the DC input voltage exceeds this second voltage interval, follows DC supply voltage reduced by a second constant amount the input DC voltage.
- the inventive solution also ensures outside the compensated voltage range in normal operation defined states on the signaling unit and thus a the best possible maintenance of the operation of the signaling unit and the evaluation circuit, for example in the event of input voltage fluctuations.
- This Methods so advantageous for signal transmission by means of the signal stream can be extremely simple and effective through the circuit arrangement Realize according to one of claims 1 to 5, and in principle also other circuit arrangements, such as from the not yet disclosed Patent application DE 196 07 802 (EP 0 793 159) for generating the three Voltage intervals can be used.
- This circuitry then need to proceed according to the characteristics of claim 7 in the control loop, the output voltage at the connection to the signal generator unit (Sat) of the generated DC supply voltage tracks and ensures freedom of feedback.
- FIG. 1 shows the three voltage intervals I 1 , I 2 , I 3 of the input DC voltage U batt and the assigned supply voltage U out on the output side.
- the first interval I 1 the DC supply voltage of the input DC voltage U batt is tracked reduced by a constant first amount ⁇ U 1 in this area.
- the supply voltage U out is maintained at the desired nominal voltage Unom.
- an output voltage U out is generated in the voltage interval I 3 , which follows the input voltage U batt reduced by a second constant amount ⁇ U 2 .
- the possible circuitry implementation is explained in more detail in connection with FIGS. 3 and 5.
- FIG. 1 first generates the DC supply voltage U z from the DC input voltage, while the control circuit 2 produces the output voltage U out at the connection to the unit to be supplied (for example a signal transmitter unit (Sat), see exemplary embodiment according to FIG 3) the DC supply voltage U z generated by the circuit arrangement 1 leads to.
- a signal transmitter unit see exemplary embodiment according to FIG 3
- the current pulses I signal generated by the signal transmitter unit Sat in the exemplary embodiment explained in more detail in FIG. 3 do not lead to fluctuations in the applied output voltage U out , since the interposed control circuit 2 immediately compensates for this, without having any effect on the circuit arrangement 1.
- Figures 3 and 5 show the input with the non-compensated, non-constant input DC voltage U Batt , for example a connection to a car battery.
- I 1 there is a first current path I 1 and a second current path I 2 parallel to it.
- I 1 a number n of diodes D 1 ... D n connected in series are arranged poled in the forward direction, the number n of diodes D determining the first constant amount ⁇ U 1 .
- these are connected to ground via a first resistor R 1 , so that a diode current is created which is so large that the diodes D 1 ...
- the last diode in FIG. 3 D 2 , in FIG. 5 D n
- the last diode is connected to the output of the DC supply voltage U z via a second, high-resistance resistor R 2 .
- the output of the DC supply voltage U z is connected to ground via a third resistor R 3 and a second Z-diode arrangement Z 2 in series therewith.
- the Zener voltage of the Z 2 is the DC supply voltage U z is reduced by the voltage drop U D via the diodes D 1 ... D n constant for the input DC voltage U Batt tracked until reaching. If the input DC voltage U Batt now exceeds the value of Z 2 , the second Zener diode Z 2 becomes conductive. The current through the diodes D 1 ... D n can thus flow to ground both via the resistor R 1 and in parallel to it through the series arrangement of R 2 , R 3 and Z 2 .
- a voltage divider is formed from the resistors R 2 and R 3 , with R 2 being chosen to be higher by a factor of 100 than R 3 by a factor of 100, so that a change in voltage of the input DC voltage U Batt is smaller by a factor of 100 and is therefore not detectable by D 1. .D n works. Compensation for the DC input voltage changes, e.g. the battery voltage fluctuations, is achieved. However, if the input DC voltage U Batt exceeds a value which is around UZ 2 plus UZ 1 , the first Zener diode Z 1 in the second current path I 2 also becomes conductive. This bridges the diodes and the resistor R 2 . The voltage divider between R 2 and R 3 is eliminated.
- the DC supply voltage U z now follows in a second constant amount ⁇ U 2 of the input DC voltage U Batt , the second amount ⁇ U 2 being largely determined by the voltage UZ 1 .
- the Zener diode arrangements Z 1 and Z 2 can be implemented both simple Z diodes and temperature compensated Zener diode arrangements, for example by connecting them in series with temperature compensating diodes with correspondingly different temperature coefficients.
- the desired dependency of the DC supply voltage U z on the applied DC input voltage U batt arises .
- this embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 5 can also be used advantageously for other uses than that shown in FIG. 3, that is to say without a signal transmitter unit for current signaling and an associated evaluation circuit or the control circuit 2, due to its simplicity.
- circuit arrangement discussed 1 shows the overall arrangement according to FIG. 3, this shows the preferred use the circuit arrangement for the voltage supply of a signal generator unit Sat, which is controlled via a control circuit 2.
- a control circuit 2 instead of the particularly preferred embodiment of the circuit arrangement 5 could in principle also be another suitable one Circuit arrangement, for example in DE 196 07 802 (EP 0 793 159) described, can be arranged before the control loop 2, the design 5 already described Has advantages.
- the control circuit 2 compares the output voltage U out with the DC supply voltage U z present on the input side.
- the signal transmitter unit Sat has a closed-circuit current path I R and a signal current path I signal . As is known, this can be achieved, for example, by switchable signal loads.
- the evaluation circuit I mess is arranged between the control circuit 2 and the recompensated input of the circuit arrangement 1 which is at U batt and is formed via a current mirror, formed from the transistors T 2 and T 3 , as well as the resistors RM 1 and RM 2 and a constant current source the signal sent by the transmitter unit satellite signal current I evaluates signal by a comparator K 2 compares the voltage drops across the resistors RM 1 and RM 2 and the output signal S passes to further processing, for example to a microprocessor.
- the control circuit 2 is formed from a comparator K 1 , at the output of which there is the resistor R K and the transistor T K , the transistor T K being connected as a series transistor with the base to the comparator K 1 and with the emitter to the signaling unit Sat.
- the DC supply voltage U z generated by the circuit arrangement 1 is compared in the comparator K 1 with U out and U out is readjusted accordingly.
- the current pulses I signal in the amount of 40 mA for signal transmission, which are considerable in this exemplary embodiment, act, decoupled by the control circuit 2, not on the supply voltage-generating circuit arrangement 1.
- the current pulses I signal are conducted quasi unaffected by the transistor TK to the current measuring evaluation circuit I mess and recognized there.
- the voltage across the evaluation circuit I mess is the difference between the DC input voltage U Batt and the output voltage U out at the signal generator unit Sat and the voltage drop across the transistor TK.
- the difference is limited by the method used and is therefore approximately between the amounts ⁇ U 1 and ⁇ U 2 .
- the functioning of the evaluation circuit I measurement is thus ensured by the circuit 1 and the control circuit 2, even if the DC input voltage U Batt strongly deviates from the desired nominal voltage Unom.
- FIG. 4 shows the functional curves of characteristic quantities in the circuit arrangement shown in FIG. 3.
- Figure 4a shows the current pulses I signal plus the constant quiescent current I r .
- Diagram 4b shows the output voltage U out at the signal transmitter unit Sat.
- the output voltage U out has extremely short excursions in the edge moments of the signal current I signal , but is immediately returned to the set operating point by the control circuit 2 by the base current in control circuit 2 responding ( see Fig. 4d).
- the signal arrives unadulterated at the output S of the evaluation circuit I mess (cf. FIG. 4c).
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer
Versorgungsgleichspannung in Abhängigkeit von einer Eingangsgleichspannung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein
Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung für eine Signalgebereinheit
gemäß dem Anspruch 7.The invention relates to a circuit arrangement for generating a
DC supply voltage as a function of an input DC voltage
according to the preamble of
Derartige Schaltungsanordnungen werden verwendet, um z.B. Sensoren mit nachgeordneter Signalgebereinheit mit einer Spannung zu versorgen, die so ausgestaltet ist, daß Schwankungen der Eingangsgleichspannung die Funktionsfähigkeit der zu versorgenden Einheit nicht gefährdet. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, die Spannungsdifferenz, mit dem die Versorgungsspannung für den Verbraucher unter der Eingangsspannung liegt, wie in der Figur 1 dargestellt, bis zu einem ersten Wert der Eingangsspannung auf einen ersten, konstanten Wert zu halten und ab einem bestimmten Wert der Eingangsspannung auf einen zweiten größeren Wert konstant zu halten. Im dazwischen liegenden Übergangsbereich, im Normalbetrieb, bleibt die Versorgungsspannung konstant und ist unabhängig von der Eingangsspannung.Such circuit arrangements are used to e.g. Sensors with downstream signaling unit with a voltage that is designed so that fluctuations in the DC input voltage Functionality of the unit to be supplied is not endangered. It has The voltage difference with which the Supply voltage for the consumer below the input voltage is, as shown in Figure 1, up to a first value of the input voltage to keep to a first, constant value and from one certain value of the input voltage to a second larger value to keep constant. In the intermediate transition area, in Normal operation, the supply voltage remains constant and is regardless of the input voltage.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist der Patentschrift DE 25 33 199 C3 zu entnehmen. Diese Schaltungsanordnung erzeugt den beschriebenen Verlauf der Versorgungsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung über eine komplexe Transistorschaltung, deren Realisierung aufwendig und mit erheblichen Kosten verbunden ist.Such a circuit arrangement is the patent DE 25 33 199 C3 remove. This circuit arrangement produces the course described the supply voltage depending on the input voltage a complex transistor circuit, the implementation of which is complex and expensive considerable costs.
Darüber hinaus lehrt die DE 41 31 170 A eine Vorrichtung, bei der mittels einer Zener-Diode (Z-Diode) und eines Komparators sowie einer steuerbaren Stromquelle eine Versorgungsspannung erzeugt wird, welche sich in Intervallen in Abhängigkeit von der anliegenden Eingangsspannung ändert. Auch diese Anordnung erweist sich aufgrund ihrer Komplexität, insbesondere der steuerbaren Stromquelle, als zu aufwendig und kostspielig.In addition, DE 41 31 170 A teaches a device in which means a Zener diode (Z diode) and a comparator and a controllable Current source a supply voltage is generated, which is in Intervals changes depending on the input voltage. This arrangement also proves due to its complexity, especially the controllable power source, as too complex and expensive.
Des weiteren sind im Stand der Technik weitere Schaltungsanordnungen zur Spannungsstabilisierung mit einer Z-Diode bekannt (vergleiche Tietze/Schenk: Halbleiterschaltungstechnik, 10. Auflage 1993, Seite 555 ff.).Furthermore, further circuit arrangements are available in the prior art Voltage stabilization with a Z-diode known (compare Tietze / Schenk: Semiconductor circuit technology, 10th edition 1993, page 555 ff.).
Aus dem oben genannten Stand der Technik sind auch Verfahren zum Erzeugen einer solchen Versorgungsgleichspannung zu entnehmen.From the prior art mentioned above are also methods for Generate such a DC supply voltage.
Die Versorgungsspannung wird dabei aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung, beispielsweise einer Batterie, gewonnen und für die Signalgebereinheit bereitgestellt. Die Signalübertragung von der Signalgebereinheit zu einer Auswerteschaltung erfolgt dabei durch der Versorgungsspannung aufgeprägte Stromimpulse, die für die Signalgebereinheit erforderliche Versorgungsgleichspannung wird vorzugsweise auf einen konstanten Nennbetrag gehalten, welcher eine sichere Signalübertragung und Signalwiedererkennung gewährleistet und außerdem für der Signalgebereinheit nachgeordnete Schaltungselemente, beispielsweise Sensoren, erforderlich ist.The supply voltage is a non-constant DC input voltage, for example a battery, won and for the Signaling unit provided. The signal transmission from the signal generator unit to an evaluation circuit is carried out by the supply voltage Imprinted current pulses for the signaling unit required DC supply voltage is preferably set to one kept constant nominal amount, which is a safe signal transmission and signal recognition guaranteed and also for the signal generator unit downstream circuit elements, for example sensors, is required.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet solcher Verfahren ist die Kopplung von dezentralen Sensorsystemen mit einer zentralen Steuerelektronik in Kraftfahrzeugen, wo die ausgelagerten Sensoren und die zugehörigen Signalgebereinheiten nicht mehr direkt von der Bordnetzspannung, sondern indirekt vom Zentralsteuergerät mittels einer Stromschnittstelle versorgt werden. Dabei werden vom Zentralsteuergerät die Stromänderungen auf der Energieversorgungsleitung zur ausgelagerten Signalgebereinheit ausgewertet.A preferred area of application for such methods is the coupling of decentralized sensor systems with central control electronics in motor vehicles, where the outsourced sensors and the associated signal generator units no longer directly from the vehicle electrical system voltage, but instead indirectly supplied by the central control unit using a current interface will. The changes in current are made by the central control unit of the power supply line to the outsourced signal generator unit.
Aufgrund der ohmschen und kapazitiven Anteile der Sensor- und Signalgebereinheit sowie der elektrischen Leitungen wirkt sich jede Spannungsänderung im Zentralsteuergerät als eine Stromänderung aus, die die aufgeprägten Stromimpulse stört. Die Signalauswertung ist somit besonders störanfällig gegenüber Versorgungsspannungsschwankungen.Because of the ohmic and capacitive components of the sensor and signal generator unit as well as the electrical lines, every voltage change affects in the central control unit as a current change that the imposed current impulses. The signal evaluation is therefore special susceptible to supply voltage fluctuations.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung anzugeben, mit der der oben beschriebene Verlauf der Versorgungsgleichspannung in Abhängigkeit der Eingangsgleichspannung auf einfache Weise erzielt werden kann. Aufgabe ist es weiterhin, ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung für eine Signalgebereinheit aufzuzeigen, bei dem Schwankungen der Eingangsgleichspannung die Stromsignalübertragung weitgehend nicht behindern.The object of the invention is to produce a circuit arrangement specify a DC supply voltage with that described above DC supply voltage curve as a function of the DC input voltage can be achieved in a simple manner. The task is furthermore, a method for generating a DC supply voltage to show for a signaling unit in which fluctuations in DC input voltage largely does not transmit the current signal hinder.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 für die
Schaltungsanordnung sowie durch den Anspruch 7 für das Verfahren gelöst.The task is through the features of
Die Schaltungsanordnung erzeugt den gewünschten Verlauf der Versorgungsgleichspannung
in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung
mittels einer überraschend einfachen Schaltungsanordnung, basierend auf
zwei Z-Diodenanordnungen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
werden in den Patentansprüchen 2 bis 6 beschrieben. Diese beschreiben insbesondere
die Dimensionierung der einzelnen Bauelemente. Die Regelkreisnachführung
gemäß Patentanspruch 5 ermöglicht eine rückwirkungsfreie
Stromentkopplung der Schaltungsanordnung.The circuit arrangement generates the desired profile of the DC supply voltage
depending on the input DC voltage
by means of a surprisingly simple circuit arrangement based on
two zener diode arrays. Advantageous developments of the invention
are described in
Die in dieser Schaltungsanordnung auf so vorteilhafte und einfache Weise umgesetzte rückkopplungsfreie Nachführung der Versorgungsspannung ist für ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung für eine Signalgebereinheit äußerst vorteilhaft einsetzbar.This is so advantageous and simple in this circuit arrangement implemented feedback-free tracking of the supply voltage for a method for generating a DC supply voltage for a Signaling unit can be used extremely advantageously.
Es wird in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung in mehreren
Intervallen eine Versorgungsgleichspannung bereitgestellt, die über einen
Regelkreis die Versorgungsgleichspannung am Anschluß zur Signalgebereinheit
der erzeugten Versorgungsgleichspannung rückwirkungsfrei nachführt.
Dabei werden vorzugsweise drei zusammenhängende Eingangsspannungsintervalle
unterschieden. In einem ersten Spannungsintervall
wird die Versorgungsgleichspannung der Eingangsgleichspannung um einen
konstanten ersten Betrag reduziert nachgeführt, wodurch ein Notbetrieb
der Signalgebereinheit gewährleistet wird und außerdem die
Auswerteschaltung die Signale der Signalgebereinheit auswerten kann, auch
wenn diese reduziert sind. In einem sich anschließenden zweiten
Spannungsintervall wird die Versorgungsgleichspannung mit einem
konstanten Nennbetrag bereitgestellt. Das heißt, es erfolgt eine Spannungskompensation
für den Normalbetriebszustand. Falls jedoch die Eingangsgleichspannung
dieses zweite Spannungsintervall überschreitet, folgt die
Versorgungsgleichspannung reduziert um einen zweiten konstanten Betrag
der Eingangsgleichspannung. Die erfinderische Lösung gewährleistet auch
außerhalb des im Normalbetrieb anliegenden kompensierten Spannungsbereichs
definierte Zustände an der Signalgebereinheit und somit eine
bestmögliche Aufrechterhaltung des Betriebs der Signalgebereinheit sowie
der Auswerteschaltung bspw. bei Eingangsspannungsschwankungen. Dieses
für die Signalübertragung mittels des Signalstroms so vorteilhafte Verfahren
läßt sich überaus einfach und wirksam durch die Schaltungsanordnung
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 realisieren, wobei grundsätzlich auch
andere Schaltungsanordnungen, wie aus der noch nicht offengelegten
Patentanmeldung DE 196 07 802 (EP 0 793 159) zur Erzeugung der drei
Spannungsintervalle eingesetzt werden können. Diese Schaltungsanordnungen
müssen dann für das Verfahren entsprechend der Merkmale
des Anspruchs 7 in den Regelkreis eingeordnet werden, der die Ausgangsspannung
am Anschluß zur Signalgebereinheit (Sat) der erzeugten Versorgungsgleichspannung
nachführt und für die Rückwirkungsfreiheit sorgt.There will be several depending on the input DC voltage
Intervals a DC supply voltage is provided, which over a
Control circuit the DC supply voltage at the connection to the signal generator unit
tracks the generated DC supply voltage without retroactive effect.
Three connected input voltage intervals are preferred
distinguished. In a first voltage interval
the DC supply voltage of the input DC voltage is increased by one
constant first amount reduced tracking, resulting in an emergency operation
the signaling unit is guaranteed and also the
Evaluation circuit can evaluate the signals of the signal generator unit, too
if these are reduced. In a subsequent second
Voltage interval becomes the supply voltage with a
constant nominal amount provided. This means that voltage compensation takes place
for the normal operating state. However, if the DC input voltage
exceeds this second voltage interval, follows
DC supply voltage reduced by a second constant amount
the input DC voltage. The inventive solution also ensures
outside the compensated voltage range in normal operation
defined states on the signaling unit and thus a
the best possible maintenance of the operation of the signaling unit and
the evaluation circuit, for example in the event of input voltage fluctuations. This
Methods so advantageous for signal transmission by means of the signal stream
can be extremely simple and effective through the circuit arrangement
Realize according to one of
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- Figur 1:
- die Versorgungsspannung in Abhängigkeit der anliegenden Eingangsgleichspannung,
Figur 2- ein Blockschaltbild des Verfahrens,
- Figur 3
- Blockschaltbild der Gesamtanordnung aus der Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung, dem Regelkreis, der Signalgebereinheit und der zugeordneten Auswerteschaltung
- Figur 4a
- Stromimpulse der Signalgebereinheit
- Figur 4b
- Spannung an der Signalgebereinheit
- Figur 4c
- Ausgangspegel der Auswerteschaltung
- Figur 4d
- Basisstrom des Längstransistors im Regelkreis
- Figur 5
- Detailansicht der Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung aus der Eingangsgleichspannung
- Figure 1:
- the supply voltage depending on the applied DC input voltage,
- Figure 2
- a block diagram of the method,
- Figure 3
- Block diagram of the overall arrangement from the circuit arrangement for generating the DC supply voltage, the control circuit, the signal generator unit and the associated evaluation circuit
- Figure 4a
- Current pulses from the signal generator unit
- Figure 4b
- Voltage at the signal generator unit
- Figure 4c
- Output level of the evaluation circuit
- Figure 4d
- Base current of the series transistor in the control loop
- Figure 5
- Detailed view of the circuit arrangement for generating the DC supply voltage from the DC input voltage
Figur 1 zeigt die drei Spannungsintervalle I1, I2, I3 der Eingangsgleichspannung Ubatt sowie die zugeordnete ausgangsseitige Versorgungsspannung Uout. Wie im ersten Intervall I1 zu erkennen, wird in diesem Bereich die Versorgungsgleichspannung der Eingangsgleichspannung Ubatt um einen konstanten ersten Betrag ΔU1 reduziert nachgeführt. Im Intervall I2, dem Normalbetrieb, wird die Versorgungsspannung Uout auf der gewünschten Nennspannung Unenn gehalten. Überschreitet jedoch die Eingangsspannung Ubatt dieses zweite Spannungsintervall I2, wird im Spannungsintervall I3 eine Ausgangsspannung Uout erzeugt, die reduziert um einen zweiten konstanten Betrag ΔU2 der Eingangsspannung Ubatt folgt. Die mögliche schaltungstechnische Umsetzung wird im Zusammenhangmit den Figuren 3 und 5 noch näher erläutert.FIG. 1 shows the three voltage intervals I 1 , I 2 , I 3 of the input DC voltage U batt and the assigned supply voltage U out on the output side. As can be seen in the first interval I 1 , the DC supply voltage of the input DC voltage U batt is tracked reduced by a constant first amount ΔU 1 in this area. In the interval I2, the normal mode, the supply voltage U out is maintained at the desired nominal voltage Unom. However, if the input voltage U batt exceeds this second voltage interval I 2 , an output voltage U out is generated in the voltage interval I 3 , which follows the input voltage U batt reduced by a second constant amount ΔU 2 . The possible circuitry implementation is explained in more detail in connection with FIGS. 3 and 5.
Figur 2 zeigt nun ein Blockschaltbild des Verfahrens. Die Eingangsgleichspannung
Ubatt kann über die Grenzen des Intervalls I1 hinaus schwanken,
beispielsweise bei einer Batterie durch Temperatureinflüsse oder andere
Lastelemente. Die Schaltungsanordnung 1 erzeugt, wie in Fig. 1 skizziert, aus
der Eingangsgleichspannung zunächst die Versorgungsgleichspannung Uz ,
während der Regelkreis 2 die Ausgangsspannung Uout am Anschluß zu der zu
versorgenden Einheit (bspw. eine Signalgebereinheit (Sat), vgl. Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3) der von der Schaltungsanordnung 1 erzeugten
Versorgungsgleichspannung Uz nach führt.Figure 2 now shows a block diagram of the method. The input DC voltage U batt can fluctuate beyond the limits of the interval I1, for example in the case of a battery due to temperature influences or other load elements. The
Die in dem in Fig. 3 noch näher erläuterten Ausführungsbeispiel von der
Signalgebereinheit Sat erzeugten Stromimpulse Isignal führen nicht zu
Schwankungen der anliegenden Ausgangsspannung Uout, da der zwischengeschaltene
Regelkreis 2 diese sofort kompensiert, und zwar ohne Rückwirkung
auf die Schaltungsanordnung 1.The current pulses I signal generated by the signal transmitter unit Sat in the exemplary embodiment explained in more detail in FIG. 3 do not lead to fluctuations in the applied output voltage U out , since the interposed
Figur 3 zeigt Blockschaltbild der Gesamtanordnung aus:
- Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung 1,
dem Regelkreis 2- der Signalgebereinheit Sat und
- der zugeordneten Auswerteschaltung (Imess).
- Circuit arrangement for generating the
DC supply voltage 1, - the
control loop 2 - the signaling unit Sat and
- the assigned evaluation circuit (I mess ).
Da die Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung
1 in Figur 5 nochmals im Detail gezeigt wird, diser Teil für beide Figuren
zusammen beschrieben werden.Since the circuit arrangement for generating the
Figuren 3 und 5 zeigen den Eingang mit der nichtkompensierten, nichtkonstanten Eingangsgleichspannung UBatt, beispielsweise ein Anschluß zu einer Autobatterie. Ausgehend von der Eingangsgleichspannung UBatt befinden sich ein erster Strompfad I1 sowie parallel zu diesem ein zweiter Strompfad I2. In I1 ist eine Anzahl n seriell geschalteter Dioden D1...Dn in Durchlaßrichtung gepolt angeordnet, wobei die Anzahl n der Dioden D den ersten konstanten Betrag ΔU1 bestimmt. Um einen Spannungsabfall über den Dioden D1...Dn sicherzustellen, sind diese über einen ersten Widerstand R1 auf Masse geschaltet, so daß ein Diodenstrom entsteht, der so groß ist, daß die Dioden D1...Dn in den Durchlaßbereich gesteuert werden. Andererseits ist die letzte Diode (in Fig. 3 D2 , in Fig. 5 Dn) über einen zweiten, hochohmigen Widerstand R2 auf den Ausgang der Versorgungsgleichspannung Uz geschaltet. Parallel zu der Anordnung im ersten Strompfad I1 befindet sich ein Strompfad I2, der ausgehend von der Eingangsgleichspannung UBatt eine Z-Diode Z1 zum Ausgang Uz hin aufweist. Des weiteren ist der Ausgang der Versorgungsgleichspannung Uz über einen dritten Widerstand R3 und in Reihe dazu eine zweite Z-Diodenanordnung Z2 auf Masse geschaltet.Figures 3 and 5 show the input with the non-compensated, non-constant input DC voltage U Batt , for example a connection to a car battery. Starting from the input DC voltage U Batt, there is a first current path I 1 and a second current path I 2 parallel to it. In I 1 , a number n of diodes D 1 ... D n connected in series are arranged poled in the forward direction, the number n of diodes D determining the first constant amount ΔU 1 . In order to ensure a voltage drop across the diodes D 1 ... D n , these are connected to ground via a first resistor R 1 , so that a diode current is created which is so large that the diodes D 1 ... D n in the Passband can be controlled. On the other hand, the last diode (in FIG. 3 D 2 , in FIG. 5 D n ) is connected to the output of the DC supply voltage U z via a second, high-resistance resistor R 2 . Parallel to the arrangement in the first current path I 1 there is a current path I 2 which , starting from the input DC voltage U Batt, has a Zener diode Z 1 towards the output U z . Furthermore, the output of the DC supply voltage U z is connected to ground via a third resistor R 3 and a second Z-diode arrangement Z 2 in series therewith.
Der in Fig. 1 bereits gezeigte Verlauf der Versorgungsgleichspannung Uz ergibt sich dabei schaltungstechnisch wie nachfolgend dargestellt:The course of the DC supply voltage U z already shown in FIG. 1 results in terms of circuitry as shown below:
Im ersten Spannungsintervall I1 der Eingangsgleichspannung UBatt wird bis
zum Erreichen der Zenerspannung der Z2 die Versorgungsgleichspannung Uz
reduziert um den Spannungsabfall UD über den Dioden D1...Dn konstant zur
Eingangsgleichspannung UBatt nachgeführt. Übersteigt nun die
Eingangsgleichspannung UBatt den Wert von Z2, wird die zweite Zenerdiode
Z2 leitend. Der Strom durch die Dioden D1...Dn kann somit sowohl über den
Widerstand R1 als auch parallel zu diesem durch die Reihenanordnung von
R2, R3 und Z2 nach Masse fließen. Es entsteht ein Spannungsteiler aus den
Widerständen R2 und R3, wobei R2 gegenüber R3 um den Faktor 100 hochohmiger
gewählt wurde, so daß eine Spannungsänderung der Eingangsgleichspannung
UBatt um den Faktor 100 kleiner und somit nicht nachweisbar
auf die D1...Dn wirkt. Es wird eine Kompensation der Eingangsgleichspannungsänderungen,
bspw.der Batteriespannungsschwankungen
erreicht. Überschreitet die Eingangsgleichspannung UBatt jedoch einen Wert,
der rund UZ2 plus UZ1 ist, wird auch die erste Zenerdiode Z1 im zweiten
Strompfad I2 leitend. Damit werden die Dioden sowie der Widerstand R2
überbrückt. Der Spannungsteiler zwischen R2 und R3 ist aufgehoben. Die
Versorgungsgleichspannung Uz folgt nun in einen zweiten konstanten
Betrag ΔU2 der Eingangsgleichspannung UBatt, wobei der zweite Betrag ΔU2
weitgehend von der Spannung UZ1 bestimmt wird. Die Zenerdiodenanordnungen
Z1 und Z2 können dabei sowohl einfache Z-Dioden als
auch temperaturkompensierte Zenerdiodenanordnungen, beispielsweise
durch Reihenschaltung mit temperaturkompensierenden Dioden mit entsprechend
anderem Temperaturkoeffizienten realisiert werden. Es entsteht
die gewünschte Abhängigkeit der Versorgungsgleichspannung Uz von der
anliegenden Eingangsgleichspannung Ubatt. Selbstverständlich kann diese
Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäß Figur 5 auch für andere Verwendungen
als die in Fig. 3 gezeigte, also ohne Signalgebereinheit zur
Stromsignalisierung sowie zugehörige Auswerteschaltung bzw. den Regelkreis
2 aufgrund ihrer Einfachheit vorteilhaft eingesetzt werden.In the first voltage interval I 1 the input DC voltage U Batt the Zener voltage of the Z 2 is the DC supply voltage U z is reduced by the voltage drop U D via the diodes D 1 ... D n constant for the input DC voltage U Batt tracked until reaching. If the input DC voltage U Batt now exceeds the value of Z 2 , the second Zener diode Z 2 becomes conductive. The current through the diodes D 1 ... D n can thus flow to ground both via the resistor R 1 and in parallel to it through the series arrangement of R 2 , R 3 and Z 2 . A voltage divider is formed from the resistors R 2 and R 3 , with R 2 being chosen to be higher by a factor of 100 than R 3 by a factor of 100, so that a change in voltage of the input DC voltage U Batt is smaller by a factor of 100 and is therefore not detectable by D 1. .D n works. Compensation for the DC input voltage changes, e.g. the battery voltage fluctuations, is achieved. However, if the input DC voltage U Batt exceeds a value which is around UZ 2 plus UZ 1 , the first Zener diode Z 1 in the second current path I 2 also becomes conductive. This bridges the diodes and the resistor R 2 . The voltage divider between R 2 and R 3 is eliminated. The DC supply voltage U z now follows in a second constant amount ΔU 2 of the input DC voltage U Batt , the second amount ΔU 2 being largely determined by the voltage UZ 1 . The Zener diode arrangements Z 1 and Z 2 can be implemented both simple Z diodes and temperature compensated Zener diode arrangements, for example by connecting them in series with temperature compensating diodes with correspondingly different temperature coefficients. The desired dependency of the DC supply voltage U z on the applied DC input voltage U batt arises . Of course, this embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 5 can also be used advantageously for other uses than that shown in FIG. 3, that is to say without a signal transmitter unit for current signaling and an associated evaluation circuit or the
Betrachtet man nun aus gehend von der diskutierten Schaltungsanordnung
1 die Gesamtanordnung gemäß Fig. 3, so zeigt diese die bevorzugte Verwendung
der Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung einer Signalgebereinheit
Sat, wobei diese über einen Regelkreis 2 angesteuert wird.
Anstelle der besonders bevorzugten Ausgestaltung der Schaltungsanordnung
1 gemäß Fig. 5 könnte grundsätzlich auch eine andere geeignte
Schaltungsanordnung, bspw. die in der DE 196 07 802 (EP 0 793 159)
beschriebene, vor den Regelkreis 2 angeordnet werden, wobei die Ausgestaltung
der Schaltungsanordnung 1 gemäß Fig. 5 die bereits beschriebenen
Vorteile aufweist.Now consider the circuit arrangement discussed
1 shows the overall arrangement according to FIG. 3, this shows the preferred use
the circuit arrangement for the voltage supply of a signal generator unit
Sat, which is controlled via a
Der Regelkreis 2 gleicht unabhängig von der Ausgestaltung der
Schaltungsanordnung 1 die Ausgangsspannung Uout mit der eingangsseitig
anliegenden Versorgungsgleichspannung Uz ab. Die Signalgebereinheit Sat
weist einerseits einen Ruhestrompfad IR, andererseits einen Signalstrompfad
Isignal auf. Bekanntlich kann dies bspw. durch schaltbare Signallasten erreicht
werden. Eingangsseitig ist zwischen dem Regelkreis 2 und dem umkompensierten,
auf Ubatt liegenden Eingang der Schaltungsanordnung 1 die
Auswerteschaltung Imess angeordnet, die über einen Stromspiegel, gebildet
aus den Transistoren T2 und T3, sowie den Widerständen RM1 und RM2 sowie
einer Konstantstromquelle den von der Signalgebereinheit Sat gesandten
Signalstrom Isignal auswertet, indem ein Komparator K2 die Spannungsabfälle
über den Widerständen RM1 und RM2 vergleicht und das Ausgangssignal S
zur weiteren Verarbeitung beispielsweise an einen Mikroprozessor leitet.
Der Regelkreis 2 wird gebildet aus einem Komparator K1, an dessen Ausgang
sich der Widerstand RK und der Transistor TK befindet, wobei der Transistor
TK als Längstransistor mit der Basis zum Komparator K1 und mit dem Emitter
zur Signalgebereinheit Sat geschaltet ist. Die von der Schaltungsanordnung
1 erzeugte Versorgungsgleichspannung Uz wird im Komparator K1 mit Uout
verglichen und Uout entsprechend nachgesteuert.Regardless of the configuration of the
Die in diesem Ausführungsbeispiel erheblichen Stromimpulse Isignal in Höhe
von 40 mA zur Signalübertragung wirken faktisch, entkoppelt durch den
Regelkreis 2, nicht auf die versorgungsspannungserzeugende Schaltungsanordnung
1. Die Stromimpulse Isignal werden quasi unbeeinflußt durch den
Transistor TK zur den Strom messenden Auswerteschaltung Imess geleitet und
dort erkannt. Die Spannung über der Auswerteschaltung Imess ergibt sich
dabei als Differenzbetrag zwischen der Eingangsgleichspannung UBatt und
der Ausgangsspannung Uout an der Signalgebereinheit Sat sowie den
Spannungsabfall über dem Transistor TK. Die Differenz ist durch das
verwendete Verfahren begrenzt und liegt damit in etwa zwischen den
Beträgen ΔU1 und ΔU2 . Die Funktionsfähigkeit der Auswerteschaltung IMess ist
somit durch die Schaltungsanordnung 1 und den Regelkreis 2 sichergestellt,
auch wenn die Eingangsgleichspannung UBatt stark von der gewünschten
Nennspannung Unenn abweicht.The current pulses I signal in the amount of 40 mA for signal transmission, which are considerable in this exemplary embodiment, act, decoupled by the
Figur 4 zeigt die Funktionsverläufe von charakteristischen Größen in der in
Figur 3 gezeigten Schaltungsanordnung. So zeigt Figur 4a die Stromimpulse
Isignal zuzüglich dem konstanten Ruhestrom Ir. Diagramm 4b zeigt die
Ausgangsspannung Uout an der Signalgebereinheit Sat. Die Ausgangsspannung
Uout weist extrem kurze Ausschläge in den Flankenmomenten des
Signalstroms Isignal auf, wird jedoch vom Regelkreis 2 sofort wieder auf den
eingestellten Betriebspunkt zurückgeführt, indem der Basisstrom im
Regelkreis 2 anspricht (vgl. Fig. 4d). Am Ausgang S der Auswerteschaltung
Imess kommt das Signal unverfälscht an (vgl. Fig. 4c).FIG. 4 shows the functional curves of characteristic quantities in the circuit arrangement shown in FIG. 3. Figure 4a shows the current pulses I signal plus the constant quiescent current I r . Diagram 4b shows the output voltage U out at the signal transmitter unit Sat. The output voltage U out has extremely short excursions in the edge moments of the signal current I signal , but is immediately returned to the set operating point by the
Claims (8)
dadurch gekennzeichnet, daß
characterized in that
wobei die Signalgebereinheit (Sat) durch der Ausgangsspannung (Uout) aufgeprägte Stromimpulse (Isignal) Signale an eine Auswerteschaltung (Imess) überträgt, wobei
the signal transmitter unit (Sat) transmits current pulses (I signal ) signals impressed by the output voltage (U out ) to an evaluation circuit (I mess ), wherein
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