EP1504317B1

EP1504317B1 - Spannungsversorgungsschaltung

Info

Publication number: EP1504317B1
Application number: EP03729879A
Authority: EP
Inventors: Bernd Meier; Peter Völkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: KR20050006227A; US7915877B2; CN1653401B; EP1504317A1; WO2003098367A1; US20050046403A1; KR101010766B1; DE50307614D1; CN1653401A

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für einen Mikrocontroller einer Getriebesteuerung.
Moderne Mikrocontroller benötigen meist zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen von beispielsweise 5 Volt und 3,3 Volt, wobei die beiden Versorgungsspannungen nur innerhalb vorgegebener Bandbreiten schwanken dürfen, um die Funktionsfähigkeit des Mikrocontrollers nicht zu beeinträchtigen. In keinem Fall darf die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Versorgungsspannungen die im Datenblatt des jeweiligen Mikrocontrollers angegebenen maximal zulässigen Werte übersteigen oder unterschreiten. Dies ist insbesondere beim Hochlaufen nach dem Einschalten und beim Herunterfahren während der Abschaltphase kritisch, da dann unterschiedliche Lastströme fließen und des Weiteren unterschiedliche Lastkapazitäten verwendet werden können.
Es sind deshalb Spannungsversorgungsschaltungen bekannt, bei denen die beiden Versorgungsspannungen durch jeweils einen Linearregler geregelt werden, um Spannungsabweichungen zu vermeiden.
Nachteilig daran ist jedoch, dass Regelabweichungen der beiden Versorgungsspannungen getrennt voneinander ausgeregelt werden, so dass die Regelung bei stark unterschiedlichen Lastströmen an den beiden Ausgängen unter Umständen nicht ausreicht, um die vorgegebene Spannungsdifferenz einzuhalten.
Weiterhin ist es bekannt, die beiden Ausgänge derartiger Spannungsversorgungsschaltungen mit Zenerdioden oder Power-Schottky-Dioden zu verbinden, um die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Versorgungsspannung innerhalb der zulässigen Bandbreite zu halten. Die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Versorgungsspannungen kann dann nur soweit ansteigen, bis die Durchbruchspannung der Zenerdiode erreicht ist.
Nachteilig an derartigen Spannungsversorgungsschaltungen ist der relativ hohe Aufwand, der mit dem Einsatz von Zenerdioden bzw. Power-Schottky-Dioden verbunden ist.
Gemäß der Lehre des nächstliegenden Standes der Technik D1 ( US 5, 907, 482 ) werden die beiden Ausgangsspannungen getrennt voneinander überwacht und einzeln geregelt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsversorgungsschaltung mit zwei unterschiedlichen Ausgangsspannungen zu schaffen, wobei die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen mit möglichst geringem Aufwand innerhalb einer zulässigen Bandbreite gehalten wird.
Die Aufgabe wird, ausgehend von der vorstehend beschriebenen bekannten Spannungsversorgungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen zu regeln, um eine Überschreitung der zulässigen Spannungsdifferenz zu verhindern, wohingegen die beiden Ausgangsspannungen bei den bekannten Spannungsversorgungsschaltungen getrennt von einander geregelt werden.
Die erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung weist deshalb einen Regler auf, der die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen auf einen vorgegebenen Wert ausregelt.
Der Regler für die Regelung der Spannungsdifferenz ist eingangsseitig mit den beiden Ausgängen der Spannungsversorgungsschaltung und ausgangsseitig mit einer Stelleinheit verbunden, welche die beiden Ausgangsspannungen einstellt, wodurch eine Rückkopplungsschleife gebildet wird.
Die Stelleinheit kann beispielsweise zwei herkömmliche Linearregler aufweisen, welche die beiden Ausgangsspannungen entsprechend einem vorgegebenen Soll-Wert getrennt von einander regeln. Hierbei überlagert die Regelschleife zur Regelung der Spannungsdifferenz vorzugsweise die beiden getrennten Regelschleifen für die Regelung der beiden Ausgangsspannungen.
In einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung erfolgt die Einstellung der beiden Ausgangsspannungen dagegen ohne eine Rückkopplung durch eine Steuerung, wobei der Regler für die Regelung der Spannungsdifferenz die Steuergröße vorgibt. Hierbei überlagert also die Regelschleife zur Regelung der Spannungsdifferenz die beiden Steuerungen für die Einstellung der beiden Ausgangsspannungen.
In einer Variante der Erfindung weist der Regler zur Regelung der Spannungsdifferenz einen Komparator auf, wobei die beiden Eingänge des Komparators mit den beiden Ausgängen der Spannungsversorgungsschaltung verbunden sind, so dass der Komparator die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen misst.
Eine Variante der Erfindung sieht mindestens ein Schaltelement vor, das eine niederohmige Verbindung der beiden Ausgänge der beiden Ausgänge der Spannungsversorgungsschaltung ermöglicht, um die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgängen zu verringern bzw. zu begrenzen.
Hierzu kann ein separates Schaltelement verwendet werden, das zwischen den beiden Ausgängen der Spannungsversorgungsschaltung angeordnet ist und diese zur Begrenzung der Spannungsdifferenz niederohmig miteinander verbindet.
Vorzugsweise werden für die niederohmige Verbindung der beiden Ausgänge der Spannungsversorgungsschaltung jedoch die beiden Schaltelemente eingesetzt, die zur getrennten Regelung der beiden Ausgangsspannungen verwendet werden. So werden die beiden Ausgangsspannungen üblicherweise durch jeweils einen Ausgangskondensator bereit gestellt, wobei die beiden Ausgangskondensatoren über jeweils ein Schaltelement durch eine Eingangsspannung aufgeladen werden. Ein Durchschalten der beiden Schaltelemente führt hierbei also zu einer niederohmigen Verbindung zwischen den beiden Ausgängen der Spannungsversorgungsschaltung, was zu einem Gleichlauf führt.
In einer Variante der Erfindung weist der Regler zur Regelung der Spannungsdifferenz zwei Komparatoren auf, die eingangsseitig jeweils mit den beiden Ausgängen der Spannungsversorgungsschaltung verbunden sind. Einer der beiden Eingänge der Komparatoren ist hierbei jeweils über ein Referenzspannungselement mit dem zugehörigen Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung verbunden, wobei die beiden Referenzspannungselemente die maximal zulässige Spannungsdifferenz in positiver bzw. in negativer Richtung angeben. Der eine Komparator zeigt hierbei also an, ob die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen die zulässige Bandbreite nach oben überschreitet. Der andere Komparator gibt dagegen an, ob die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen die zulässige Bandbreite nach unten unterschreitet.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung in Form eines Schaltbildes sowie
Figur 2: eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung.

Das in Figur 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt eine erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung 1, die über einen Eingang 2 mit einer Eingangsspannung U_IN versorgt wird und zwei Ausgänge 3, 4 aufweist, wobei an dem Ausgang 3 eine Ausgangsspannung U_OUT1= +5V ausgegeben wird, während an dem Ausgang 4 eine Ausgangsspannung U_OUT2= +3,3V bereitgestellt wird.
Zur Stabilisierung der Ausgangsspannung U_OUT1 ist der Ausgang 3 der Spannungsversorgungsschaltung 1 durch zwei Ausgangskondensatoren C1, C2 mit Masse verbunden.
Der Ausgang 4 ist ebenfalls durch zwei Ausgangskondensatoren C3, C4 mit Masse verbunden, um die Ausgangsspannung U_OUT2 zu stabilisieren.
Eingangsseitig weist die Spannungsversorgungsschaltung 1 einen Transistor T1 auf, der von einem Vorregler 5 angesteuert wird, wobei der Vorregler 5 unter anderem die Aufgabe hat, den Strom zu begrenzen.
Zur Messung des Stroms ist der Transistor T1 mit einem Messwiderstand R0 in Reihe geschaltet, wobei der Vorregler 5 die über dem Messwiderstand R0 abfallende Spannung misst und den Transistor T1 sperrt, wenn der Strom durch den Messwiderstand R0 übermäßig ansteigt.
Ausgangsseitig ist der Messwiderstand über einen Transistor T2 mit dem Ausgang 3 und über einen Transistor T3 mit dem Ausgang 4 der Spannungsversorgungsschaltung verbunden.
Falls die beiden Transistoren T1 und T2 durchschalten, so können die beiden Ausgangskondensatoren C1, C2 durch die Eingangsspannung U_IN aufgeladen werden, was zu einem Ansteigen der Ausgangsspannung U_OUT1 führt. Ein Sperren des Transistors T2 führt dagegen zu einer lastabhängigen Entladung der Ausgangskondensatoren C1, C2, wodurch die Ausgangsspannung U_OUT1 absinkt.
Entsprechend können die beiden Ausgangskondensatoren C3, C4 aufgeladen werden, wenn die beiden Transistoren T1 und T3 durchschalten, was zu einem Anstieg der Ausgangsspannung U_OUT2 führt. Falls der Transistor T3 dagegen sperrt, so werden die Ausgangskondensatoren C3, C4 in Abhängigkeit von der an den Ausgang 4 angeschlossenen elektrischen Last entladen, was zu einem Absinken der Ausgangsspannung U_OUT2 führt.
Sowohl die Ausgangsspannung U_OUT1 als auch die Ausgangsspannung U_OUT2 wird hierbei durch jeweils einen Regler geregelt, wobei der Sollwert der jeweiligen Ausgangsspannung U_OUT1 bzw. U_OUT2 durch ein Referenzspannungselement 6 vorgegeben wird.
Der Regler für die Ausgangsspannung U_OUT1 weist einen Komparator OP1 auf, der eingangsseitig die Ausgangsspannung U_OUT1 mit dem vorgegebenen Sollwert vergleicht und in Abhängigkeit von der Regelabweichung den Transistor T2 ansteuert, um die Ausgangsspannung U_OUT1 auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln.
Zur Erfassung der Ausgangsspannung U_OUT1 ist ein Spannungsteiler vorgesehen, der aus zwei Widerständen R1, R2 besteht, die zwischen dem Ausgang 3 der Spannungsversorgungsschaltung 1 und Masse in Reihe geschaltet sind. Der Mittelabgriff des Spannungsteilers zwischen den beiden Widerständen R1, R2 ist mit dem invertierenden Eingang des Komparators OP1 verbunden, während der nicht-invertierende Eingang des Komparators OP1 mit dem Referenzspannungselement 6 verbunden ist. Ein Absinken der Ausgangsspannung U_OUT1 unter den durch das Referenzspannungselement 6 vorgegebenen Sollwert führt also dazu, dass der Komparator OP1 den Transistor T2 aufsteuert, so dass die Ausgangskondensatoren C1, C2 aufgeladen werden können. Ein Anstieg der Ausgangsspannung U_OUT1 über den durch das Referenzspannungselement 6 vorgegebenen Sollwert führt dagegen dazu, dass der Komparator OP1 den Transistor T2 sperrt, so dass die Ausgangskondensatoren C1, C2 nicht mehr aufgeladen werden, was zu einem lastabhängigen Absinken der Ausgangsspannung U_OUT1 führt.
In gleicher Weise weist der Regler für die Ausgangsspannung U_OUT2 einen Komparator OP2 auf, der die Ausgangsspannung U_OUT2 mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und den Transistor T2 entsprechend ansteuert, um die Ausgangsspannung U_OUT2 auf den vorgegebenen Sollwert einzuregeln.
Zur Messung der Ausgangsspannung U_OUT2 ist ebenfalls ein aus zwei Widerständen R3, R4 bestehender Spannungsteiler vorgesehen, der zwischen den Ausgang 4 der Spannungsversorgungsschaltung 1 und Masse geschaltet sind. Der Mittelabgriff zwischen den beiden Widerständen R3, R4 ist mit dem invertierenden Eingang des Komparators OP2 verbunden, während der nicht-invertierende Eingang des Komparators OP2 mit dem Referenzspannungselement 6 verbunden ist. Ein Absinken der Ausgangsspannung U_OUT2 unter den durch das Referenzspannungselement 6 vorgegebenen Sollwert führt also dazu, dass der Komparator OP2 den Transistor T2 aufsteuert, so dass die Ausgangskondensatoren C3, C4 aufgeladen werden können. Ein Anstieg der Ausgangsspannung U_OUT2 über den durch das Referenzspannungselement 6 vorgegebenen Sollwert führt dagegen dazu, dass der Komparator OP2 den Transistor T2 sperrt, so dass die Ausgangskondensatoren C3, C4 nicht mehr aufgeladen werden, was zu einem lastabhängigen Absinken der Ausgangsspannung U_OUT2 führt.
Die Sollwerte für die Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 sind jedoch nicht gleich, sondern können durch eine geeignete Dimensionierung der Widerstände R1, R2 bzw. R3, R4 festgelegt werden.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung 1 eine Regelschleife auf, um die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung U_OUT1 und der Ausgangsspannung U_OUT2 zu begrenzen.
Zur Messung dieser Spannungsdifferenz ist ein Komparator OP3 vorgesehen, wobei der invertierende Eingang des Komparators OP3 mit dem Ausgang 3 der Spannungsversorgungsschaltung verbunden ist, während der nicht-invertierende Eingang des Komparators OP3 mit dem Ausgang 4 der Spannungsversorgungsschaltung 1 verbunden ist.
Ausgangsseitig ist der Komparator OP3 mit den beiden Komparatoren OP1 und OP2 verbunden, so dass der Komparator OP3 indirekt die beiden Transistoren T2 und T3 ansteuert. Falls die Ausgangsspannung U_OUT1 unter die Ausgangsspannung U_OUT2 absinkt, so steuert der Komparator OP3 die beiden Komparatoren OP1 und OP2 so an, dass die beiden Transistoren T2 und T3 durchschalten. In diesem Fall wird der Ausgang 3 über die beiden Transistoren T2 und T3 mit dem Ausgang 4 kurzgeschlossen, wodurch ein Gleichlauf der beiden Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 erzwungen wird. Liegt die Ausgangsspannung U_OUT1 dagegen über der Ausgangsspannung U_OUT2, so hat der Komparator OP3 keinen Einfluss auf die beiden Komparatoren OP1 und OP2.
In einer gestrichelt dargestellten Alternative weist die Spannungsversorgungsschaltung 1 einen Transistor T4 auf, der zwischen den Ausgang 3 und den Ausgang 4 geschaltet ist und von dem Komparator OP3 angesteuert wird. Der Komparator OP3 schaltet den Transistor T4 durch, wenn die Ausgangsspannung U_OUT1 unter die Ausgangsspannung U_OUT2 absinkt, wodurch ein Gleichlauf der Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 erzwungen wird. Falls die Ausgangsspannung U_OUT1 dagegen über der Ausgangsspannung U_OUT2 liegt, so sperrt der Komparator OP3 in dieser Alternative den Transistor T4, so dass die Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 von den beiden Komparatoren OP1 und OP2 auf ihre jeweiligen Sollwerte eingeregelt werden.
Darüber hinaus weist die Spannungsversorgungsschaltung 1 ein steuerbares Schaltelement 7 auf, das den Ausgang 4 mit Masse verbindet und somit einen Kurzschluss der Ausgangsspannung U_OUT2 gegen Masse ermöglicht. Auf diese Weise können die beiden Ausgangskondensatoren C3, C4 vollständig entladen werden, um nach einem Abschaltvorgang einen definierten Anfangszustand für den nächsten Hochlauf herzustellen. Darüber hinaus führt ein Durchschalten des Schaltelements 7 auch zu einer Entladung der Ausgangskondensatoren C1, C2, wenn die beiden Transistoren T2, T3 gleichzeitig durchschalten oder wenn der Transistor T4 leitet.
Die Ansteuerung des Schaltelements 7 erfolgt hierbei durch eine Steuereinheit 8, die mit dem Ausgang 4 verbunden ist und die Ausgangsspannung U_OUT2 mit einem vorgegebenen Grenzwert vergleicht. Beim Unterschreiten des Grenzwerts schaltet die Steuereinheit 8 dann das Schaltelement 7 durch, so dass die Ausgangskondensatoren C3, C4 bzw. C1, C2 am Ende einer Abschaltphase vollständig entladen werden.
Ferner weist die Spannungsversorgungsschaltung 1 eine herkömmliche Ladungspumpenschaltung 9 auf, welche die in einem Pumpkondensator C5 gespeicherte elektrische Energie mehrfach in einen Pufferkondensator C6 pumpt, so dass die Ausgangsspannung der Ladungspumpenschaltung 9 über die Eingangsspannung U_IN ansteigt. Die Ansteuerung der Ladungspumpenschaltung 9 erfolgt durch einen herkömmlichen Ladungspumpenoszillator 10.
Im folgenden wird nun der Einschaltvorgang der vorstehend beschriebenen Spannungsversorgungsschaltung 1 erläutert.
Hierbei gibt das Referenzspannungselement 6 einen kontinuierlich ansteigenden Sollwert für die Ausgangsspannungen U_OUT1 bzw. U_OUT2 vor, wobei der Spannungsanstieg so langsam erfolgt, dass die beiden Regler OP1, OP2 für die Ausgangsspannung U_OUT1 bzw. U_OUT2 auch bei einer unterschiedlichen Belastung der Ausgänge 3, 4 in der Lage sind, die Ausgangsspannungen U_OU1, U_OUT2 ohne große Regelabweichungen auf den jeweiligen Sollwert einzuregeln. Das langsame Hochfahren des Sollwerts für die Ausgangsspannungen U_OUT1, U_OUT2 verhindert also, dass die Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen U_OUT1, U_OUT1 den zulässigen Bereich verlässt.
Im folgenden wird nun der Abschaltvorgang der vorstehend beschriebenen Spannungsversorgungsschaltung 1 erläutert, der auf verschiedene Arten eingeleitet werden kann.
Eine Möglichkeit zur Einleitung des Abschaltvorgangs besteht darin, dass von außen ein Abschaltsignal an den Steuereingang Switch angelegt wird, der mit dem Komparator OP1 verbunden ist. Das Abschaltsignal führt dann dazu, dass der Komparator OP1 den Transistor T2 sperrt.
Darüber hinaus kann der Abschaltvorgang auch von dem Vorregler 5 eingeleitet werden, wenn die Eingangsspannung U_IN abgeschaltet wird. Der Vorregler 5 ist deshalb ebenfalls mit dem Komparator OP1 verbunden und steuert diesen zu Beginn des Abschaltvorgangs so an, dass der Transistor T2 sperrt.
Das Sperren des Transistors T2 führt zunächst zu einer lastabhängigen Entladung der Ausgangskondensatoren C1, C2 über den Ausgang 3 und damit zu einem Absinken der Ausgangsspannung U_OUT1, die zu Beginn des Abschaltvorgangs größer als die Ausgangsspannung U_OUT2 ist.
Die Ausgangsspannung U_OUT2 wird dagegen von dem Komparator OP2 zunächst noch auf ihrem Sollwert gehalten, bis die Ausgangsspannung U_OUT1 dann infolge der Entladung der Ausgangskondensatoren C1, C2 unter die Ausgangsspannung U_OUT2 absinkt.
Sobald die Ausgangsspannung U_OUT1 bis auf die Ausgangsspannung U_OUT2 abgesunken ist, wird die Gleichlauffunktion aktiviert, indem der Komparator OP3 die beiden Komparatoren OP1, OP2 so ansteuert, dass diese die beiden Transistoren T2, T3 durchschalten. In diesem Zustand ist der Ausgang 3 über die beiden Transistoren T2 und T3 mit dem Ausgang 4 der Spannungsversorgungsschaltung kurzgeschlossen, so dass ein Gleichlauf der beiden Ausgangsspannungen U_OUT1, U_OUT2 erzwungen wird.
Darüber hinaus steuert der Komparator OP3 zu diesem Zeitpunkt auch den Vorregler 5 so an, dass dieser den Transistor T1 trennt, damit ein vollständiges Herunterfahren der beiden Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 ermöglicht wird.
Die beiden Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 sinken dann synchron ab, bis ein durch die Steuereinheit 8 vorgegebenen Grenzwert unterschritten wird, woraufhin die Steuereinheit 8 das Schaltelement 7 durchschaltet, so dass die Ausgangskondensatoren C1, C2 und C3, C4 schließlich gegen Masse kurzgeschlossen werden, was zu einer vollständigen Entladung der Ausgangskondensatoren C1-C4 führt.
Zum einen verkürzt der Kurzschluss der Ausgangskondensatoren C1-C4 über das Schaltelement 7 den Abschaltvorgang.
Zum anderen führt die vollständige Entladung der Ausgangskondensatoren C1-C4 am Ende eines Abschaltvorgangs zu einem definierten Ausgangszustand für den nächsten Hochlauf.
Die für den Abschaltvorgang erforderliche elektrische Energie wird von der Ladungspumpenschaltung 9 bereit gestellt, falls die Eingangsspannung U_IN abgeschaltet wurde. In einem solchen Fall schaltet der Vorregler 5 den Ladungspumpenoszillator 10 aus, um während des Abschaltvorgangs Energie zu sparen.
Die in Figur 2 dargestellte alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung 1 stimmt weitgehend mit der vorstehend beschriebenen und in Figur 1 dargestellten Spannungsversorgungsschaltung überein, so dass im folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Darüber hinaus sind übereinstimmende Bauteile in den Figuren 1 und 2 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in der Regelung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2. Hierzu weist die Spannungsversorgungsschaltung 1 zwei Komparatoren OP4 und OP5 auf, die prüfen, ob die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 den zulässigen Bereich verlässt.
Der Komparator OP4 prüft hierbei, ob die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen U_OUT1, U_OUT2 zu groß wird. Hierzu ist der nicht-invertierende Eingang des Komparators OP4 mit dem Ausgang 3 verbunden, während der invertierende Eingang des Komparators OP4 über ein Referenzspannungselement 11 mit dem Ausgang 4 verbunden ist. Das Referenzspannungselement 11 liefert hierbei eine Referenzspannung U_REF1, die der maximal zulässigen Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen U_OUT1, U_OUT2 entspricht. Ausgangsseitig ist der Komparator OP4 mit dem Transistor T2 verbunden, um die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen U_OUT1 und U_OUT2 zu regeln. Der Komparator OP4 prüft also folgende Spannungsbedingung: $U_{OUT 1} > U_{OUT 2} + U_{REF 1} .$
Falls diese Spannungsbedingung erfüllt ist, so sperrt der Komparator OP4 den Transistor T2, so dass die Ausgangsspannung U_OUT1 nicht weiter ansteigt. Dadurch wird sichergestellt, dass die maximal zulässige Spannungsdifferenz U_OUT1-U_OUT2 zwischen den beiden Ausgangsspannungen innerhalb der durch die Referenzspannung vorgegebenen Grenzwerte bleibt.
Der Komparator OP5 soll dagegen verhindern, dass die minimal zulässige Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen U_OUT1, U_OUT2 unterschritten wird. Hierzu ist der invertierende Eingang des Komparators OP5 mit dem Ausgang 3 verbunden, während der nicht-invertierende Eingang des Komparators OP5 über ein Referenzspannungselement 12 mit dem Ausgang 4 verbunden ist. Das Referenzspannungselement 12 liefert hierbei eine Referenzspannung U_REF2, die der minimal zulässigen Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen U_OUT1, U_OUT2 entspricht. Ausgangsseitig ist der Komparator OP5 mit dem Transistor T3 verbunden, so dass die Ausgangsspannung U_OUT2 in Abhängigkeit von der gemessenen Spannungsdifferenz geregelt wird. Dabei prüft der Komparator OP5 folgende Spannungsbedingung: $U_{OUT 1} < U_{OUT 2} + U_{REF 2} .$
Falls diese Bedingung erfüllt ist, so sperrt der Komparator OP5 den Transistor T3, so dass die Ausgangsspannung U_OUT2 nicht weiter ansteigen kann. Dadurch wird gewährleistet, dass die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen U_OUT1-U_OUT2 innerhalb der durch die Referenzspannung vorgegebenen Grenzen bleibt.

Claims

Spannungsversorgungsschaltung (1), insbesondere für einen Mikrocontroller einer Getriebesteuerung, mit
einem ersten Ausgang (3) zur Bereitstellung einer ersten Ausgangsspannung (U_OUT1) und
einem zweiten Ausgang (4) zur Bereitstellung einer zweiten Ausgangsspannung (U_OUT2), wobei die erste Ausgangsspannung (U_OUT1) und die zweite Ausgangsspannung (U_OUT2) unterschiedlich sind, sowie mit
einer Stelleinheit (OP1, T2, OP2, T3) zur Einstellung der ersten Ausgangsspannung (U_OUT1) und der zweiten Ausgangsspannung (U_OUT2),
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Begrenzung der Spannungsdifferenz zwischen der ersten Ausgangsspannung (U_OUT1) und der zweiten Ausgangsspannung (U_OUT2) ein erster Regler (OP3-OP5, T2, T3) vorgesehen ist, dass der erste Regler (OP3-OP5, T2, T3) eingangsseitig mit dem ersten Ausgang (3) und dem zweiten Ausgang (4) und ausgangsseitig mit der Stelleinheit (OP1, T2, OP2, T3) verbunden ist, wobei der erste Regler (OP3-OP5, T2, T3) für die Regelung, der Spannungsdifferenz die Steuegröße vorgibt, wodurch der erste Regler (OP3-OP5, T2, D3) die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen (U_OUT1, U_OUT2) regelt.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Regler einen Komparator (OP3) mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang aufweist, wobei der erste Eingang des Komparators (OP3) mit dem ersten Ausgang (3) verbunden ist, während der zweite Eingang des Komparators (OP3) mit dem zweiten Ausgang (4) verbunden ist.
Spannungsversorgungsschal tung (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur niederohmigen Verbindung des ersten Ausgangs (3) mit dem zweiten Ausgang (4) mindestens ein steuerbares Schaltelement (T2-T4) vorgesehen ist, wobei der Komparator (OP3) ausgangsseitig mit dem Schaltelement (T2-T4) verbunden ist.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinheit zur Einstellung der ersten Ausgangsspannung (U_OUT1) ein erstes Schaltelement (T2) und zur Einstellung der zweiten Ausgangsspannung (U_OUT2) ein zweites Schaltelement (T3) aufweist, wobei das erste Schaltelement (T2) und das zweite Schaltelement (T3) zwischen dem ersten Ausgang (3) und dem zweiten Ausgang (4) in Reihe geschaltet sind und zu ihrer Ansteuerung mit dem Komparator (OP3) verbunden sind.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Regler zwei Komparatoren (OP4, OP5) aufweist, die zur Erfassung der Spannungsdifferenz eingangsseitig jeweils mit dem ersten Ausgang (3) und dem zweiten Ausgang (4) verbunden sind.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der beiden Komparatoren (OP4, OP5) des ersten Reglers über ein Referenzspannungselement (11, 12) mit dem ersten Ausgang (3) oder dem zweiten Ausgang (4) verbunden ist.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinheit einen zweiten Regler (OP1, T2) zur Regelung der ersten Ausgangsspannung (U_OUT1) und einen dritten Regler (OP2, T3) zur Regelung der zweiten Ausgangsspannung (U_OUT2) aufweist.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
der zweite Regler (OP1, T2) und/oder der dritte Regler (OP2, T3) eingangsseitig mit einem Referenzspannungselement (6) verbunden ist.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Referenzspannungselement (6) eine variable Ausgangsspannung aufweist, die einer vorgegebenen Spannungs-Zeit-Kennlinie entspricht.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Ausgang (3) und/oder der zweite Ausgang (4) mit einem Ausgangskondensator (C1-C4) verbunden ist, wobei zur Entladung des Ausgangskondensators (C1-C4) ein Kurzschlussschalter (7) vorgesehen ist.
Spannungsversorgungsschaltung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Bereitstellung einer internen Steuerspannung eine Ladungspumpenschaltung (9) vorgesehen ist.