EP3586435A1 - Standby interruption - Google Patents

Standby interruption

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EP3586435A1
EP3586435A1 EP18706994.3A EP18706994A EP3586435A1 EP 3586435 A1 EP3586435 A1 EP 3586435A1 EP 18706994 A EP18706994 A EP 18706994A EP 3586435 A1 EP3586435 A1 EP 3586435A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
transistor
vcc
circuit arrangement
standby mode
Prior art date
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Pending
Application number
EP18706994.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Anton Berghammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Landshut GmbH
Original Assignee
Ebm Papst Landshut GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst Landshut GmbH filed Critical Ebm Papst Landshut GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for reducing the standby losses in the standby mode in the low-voltage generation, in particular in the low-voltage generation with a voltage converter.
  • the method relates in particular to power supplies without a galvanic separation.
  • voltage converter here refers in particular to a down converter, but may also be any other type of converter which serves to adapt the output voltage for the device to be supplied, in particular other power supplies connected to the mains.
  • Electric voltage transformers are nowadays used in numerous devices for supplying the main device function and any standby functions.
  • the power supply of various electrical appliances is often done, for reasons of cost, with a single voltage converter, which takes over the supply for both the normal operation of the device as well as for a possible stand-by operation.
  • the standby mode or standby mode (also called waiting mode) is the state of a technical device in which the actual utility function is temporarily disabled or simply not needed, but can be reactivated at any time and without preparation or longer waiting times.
  • for holding the standby state usually only a certain, compared to the Normal operation reduced power requirement required. Due to the great difference between the energy and power consumption of a device in these two operating states and the need to provide the full required for normal operation power as soon as possible, prevail in standby mode, the energy losses for the operation of the voltage converter that for the actual Standby function required performance regularly.
  • a common approach to reducing standby losses is to switch between a main supply and a standby supply.
  • the main low-voltage supply is deactivated by a microcontroller or another circuit upon detection of the standby request.
  • the main low-voltage supply is deactivated by a microcontroller or another circuit upon detection of the standby request.
  • a microcontroller or another circuit upon detection of the standby request.
  • only a small portion of the electronics are powered to detect the request for active operation and to re-enable the main low-voltage supply.
  • an additional circuit part or other circuit components are necessary to ensure the supply in standby mode.
  • Another variant for reducing standby losses is the disconnection of the low-voltage supply from the outside.
  • a higher-level control unit is given the opportunity, by means of a set and reset signal, to put the electronic unit into the sleep mode. In this case, the supply is completely disabled, so a mimiale power consumption can be achieved. It only leads the self-consumption of the switching regulator to energy losses.
  • the disadvantage of this solution is that the higher-level control unit must make the shutdown and the activation. This control must be integrated into the concept.
  • galvanic isolation is required in safe applications, which in turn would drive up the cost of such a solution.
  • a concept is known in which a power circuit having a power switch of a main body of a set of the electrical apparatus connected to a first side of an AC power supply and a power transmission controller of the main body of the set is provided with a power supply second side of the AC power supply is connected to a standby power redundancy circuit in which a "power on / off" by means of a remote control is activated, the circuit receives AC power through a Reaktanzvoriques, receives remote control data from the remote control, a dedicated dedicated microcomputer for control of ON / OFF of the power switch by a switch driving unit connects to a first side of the AC power supply and then drives only the dedicated microcomputer in the standby state, in the event that the power switch is turned off and the Hauptkörpe r of the set is switched off.
  • the invention is therefore an object of the invention overcome above-mentioned disadvantages and to provide a solution in which the system-specific power loss during standby operation of a low-voltage supply is significantly reduced as such and in the preferably also a safe operation of the device, such as. B. an EC motor is given.
  • a first starting point for the development of the present invention is the recognition that the losses in standby mode essentially result from the self-consumption of the switching regulator as well as the supply of the electronic components in the circuit of a low-voltage supply with switching regulator.
  • the electronics supply is provided from the VCC voltage via a linear regulator. generated voltage. The difference between these two voltages is converted into heat loss in the switching regulator and is therefore decisive for the power loss in standby mode.
  • a basic idea now is to provide a circuit with which it is possible to reduce the output voltage in the standby state, without generating significant additional costs.
  • the circuit according to the invention makes it possible in a simple manner to switch over the output voltages of the low-voltage generation from a normal mode to a standby mode.
  • a circuit arrangement for low-voltage generation with a voltage switching between a supply voltage VCC at a tap for normal operation and a lower supply voltage VCC for a standby mode of a device such.
  • an EC motor wherein the circuit arrangement is formed with a switching regulator which provides a setpoint voltage U so n at a defined connection point of the circuit arrangement and at this connection point 10 a Zener diode and a transistor are connected and connected in parallel to one another so that the lower supply voltage VCC for the standby mode can be realized by driving the transistor T3 to short-circuit the Zener diode and thereby apply the lower supply voltage VCC for the standby mode to said voltage tap.
  • a supply voltage VCC to be present in the standby mode at the voltage tap, which is formed from the sum of the setpoint voltage U SO II and the saturation voltage VUCE_SAT of the transistor T3.
  • a supply voltage VCC is applied, which is formed from the sum of the setpoint voltage U S0 n and the voltage of the Zener diode ZI.
  • the switching regulator with a predetermined set value voltage U n_ so S p is formed at the feedback pin and the target voltage U so the circuit arrangement n by the voltage at the feedback pin is achieved by means of a setpoint input of the switching regulator.
  • the o.g. Switching solution provided to use a Zener diode in the circuit path, which is bridged with a transistor.
  • the setpoint specification of the voltage of the switching regulator takes place in an advantageous manner by the voltage at the feedback pin of the switching regulator. If this voltage exceeds a certain threshold value and thereby flows a minimum current of Ln into the feedback pin, the switching regulator stops the clocking until this threshold value is fallen below again.
  • a voltage divider is provided, whereby the devisregelnde voltage can be selectively adjusted to the Zener diode via the voltage divider.
  • this voltage divider is designed so that a specific nominal voltage of the voltage regulator is applied to the anode terminal of the zener diode. According to the invention, it is further provided that in the active state of
  • Low-voltage circuit of the diode connected in parallel to the transistor is not driven, so that the transistor is in the off state. This means that the current does not flow through the transistor but through the zener diode.
  • the voltage at VCC must be a voltage higher by the value of the zener voltage of the zener diode.
  • the zener diode is short-circuited via the transistor, whereby the potential of VCC only has to be higher by the saturation voltage of the transistor VUCE_SAT than the reduced reference voltage of the switching regulator. Since the saturation voltage of the transistor is significantly lower, a lower voltage VCC is established at the voltage tap for the supply voltage VCC.
  • zener diode is suitable to be chosen so that the following conditions result:
  • VCC U so n + VUCE_SAT
  • VCC supply voltage at the output of the circuit
  • VUCE_SAT saturation voltage of the transistor VUCE_SAT saturation voltage of the transistor.
  • the switching can be performed by a microcontroller as soon as the request for the standby mode takes place via the microcontroller interface.
  • Another aspect of the present invention relates to the safe state of the device, preferably an EC motor by saving a separate circuit part.
  • shutdown paths are provided for this purpose, which enable the safety controller to put the motor in a safe state.
  • driver modules also exist in which this reduced voltage range represents an impermissible operating state.
  • the circuit used must be extended by a transistor that can switch the supply voltage of the driver to 0V.
  • the bridge transistors can not be driven in principle because at 0V no current flow through the transistor is possible.
  • the corresponding variant is also selected, since the other one represents an impermissible operating mode in which damage can occur during operation.
  • Fig. 1 shows an embodiment of an electrical circuit for
  • Fig. 1a shows an alternative embodiment of an electrical circuit for low-voltage generation
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement of a bridge control.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electrical circuit arrangement 1 for low-voltage generation with a voltage changeover of a supply voltage VCC between a normal mode and a standby mode.
  • the circuit arrangement 1 is formed with a switching regulator 2 (here also marked IC1) with a predetermined setpoint voltage U SO II_SP in order to provide a supply voltage VCC of 15V DC at the output and indeed at the tap 11, the circuit arrangement 1 for normal operation.
  • a switching regulator 2 here also marked IC1
  • U SO II_SP predetermined setpoint voltage
  • the switching regulator 2 also has the connections BPA CC, S and D, as well as the feedback pin FB. Terminal D serves as input for an input voltage.
  • the switching regulator 2 is designed as a down converter and converts the input voltage of 325 V into an output voltage in the normal operation of 15V.
  • this supply voltage VCC 15V DC for the Normal operation ready.
  • the feedback pin FP is connected via a voltage divider comprising the resistors R1 / R2 to the anode terminal A of the Zener diode Z1.
  • anode terminal Z1 and the cathode terminal of the Zener diode Z1 of the transistor T3 are connected in parallel to the anode terminal A, while the gate G of the transistor is driven by a transistor T1 via a standby control signal.
  • the transistor T3 In normal operation, the transistor T3 is not activated. Thus, the current must flow through the Zener diode Z1 in normal operation.
  • the Zener diode Z1 is short-circuited via the transistor T3 by the gate G of the transistor T3 is driven. Since the voltage at point 10 of the circuit is 5V and the voltage at tap 11 is now increased only by the voltage value of the saturation voltage VUCE_SAT of 0.3V of transistor T3, the voltage VCC at attack 11 is now 5.3V. Thus, the reduced supply voltage in standby mode is about 35% of the supply voltage in normal operation. As a result, a power reduction in the exemplary embodiment with a circuit topology according to FIG. 1 is achieved from approximately 650 mW to approximately 150 mW in standby mode.
  • FIG. 1 a shows an alternative circuit with respect to FIG.
  • FIG. 2 shows a bridge circuit 20, namely an H-bridge circuit.
  • the bridge circuit 20 is supplied by the previously explained supply voltage VCC.
  • the bridge circuit 20 has two driver chips IC5 and IC6, as well as four power transistors T
  • To the driver chips IC5 and IC6 respectively lead control lines 21, 22 to the terminals HIN and LIN. Furthermore, the driver blocks on the terminals GND, VCC, VB, HO, VS and LO.
  • the undervoltage detection of the bridge drivers IC5 and IC6 responds and deactivates the driving of the power transistors TL.
  • the power transistors T L are activated with the reduced supply voltage VCC of 5.3V. Since the power transistors TL are in the saturation region at this voltage, a high power loss is implemented in the respective power transistors TL, which leads to the destruction of the power transistor TL and thus ultimately to a safe state.
  • the invention is not limited in its execution to the preferred embodiments specified above , Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.

Abstract

The invention relates to a circuit (1) for producing low voltage with voltage switching between a supply voltage (VCC) on a tap (11) for the normal mode and a lower supply voltage (VCC) for a standby mode of an appliance, in which the circuit (1) is provided with a switching regulator (2) that provides a nominal voltage Uson on a connection point (10) of the circuit (1) and a Zener diode (Z1) and a transistor (T3) are connected and mounted in parallel on said connection point (10), such that the lower supply voltage (VCC) for the standby mode can be produced by controlling the transistor (T3) to short-circuit the Zener diode (Z1), such that the lower supply voltage (VCC) is applied to the tap (11) for the standby mode.

Description

Standby-Abschaltung  Standby Shutdown
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Standby-Verluste im Bereitschaftsbetrieb bei der Niederspannungserzeugung, insbesondere bei der Niederspannungserzeugung mit einem Spannungswandler. Das Verfahren betrifft insbesondere Netzteile ohne eine gal- vanische Trennung. The invention relates to a method and a device for reducing the standby losses in the standby mode in the low-voltage generation, in particular in the low-voltage generation with a voltage converter. The method relates in particular to power supplies without a galvanic separation.
Der Begriff "Spannungswandler" bezeichnet hier insbesondere einen Abwärtswandler, kann aber auch jede andere Art von Wandler, der zur Anpassung der Ausgangsspannung für das zu versorgende Gerät dient, insbeson- dere Netzteile, die an das Netz angeschlossen sind, umfassen. Elektrische Spannungswandler werden heutzutage in zahlreichen Geräten zur Versorgung der Gerätehauptfunktion und eventueller Standby-Funktionen verwendet. The term "voltage converter" here refers in particular to a down converter, but may also be any other type of converter which serves to adapt the output voltage for the device to be supplied, in particular other power supplies connected to the mains. Electric voltage transformers are nowadays used in numerous devices for supplying the main device function and any standby functions.
Wenn diese Hauptfunktion bzw. eine Standby-Funktion im Bereitschaftsbetrieb dauerhaft oder über längere Zeiträume aktiv sein soll, können die dadurch auftretenden Energieverluste bei der Spannungsversorgung mit einem Spannungswandler einen signifikanten Anteil am Gesamtenergieverbrauch des versorgten Gerätes haben. Bei elektrischen Geräten, die dauerhaft betrieben werden, sogenannte Kleinverbraucher, ist der Eigenverbrauch des Spannungswandlers ein wesentlicher Anteil am Gesamtverbrauch des Gerätes und spielt eine zunehmende Rolle bei der Kaufentscheidung. Durch die große Anzahl durch Spannungswandler versorgter Geräte werden durch die Verluste herkömmlicher Spannungswandler beträchtliche Kosten und Umweltbelastungen verursacht, die durch die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen reduziert werden können. Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch, dass Motoren, wie z. B. Lüftermotoren in vielen Geräten eingesetzt werden und diese mit einem Niederspannungsnetzteil betrieben werden und oben besagte Standby-Verluste aufweisen. If this main function or a standby function in standby mode should be active permanently or for longer periods of time, the resulting energy losses in the voltage supply with a voltage converter can have a significant share of the total energy consumption of the supplied device. For electrical devices that are operated permanently, so-called small consumers, the self-consumption of the voltage converter is a significant proportion of the total consumption of the device and plays an increasing role in the purchase decision. Due to the large number of devices powered by voltage transformers, the losses of conventional voltage transformers cause considerable costs and environmental burdens which can be reduced by the methods and devices described herein. It is also known in this context that motors such. B. fan motors are used in many devices and these are operated with a low-voltage power supply and above said standby losses.
Die Stromversorgung von diversen Elektrogeräten erfolgt häufig, bereits aus Kostengründen, mit einem einzigen Spannungswandler, der die Versorgung sowohl für den Normalbetrieb des Gerätes als auch für einen eventuellen Stand by-Betrieb übernimmt. Der Bereitschaftsbetrieb oder Stand by-Betrieb (auch Wartebetrieb genannt) ist der derjenige Zustand eines technischen Gerätes, in dem die eigentliche Nutzfunktion temporär deaktiviert ist oder schlichtweg nicht benötigt wird, aber jederzeit und ohne Vorbereitungen oder längere Wartezeiten wieder aktiviert werden kann. Jedoch ist für das Halten des Bereitschaftszustandes im Regelfall nur ein bestimmter, gegenüber dem Normalbetrieb reduzierter Leistungsbedarf erforderlich. Durch den großen Unterschied der Energie- und Leistungsaufnahme eines Gerätes in diesen beiden Betriebszuständen und die Notwendigkeit, die volle für den Normalbetrieb nötige Leistung möglichst kurzfristig bereitstellen zu können, überwie- gen im Standby-Betrieb die Energieverluste für den Betrieb des Spannungswandlers diejenige für die eigentliche Standby-Funktion erforderliche Leistung regelmäßig. Es bestehen im Stand der Technik daher unterschiedliche Bemühungen Standby-Verluste im Bereitschaftsdienst zu reduzieren. Eine gängige Vorgehensweise bei der Reduktion der Standby-Verluste ist die Umschaltung zwischen einer Hauptversorgung und einer Standby- Versorgung. Dabei wird durch einen Mikrocontroller oder eine sonstige Schaltung bei Erkennung der Standby-Anforderung die Hauptniederspannungsversorgung deaktiviert. In diesem Zustand wird nur ein kleiner Teil der Elektronik versorgt, um die Anforderung für einen aktiven Betrieb zu erfassen und die Hauptniederspannungsversorgung wieder zu aktivieren. Nachteil dieser Variante ist, dass ein zusätzlicher Schaltungsteil bzw. weitere Schaltungskomponenten nötig sind, um die Versorgung im Standby-Betrieb sicherzustellen. The power supply of various electrical appliances is often done, for reasons of cost, with a single voltage converter, which takes over the supply for both the normal operation of the device as well as for a possible stand-by operation. The standby mode or standby mode (also called waiting mode) is the state of a technical device in which the actual utility function is temporarily disabled or simply not needed, but can be reactivated at any time and without preparation or longer waiting times. However, for holding the standby state usually only a certain, compared to the Normal operation reduced power requirement required. Due to the great difference between the energy and power consumption of a device in these two operating states and the need to provide the full required for normal operation power as soon as possible, prevail in standby mode, the energy losses for the operation of the voltage converter that for the actual Standby function required performance regularly. There are therefore different efforts in the prior art to reduce standby losses in on-call service. A common approach to reducing standby losses is to switch between a main supply and a standby supply. In this case, the main low-voltage supply is deactivated by a microcontroller or another circuit upon detection of the standby request. In this state, only a small portion of the electronics are powered to detect the request for active operation and to re-enable the main low-voltage supply. Disadvantage of this variant is that an additional circuit part or other circuit components are necessary to ensure the supply in standby mode.
Eine weitere Variante zur Reduktion der Standbyverluste ist die Abschaltung der Niederspannungsversorgung von außen. Dazu wird ein einer übergeordneten Steuerungseinheit durch ein Set- und Reset-Signal die Möglichkeit gegeben die elektronische Einheit in den Ruhemodus zu versetzen. In diesem Fall ist die Versorgung komplett deaktiviert, daher kann eine mimiale Leistungsaufnahme erzielt werden. Es führt nur noch der Eigenverbrauch des Schaltreglers zu Energieverlusten. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass die übergeordnete Steuerungseinheit die Abschaltung und die Aktivierung vornehmen muss. Diese Steuerung muss dazu in das Konzept integriert sein. Zudem ist in sicheren Anwendungen eine galvanische Trennung erforderlich, die wiederum die Kosten einer solchen Lösung in die Höhe treiben würde. Another variant for reducing standby losses is the disconnection of the low-voltage supply from the outside. For this purpose, a higher-level control unit is given the opportunity, by means of a set and reset signal, to put the electronic unit into the sleep mode. In this case, the supply is completely disabled, so a mimiale power consumption can be achieved. It only leads the self-consumption of the switching regulator to energy losses. The disadvantage of this solution is that the higher-level control unit must make the shutdown and the activation. This control must be integrated into the concept. In addition, galvanic isolation is required in safe applications, which in turn would drive up the cost of such a solution.
Aus der DE 10055794 A1 ein Konzept bekannt, bei dem ein Leistungskreis, der einen Stromschalter eines Hauptkörpers eines Sets der elektrischen Vorrichtung aufweist, die mit einer ersten Seite einer Wechselstromversorgung verbunden ist, und einen Leistungsübertragungsregler/Schaltungsregler des Hauptkörpers des Sets aufweist, der mit einer zweiten Seite der Wechselstromversorgung verbunden ist, mit einer Standby- Leistungsredundanzschaltung bei der ein„Strom-Ein/Aus" mit Hilfe einer Fernsteuerung aktiviert wird, die Schaltung Wechselstrom durch eine Reaktanzvorrichtung empfängt, Fernsteuerungsdaten von der Fernsteuerung empfängt, einen eigens dafür vorgesehenen Mikrocomputer zur Steuerung von Ein/Aus des Stromschalters durch eine Schalteransteuerungseinheit mit einer ersten Seite der Wechselstromversorgung verbindet und dann nur den eigens dafür vorgesehenen Mikrocomputer im Standby-Zustand ansteuert, für den Fall, dass der Strom- Schalter ausgeschaltet ist und der Hauptkörper des Sets ausgeschaltet ist. From DE 10055794 A1 a concept is known in which a power circuit having a power switch of a main body of a set of the electrical apparatus connected to a first side of an AC power supply and a power transmission controller of the main body of the set is provided with a power supply second side of the AC power supply is connected to a standby power redundancy circuit in which a "power on / off" by means of a remote control is activated, the circuit receives AC power through a Reaktanzvorrichtung, receives remote control data from the remote control, a dedicated dedicated microcomputer for control of ON / OFF of the power switch by a switch driving unit connects to a first side of the AC power supply and then drives only the dedicated microcomputer in the standby state, in the event that the power switch is turned off and the Hauptkörpe r of the set is switched off.
Aus der DE 19530594 C1 ist ein anderes, jedoch von der Idee her ähnliches Konzept bekannt, bei einem durch einen Spannungswandler versorgten Elektrogerät folgende Maßnahmen vorzusehen: a) während des Betriebes des Gerätes wird der Spannungswandler primärseitig nur kurze Zeiträume mit dem Netz bzw. einer anderen elektrischen Versorgung verbunden, b) der Spannungswandler ermöglicht in diesen Zeiträumen neben der Versorgung einer eventuell benötigten Gerätefunktion auch die Aufladung eines geeigneten Energiespeichers, c) in den Zeiträumen, in denen der Spannungswandler von der Stromversorgung abgetrennt ist, wird die Funktion (eine Standby- Funktion oder Hauptfunktion) des Gerätes durch die Energieentnahme aus dem Energiespeicher sichergestellt und d) der Spannungswandler wird automatisch ans Netz (oder die jeweilige Stromversorgung) geschaltet sobald der Energievorrat im Energiespeicher zur Neige geht, um diesen aufzuladen, oder wenn die Gerätefunktion es sonst erfordert. Hierbei ist allerdings nachteilig, dass das Netzteil sozusagen grundsätzlich immer wieder vom Netzt getrennt wird und eine Versorgung daher nur noch mittels des Energiespeicher und dessen Auslegung erfolgen kann, solange eine Netzverbindung nicht besteht. From DE 19530594 C1, another concept, similar in concept to the concept, is provided for the following measures in the case of an electrical appliance supplied by a voltage converter: a) During operation of the device, the voltage converter on the primary side only short periods with the network or another b) the voltage converter allows in these periods in addition to the supply of a possibly required device function and the charging of a suitable energy storage, c) in the periods in which the voltage converter is disconnected from the power supply, the function (a standby function or main function) of the device is ensured by the energy removal from the energy storage and d) the voltage converter is automatically connected to the mains (or the respective power supply) as soon as the energy supply in the energy storage is running low, to charge it, or if the device function otherwise requires. In this case, however, it is disadvantageous that, as it were, the power supply unit is always disconnected from the mains, and a supply can therefore only be effected by means of the energy store and its design, as long as a network connection does not exist.
Solche zuvor genannten Lösungen basieren auf dem Prinzip der Stromkreistrennung, so dass der eigentliche Energieverbrauch während dem Standby- Betrieb, somit während der Standby-Betrieb zeitlich aktiv ist, keine tatsächli- che effektive Leistungsreduzierung erfährt. Such solutions mentioned above are based on the principle of circuit separation, so that the actual energy consumption during the standby mode, thus temporally active during the standby mode, no actual effective power reduction undergoes.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Lösung vorzusehen, bei dem die systemspezifische Verlustleistung während des Bereitschaftsbetriebs einer Niederspannungs- Versorgung als solche signifikant reduziert wird und bei der vorzugsweise auch ein sicherer Betrieb des Gerätes, wie z. B. eines EC-Motors gegeben ist. The invention is therefore an object of the invention overcome above-mentioned disadvantages and to provide a solution in which the system-specific power loss during standby operation of a low-voltage supply is significantly reduced as such and in the preferably also a safe operation of the device, such as. B. an EC motor is given.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung vorzu- sehen, die sowohl für eigensichere als auch andere Schaltungen angewendet werden kann. In particular, it is an object of the present invention to provide a solution that can be used for both intrinsically safe and other circuits.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein erster Ausgangspunkt zur Entwicklung der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass sich die Verluste im Standby-Betrieb im Wesentlichen aus dem Eigenverbrauch des Schaltreglers sowie der Versorgung der Elektronikkomponenten in der Schaltung einer Niederspannungsversorgung mit Schaltregler ergeben. In einer Schaltungstopologie mit einem Schaltregler wird da- für aus der VCC-Spannung über einen Linearregler die Elektronikversor- gungspannung erzeugt. Die Differenz aus diesen beiden Spannungen wird dabei im Schaltregler in Verlustwärme umgesetzt und ist deswegen maßgeblich für die Verlustleistung im Bereitschaftsbetrieb. This object is achieved by the feature combination according to claim 1. A first starting point for the development of the present invention is the recognition that the losses in standby mode essentially result from the self-consumption of the switching regulator as well as the supply of the electronic components in the circuit of a low-voltage supply with switching regulator. In a circuit topology with a switching regulator, the electronics supply is provided from the VCC voltage via a linear regulator. generated voltage. The difference between these two voltages is converted into heat loss in the switching regulator and is therefore decisive for the power loss in standby mode.
Ein Grundgedanke besteht nun darin, eine Schaltung zu vorzusehen, mit der es möglich ist, die Ausgangsspannung im Standby-Zustand zu reduzieren, ohne dabei erhebliche Mehrkosten zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht in einfacher Weise ein Umschalten der Ausgangsspannungen der Niederspannungserzeugung von einem Normalbetrieb in einen Bereitschaftsbetrieb. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Schaltungsanordnung zur Niederspannungserzeugung mit einer Spannungsumschaltung zwischen einer Versorgungsspannung VCC an einem Abgriff für den Normalbetrieb und einer hierzu niedrigeren Versorgungsspannung VCC für einen Bereitschaftsbetrieb eines Geräts, wie z. B. eines EC-Motors vorgeschlagen, wobei die Schal- tungsanordnung mit einem Schaltregler ausgebildet ist, der an einem definierten Verbindungspunkt der Schaltungsanordnung eine Sollspannung Uson bereit stellt und an diesem Versbindungspunkt 10 eine Zenerdiode und ein Transistor angeschlossen und zwar zueinander parallel geschaltet sind, so dass die niedrigere Versorgungsspannung VCC für den Bereitschaftsbetrieb dadurch realisierbar ist, dass der Transistor T3 angesteuert wird, um die Zenerdiode kurz zu schließen und dadurch die niedrigeren Versorgungsspannung VCC für den Bereitschaftsbetrieb am besagten Spannungsabgriff anliegt. A basic idea now is to provide a circuit with which it is possible to reduce the output voltage in the standby state, without generating significant additional costs. The circuit according to the invention makes it possible in a simple manner to switch over the output voltages of the low-voltage generation from a normal mode to a standby mode. According to the invention for this purpose, a circuit arrangement for low-voltage generation with a voltage switching between a supply voltage VCC at a tap for normal operation and a lower supply voltage VCC for a standby mode of a device such. For example, an EC motor is proposed, wherein the circuit arrangement is formed with a switching regulator which provides a setpoint voltage U so n at a defined connection point of the circuit arrangement and at this connection point 10 a Zener diode and a transistor are connected and connected in parallel to one another so that the lower supply voltage VCC for the standby mode can be realized by driving the transistor T3 to short-circuit the Zener diode and thereby apply the lower supply voltage VCC for the standby mode to said voltage tap.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereitschaftsbetrieb am Spannungsabgriff eine Versorgungsspannung VCC anliegt, die aus der Summe der Sollspannung USOII und der Sättigungsspannung VUCE_SAT des Transistors T3 gebildet ist. In an advantageous embodiment of the invention, provision is made for a supply voltage VCC to be present in the standby mode at the voltage tap, which is formed from the sum of the setpoint voltage U SO II and the saturation voltage VUCE_SAT of the transistor T3.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Normalbetrieb an besagtem Abgriff eine Versorgungsspannung VCC anliegt, die aus der Summe der Sollspannung US0n und der Spannung der Zenerdiode ZI gebildet wird. In a further advantageous embodiment of the invention is provided that in normal operation at said tap a supply voltage VCC is applied, which is formed from the sum of the setpoint voltage U S0 n and the voltage of the Zener diode ZI.
Ebenfalls ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Schaltregler mit einer vorgege- benen Sollwertspannung Uson_Sp an seinem Feedback-Pin ausgebildet ist und die Sollspannung Uson der Schaltungsanordnung durch die Spannung am Feedback-Pin mittels einer Sollwertvorgabe des Schaltreglers erzielt wird. Also, it is advantageously provided that the switching regulator with a predetermined set value voltage U n_ so S p is formed at the feedback pin and the target voltage U so the circuit arrangement n by the voltage at the feedback pin is achieved by means of a setpoint input of the switching regulator.
Erfindungsgemäß ist zur Realisierung der o.g. Umschaltlösung vorgesehen eine Zenerdiode im Schaltungspfad zu verwenden, die mit einem Transistor überbrückt wird. Die Sollwertvorgabe der Spannung des Schaltreglers erfolgt in vorteilhafter Weise durch die Spannung am Feedback-Pin des Schaltreglers. Überschreitet diese Spannung einen bestimmten Schwellwert und fließt dadurch ein Mindeststrom von Ln in den Feedback-Pin, so stoppt der Schaltregler das Takten solange, bis dieser Schwellwert wieder unterschritten ist. Ferner wird ein Spannungsteiler vorgesehen, wodurch die einzuregelnde Spannung an der Zehnerdiode über den Spannungsteiler gezielt eingestellt werden kann. Dieser Spannungsteiler wird dabei so ausgelegt, dass an dem Anodenanschluss der Zenerdiode eine bestimmte Sollspannung des Spannungsreglers anliegt. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass im aktiven Zustand derAccording to the invention, the o.g. Switching solution provided to use a Zener diode in the circuit path, which is bridged with a transistor. The setpoint specification of the voltage of the switching regulator takes place in an advantageous manner by the voltage at the feedback pin of the switching regulator. If this voltage exceeds a certain threshold value and thereby flows a minimum current of Ln into the feedback pin, the switching regulator stops the clocking until this threshold value is fallen below again. Furthermore, a voltage divider is provided, whereby the einzuregelnde voltage can be selectively adjusted to the Zener diode via the voltage divider. In this case, this voltage divider is designed so that a specific nominal voltage of the voltage regulator is applied to the anode terminal of the zener diode. According to the invention, it is further provided that in the active state of
Niederspannungsschaltung der zur Zehnerdiode parallel geschaltete Transistor nicht angesteuert wird, so dass der Transistor im Sperrzustand ist. Das bedeutet, dass der Strom nicht durch den Transistor, sondern durch die Zenerdiode fließt. Um den Sollzustand des Schaltreglers einer bestimmten Soll- Spannung in der Schaltung und am Anodenanschluss der Zenerdiode zu erfüllen, muss die Spannung an VCC eine Spannung sein, die um den Wert der Zehnerspannung der Zenerdiode höheres Potenzial aufweist. Hingegen wird im Stand by-Betrieb der Schaltung die Zenerdiode über den Transistor kurzgeschlossen, wodurch das Potenzial von VCC nur noch um die Sättigungsspannung des Transistors VUCE_SAT höher sein muss als die reduzierte Sollspannung des Schaltreglers. Da die Sättigungsspannung des Transistors deutlich niedriger ist, stellt sich eine niedrigere Spannung VCC am Spannungsabgriff für die Versorgungsspannung VCC ein. Low-voltage circuit of the diode connected in parallel to the transistor is not driven, so that the transistor is in the off state. This means that the current does not flow through the transistor but through the zener diode. In order to meet the desired state of the switching regulator of a particular setpoint voltage in the circuit and at the anode terminal of the zener diode, the voltage at VCC must be a voltage higher by the value of the zener voltage of the zener diode. By contrast, in the stand-by mode of the circuit, the zener diode is short-circuited via the transistor, whereby the potential of VCC only has to be higher by the saturation voltage of the transistor VUCE_SAT than the reduced reference voltage of the switching regulator. Since the saturation voltage of the transistor is significantly lower, a lower voltage VCC is established at the voltage tap for the supply voltage VCC.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Zenerdiode geeignet zu wählen ist, so dass sich die folgenden Bedingungen ergeben: In other words, this means that the zener diode is suitable to be chosen so that the following conditions result:
Normalbetrieb: VCC = Us0n + Zu Normal operation: VCC = U s0 n + Zu
Bereitschaftsbetrieb: VCC = Uson + VUCE_SAT wobei darin bedeuten: Standby mode: VCC = U so n + VUCE_SAT where:
VCC Versorgungsspannung am Ausgang der Schaltung VCC supply voltage at the output of the circuit
Usoii definierte Sollwertspannung des Spannungsreglers Usoii defined setpoint voltage of the voltage regulator
Uz Durchbruchspannung der Zenerdiode U z breakdown voltage of the Zener diode
VUCE_SAT Sättigungsspannung des Transistors.  VUCE_SAT saturation voltage of the transistor.
Erfindungsgemäß kann die Umschaltung von einem MikroController ausge- führt werden, sobald über die Mikrocontroller-Schnittstelle die Anforderung für den Bereitschaftsbetrieb erfolgt. According to the invention, the switching can be performed by a microcontroller as soon as the request for the standby mode takes place via the microcontroller interface.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den sicheren Zustand des Geräts, vorzugsweise eines EC-Motors durch Einsparung eines gesonderten Schaltungsteils. Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen werden hierzu Abschaltpfade vorgesehen, die es dem Sicherheitscontroller ermöglichen, den Motor in einen sicheren Zustand zu versetzen. Another aspect of the present invention relates to the safe state of the device, preferably an EC motor by saving a separate circuit part. In conventional circuit arrangements, shutdown paths are provided for this purpose, which enable the safety controller to put the motor in a safe state.
Hierzu wird bei bekannten Lösungen eine separate Schaltung verwendet, die die Versorgungsspannung der Motorbrückentreiber abschalten und dadurch den weiteren Stromfluss durch den Motor sicher unterbinden. For this purpose, in known solutions, a separate circuit is used, which switch off the supply voltage of the motor bridge driver and thereby safely prevent the further flow of current through the motor.
Erfindungsgemäß wird dies nun folgendermaßen gelöst. Wird die am Ausgang der Schaltung bereitgestellte Versorgungsspannung VCC der Niederspannungserzeugung auf den niedrigeren Wert VCC = Usoll + ZU umge- schaltet, reagiert eine Unterspannungserkennung der vorgesehenen Brückentreiber und deaktiviert die Ansteuerung der Leistungstransistoren in der H-Brückenschaltung. According to the invention this is now solved as follows. When the supply voltage VCC of the low-voltage generation provided at the output of the circuit is switched to the lower value VCC = Usoll + ZU, an undervoltage detection of the provided bridge drivers reacts and deactivates the activation of the power transistors in the H-bridge circuit.
Hierzu ist lediglich sicher zu stellen, dass solche Treiberbausteine der Brückenschaltung ausgewählt werden, die bei der niedrigeren Spannung VCC = Usoii + Zu sicher betreffend der Abschaltbedingung betrieben werden können. Allerdings existieren auch Treiberbausteine bei denen dieser reduzierte Spannungsbereich einen unzulässigen Betriebszustand darstellt. Für diese muss die verwendete Schaltung um einen Transistor erweitert werden, der die Versorgungsspannung der Treiber auf 0V schalten kann. Mit den beiden Konzepten, wäre bei korrekter Funktion der Treiberbausteine der H-Brückenschaltung bereits der sichere Zustand der Schaltung bzw. des Gerätes erreicht. For this purpose, it is only necessary to ensure that such driver components of the bridge circuit are selected, which can be operated at the lower voltage VCC = Usoii + Too sure regarding the switch-off condition. However, driver modules also exist in which this reduced voltage range represents an impermissible operating state. For these, the circuit used must be extended by a transistor that can switch the supply voltage of the driver to 0V. With the two concepts, if the driver components of the H-bridge circuit are functioning correctly, the safe state of the circuit or of the device would have already been achieved.
Ferner soll laut normativer Vorgabe jedoch auch ein Fehler der Treiberbausteine grundsätzlich angenommen werden, so dass der o. g. sichere Zustand nur bei korrekter Funktion erzielbar wäre. Furthermore, according to the normative specification, however, an error of the driver components should also be assumed in principle, so that the above-mentioned o. G. safe condition could only be achieved with correct function.
Beim Konzept mit reduzierter Versorgungspannung würden im Fehlerfall dann aber die Leistungstransistoren der Brückenschaltung nur mit der reduzierten Spannung VCC = Uson + Zu angesteuert. Da sich die Leistungstransistoren bei dieser Spannung im Sättigungsbereich befinden, wird eine hohe Verlustleistung im Transistor umgesetzt, die gezielt zur Zerstörung des Transistors und damit wiederum zu einem sicheren Zustand führt. Die Zerstörung des Transistors wäre hier in Kauf zu nehmen, da ohnehin für diesen Fall feh- lerhafte Treiberbausteine vorliegen würden. In the reduced-supply voltage concept, in the event of a fault, however, the power transistors of the bridge circuit would only be driven with the reduced voltage VCC = U so n + Zu. Since the power transistors are in the saturation region at this voltage, a high power loss is implemented in the transistor, which specifically leads to the destruction of the transistor and thus in turn to a safe state. The destruction of the transistor would have to be tolerated here, since in any case this case would be incorrect. lerhafte driver blocks would be present.
Im zweiten Fall, bei der die Versorgungsspannung der Treiberbausteine zusätzlich auf 0V geschaltet wird, können die Brückentransistoren prinzipiell nicht angesteuert werden da bei 0V kein Stromfluss durch den Transistor möglich ist. In the second case, in which the supply voltage of the driver components is additionally switched to 0V, the bridge transistors can not be driven in principle because at 0V no current flow through the transistor is possible.
Nimmt man als weiteren Fehlerfall die Fehlfunktion eines Brückentreibers sowie der hier beschriebenen Schaltung an, kann letztlich kein gefährlicher Spannungszustand des versorgten Gerätes bzw. EC-Motors entstehen, sofern die Ansteuerleitungen als sichere Signale angenommen werden. Eine solche Annahme ist in einem Fall zulässig, bei dem wie vorliegend weiter vorgeschlagen, die Ansteuersignale der Treiberbausteine durch einen, als sicher hinsichtlich der normativen Anforderungen zu betrachtenden Schaltkreis, auf Low-Pegel gesetzt werden. If the malfunction of a bridge driver and the circuit described here is taken as a further error case, ultimately no dangerous voltage state of the supplied device or EC motor can arise, provided the control lines are assumed to be safe signals. Such an assumption is permissible in a case where, as further proposed herein, the drive signals of the driver chips are set to low levels by a circuit to be considered safe with respect to the normative requirements.
In diesem Fall wird von einem korrekt funktionierenden zweiten Treiberbau- stein auch kein Ansteuersignal an die Leistungstransistoren weitergeleitet, so dass der sichere Zustand gewährleistet ist. In this case, no drive signal is forwarded to the power transistors by a correctly functioning second driver module, so that the safe state is ensured.
Es bleibt zu beachten, dass abhängig vom verwendeten Treiberbaustein auch die entsprechende Variante gewählt wird, da die jeweils andere einen unzulässigen Betriebsmodus darstellt, bei dem es im Betrieb zu Schäden kommen kann. It should be noted that, depending on the driver block used, the corresponding variant is also selected, since the other one represents an impermissible operating mode in which damage can occur during operation.
Folglich kann mit der erfindungsgemäßen Schaltung nicht nur ein effizienterer, sondern auch ein sicherer Betrieb bereitgestellt werden. Consequently, with the circuit according to the invention not only a more efficient, but also a safer operation can be provided.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. Show it:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung zur Fig. 1 shows an embodiment of an electrical circuit for
Niederspannungserzeugung mit einer Spannungsumschaltung einer Versorgungsspannung zwischen einem Normalbetrieb und einem Bereitschaftsbetrieb  Low-voltage generation with a voltage switching of a supply voltage between a normal operation and a standby mode
Fig. 1a ein alternatives Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung zur Niederspannungserzeugung und Fig. 1a shows an alternative embodiment of an electrical circuit for low-voltage generation and
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung einer Brückensteuerung. Fig. 2 shows a circuit arrangement of a bridge control.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher- erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment, wherein the same reference numbers refer to the same structural and / or functional features.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltungsanordnung 1 zur Niederspannungserzeugung mit einer Spannungsumschaltung einer Versorgungsspannung VCC zwischen einem Normalbetrieb und einem Bereitschaftsbetrieb gezeigt. FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electrical circuit arrangement 1 for low-voltage generation with a voltage changeover of a supply voltage VCC between a normal mode and a standby mode.
Die Schaltungsanordnung 1 ist mit einem Schaltregler 2 (hier auch mit IC1 gekennzeichnet) mit einer vorgegebenen Sollwertspannung USOII_SP ausgebildet, um eine Versorgungsspannung VCC von 15V DC am Ausgang und zwar am Abgriff 11 , der Schaltungsanordnung 1 für den Normalbetrieb bereit zu stellen. The circuit arrangement 1 is formed with a switching regulator 2 (here also marked IC1) with a predetermined setpoint voltage U SO II_SP in order to provide a supply voltage VCC of 15V DC at the output and indeed at the tap 11, the circuit arrangement 1 for normal operation.
Der Schaltregler 2 weist ferner die Anschlüsse BPA CC, S und D auf, sowie den Feedback-Pin FB. Der Anschluss D dient als Eingang für eine Eingangsspannung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schaltregler 2 als Abwärtswandler ausgebildet und wandelt die Eingangsspannung von 325 V in eine Ausgangsspannung im Normalbetrieb von 15V. The switching regulator 2 also has the connections BPA CC, S and D, as well as the feedback pin FB. Terminal D serves as input for an input voltage. In the present embodiment, the switching regulator 2 is designed as a down converter and converts the input voltage of 325 V into an output voltage in the normal operation of 15V.
Am Abgriff 11 stellt diese Versorgungsspannung VCC von 15V DC für den Normalbetrieb bereit. In der Schaltungsanordnung 1 lässt sich mittels der Parallelschaltung der Zenerdiode Z1 und dem Transistors T3 eine Span- nungsumschaltung von der Versorgungsspannung VCC = 15V im Normalbetrieb auf eine Spannung von 5,3 V im Bereitschaftsbetrieb am Abgriff 11 rea- lisieren. At tap 11, this supply voltage VCC of 15V DC for the Normal operation ready. In the circuit arrangement 1, by means of the parallel connection of the zener diode Z1 and the transistor T3, a voltage changeover from the supply voltage VCC = 15V in normal operation to a voltage of 5.3 V in the standby mode at the tap 11 can be realized.
Hierzu ist der Feedback-Pin FP über einen Spannungsteiler aus den Widerständen R1/R2 mit dem Anodenanschluss A der Zenerdiode Z1 verbunden. For this purpose, the feedback pin FP is connected via a voltage divider comprising the resistors R1 / R2 to the anode terminal A of the Zener diode Z1.
Ferner ist zum Anodenanschluss A der Zenerdiode Z1 und dem Kathoden- anschluss der Zenerdiode Z1 der Transistors T3 parallel geschaltet, während das Gate G des Transistors über ein Standby-Steuersignal von einem Transistor T1 angesteuert wird. Furthermore, the anode terminal Z1 and the cathode terminal of the Zener diode Z1 of the transistor T3 are connected in parallel to the anode terminal A, while the gate G of the transistor is driven by a transistor T1 via a standby control signal.
Der Schaltregler 2 verfügt über eine feste Sollwertvorgabe für den Feedback- Pin FB in Höhe von USOII_SP = 1 ,65V, welche durch die Spannung am Feedback-Pin FB erfolgt. Überschreitet die Spannung am Feedback-Pin FB die Sollwertspannung US0H_SP von 1 ,65V, fließt dadurch ein Mindeststrom von 49μΑ in den Feedback-Pin und der Schaltregler 2 unterbricht das Takten. The switching regulator 2 has a fixed desired value specification for the feedback pin FB in the amount of U SO II_SP = 1.65 V, which is effected by the voltage at the feedback pin FB. If the voltage at the feedback pin FB exceeds the setpoint voltage U S0 H_SP of 1.65V, a minimum current of 49μΑ flows into the feedback pin and the switching controller 2 interrupts the cycle.
Durch den Spannungsteiler 7 aus den Widerständen R1 , R2 kann die Spannung des Schaltreglers 2 entsprechend eingeregelt werden. Der Spannungsteiler 7 ist vorliegend so ausgelegt, dass der Widerstand R1= 3,6 kOhm und der Widerstand R2 von 2,0 kOhm beträgt, so dass sich am Punkt 10 der Schaltungsanordnung eine gewünschte Spannung von 5V einstellt. By the voltage divider 7 from the resistors R1, R2, the voltage of the switching regulator 2 can be adjusted accordingly. The voltage divider 7 is in the present case designed so that the resistance R1 = 3.6 kOhm and the resistance R2 of 2.0 kohms, so that sets a desired voltage of 5V at the point 10 of the circuit arrangement.
Im Normalbetrieb wird der Transistor T3 nicht angesteuert. Somit muss der Strom im Normalbetrieb durch die Zenerdiode Z1 fließen. Um den Sollzustand des Schaltreglers von Usoii = 5V am Punkt 10 der Schaltungsanord- nung 1 zu realisieren, muss die Spannung VCC am Abgriff 11 ein um den Wert der Zenerspannung Uz der Zenerdiode Z1 höheres Potenzial aufweisen, welches vorliegend 10 V sein muss, um insgesamt die gewünschten 15V als Versorgungsspannung VCC am Abgriff 11 zu realisieren. Insofern wird eine 10V Zenerdiode bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet. In normal operation, the transistor T3 is not activated. Thus, the current must flow through the Zener diode Z1 in normal operation. In order to realize the desired state of the switching regulator of Usoii = 5V at the point 10 of the circuit arrangement 1, the voltage VCC at the tap 11 must have a higher potential by the value of the zener voltage Uz of the zener diode Z1, which in the present case must be 10 V in total the desired 15V as supply voltage VCC at the tap 11 to realize. As such, a 10V zener diode is used in the present embodiment.
Im Bereitschaftsbetrieb bei dem die hohe Versorgungsspannung von 15V nicht erforderlich ist, wird die Zenerdiode Z1 über den Transistor T3 kurzgeschlossen, indem das Gate G des Transistors T3 angesteuert wird. Da die Spannung am Punkt 10 der Schaltung 5V beträgt und die Spannung am Abgriff 11 nun nur noch um den Spannungswert der Sättigungsspannung VUCE_SAT von 0,3 V des Transistors T3 erhöht wird ist, beträgt die Spannung VCC am Angriff 11 nun 5,3V. Somit beträgt die reduzierte Versorgungsspannung im Bereitschaftsbetrieb etwa 35% von der Versorgungsspannung im Normalbetrieb. Hierdurch wird eine Leistungsreduzierung in dem Ausführungsbeispiel mit einer Schaltungstopologie gemäß Figur 1 von etwa 650mW auf etwa 150mW im Bereitschaftsbetrieb erreicht. In der Fig. 1a ist eine alternative Schaltung gegenüber der Figur 1 dargestellt, bei der ein zusätzlicher Transistor T2 am Punkt 10 der Schaltungsanordnung 1 verbunden ist. Abhängig vom eingesetzten Brückentreiber wird hier bestimmungsgemäß die Spannungsversorgung der Brückentreiber zusätzlich auf 0V abgesenkt. Dies betrifft das beschriebene Sicherheitskonzept, wozu noch der zusätzliche Transistor T2 in der dargestellten Schaltungstopologie verwendet wird. In the standby mode in which the high supply voltage of 15V is not required, the Zener diode Z1 is short-circuited via the transistor T3 by the gate G of the transistor T3 is driven. Since the voltage at point 10 of the circuit is 5V and the voltage at tap 11 is now increased only by the voltage value of the saturation voltage VUCE_SAT of 0.3V of transistor T3, the voltage VCC at attack 11 is now 5.3V. Thus, the reduced supply voltage in standby mode is about 35% of the supply voltage in normal operation. As a result, a power reduction in the exemplary embodiment with a circuit topology according to FIG. 1 is achieved from approximately 650 mW to approximately 150 mW in standby mode. FIG. 1 a shows an alternative circuit with respect to FIG. 1, in which an additional transistor T 2 is connected at point 10 of the circuit arrangement 1. Depending on the bridge driver used, the power supply of the bridge driver is additionally lowered to 0V as intended. This concerns the safety concept described, to which end the additional transistor T2 in the illustrated circuit topology is used.
In der Fig. 2 ist eine Brückenschaltung 20 und zwar einer H-Brücken- schaltung gezeigt. Die Brückenschaltung 20 wird von der zuvor erläuterten Versorgungsspannung VCC versorgt. Die Brückenschaltung 20 weist zwei Treiberbausteine IC5 und IC6 auf, sowie vier Leistungstransistoren T|_ in der Brücke. Zu den Treiberbausteinen IC5 und IC6 führen jeweils Steuerleitungen 21 , 22 zu den Anschlüssen HIN und LIN. Ferner weisen die Treiberbausteine die Anschlüsse GND, VCC, VB, HO, VS und LO auf. Wird die Ausgangsspannung der Niederspannungserzeugung auf 5,3 V umgeschaltet, reagiert die Unterspannungserkennung der Brückentreiber IC5 und IC6 und deaktiviert die Ansteuerung der Leistungstransistoren TL. FIG. 2 shows a bridge circuit 20, namely an H-bridge circuit. The bridge circuit 20 is supplied by the previously explained supply voltage VCC. The bridge circuit 20 has two driver chips IC5 and IC6, as well as four power transistors T | _ in the bridge. To the driver chips IC5 and IC6 respectively lead control lines 21, 22 to the terminals HIN and LIN. Furthermore, the driver blocks on the terminals GND, VCC, VB, HO, VS and LO. When the output voltage of the low-voltage generation is switched to 5.3 V, the undervoltage detection of the bridge drivers IC5 and IC6 responds and deactivates the driving of the power transistors TL.
Bei fehlerhafter Funktion der Treiberbausteine IC5, IC6 werden die Leis- tungstransistoren TL mit der reduzierten Versorgungsspannung VCC von 5,3V angesteuert. Da sich die Leistungstransistoren TL bei dieser Spannung im Sättigungsbereich befinden, wird eine hohe Verlustleistung im jeweiligen Leistungstransistoren TL umgesetzt, die zur Zerstörung des Leistungstransistoren TL und damit letztlich zu einem sicheren Zustand führt Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. If the driver components IC5, IC6 function incorrectly, the power transistors T L are activated with the reduced supply voltage VCC of 5.3V. Since the power transistors TL are in the saturation region at this voltage, a high power loss is implemented in the respective power transistors TL, which leads to the destruction of the power transistor TL and thus ultimately to a safe state. The invention is not limited in its execution to the preferred embodiments specified above , Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.

Claims

Patentansprüche claims
Schaltungsanordnung (1) zur Niederspannungserzeugung mit einer Spannungsumschaltung zwischen einer Versorgungsspannung (VCC) an einem Abgriff (11) für den Normalbetrieb und einer hierzu niedrigeren Versorgungsspannung (VCC) für einen Bereitschaftsbetrieb eines Geräts, wobei die Schaltungsanordnung (1) mit einem Schaltregler (2) ausgebildet ist, der an einem Verbindungspunkt (10) der Schaltungsanordnung (1) eine Sollspannung USOII bereits stellt und an diesem Versbindungspunkt (10) eine Zenerdiode (Z1) und ein Transistor (T3) angeschlossen und zwar zueinander parallel geschaltet sind, so dass die niedrigere Versorgungsspannung (VCC) für den Bereitschaftsbetrieb dadurch realisierbar ist, dass der Transistor (T3) angesteuert wird, um die Zenerdiode (Z1) kurz zu schließen, so dass die niedrigere Versorgungsspannung (VCC) für den Bereitschaftsbetrieb am Abgriff (1 1) anliegt. Circuit arrangement (1) for low-voltage generation with a voltage changeover between a supply voltage (VCC) at a tap (11) for normal operation and a lower supply voltage (VCC) for a standby mode of a device, wherein the circuit arrangement (1) with a switching regulator (2) is formed, which at a connection point (10) of the circuit arrangement (1) already sets a target voltage U SO II and at this Versbindungspunkt (10) a Zener diode (Z1) and a transistor (T3) connected and indeed connected in parallel, so that the lower supply voltage (VCC) for the standby mode can be realized by driving the transistor (T3) to short-circuit the Zener diode (Z1) so that the lower supply voltage (VCC) for the standby mode is applied to the tap (11) ,
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Bereitschaftsbetrieb am Abgriff (1 ) eine Versorgungsspannung (VCC) anliegt, die aus der Summe der Sollspannung Uson und der Sättigungsspannung VUCE_SAT des Transistors (T3) gebildet wird. Circuit arrangement (1) according to claim 1, characterized in that in the standby mode at the tap (1) a supply voltage (VCC) is applied, which is formed from the sum of the setpoint voltage U so n and the saturation voltage VUCE_SAT of the transistor (T3).
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb am Abgriff (1 ) eine Versorgungsspannung (VCC) anliegt, die aus der Summe der Sollspannung USoii und der Spannung der Zenerdiode (Z1) gebildet wird. Circuit arrangement (1) according to claim 1 or 2, characterized in that in normal operation at the tap (1) a supply voltage (VCC) is applied, which is formed from the sum of the setpoint voltage U S oii and the voltage of the Zener diode (Z1).
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb der Transistor (T3) nicht angesteuert wird und sich daher nicht in Durchlassstellung befindet. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltregler (2) mit einer vorgegebenen Sollwertspannung USOII_SP am Feedback-Pin (FB) ausgebildet ist und die Sollspannung Uson durch die Spannung am Feedback-Pin (FB) mittels einer Sollwertvorgabe des Schaltreglers (2) erzielt wird. Circuit arrangement (1) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that in normal operation, the transistor (T3) is not driven and is therefore not in the forward position. Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching regulator (2) with a predetermined setpoint voltage U SO II_SP at the feedback pin (FB) is formed and the setpoint voltage U so n by the voltage at the feedback pin (FB ) is achieved by means of a setpoint specification of the switching regulator (2).
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten der Sollwertspannung US0H_SP am Feedback- Pin (FB) ein definierter Strom durch den Feedback-Pin (FB) fließt und das Takten des Schaltreglers (2) unterbrochen wird, bis der Spannungswert wieder unterschritten ist. Circuit arrangement (1) according to claim 5, characterized in that when the setpoint voltage U S0 H_SP at the feedback pin (FB) exceeds a defined current flows through the feedback pin (FB) and the clocking of the switching regulator (2) is interrupted until the voltage value has fallen below again.
Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung (VCC) am Abgriff (11) im Bereitschaftsbetrieb etwa 30% - 35% von dem Wert im Normalbetrieb beträgt. Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the supply voltage (VCC) at the tap (11) in the standby mode is about 30% - 35% of the value in normal operation.
Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gate (G) des Transistors (T3) mit einem Transistor (T1) verbunden ist, so dass durch Ansteuern des Transistors (T1) mit einem Standby-Signal der Transistor (T3) angesteuert werden kann, um die Schaltungsanordnung (1) in den Bereitschaftsbetrieb zu bringen. Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the gate (G) of the transistor (T3) is connected to a transistor (T1), so that by driving the transistor (T1) with a standby signal the transistor ( T3) can be controlled to bring the circuit arrangement (1) in the standby mode.
Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Mikrocontroller vorgesehen ist, um den Umschaltprozess von der Versorgungsspannung im Normalbetrieb auf den Bereitschaftsbetrieb und umgekehrt vorzunehmen. Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that further comprises a microcontroller is provided to perform the switching process from the supply voltage in normal operation to the standby mode and vice versa.
EP18706994.3A 2017-02-22 2018-02-19 Standby interruption Pending EP3586435A1 (en)

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