WO2019243014A1 - Schaltungsanordnung zur bereitstellung einer mehrzahl von versorgungsspannungen - Google Patents

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Andreas Wunderlich
Mikhail Zarkhin
Aurore DESGEORGE
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks

Definitions

  • Circuit arrangement for providing a plurality of supply voltages
  • circuit arrangements which generate, regulate and provide a plurality of output voltages from a mostly regulated input voltage and provide them at output connections.
  • Such circuit arrangements are mostly implemented as integrated circuits, so-called ASICs (applicant-specific integrated circuits).
  • a pre-regulated input voltage obtained from the battery voltage of mostly 12 to 14 volts is used for the circuit arrangement, which provides voltages of, for example, 1.3 volts, 3.3 volts and 5 volts at its output connections.
  • the individual voltage values can also occur several times so that individual outputs are not overloaded.
  • the output voltages are often switchable, the circuit arrangement having a digital interface, for example an SPI interface, via which a control signal for switching on or off one or more of the output voltages can be transmitted to the circuit arrangement and received by the circuit arrangement.
  • a digital interface for example an SPI interface
  • circuit arrangement for providing a plurality of supply voltages at these respectively assigned output connections from an input voltage present at an input connection, with a digital interface for receiving a serial digital control signal which contains the information which the supply voltages supply to them in each case assigned output connections to be created, and formed with a hard-wired delay circuit, which is set up, controlled by the serial digital control signal, the supply voltages to be applied to the respectively assigned output connections in succession with a respectively predetermined time delay to the output connections.
  • the other supply voltages to be switched on are passed on to the output connections.
  • the delay circuit is a digital circuit. This can, for example, by means of a Hardware description language like VHDL can be developed and implemented.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 2 shows a program in VHDL for generating a digital
  • Fig. 3 is a status diagram of this program.
  • a circuit arrangement SA according to the invention is shown schematically in FIG. 1.
  • the supply voltages at the output connections can assume different voltages, the different voltages in each case also being able to occur several times. For example, several 5 volt supply voltages, several 3.3 volt supply voltages and also several 1.3 volt supply voltages can be output at the output connections of the circuit arrangement SA.
  • the circuit arrangement SA also has a digital interface - in the example shown in the form of a SPI interface - on, which has the usual four connections to the outside and can be connected within the circuit arrangement at least to the delay circuit VS but also to other circuit components of the circuit arrangement SA, for example the supply voltage generators VSG.
  • a command is supplied to the circuit arrangement SA via the digital interface SPI, which contains which of the supply voltages should or should be switched on or off. This is done with a command that is supplied directly or already decoded to the delay circuit VS, which on the one hand now switches off the supply voltages to be switched off and on the other hand switches on the supply voltages to be switched on in succession in each case by a predetermined time - for example 1.2 ms.
  • a specific delay time is not assigned to a specific supply voltage, but that only the supply voltages to be switched on are always switched on in succession with a delay.
  • the delay circuit VS is preferably digital
  • VHDS hardware description language
  • 2 shows an example of such a program in the description language VHDS for four supply voltages Trackl to Track4 to be switched on.
  • the delay should be 1.2 ms each.
  • FIG. 3 shows a corresponding status diagram, as is customary for digital circuits.
  • FIG. 7 shows the case in which the supply voltages Track 2 to Track4 are to be switched on, the supply voltage Track2 also being switched on immediately after receiving and decoding the SPI command, and subsequently with a 1.2 ms delay in succession the supply voltages Track3 and Track4.
  • circuit arrangement according to the invention with a hardware implementation of a delay circuit can thus be prevented in an effective and simple manner that by simultaneously switching supply voltages to the outputs of a circuit arrangement to provide a plurality of supply voltages that result from a mostly regulated input voltage, this plurality of output voltages generated, not by excessive stress due to the inrush current, the regulated input voltage drops and the voltage regulator making it available is switched off or reset, if necessary.
  • This load can be distributed by switching on the supply voltages to be switched on, so that a less robust voltage regulator can also be used for the input voltage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (SA) zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Versorgungsspannungen (Uaus1 bis Uausn) an diesen jeweils zugeordneten Ausgangsanschlüssen aus einer an einem Eingangsanschluss anliegenden Eingangsspannung (Uein), mit einer digitalen Schnittstelle (SPI) zum Empfang eines seriellen digitalen Steuersignals, das die Information enthält, welche der Versorgungsspannungen (Uaus1 bis Uausn) an die ihnen jeweils zugeordneten Ausgangsanschlüsse angelegt werden soll, mit einer festverdrahteten Verzögerungsschaltung (VS), die eingerichtet ist, gesteuert durch das serielle digitale Steuersignal, die an die jeweils zugeordneten Ausgangsanschlüsse anzulegenden Versorgungsspannungen (Uaus1 bis Uausn) nacheinander mit einer jeweils vorgegebenen zeitlichen Verzögerung an die Ausgangsanschlüsse weiterzuschalten.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung zur Bereitstellung einer Mehrzahl von VersorgungsSpannungen
Bei vielen Geräten, insbesondere bei Steuergeräten im auto- motiven Bereich, werden Schaltungsanordnungen verwendet, die aus einer zumeist geregelten Eingangsspannung eine Mehrzahl von Ausgangsspannungen erzeugt, regelt und an Ausgangsanschlüssen bereitstellt . Solche Schaltungsanordnungen werden zumeist als integrierte Schaltungen, sogenannte ASICs (applicant specific integrated Circuit), realisiert.
Bei Steuergeräten im automotiven Bereich wird dabei z.B. eine aus der Batteriespannung von zumeist 12 bis 14 Volt gewonnene, vorgeregelte Eingangsspannung für die Schaltungsanordnung verwendet, die dabei Spannungen von beispielsweise 1,3 Volt, 3,3 Volt und 5 Volt an ihren Ausgangsanschlüssen bereitstellt . Dabei können die einzelnen Spannungswerte auch mehrfach Vorkommen, um einzelne Ausgänge nicht zu sehr zu belasten.
Die Ausgangsspannungen sind dabei häufig schaltbar, wobei die Schaltungsanordnung eine digitale Schnittstelle, beispielsweise eine SPI-Schnittstelle, aufweist, über die ein Steuersignal zum Ein- oder Ausschalten einer oder mehrerer der Ausgangsspannungen an die Schaltungsanordnung übertragen und von der Schal tungsanordnung empfangen werden kann.
Im Falle, dass alle oder eine größere Anzahl der Versor gungsspannungen zum gleichen Zeitpunkt eingeschaltet werden, kann es Vorkommen, dass der die Eingangsspannung der Schal tungsanordnung zur Verfügung stellende Spannungsregler durch den dann auftretenden Einschaltstrom überlastet wird und abge schaltet oder zurückgesetzt wird. Dem kann zwar abgeholfen werden, indem dieser Spannungsregler entsprechend robust ausgelegt wird, was jedoch aufwändig und dementsprechend teuer ist.
Eine Alternative ist, über das Steuersignal die Versorgungs spannungen nur versetzt einzuschalten, was jedoch problematisch ist .
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Versorgungsspannungen anzugeben, die diese Probleme vermeidet.
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausbildung ist im Unteranspruch angegeben .
Demnach ist eine Schaltungsanordnung zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Versorgungsspannungen an diesen jeweils zuge ordneten Ausgangsanschlüssen aus einer an einem Eingangsan schluss anliegenden Eingangsspannung, mit einer digitalen Schnittstelle zum Empfang eines seriellen digitalen Steuer signals, das die Information enthält, welche der Versor gungsspannungen an die ihnen jeweils zugeordneten Ausgangs anschlüsse angelegt werden soll, und mit einer festverdrahteten Verzögerungsschaltung gebildet, die eingerichtet ist, gesteuert durch das serielle digitale Steuersignal, die an die jeweils zugeordneten Ausgangsanschlüsse anzulegenden Versorgungs spannungen nacheinander mit einer jeweils vorgegebenen zeit lichen Verzögerung an die Ausgangsanschlüsse weiterzuschalten.
Es werden dabei unmittelbar folgend auf das Steuersignal die erste einzuschaltende Versorgungsspannung und nachfolgend in einer fest vorgegebenen Reihenfolge jeweils um eine vorgegebene Zeitspanne verzögert, die anderen einzuschaltenden Versor gungsspannungen an die Ausgangsanschlüsse weitergeschaltet.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Verzögerungsschaltung eine digitale Schaltung. Diese kann beispielsweise mittels einer Hardwarebeschreibungssprache wie VHDL entwickelt und realisiert werden .
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung,
Fig. 2 ein Programm in VHDL zur Erzeugung einer digitalen
VerzögerungsSchaltung,
Fig. 3 ein Statusdiagramm dieses Programmes und
Fig. 4 bis 7 Zeitdiagramme, die das aufeinanderfolgende
Weiterschalten der einzuschaltenden Versorgungsspan nungen verdeutlichen.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung SA ist in schema tischer Weise in der Fig. 1 dargestellt. Der Schaltungsanordnung SA wird eine Eingangsspannung Uein zugeführt, aus der Ver sorgungsspannungsgeneratoren VSG eine Mehrzahl von Versor gungsspannungen Uausi mit i = 1 bis n erzeugen. Diese werden einer Verzögerungsschaltung VS zugeführt, die ihrerseits mit ent sprechenden Ausgangsanschlüssen der Schaltungsanordnung SA verbunden ist, an die die Versorgungsspannungen Uausi bis Uausn durch die Verzögerungsschaltung VS weitergeschaltet werden.
Die Versorgungsspannungen an den Ausgangsanschlüssen können dabei unterschiedliche Spannungen annehmen, wobei die jeweils unterschiedlichen Spannungen auch mehrfach Vorkommen können. So können zum Beispiel mehrere 5 Volt Versorgungsspannungen, mehrere 3,3 Volt Versorgungsspannungen und auch mehrere 1,3 Volt Versorgungsspannungen an den Ausgangsanschlüssen der Schal tungsanordnung SA ausgegeben werden.
Die Schaltungsanordnung SA weist darüber hinaus eine digitale Schnittstelle - im dargestellten Beispiel in Form einer SPI-Schnittstelle - auf, die nach außen die üblichen vier Anschlüsse aufweist und innerhalb der Schaltungsanordnung zumindest mit der Verzögerungsschaltung VS aber auch mit anderen Schaltungsbestandteilen der Schaltungsanordnung SA, bei spielsweise den Versorgungsspannungsgeneratoren VSG, verbunden sein kann.
Über die digitale Schnittstelle SPI wird der Schaltungsanordnung SA ein Befehl zugeführt, in dem enthalten ist, welche der Versorgungsspanngen ein- bzw. ausgeschaltet werden soll bzw. sollen. Dies erfolgt mit einem Befehl, der direkt oder schon decodiert der Verzögerungsschaltung VS zugeführt wird, die nun einerseits auszuschaltende Versorgungsspannungen ausschaltet und andererseits in erfindungsgemäßer Weise die einzuschaltenden Versorgungsspannungen jeweils um eine vorgegebene Zeit - beispielsweise 1,2 ms - verzögert nacheinander einschaltet.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass nicht einer bestimmten Versorgungsspannung eine bestimmte Verzögerungszeit zugeordnet ist, sondern immer nur die einzuschaltenden Versorgungsspan nungen verzögert nacheinander eingeschaltet werden.
Die Verzögerungsschaltung VS ist bevorzugt als digitale
Schaltung fest verdrahtet realisiert und kann in vorteilhafter Weise gemäß Fig. 2 mittels der Hardware-Beschreibungssprache VHDS definiert werden, woraus sie in bekannter Weise als digitale Schaltung mittels eines entsprechenden Programmes entworfen wird. Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines solchen Programms in der Beschreibungssprache VHDS für vier einzuschaltende Ver sorgungsspannungen Trackl bis Track4. Die Verzögerung soll dabei jeweils 1,2 ms sein.
Die Fig. 3 zeigt ein entsprechendes Statusdiagramm, wie es für digitale Schaltungen gebräuchlich ist.
In den Fig. 4 bis 7 sind nun vier Beispiele dargestellt, bei denen ausgelöst durch den genannten SPI Befehl, der jeweils in der obersten Zeile dargestellt ist, die jeweils einzuschaltenden Versorgungsspannungen Trackl bis Track4 oder eine Auswahl davon nacheinander eingeschaltet werden.
In der Fig. 4 sollen alle vier Versorgungsspanngen Trackl bis Track4 eingeschaltet werden, wobei zu sehen ist, dass unmittelbar folgend auf den SPI Befehl die Versorgungsspannung Trackl eingeschaltet wird, daraufhin um 1,2 ms verzögert die Ver sorgungsspannung Track2 usw. bis zur letzten Versorgungsspannung Track4.
In der Darstellung der Fig. 5 sollen lediglich die Versor gungsspanngen Trackl, Track2 und Track4 eingeschaltet werden, woraufhin wiederum kurz nachfolgend nach dem SPI Befehl die erste Versorgungsspannung Trackl und dann um 1,2 ms verzögert bereits die Versorgungsspannung Track3 und wiederum um 1,2 ms verzögert die Versorgungsspannung Track4 eingeschalten wird.
In der Darstellung der Fig. 6 sollen lediglich die Versor gungsspannungen Track3 und Track4 eingeschaltet werden, wobei hier nun kurz nachfolgend nach dem SPI-Befehl bereits die Versorgungsspannung Track3 eingeschaltet wird und nach 1,2 ms Verzögerungszeit die Versorgungsspannung Track4.
Als letztes Beispiel zeigt die Fig. 7 den Fall, dass die Versorgungsspannungen Track 2 bis Track4 eingeschaltet werden sollen, wobei hier ebenfalls nach dem Empfangen und Decodierung des SPI Befehls sofort die Versorgungsspannung Track2 einge schaltet wird und nachfolgend jeweils mit 1,2 ms Verzögerung aufeinanderfolgend die Versorgungsspannungen Track3 und Track4.
Entsprechend der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer hardwaremäßigen Realisierung einer Verzögerungsschaltung kann also in effektiver und einfacher Weise verhindert werden, dass durch gleichzeitiges Weiterschalten von Versorgungs spannungen an die Ausgänge einer Schaltungsanordnung zur Be reitstellung einer Mehrzahl von Versorgungsspannungen, die aus einer zumeist geregelte Eingangsspannung diese Mehrzahl von Ausgangsspannungen erzeugt, nicht durch zu starke Belastung aufgrund des Einschaltstroms die geregelte Eingangsspannung einbricht und der diese zur Verfügung stellende Spannungsregler gegebenenfalls abgeschaltet oder zurückgesetzt wird. Durch das versetzte Einschalten der jeweils einzuschaltenden Versor- gungsspannungen kann diese Belastung verteilt werden, sodass auch ein weniger robuster Spannungsregler für die Eingangs spannung Verwendung finden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (SA) zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Versorgungsspannungen (Uausl bis Uausn) an diesen jeweils zugeordneten Ausgangsanschlüssen aus einer an einem Ein gangsanschluss anliegenden Eingangsspannung (Uein) ,
mit einer digitalen Schnittstelle (SPI) zum Empfang eines seriellen digitalen Steuersignals, das die Information enthält, welche der Versorgungsspannungen (Uausl bis Uausn) an die ihnen jeweils zugeordneten Ausgangsanschlüsse angelegt werden soll, mit einer festverdrahteten Verzögerungsschaltung (VS) , die eingerichtet ist, gesteuert durch das serielle digitale
Steuersignal, die an die jeweils zugeordneten Ausgangsanschlüsse anzulegenden Versorgungsspannungen (Uausl bis Uausn) nachei nander mit einer jeweils vorgegebenen zeitlichen Verzögerung an die Ausgangsanschlüsse weiterzuschalten.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Verzöge rungsschaltung (VS) eine digitale Schaltung ist.
PCT/EP2019/064003 2018-06-21 2019-05-29 Schaltungsanordnung zur bereitstellung einer mehrzahl von versorgungsspannungen WO2019243014A1 (de)

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