WO2022263097A1 - Spannungsregler mit überwachung der rückkopplung - Google Patents

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WO2022263097A1
WO2022263097A1 PCT/EP2022/063574 EP2022063574W WO2022263097A1 WO 2022263097 A1 WO2022263097 A1 WO 2022263097A1 EP 2022063574 W EP2022063574 W EP 2022063574W WO 2022263097 A1 WO2022263097 A1 WO 2022263097A1
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WO
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signal
output
vrück
feedback signal
voltage regulator
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Application number
PCT/EP2022/063574
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ruediger Karner
Carsten List
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion 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
    • H02M3/145—Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters

Definitions

  • the invention relates to a voltage regulator, in particular an integrated voltage regulator, which can be used, for example, in a vehicle system for generating internal system voltages.
  • Integrated voltage regulators which are designed, for example, as switching converters or linear regulators, are known from the prior art.
  • Switching converters with at least one controllable semiconductor switch can convert input voltages into higher or lower output voltages.
  • the at least one switching element allows energy to be drawn at a clock frequency from an input voltage source providing the corresponding input voltage.
  • Linear regulators can generate a regulated lower output voltage from an input voltage using a regulating transistor.
  • the voltage regulator with the features of independent claim 1 has the advantage that errors in the feedback of the control circuit can be discovered early and the risk of damage to connected loads and/or system components can be prevented.
  • an error in the feedback of the control circuit can no longer lead to an excessive increase in the output voltage and damage to the connected consumers and/or the system components. This can minimize consequential damage.
  • a possible violation of the security goal can be prevented in security-relevant applications.
  • Embodiments of the present invention provide a voltage regulator, in particular an integrated voltage regulator, which includes a control circuit and at least one controllable semiconductor switch.
  • the drive circuit is designed to generate at least one switching signal and to output it to the at least one controllable semiconductor switch, so that the at least one controllable semiconductor switch generates an output voltage that can be picked up at the output from an input voltage present at the input of the voltage regulator.
  • a feedback signal that represents the output voltage is fed back to the control circuit, which is designed to generate the at least one switching signal for the at least one semiconductor switch based on the feedback signal, so that a closed control loop is created for the output voltage.
  • an evaluation and control unit is designed to carry out an initial check of the functionality of the feedback before the activation of the drive circuit, in that the evaluation and control unit generates a test signal via the drive circuit, which the drive circuit sends as a switching signal to the at least one controllable semiconductor switch applies, and the presence of a resulting test signal at the output is checked by evaluating the feedback signal.
  • the evaluation and control unit provides the control circuit for the further Ren operation freely if the checked feedback signal has a signal component re presenting the test signal, or does not activate the drive circuit in the event of faulty feedback of the feedback signal, in order to prevent an excessive output voltage being output.
  • the evaluation and control unit After the activation of the voltage regulator, for example by means of an activation signal at a separate “enable connection” or by applying the input voltage, the evaluation and control unit advantageously automatically checks whether there is a connection between the output of the voltage regulator and a feedback input of the drive circuit.
  • the evaluation and control unit in combination with the drive circuit can generate a test voltage as a test signal, which causes a corresponding test voltage at the output of the voltage regulator.
  • the feedback signal corresponding to the test voltage at the output can then be measured synchronously at the feedback input of the drive circuit, and a connection between these two points can thus be confirmed. If an error is detected here, the control circuit is not switched on at all for further operation, so that no output voltage is output either.
  • the voltage regulator can be designed, for example, as a linear regulator with a regulating transistor.
  • the voltage regulator can be designed as a synchronous step-down converter with two switching transistors or as an asynchronous step-down converter with one switching transistor and one switching diode.
  • the voltage regulator can be implemented as a synchronous step-up switching converter with two switching transistors or as an asynchronous step-up switching converter with one switching transistor and one switching diode.
  • the evaluation and control unit can be understood to mean an electrical circuit which can be used, for example, in a control unit, in particular in an airbag control unit.
  • the evaluation and control unit receives information about the feedback signal and evaluates it in order to activate or deactivate the control circuit of the at least one controllable semiconductor switch accordingly.
  • the evaluation and control unit can have at least one interface that and/or can be designed in terms of software.
  • the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains the most diverse functions of the evaluation and control unit.
  • the interfaces can be separate integrated circuits or at least partially to consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • a computer program product with program code is also advantageous, which is stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the evaluation when the program is executed by the evaluation and control unit.
  • the evaluation and control unit can release the control circuit for further operation if the signal component representing the test signal occurs in the feedback signal within a predetermined time window after the test signal has been output.
  • the predetermined time window can be used to ensure that the waiting time is limited and that after the time window has expired, for example, a corresponding error signal can be generated and output.
  • the evaluation and control unit can preferably generate the test signal as a test pulse with a specified amplitude and a specified pulse duration, which causes a resultant test pulse at the output and, if there are no errors, a resultant test pulse in the feedback signal.
  • a short test pulse output by the control circuit turns on the at least one controllable semiconductor switch and generates a corresponding test pulse at the output.
  • the evaluation and control unit can check the feedback signal during further operation and deactivate the drive circuit again if the feedback signal does not exceed a predetermined threshold value within a predetermined period of time after the start of regulation, which is defined by the activation of the drive circuit . This check can be carried out shortly after switching on the control circuit.
  • the evaluation and control unit can monitor the feedback signal during further operation for a minimum value, which can possibly be determined ratiometrically from an expected output voltage or an internal reference voltage, and deactivate the control circuit again if the feedback signal exceeds the specified threshold value falls below the specified threshold again. This describes the detection of a break in the feedback connection during operation. If an error is detected, a non-hazardous state is set. For example, the output voltage can be switched off or set to a minimum value.
  • a configurable processing circuit can receive the feedback signal and be designed to process the feedback signal and output monitoring information to the evaluation and control unit. Furthermore, a comparator can receive the processed feedback signal from the processing circuit and compare it with a reference signal and output a first signal to the drive circuit if the feedback signal is smaller than the reference signal. Alternatively, the comparator can output a second signal to the drive circuit when the feedback signal is greater than the reference signal. In this case, the first signal or the second signal is applied to the feedback input of the control circuit. Based on the first signal, the control circuit can send the at least one switching signal to that effect change so that the output voltage increases. Alternatively, based on the second signal, the control circuit can change the at least one switching signal such that the output voltage is reduced.
  • a current sensor circuit can be designed to detect a value of a current flowing through the at least one controllable semiconductor switch and to output a corresponding measurement signal to the control circuit, which is designed to output the detected value of the current flowing through the at least one controllable semiconductor switch current flowing in the generation of at least one switching signal for the at least one semiconductor switch to be considered. This makes it possible to set the desired output voltage more precisely.
  • the output voltage or a portion of the output voltage can be fed back as a feedback signal.
  • the output voltage can be applied in the form of a direct connection to a corresponding connection of the integrated voltage regulator.
  • the output voltage can be fed back via an external or internal voltage divider.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of a voltage regulator according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic characteristic curve diagram of an output voltage and a feedback signal of the voltage regulator according to the invention from FIG. 1.
  • Fig. 3 shows a schematic block diagram of a second exemplary embodiment of a voltage regulator according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic characteristic curve diagram of an output voltage and a feedback signal of the voltage regulator according to the invention from FIG. 3.
  • the illustrated exemplary embodiments of a voltage regulator 1 each include a control circuit 3 and at least one controllable semiconductor switch TI, T2, T3.
  • the drive circuit 3 generates at least one switching signal and outputs it to the at least one controllable semiconductor switch TI, T2, T3, so that the at least one controllable semiconductor switch TI, T2, T3 generates a generates a detachable output voltage Vout at the output.
  • a feedback signal Vgur representing the output voltage Vout is fed back to the control circuit 3, which generates the at least one switching signal for the at least one semiconductor switch TI, T2, T3 based on the feedback signal Vcken, so that a closed control circuit for controlling the output voltage Vout is created .
  • an evaluation and control unit 10, 10A, 10B Before activation of the drive circuit 3, an evaluation and control unit 10, 10A, 10B carries out an initial check of the functionality of the feedback, in that the evaluation and control unit 10, 10A, 10B generates a test signal via the drive circuit 3, which the drive circuit 3 as a switching signal to the at least one controllable semiconductor switch TI, T2, T3, and checks the presence of a resulting test signal at the output by evaluating the feedback signal Vgur.
  • the evaluation and control unit 10, 10A, 10B releases the control circuit 3 for further operation if the checked feedback signal Vrück has a signal component which represents the test signal.
  • the evaluation and control unit 10, 10A, 10B does not activate the drive circuit 3 if the feedback signal Vschreib is fed back incorrectly, in order to prevent an excessive output voltage Vout from being output.
  • the voltage regulator 1 is designed as an integrated voltage regulator 1.
  • the drive circuit 3 is designed as a PWM generator (PWM: pulse width modulation).
  • PWM pulse width modulation
  • the feedback signal Vback is not applied directly to a feedback terminal of the drive circuit 3 .
  • a configurable processing circuit 5 receives the feedback signal Vrück and processes it.
  • the processing circuit 5 outputs monitoring information relating to the feedback signal Vgur to the evaluation and control unit 10, 10A, 10B.
  • a comparator K receives the processed feedback signal Vwel from the processing circuit 5 and compares it with a reference signal Vref.
  • the reference signal is an external voltage level which is applied to a corresponding reference signal connection on the integrated voltage regulator 1 .
  • the reference signal can be made available internally, for example by the evaluation and control unit 10, 10A, 10B.
  • the comparator K outputs a first signal to the feedback connection of the drive circuit 3 when the feedback signal Vgur is smaller than the reference signal Vref.
  • the comparator K outputs a second signal to the feedback connection of the drive circuit 3 if the feedback signal V Dorothy is greater than the reference signal Vref.
  • the drive circuit 3 changes the at least one switching signal based on the first signal such that the output voltage Vout increases.
  • the drive circuit 3 changes the at least one switching signal such that the output voltage Vout is reduced.
  • the respective voltage regulator 1 can be adapted to different requirements with regard to the level and the accuracy of the output voltage Vout by different configurations of the processing circuit 5 or by different voltage levels of the reference signal Vref.
  • a current sensor circuit 7 which has a measuring resistor Rs or shunt and an amplifier, a value of a current flowing through the at least one controllable semiconductor switch TI, T2, T3 and outputs a corresponding measurement signal to the drive circuit 3.
  • the control circuit 3 takes into account the detected value of the current flowing through the at least one controllable semiconductor switch TI, T2, T3 when generating the at least one switching signal for the at least one semiconductor switch TI, T2, T3.
  • the semiconductor switches TI, T2, T3 are each designed as field effect transistors (FET), preferably as MOSFETs.
  • the evaluation and control unit 10, 10A, 10B generates the test signal in combination with the drive circuit 3 as a test pulse with a predetermined amplitude and a predetermined pulse duration.
  • the test pulse causes a resultant test pulse TPA at the output or in the output voltage Vout and, if there is no error, a resultant test pulse TPR in the feedback signal Vrück, which here is a proportion of the voltage divider, wel cher consists of a first resistor RI and a second resistor R2, corresponds to the output voltage Vout tapped off.
  • the integrated voltage regulator 1 in the first exemplary embodiment shown is designed as a synchronous step-down switching converter 1A with two switching transistors TI, T2.
  • the step-down switching converter 1A in the illustrated exemplary embodiment includes an inductor L, which is arranged between an output node AK and the output.
  • a capacitor C is arranged between the output and a reference node BK in parallel with the voltage converter composed of the resistors RI, R2.
  • the inductor L and the capacitor C as well as the resistors RI, R2 of the voltage divider can be designed as external circuitry, so that the synchronous step-down converter 1A can easily be adapted to different requirements.
  • the control circuit 3 In the synchronous step-down converter 1A shown, the control circuit 3 generates the switching signals for the two semiconductor switches TI, T2 in such a way that the output node AK is alternately connected to a supply node VK, at which the input voltage Vin is present, and a reference node BK, in accordance with the switching signals , on which is connected to a ground potential.
  • the measuring resistor Rs of the current sensor circuit 7 is arranged between the supply node VK and the first semiconductor switch TI in the illustrated exemplary embodiment of the synchronous step-down switching converter 1A.
  • the evaluation and control unit 10A After activation of the synchronous step-down converter 1A, for example by applying the input voltage Vin or by receiving a corresponding activation signal by the evaluation and control unit 10A, it is automatically checked whether a connection between the output and the feedback input of the control circuit 3 consists. For this purpose, the evaluation and control unit 10A generates the test pulse via the drive circuit 2 at an output time Ta, which test pulse is output as corresponding switching signals to the two switching transistors TI, T2.
  • a first switching transistor is turned on for the duration of the Testim pulse and a second switching transistor T2 is turned off at the same time.
  • test pulse TPA in the output voltage at the output, which in the fault-free case shown is fed back as a corresponding test pulse TPR in the feedback signal Vcken. Since the evaluation and control unit 10A receives corresponding monitoring information regarding the feedback signal Vcken from the processing circuit 5 within a specified time window TF after the output time Ta, the evaluation and control unit 10A releases the drive circuit 3 for further operation and activates the drive switch Device 3, so that the regulation of the output voltage Vout begins at a regulation start TR.
  • evaluation and control unit 10A checks feedback signal Vschreib and deactivates drive circuit 3 again if feedback signal Vador does not exceed predetermined threshold value Vsw within a predetermined time period dT after start of regulation TR. As the feedback link operates correctly, the output voltage Vout rises and is regulated to a desired voltage level and the feedback signal Vback follows the output voltage as can be seen in FIG. The evaluation and control unit 10A continues to monitor the feedback signal Vschreib during further operation and deactivates the drive circuit 3 again, when the feedback signal Vschreib falls below this predetermined threshold value Vsw again after exceeding a predetermined threshold value Vsw. Such a drop in the feedback signal Vback would indicate that the feedback connection was broken during operation.
  • the integrated voltage regulator 1 is designed as an asynchronous step-down converter with only one switching transistor TI.
  • the second switching transistor is replaced by a switching diode.
  • the integrated voltage regulator 1 in the second exemplary embodiment shown is designed as an asynchronous step-up converter 1B with a switching transistor T3 and a switching diode D2.
  • the step-up converter 1B in the exemplary embodiment shown includes a polarity reversal protection diode D1 and an inductance L, which are arranged between a supply node VK at the input of the asynchronous step-up converter 1B, at which the input voltage Vin is present, and an output node AK.
  • the switching diode D1 is arranged between the output node AK and the output of the asynchronous step-up converter 1B.
  • a capacitor C is arranged between the output and a reference node BK in parallel with the voltage converter composed of the resistors RI, R2.
  • the inductor L and the capacitor C as well as the resistors RI, R2 of the voltage divider can be designed as external circuitry, so that the asynchronous step-up converter 1B can easily be adapted to different requirements.
  • the drive circuit 3 generates the switching signal for the semiconductor switch T3 in such a way that the output node AK is alternately connected to or disconnected from the reference node BK, which is at ground potential, in accordance with the switching signals.
  • the measuring resistor Rs of the current sensor circuit 7 is arranged between the semiconductor switch T3 and the reference node BK in the illustrated exemplary embodiment of the asynchronous step-up converter 1B.
  • the evaluation and control unit 10B After activation of the asynchronous step-up converter 1B, for example by applying the input voltage Vin or by receiving a corresponding activation signal by the evaluation and control unit 10B, it is automatically checked whether a connection between the output and the feedback input of the control circuit 3 consists.
  • the evaluation and control unit 10B generates the test pulse, analogously to the first exemplary embodiment, via the drive circuit 2 at an output time Ta, which is output as a corresponding switching signal at the switching transistors T3.
  • the test pulse TPA occurring at the output in the output voltage Vout is added to the voltage level of the input voltage Vin already present at the output.
  • the test pulse TPA is fed back at the output as a corresponding test pulse TPR in the feedback signal Vschreib. Since the evaluation and control unit 10B receives corresponding monitoring information regarding the feedback signal Vschreib from the processing circuit 5 within a specified time window TF after the output time Ta, the evaluation and control unit 10B enables the drive circuit 3 for further operation and activates the Control circuit 3, so that the regulation of the output voltage Vout begins at a start of regulation TR.
  • the evaluation and control unit 10B checks the feedback signal Vschreib and deactivates the drive circuit 3 again if the feedback signal Vador does not exceed the predetermined threshold value Vsw within a predetermined time period dT after the start of regulation TR.
  • the output voltage Vout rises and is regulated to a desired voltage level and the feedback signal Vback follows the output voltage as can be seen in FIG.
  • the evaluation and control unit 10B continues to monitor the feedback signal Vschreib during further operation and deactivates the drive circuit 3 again when the feedback signal Vschreib falls below this predetermined threshold value Vsw again after exceeding a predetermined threshold value Vsw.
  • the threshold value Vsw is chosen such that the voltage level of the input voltage Vin resulting feedback signal Vcken is below this threshold value, as can be seen from FIG.
  • the integrated voltage regulator 1 is in the form of a synchronous step-up converter with two switching transistors.
  • the second switching transistor in this exemplary embodiment replaces the switching diode D2.
  • the integrated voltage regulator 1 is designed as a linear regulator with a regulating transistor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler (1), insbesondere einen integrierten Spannungsregler, mit einer Ansteuerschaltung (3) und mindestens einem steuerbaren Halbleiterschalter (T1, T2), wobei die Ansteuerschaltung (3) ausgeführt ist, mindestens ein Schaltsignal zu erzeugen und an den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter (T1, T2) auszugeben, so dass der mindestens eine steuerbare Halbleiterschalter (T1, T2) aus einer am Eingang des Spannungsreglers (1) anliegenden Eingangsspannung (Vin) eine am Ausgang abnehmbare Ausgangsspannung (Vout) erzeugt, wobei ein die Ausgangsspannung (Vout) repräsentierendes Rückkoppelsignal (Vrück) an die Ansteuerschaltung (3) zurückgeführt ist, welche ausgeführt ist, basierend auf dem Rückkoppelsignal (Vrück) das mindestens eine Schaltsignal für den mindestens einen Halbleiterschalter (T1, T2) zu erzeugen, so dass ein geschlossener Regelkreis für die Ausgangsspannung (Vout) entsteht, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit (10) ausgeführt ist, vor der Aktivierung der Ansteuerschaltung (3) eine initiale Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Rückführung durchzuführen, indem die Auswerte- und Steuereinheit (10) über die Ansteuerschaltung (3) ein Prüfsignal erzeugt, welches die Ansteuerschaltung (3) als Schaltsignal an den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter (T1, T2, T3) anlegt, und ein Vorhandensein einer resultierenden Prüfsignals am Ausgang durch Auswertung des Rückkoppelsignals (Vrück) überprüft, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (10) die Ansteuerschaltung (3) für den weiteren Betrieb freigibt, wenn das überprüfte Rückkoppelsignal (Vrück) einen das Prüfsignal repräsentierenden Signalanteil aufweist, oder bei einer fehlerhaften Rückführung des Rückkoppelsignals (Vrück) die Ansteuerschaltung (3) nicht aktiviert, um eine Ausgabe einer überhöhten Ausgangsspannung (Vout) zu verhindern.

Description

Beschreibung
Titel
SPANNUNGSREGLER MIT ÜBERWACHUNG DER RÜCKKOPPLUNG
Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler, insbesondere einen integrierten Spannungsregler, welcher beispielsweise in einem Fahrzeugsystem zur Erzeu gung von internen Systemspannungen eingesetzt werden kann.
Integrierte Spannungsregler, welche beispielsweise als Schaltwandler oder Line arregler ausgeführt sind, aus dem Stand der Technik bekannt. So können Schalt wandler mit mindestens einem steuerbaren Halbleiterschalter Eingangsspannun gen in höhere oder niedrigere Ausgangsspannungen wandeln. Durch das min destens eine Schaltelement kann Energie mit einer Taktfrequenz aus einer die korrespondierende Eingangsspannung bereitstellende Eingangsspannungsquelle entnommen werden. Linearregler können mit einem Regeltransistor aus einer Eingangsspannung eine geregelte niedrigere Ausgangsspannung erzeugen.
Spannungsregler erfordern für eine korrekte Spannungsregelung eine Rückfüh rung der Ausgangsspannung an eine Ansteuerschaltung des Spannungsreglers, so dass ein geschlossener Regelkreis entsteht. Eine Unterbrechung dieser Rück führung, beispielsweise durch einen Leitungsbruch, eine offene Lötstelle o.ä. kann dazu führen, dass die Regelung nicht mehr funktioniert und die Ausgangs spannung zu hoch ausgegeben wird. Bei Abwärtsschaltwandlern oder Linearreg lern kann es im beschriebenen Fehlerfall dazu kommen, dass die Ausgangs spannung nahezu auf das Niveau der Eingangsspannung ansteigt. Bei Aufwärts wandlern kann die Ausgangsspannung bis zu einer konstruktionsbedingten Grenze ansteigen. Die resultierenden zu hohen Ausgangsspannungen können zu einer Beschädigung der angeschlossenen Verbraucher und/oder Komponen ten führen. Offenbarung der Erfindung
Der Spannungsregler mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass Fehler in der Rückführung des Regelkreises frühzeitig ent deckt werden können und die Gefahr der Beschädigung von angeschlossenen Verbrauchern und/oder Systemkomponenten unterbunden werden kann.
Durch Ausführungsformen des Spannungsreglers kann es bei einem Fehler in der Rückführung des Regelkreises nicht mehr zu einer Überhöhung der Aus gangsspannung und zur Beschädigung der angeschlossenen Verbraucher und/o der Systemkomponenten kommen. Dadurch können Folgeschäden minimiert werden. Zudem kann in sicherheitsrelevanten Anwendungen eine mögliche Ver letzung des Sicherheitsziels verhindert werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Spannungsregler, insbesondere einen integrierten Spannungsregler, zur Verfügung, welcher eine Ansteuerschaltung und mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter umfasst. Die Ansteuerschaltung ist ausgeführt, mindestens ein Schaltsignal zu erzeugen und an den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter auszugeben, so dass der mindestens eine steuerbare Halbleiterschalter aus einer am Eingang des Spannungsreglers anliegenden Eingangsspannung eine am Ausgang ab nehmbare Ausgangsspannung erzeugt. Ein die Ausgangsspannung repräsentie rendes Rückkoppelsignal ist an die Ansteuerschaltung zurückgeführt, welche ausgeführt ist, basierend auf dem Rückkoppelsignal das mindestens eine Schalt signal für den mindestens einen Halbleiterschalter zu erzeugen, so dass ein ge schlossener Regelkreis für die Ausgangsspannung entsteht. Hierbei ist eine Aus- werte- und Steuereinheit ausgeführt, vor der Aktivierung der Ansteuerschaltung eine initiale Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Rückführung durchzuführen, indem die Auswerte- und Steuereinheit über die Ansteuerschaltung ein Prüfsignal erzeugt, welches die Ansteuerschaltung als Schaltsignal an den mindestens ei nen steuerbaren Halbleiterschalter anlegt, und ein Vorhandensein einer resultie renden Prüfsignals am Ausgang durch Auswertung des Rückkoppelsignals über prüft. Die Auswerte- und Steuereinheit gibt die Ansteuerschaltung für den weite- ren Betrieb frei, wenn das überprüfte Rückkoppelsignal einen das Prüfsignal re präsentierenden Signalanteil aufweist, oder aktiviert bei einer fehlerhaften Rück führung des Rückkoppelsignals die Ansteuerschaltung nicht, um eine Ausgabe einer überhöhten Ausgangsspannung zu verhindern.
In vorteilhafter Weise überprüft die Auswerte- und Steuereinheit nach der Aktivie rung des Spannungsreglers, beispielsweise durch ein Aktivierungssignal an ei nem separaten „Freigabeanschluss“ oder durch Anlegen der Eingangsspannung, automatisch, ob eine Verbindung zwischen dem Ausgang des Spannungsreglers und einem Rückführungseingang der Ansteuerschaltung besteht. So kann die Auswerte- und Steuereinheit in Kombination mit der Ansteuerschaltung beispiels weise eine Prüfspannung als Prüfsignal erzeugen, welches eine korrespondie rende Prüfspannung am Ausgang des Spannungsreglers bewirkt. Das mit der Prüfspannung am Ausgang korrespondierende Rückkoppelsignal kann dann syn chron am Rückführungseingang der Ansteuerschaltung gemessen und somit eine Verbindung zwischen diesen beiden Punkten bestätigt werden. Wird hier ein Fehler erkannt, dann wird die Ansteuerschaltung erst gar nicht für den weiteren Betrieb eingeschalten, so dass auch keine Ausgangsspannung ausgegeben wird.
Der Spannungsregler kann beispielsweise als Linearregler mit einem Regeltran sistor ausgeführt sein. Alternativ kann der Spannungsregler als synchroner Ab wärtsschaltwandler mit zwei Schalttransistoren oder als asynchroner Abwärts schaltwandler mit einem Schalttransistor und einer Schaltdiode ausgeführt wer den. Als weitere Alternative kann der Spannungsregler als synchroner Aufwärts schaltwandler mit zwei Schalttransistoren oder als asynchroner Aufwärtsschalt wandler mit einem Schalttransistor und einer Schaltdiode ausgeführt werden.
Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend eine elektrische Schal tung verstanden werden, welche beispielsweise in einem Steuergerät, insbeson dere in einem Airbagsteuergerät, eingesetzt werden kann. Die Auswerte- und Steuereinheit empfängt Informationen über das Rückkoppelsignal und wertet diese aus, um die Ansteuerschaltung des mindestens einen steuerbaren Halb leiterschalter entsprechend zu aktivieren oder zu deaktivieren. Hierzu kann die Auswerte- und Steuereinheit mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Aus bildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System- ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit be inhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen beste hen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Software- module sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Soft waremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammpro dukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung der Auswertung verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Spannungsreglers möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Auswerte- und Steuereinheit die Ansteuer schaltung für den weiteren Betrieb freigeben kann, wenn der das Prüfsignal re präsentierende Signalanteil innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nach ei nem Ausgabezeitpunkt des Prüfsignals in dem Rückkoppelsignal auftritt. Durch das vorgegebenen Zeitfenster kann sichergestellt werden, dass die Wartezeit be grenzt ist und dass nach Ablauf des Zeitfensters beispielsweise ein entsprechen des Fehlersignal erzeugt und ausgegeben werden kann. Wurde die Rückfüh rungsverbindung bestätigt, dann wird der Regler aktiviert, vorzugsweise in Form eines Softstarts, um einer nachfolgenden Überprüfung mehr Zeit zu geben.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Spannungsreglers kann die Auswerte- und Steuereinheit das Prüfsignal vorzugsweise als Testimpuls mit einer vorgegebe nen Amplitude und einer vorgegebenen Impulsdauer erzeugen, welcher einen resultierenden Testimpuls am Ausgang und im fehlerfreien Fall einen resultieren den Testimpuls im Rückkoppelsignal bewirkt. Ein solcher von der Ansteuerschal tung ausgegebener kurzer Testimpuls schaltet den mindestens einen steuerba ren Halbleiterschalter leitend und erzeugt einen korrespondierenden Testimpuls am Ausgang. Durch Einstellen der Pulsdauer kann man die Testgüte sehr gut an die variable Außenbeschaltung des Spannungsreglers, wie beispielsweise an eine Höhe einer verwendeten Ausgangskapazität, anpassen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Spannungsreglers kann die Auswerte- und Steuereinheit im weiteren Betrieb das Rückkoppelsignal überprüfen und die Ansteuerschaltung wieder deaktivieren, wenn das Rückkoppelsignal nicht inner halb einer vorgegebenen Zeitspanne nach einem Regelungsbeginn, welcher durch das Aktiveren der Ansteuerschaltung festgelegt ist, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Diese Überprüfung kann kurz nach dem Einschalten der Ansteuerschaltung durchgeführt werden. Zudem kann die Auswerte- und Steuereinheit das Rückkoppelsignal im weiteren Betrieb auf einen Minimalwert, welcher eventuell ratiometrisch aus einer zu erwarteten Ausgangsspannung bzw. einer internen Referenzspannung bestimmt werden kann, überwachen und die Ansteuerschaltung wieder deaktivieren, wenn das Rückkoppelsignal nach dem Überschreiten des vorgegebenen Schwellwerts diesen vorgegebenen Schwell wert wieder unterschreitet. Dies beschreibt die Erkennung von einer Unterbre chung der Rückführungsverbindung während des Betriebs. Bei einem erkannten Fehler wird ein ungefährlicher Zustand eingestellt. So kann die Ausgangsspan nung beispielsweise ausgeschaltet oder auf einen Minimalwert eingestellt wer den.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Spannungsreglers kann eine konfigu rierbare Aufbereitungsschaltung das Rückkoppelsignal empfangen und ausge führt sein, das Rückkoppelsignal aufzubereiten und eine Überwachungsinforma tion an die Auswerte- und Steuereinheit auszugeben. Des Weiteren kann ein Komparator das aufbereitete Rückkoppelsignal von der Aufbereitungsschaltung empfangen und mit einem Referenzsignal vergleichen und ein erstes Signal an die Ansteuerschaltung ausgeben, wenn das Rückkoppelsignal kleiner als das Referenzsignal ist. Alternativ kann der Komparator ein zweites Signal an die An steuerschaltung ausgeben, wenn das Rückkoppelsignal größer als das Referenz signal ist. Hierbei werden das erste Signal bzw. das zweite Signal an den Rück führungseingang der Ansteuerschaltung angelegt. Basierend auf dem ersten Sig nal kann die Ansteuerschaltung das mindestens eine Schaltsignal dahingehend verändern, dass sich die Ausgangsspannung vergrößert. Alternativ kann die An steuerschaltung basierend auf dem zweiten Signal das mindestens eine Schalt signal dahingehend verändern, dass sich die Ausgangsspannung verkleinert.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Spannungsreglers kann eine Stromsensorschaltung ausgeführt sein, einen Wert eines durch den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter fließenden Stroms zu erfassen und ein kor respondierendes Messsignal an die Ansteuerschaltung auszugeben, welche aus geführt ist, den erfassten Wert des durch den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter fließenden Stroms bei der Erzeugung des mindestens einen Schaltsignals für den mindestens einen Halbleiterschalter zu berücksichtigen. Dadurch ist es möglich, die gewünschte Ausgangsspannung genauer einzustel len.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Spannungsreglers kann die Aus gangsspannung oder ein Anteil der Ausgangsspannung als Rückkoppelsignal zu rückgeführt werden. So kann die Ausgangsspannung beispielsweise in Form ei ner direkten Verbindung an einen korrespondierenden Anschluss des integrierten Spannungsreglers angelegt werden. Alternativ kann die Ausgangsspannung über einen externen oder internen Spannungsteiler zurückgeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spannungsreglers.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Kennliniendiagramm einer Ausgangsspannung und eines Rückkoppelsignals des erfindungsgemäßen Spannungsreglers aus Fig. 1. Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen Spannungsreglers.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Kennliniendiagramm einer Ausgangsspannung und eines Rückkoppelsignals des erfindungsgemäßen Spannungsreglers aus Fig. 3.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbei spiele eines erfindungsgemäßen Spannungsreglers 1 jeweils eine Ansteuer schaltung 3 und mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter TI, T2, T3. Die Ansteuerschaltung 3 erzeugt mindestens ein Schaltsignal und gibt es an den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter TI, T2, T3 aus, so dass der mindestens eine steuerbare Halbleiterschalter TI, T2, T3 aus einer am Eingang des Spannungsreglers 1, 1A, 1B anliegenden Eingangsspannung Vin eine am Ausgang abnehmbare Ausgangsspannung Vout erzeugt. Ein die Ausgangsspan nung Vout repräsentierendes Rückkoppelsignal Vrück ist an die Ansteuerschal tung 3 zurückgeführt, welche basierend auf dem Rückkoppelsignal Vrück das mindestens eine Schaltsignal für den mindestens einen Halbleiterschalter TI, T2, T3 erzeugt, so dass ein geschlossener Regelkreis zur Regelung der Ausgangs spannung Vout entsteht. Eine Auswerte- und Steuereinheit 10, 10A, 10B führt vor der Aktivierung der Ansteuerschaltung 3 eine initiale Überprüfung der Funktions fähigkeit der Rückführung durch, indem die Auswerte- und Steuereinheit 10, 10A, 10B über die Ansteuerschaltung 3 ein Prüfsignal erzeugt, welches die Ansteuer schaltung 3 als Schaltsignal an den mindestens einen steuerbaren Halbleiter schalter TI, T2, T3 anlegt, und ein Vorhandensein einer resultierenden Prüfsig nals am Ausgang durch Auswertung des Rückkoppelsignals Vrück überprüft. Die Auswerte- und Steuereinheit 10, 10A, 10B gibt die Ansteuerschaltung 3 für den weiteren Betrieb frei, wenn das überprüfte Rückkoppelsignal Vrück einen das Prüfsignal repräsentierenden Signalanteil aufweist. Alternativ aktiviert die Aus- werte- und Steuereinheit 10, 10A, 10B bei einer fehlerhaften Rückführung des Rückkoppelsignals Vrück die Ansteuerschaltung 3 nicht, um eine Ausgabe einer überhöhten Ausgangsspannung Vout zu verhindern. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Spannungsregler 1 als inte grierter Spannungsregler 1 ausgeführt. Die Ansteuerschaltung 3 ist in den darge stellten Ausführungsbeispielen jeweils als PWM-Generator (PWM: Pulsweiten modulation) ausgeführt. Zudem wird das Rückkoppelsignal Vrück nicht direkt an einen Rückführungsanschluss der Ansteuerschaltung 3 angelegt. Vielmehr emp fängt in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine konfigurierbare Aufbereitungsschaltung 5 das Rückkoppelsignal Vrück und bereitet dieses auf. Zudem gibt die Aufbereitungsschaltung 5 eine Überwachungsinformation bezüg lich des Rückkoppelsignals Vrück an die Auswerte- und Steuereinheit 10, 10A, 10B aus. Wie aus Fig. 1 und 3 weiter ersichtlich ist, empfängt in den dargestell ten Ausführungsbeispielen des integrierten Spannungsreglers 1 jeweils ein Kom parator K das aufbereitete Rückkoppelsignal Vrück von der Aufbereitungsschal tung 5 und vergleicht dieses mit einem Referenzsignal Vref. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Referenzsignal ein externen Spannungspegel, wel cher an einen korrespondierenden Referenzsignalanschluss an den integrierten Spannungsregler 1 angelegt wird. Alternativ kann das Referenzsignal intern, bei spielsweise durch die Auswerte- und Steuereinheit 10, 10A, 10B zur Verfügung gestellt werden. Der Komparator K gibt ein erstes Signal an den Rückführungs anschluss der Ansteuerschaltung 3 aus, wenn das Rückkoppelsignal Vrück klei ner als das Referenzsignal Vref ist. Alternativ gibt der Komparator K ein zweites Signal an den Rückführungsanschluss der Ansteuerschaltung 3 aus, wenn das Rückkoppelsignal Vrück größer als das Referenzsignal Vref ist. Hierbei verändert die Ansteuerschaltung 3 basierend auf dem ersten Signal das mindestens eine Schaltsignal dahingehend, dass sich die Ausgangsspannung Vout vergrößert. Al ternativ verändert die Ansteuerschaltung 3 basierend auf dem zweiten Signal das mindestens eine Schaltsignal dahingehend, dass sich die Ausgangsspannung Vout verkleinert. Durch unterschiedliche Konfigurationen der Aufbereitungsschal tung 5 oder durch unterschiedliche Spannungspegel des Referenzsignals Vref kann der jeweilige Spannungsregler 1 an verschiedene Anforderungen bezüglich des Pegels und der Genauigkeit der Ausgangsspannung Vout abgepasst wer den.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen des integrierten Spannungsreglers 1 erfasst eine Stromsensorschaltung 7, welche einen Messwiderstand Rs bzw. Shunt und einen Verstärker umfasst, einen Wert eines durch den mindestens ei nen steuerbaren Halbleiterschalter TI, T2, T3 fließenden Stroms und gibt ein kor respondierendes Messsignal an die Ansteuerschaltung 3 aus. Die Ansteuerschal tung 3 berücksichtigt den erfassten Wert des durch den mindestens einen steuer baren Halbleiterschalter TI, T2, T3 fließenden Stroms bei der Erzeugung des mindestens einen Schaltsignals für den mindestens einen Halbleiterschalter TI, T2, T3. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Halbleiterschalter TI, T2, T3 jeweils als Feldeffekttransistoren (FET), vorzugsweise als MOSFETs ausgeführt.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen erzeugt die Auswerte- und Steuerein heit 10, 10A, 10B das Prüfsignal in Kombination mit der Ansteuerschaltung 3 als Testimpuls mit einer vorgegebenen Amplitude und einer vorgegebenen Impuls dauer. Wie aus Fig. 2 und 4 weiter ersichtlich ist, bewirkt der Testimpulse einen resultierenden Testimpuls TPA am Ausgang bzw. in der Ausgangsspannung Vout und im fehlerfreien Fall einen resultierenden Testimpuls TPR im Rückkop pelsignal Vrück, welches hier einem Anteil der über einen Spannungsteiler, wel cher aus einem ersten Widerstand RI und einem zweiten Widerstand R2 be steht, abgegriffenen Ausgangsspannung Vout entspricht.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist der integrierte Spannungsregler 1 im dar gestellten ersten Ausführungsbeispiel als synchroner Abwärtsschaltwandler 1A mit zwei Schalttransistoren TI, T2 ausgeführt. Zudem umfasst der Abwärts schaltwandler 1A im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Induktivität L, welche zwischen einem Ausgangsknoten AK und dem Ausgang angeordnet ist. Des Weiteren ist zwischen dem Ausgang und einem Bezugsknoten BK parallel zum Spannungswandler aus den Widerständen RI, R2 ein Kondensator C angeord net. Die Induktivität L und der Kondensator C sowie die Widerstände RI, R2 des Spannungsteilers können als externe Beschaltung ausgeführt sein, so dass der synchrone Abwärtsschaltwandler 1A einfach an verschiedenen Anforderungen angepasst werden kann. Bei dem dargestellten synchronen Abwärtsschaltwand ler 1A erzeugt die Ansteuerschaltung 3 die Schaltsignale für die beiden Halb leiterschalter TI, T2 so, dass der Ausgangsknoten AK entsprechend den Schalt signalen abwechselnd mit einem Versorgungsknoten VK, an welchem die Ein gangsspannung Vin anliegt und einem Bezugsknoten BK verbunden wird, an welchem hier ein Massepotential anliegt. Der Messwiderstand Rs der Stromsensorschaltung 7 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des synchronen Abwärtsschaltwandlers 1A zwischen dem Versorgungsknoten VK und dem ers ten Halbleiterschalter TI angeordnet.
Wie aus Fig. 1 und 2 weiter ersichtlich ist, wird nach einer Aktivierung des syn chronen Abwärtsschaltwandlers 1A, beispielsweise durch Anlegen der Eingangs spannung Vin oder durch Empfang eines entsprechenden Aktivierungssignals durch die Auswerte- und Steuereinheit 10A, automatisch überprüft, ob eine Ver bindung zwischen dem Ausgang und dem Rückführungseingang der Ansteuer schaltung 3 besteht. Hierzu erzeugt die Auswerte- und Steuereinheit 10A über die Ansteuerschaltung 2 zu einem Ausgabezeitpunkt Ta den Testimpuls, welcher als entsprechende Schaltsignale an die beiden Schalttransistoren TI, T2 ausge geben werden. Hierbei wird ein erster Schalttransistor für die Dauer des Testim pulses leitend geschaltet und ein zweiter Schalttransistor T2 gleichzeitig sperrend geschaltet. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, entsteht dadurch am Ausgang der Testimpuls TPA in der Ausgangsspannung, welcher im dargestellten fehler freien Fall als korrespondierender Testimpuls TPR im Rückkoppelsignal Vrück zurückgeführt wird. Da die Auswerte- und Steuereinheit 10A innerhalb eines vor gegebenen Zeitfensters TF nach dem Ausgabezeitpunkt Ta eine entsprechende Überwachungsinformation bezüglich des Rückkoppelsignals Vrück von der Auf bereitungsschaltung 5 empfängt, gibt die Auswerte- und Steuereinheit 10A die Ansteuerschaltung 3 für den weiteren Betrieb frei und aktiviert die Ansteuerschal tung 3, so dass zu einem Regelungsbeginn TR die Regelung der Ausgangsspan nung Vout beginnt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 10A überprüft im weiteren Betrieb das Rückkop pelsignal Vrück und deaktiviert die Ansteuerschaltung 3 wieder, wenn das Rück koppelsignal Vrück nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne dT nach dem Regelungsbeginn TR den vorgegebene Schwellwert Vsw überschreitet. Da die Rückführungsverbindung fehlerlos arbeitet, steigt die Ausgangsspannung Vout an und wird auf einen gewünschten Spannungspegel geregelt und das Rückkop pelsignal Vrück folgt der Ausgangsspannung wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Auswerte- und Steuereinheit 10A führt die Überwachung des Rückkoppelsignals Vrück im weiteren Betrieb fort und deaktiviert die Ansteuerschaltung 3 wieder, wenn das Rückkoppelsignal Vrück nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts Vsw diesen vorgegebenen Schwellwert Vsw wieder unterschreitet. Ein solches Abfallen des Rückkoppelsignals Vrück würde darauf hindeuten, dass die Rückführungsverbindung während des Betriebs unterbrochen wurde.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der integrierte Spannungs regler 1 als asynchroner Abwärtsschaltwandler mit nur einem Schalttransistor TI ausgeführt. Der zweite Schalttransistor ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Schaltdiode ersetzt.
Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist der integrierte Spannungsregler 1 im dar gestellten zweiten Ausführungsbeispiel als asynchroner Aufwärtsschaltwandler 1B mit einem Schalttransistor T3 und einer Schaltdiode D2 ausgeführt. Zudem umfasst der Aufwärtsschaltwandler 1B im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Verpolschutzdiode Dl und eine Induktivität L, welche zwischen einem Versor gungsknoten VK am Eingang des asynchroner Aufwärtsschaltwandler 1B, an welchem die Eingangsspannung Vin anliegt, und einem Ausgangsknoten AK an geordnet sind. Die Schaltdiode Dl ist zwischen dem Ausgangsknoten AK und dem Ausgang des asynchronen Aufwärtsschaltwandler 1B angeordnet ist. Des Weiteren ist zwischen dem Ausgang und einem Bezugsknoten BK parallel zum Spannungswandler aus den Widerständen RI, R2 ein Kondensator C angeord net. Die Induktivität L und der Kondensator C sowie die Widerstände RI, R2 des Spannungsteilers können als externe Beschaltung ausgeführt sein, so dass der asynchrone Aufwärtsschaltwandler 1B einfach an verschiedenen Anforderungen angepasst werden kann. Bei dem dargestellten synchronen Abwärtsschaltwand ler 1A erzeugt die Ansteuerschaltung 3 das Schaltsignal für den Halbleiterschal ter T3 so, dass der Ausgangsknoten AK entsprechend dem Schaltsignalen ab wechselnd mit Bezugsknoten BK, an welchem hier ein Massepotential anliegt, verbunden oder von diesem getrennt wird. Der Messwiderstand Rs der Stromsensorschaltung 7 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des asynchro nen Aufwärtsschaltwandlers 1B zwischen dem Halbleiterschalter T3 und dem Be zugsknoten BK angeordnet. Wie aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, wird nach einer Aktivierung des asyn chronen Aufwärtsschaltwandlers 1B, beispielsweise durch Anlegen der Ein gangsspannung Vin oder durch Empfang eines entsprechenden Aktivierungssig nals durch die Auswerte- und Steuereinheit 10B, automatisch überprüft, ob eine Verbindung zwischen dem Ausgang und dem Rückführungseingang der Ansteu erschaltung 3 besteht. Hierzu erzeugt die Auswerte- und Steuereinheit 10B ana log zum ersten Ausführungsbeispiel über die Ansteuerschaltung 2 zu einem Aus gabezeitpunkt Ta den Testimpuls, welcher als entsprechendes Schaltsignal an den Schalttransistoren T3 ausgegeben wird. Hierbei addiert sich der am Ausgang entstehende Testimpuls TPA in der Ausgangsspannung Vout zu dem bereits am Ausgang anliegenden Spannungspegel der Eingangsspannung Vin. Im darge stellten fehlerfreien Fall wird der Testimpuls TPA am Ausgang als korrespondie render Testimpuls TPR im Rückkoppelsignal Vrück zurückgeführt. Da die Aus- werte- und Steuereinheit 10B innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters TF nach dem Ausgabezeitpunkt Ta eine entsprechende Überwachungsinformation bezüglich des Rückkoppelsignals Vrück von der Aufbereitungsschaltung 5 emp fängt, gibt die Auswerte- und Steuereinheit 10B die Ansteuerschaltung 3 für den weiteren Betrieb frei und aktiviert die Ansteuerschaltung 3, so dass zu einem Re gelungsbeginn TR die Regelung der Ausgangsspannung Vout beginnt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 10B überprüft im weiteren Betrieb das Rückkop pelsignal Vrück und deaktiviert die Ansteuerschaltung 3 wieder, wenn das Rück koppelsignal Vrück nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne dT nach dem Regelungsbeginn TR den vorgegebene Schwellwert Vsw überschreitet. Da die Rückführungsverbindung fehlerlos arbeitet, steigt die Ausgangsspannung Vout an und wird auf einen gewünschten Spannungspegel geregelt und das Rückkop pelsignal Vrück folgt der Ausgangsspannung wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Auswerte- und Steuereinheit 10B führt die Überwachung des Rückkoppelsignals Vrück im weiteren Betrieb fort und deaktiviert die Ansteuerschaltung 3 wieder, wenn das Rückkoppelsignal Vrück nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts Vsw diesen vorgegebenen Schwellwert Vsw wieder unterschreitet. Ein solches Abfallen des Rückkoppelsignals Vrück würde darauf hindeuten, dass die Rückführungsverbindung während des Betriebs unterbrochen wurde. Bei dem dargestellten asynchronen Aufwärtsschaltwandler 1B ist der Schwellwert Vsw so gewählt, dass das aus dem Spannungspegel der Eingangsspannung Vin resultierenden Rückkoppelsignal Vrück unter diesem Schwellwert liegt, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der integrierte Spannungs- regier 1 als synchroner Aufwärtsschaltwandler mit zwei Schalttransistoren ausge führt. Hierbei ersetzt der zweite Schalttransistor bei diesem Ausführungsbeispiel die Schaltdiode D2.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der integrierte Spannungsregler 1 als Linearregler mit einem Regeltransistor ausgeführt.

Claims

Ansprüche
1. Spannungsregler (1), insbesondere ein integrierter Spannungsregler, mit einer Ansteuerschaltung (3) und mindestens einem steuerbaren Halb leiterschalter (TI, T2, T3), wobei die Ansteuerschaltung (3) ausgeführt ist, mindestens ein Schaltsignal zu erzeugen und an den mindestens ei nen steuerbaren Halbleiterschalter (TI, T2, T3) auszugeben, so dass der mindestens eine steuerbare Halbleiterschalter (TI, T2, T3) aus einer am Eingang des Spannungsreglers (1) anliegenden Eingangsspannung (Vin) eine am Ausgang abnehmbare Ausgangsspannung (Vout) erzeugt, wobei ein die Ausgangsspannung (Vout) repräsentierendes Rückkoppel signal (Vrück) an die Ansteuerschaltung (3) zurückgeführt ist, welche ausgeführt ist, basierend auf dem Rückkoppelsignal (Vrück) das mindes tens eine Schaltsignal für den mindestens einen Halbleiterschalter (TI, T2, T3) zu erzeugen, so dass ein geschlossener Regelkreis zur Rege lung der Ausgangsspannung (Vout) entsteht, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit (10) ausgeführt ist, vor der Aktivierung der Ansteuerschal tung (3) eine initiale Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Rückfüh rung durchzuführen, indem die Auswerte- und Steuereinheit (10) über die Ansteuerschaltung (3) ein Prüfsignal erzeugt, welches die Ansteuer schaltung (3) als Schaltsignal an den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter (TI, T2, T3) anlegt, und ein Vorhandensein einer re sultierenden Prüfsignals am Ausgang durch Auswertung des Rückkop pelsignals (Vrück) überprüft, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (10) die Ansteuerschaltung (3) für den weiteren Betrieb freigibt, wenn das überprüfte Rückkoppelsignal (Vrück) einen das Prüfsignal repräsentie renden Signalanteil aufweist, oder bei einer fehlerhaften Rückführung des Rückkoppelsignals (Vrück) die Ansteuerschaltung (3) nicht aktiviert, um eine Ausgabe einer überhöhten Ausgangsspannung (Vout) zu ver hindern.
2. Spannungsregler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10) die Ansteuerschaltung (3) für den weiteren Betrieb freigibt, wenn der das Prüfsignal repräsentierende Sig nalanteil innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters (TF) nach einem Ausgabezeitpunkt (Ta) des Prüfsignals in dem Rückkoppelsignal (Vrück) auftritt.
3. Spannungsregler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10) das Prüfsignal als Testimpuls mit einer vorgegebenen Amplitude und einer vorgegebenen Impulsdauer erzeugt, welcher einen resultierenden Testimpuls (TPA) am Ausgang und im fehlerfreien Fall einen resultierenden Testimpuls (TPR) im Rück koppelsignal (Vrück) bewirkt.
4. Spannungsregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10) im weiteren Betrieb das Rückkoppelsignal (Vrück) überprüft und die Ansteuerschal tung (3) wieder deaktiviert, wenn das Rückkoppelsignal (Vrück) nicht in nerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (dT) nach einem Regelungsbe ginn (TR), welcher durch das Aktiveren der Ansteuerschaltung (3) fest gelegt ist, den vorgegebene Schwellwert (Vsw) überschreitet.
5. Spannungsregler (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10) im weiteren Betrieb die Ansteuer schaltung (3) wieder deaktiviert, wenn das Rückkoppelsignal (Vrück) nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts (Vsw) die sen vorgegebenen Schwellwert (Vsw) wieder unterschreitet.
6. Spannungsregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass eine konfigurierbare Aufbereitungsschaltung (5) das Rückkoppelsignal (Vrück) empfängt und ausgeführt ist, das Rückkoppel signal (Vrück) aufzubereiten und eine Überwachungsinformation an die Auswerte- und Steuereinheit (10) auszugeben.
7. Spannungsregler (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator (K) das aufbereitete Rückkoppelsignal (Vrück) von der Aufbereitungsschaltung (5) empfängt und mit einem Referenzsignal (Vref) vergleicht und ein erstes Signal an die Ansteuerschaltung (3) aus gibt, wenn das Rückkoppelsignal (Vrück) kleiner als das Referenzsignal (Vref) ist, und ein zweites Signal an die Ansteuerschaltung (3) ausgibt, wenn das Rückkoppelsignal (Vrück) größer als das Referenzsignal (Vref) ist.
8. Spannungsregler (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (3) basierend auf dem ersten Signal das mindes tens eine Schaltsignal dahingehend verändert, dass sich die Ausgangs spannung (Vout) vergrößert, oder basierend auf dem zweiten Signal das mindestens eine Schaltsignal dahingehend verändert, dass sich die Aus gangsspannung (Vout) verkleinert.
9. Spannungsregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Stromsensorschaltung (7) ausgeführt ist, einen Wert eines durch den mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter (TI, T2, T3) fließenden Stroms zu erfassen und ein korrespondierendes Messsignal an die Ansteuerschaltung (3) auszugeben, welche ausge führt ist, den erfassten Wert des durch den mindestens einen steuerba ren Halbleiterschalter (TI, T2, T3) fließenden Stroms bei der Erzeugung des mindestens einen Schaltsignals für den mindestens einen Halbleiter schalter (TI, T2, T3) zu berücksichtigen.
10. Spannungsregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Ausgangsspannung (Vout) oder ein Anteil der Ausgangsspannung (Vout) als Rückkoppelsignal (Vrück) zurückgeführt ist.
11. Spannungsregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass der Spannungsregler (1) als Linearregler mit einem Regeltransistor oder als synchroner Abwärtsschaltwandler (1A) mit zwei Schalttransistoren (TI, T2) oder als asynchroner Abwärtsschaltwandler mit einem Schalttransistor und einer Schaltdiode oder als synchroner Aufwärtsschaltwandler mit zwei Schalttransistoren oder als asynchroner Aufwärtsschaltwandler (1B) mit einem Schalttransistor (T3) und einer Schaltdiode (D2) ausgeführt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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