DE19651612A1 - Elektronische Schaltung zur Spannungsversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Spannungsversorgung für ein elektronisches Bauelement nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Bei verschiedenen elektronischen bzw. elektrischen Bauelementen muß die Spannungsversorgung sicher und zuverlässig gewährleistet sein. Dabei kann die Spannungsversorgung mit Hilfe verschiedener, auch unterschiedlicher Spannungsquellen, beispielsweise mit Hilfe zweier Batterien erfolgen. Damit es nicht zu ungewolltem Energieaustausch zwischen den Quellen kommt, müssen Maßnahmen getroffen werden, die gegebenenfalls eine Unterbrechung der Verbindung zwischen den Spannungsquellen bzw. Batterien durchführen.

Es wird daher z. B. bei einer aus der DE-PS 41 38 943 bekannten Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, eine elektronische Schaltung einzusetzen, die zwischen zwei Versorgungsbatterien geschaltet ist und ein Lade-/Trennmodul umfaßt. Mit diesem Lade-/Trennmodul können beide Batterien von einem Generator aufgeladen werden und unter bestimmten Bedingungen gemeinsam die Versorgung der Bordnetzverbraucher übernehmen. Mit Hilfe des Lade-/Trennmoduls wird die Verbindung zwischen den beiden Batterien immer dann unterbrochen, wenn der Ladezustand der Batterien stark unterschiedlich ist oder wenn während des Startvorgangs die dem Starter zugeordnete Batterie einen Spannungseinbruch zu verkraften hat.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zur Spannungsversorgung hat den Vorteil, daß eine besonders sichere und zuverlässige Spannungsversorgung für ein elektronisches Bauelement gewährleistet ist. Dazu sind wenigstens zwei Spannungsquellen oder Versorgungsstromkreise vorgesehen, die jeweils mit Hilfe von elektronischen Bauelementen auf einen gemeinsamen Versorgungsanschluß führen, an dem die für die Versorgung des elektronischen Bauelementes benötigte Spannung entsteht. Es ist somit eine wahlweise Versorgung aus einem der Versorgungsstromkreise, beispielsweise aus zwei getrennten Batterien möglich. Bei Unterschreitung von definierten Spannungen, die beispielsweise mit einer Zenerdiode festgelegt werden können, erfolgt in vorteilhafter Weise eine selbständige Umschaltung der Spannungsversorgung. Gleichzeitig wird eine Verriegelung zur Verhinderung von Ausgleichströmen zwischen den Spannungsquellen bzw. Batterien bzw. allgemein zwischen den Versorgungskreisen gewährleistet. Unter besonderen Umständen ist auch eine allgemeine Abschaltung jeglicher Versorgung möglich.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung läßt sich u. a. in vorteilhafter Weise in einem Festspannungsregler integrieren. Bei Verwendung eines Analogschalters mit Überlastschutz kann sichergestellt werden, daß keiner der Versorgungskreise überlastet wird. Durch den Einsatz von Feldeffekttransistoren zur Entkopplung der Versorgungskreise tritt nur ein geringer Spannungsabfall auf. Dieser ist vorteilhafter Weise geringer als bei einer Entkoppelschaltung, die Dioden verwendet.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beiden Figuren aufgezeigt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung

Die beiden in den Fig. 1 und 2 aufgezeigten Ausführungsbeispiele dienen ganz allgemein zur Versorgung eines elektronischen Bauelements, das an den Anschluß V, an dem die Spannung UV ansteht, angeschlossen wird. Die Spannung UV wird dabei entweder von einem an Klemme Kl. 10 angeschlossenen Versorgungskreis oder von einem an Klemme Kl. 20 angeschlossenen Versorgungskreis geliefert. Diese Versorgungskreise können auch als Spannungsquellen bezeichnet werden, sie bestehen beispielsweise aus Batterien.

Werden die elektronischen Schaltungen zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeugbordnetz eingesetzt, steht die Klemme Kl. 10 mit einer ersten Batterie B1 und die Klemme Kl. 20 mit einer zweiten Batterie B2 in Verbindung, die jeweils von nicht dargestellten Generatoren aufgeladen werden und zur Versorgung des Starters bzw. zur Versorgung des übrigen Bordnetzes dienen. An den Spannungsversorgungsanschluß Kl. U kann beispielsweise ein Steuergerät angeschlossen werden, das dann zuverlässig mit Spannung versorgt wird. In einem Fahrzeug mit einem Bordnetzsteuergerät wird dieses an den Anschluß Kl. U angeschlossen, die beiden Batterien sind dann ebenfalls mit den Klemmen Kl. 10 und Kl. 20 verbunden, die Bordnetzverbraucher können direkt aus dem Bordnetzsteuergerät versorgt werden, wobei das Bordnetzsteuergerät zusätzliche Spannungswandler umfassen kann, die die dem Bordnetzsteuergerät zugeführte Spannung UV in verschiedene Spannungen wandelt, die den Erfordernissen der jeweils zu versorgenden Verbrauchern angepaßt werden können.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 umfaßt neben den bereits erwähnten Klemmen Kl. 10, Kl. U mit den Schaltungsteilen 1 und 2 und Kl. 20 eine Reihe von Feldeffekttransistoren, Widerständen, Dioden sowie eine Zenerdiode und einen Schalter, der bei Verwendung in einem Fahrzeugbordnetz z. B. der Zündschalter sein kann und auch aus einem oder mehreren Versorgungskreisen über Dioden entkoppelt versorgt sein kann.

Im einzelnen ist diese Schaltung wie folgt aufgebaut: die Klemme Kl. 10 ist über die beiden Feldeffekttransistoren T10 und T11, die als Analogschalter geschaltet sind, mit der Kathode der Zenerdiode D10 verbunden. Zwischen dem Gate des Feldeffekttransistors T10 und der Klemme Kl. 10 liegt ein Widerstand R10. Die Anode der Zenerdiode D10 ist über einen Feldeffekttransistor T12 und den Widerstand R1 mit einem Anschluß des Schalters Z, beispielsweise dem Zündschloß, verbunden. Zwischen dem Gate des Transistors T12 und der Source liegt der Widerstand R12, der auf der Sourceseite auf Masse liegt.

Die dem Widerstand R1 abgewandte Seite des Schalters Z ist an die Kathoden der von den unterschiedlichen Versorgungskreisen versorgten Dioden D1, D2 verbunden. Die Klemme Kl. 20 versorgt über die Feldeffekttransistoren T20 und T21 den Versorgungsanschluß UV, der auch mit der Source des Transistors T11 verbunden ist. Die beiden Gateelektroden der Feldeffekttransistoren T20 und T21 liegen über den Widerstand R20 an Klemme Kl. 20. Zwei weitere Feldeffekttransistoren T23 und T22 sowie zugehörige Widerstände R22, R23 und R24 und Z-Diode D22 (bei Versorgungsspannungen größer 15V) sind zwischen die Transistoren T20, T21 und T10, T11 geschaltet. Weitere Dioden D4, D5, D6 und D7 sowie ein Widerstand R_V können zusätzlich vorhanden sein.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, mit dessen Hilfe eine Mehrfachversorgung, beispielsweise mit den Stromkreisen A,. . .N, die Batterien B1, B2. . .Bn umfassen können, realisiert werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 lediglich darin, daß wenigstens ein weiterer Schaltungsteil 3 vorhanden ist, der dem Schaltungsteil 2 nach Fig. 1 entspricht und über eine weitere Diode D3 mit Z in Verbindung steht.

Soll eine Mehrfachversorgung mit n < 3 realisiert werden, müßte ein weiteres gleichartiges Schaltungsteil eingesetzt werden. Wesentlich ist, daß in jedem Schaltungsteil außer dem letzten (n) eine Zenerdiode D20 zwischen den beiden Gateelektroden der Transistoren T20 und T21 sowie der Drainelektrode des Transistors T23 liegt, die in Sperrichtung geschaltet ist.

Mit den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen lassen sich die im folgenden beschriebenen Funktionen realisieren:

1. Versorgung der Klemme Kl. U über die Klemme Kl. 10

Soll die Klemme Kl. U über die Klemme Kl. 10 mit Spannung versorgt werden, wird der Schalter Z, beispielsweise das Zündschloß von einem beliebigen Stromkreis gespeist. Wird der Schalter Z geschlossen, schaltet der Transistor 12 durch, die Anode der Diode D10 wird somit auf Masse gezogen. Ist die Spannung an der Klemme Kl. 10 größer als die Zener- Spannung der Diode D10, tritt am Widerstand R10 ein Spannungsabfall auf, der das Durchschalten der Feldeffekttransistoren T10 und T11 bewirkt. Da diese beiden Transistoren als Analogschalter geschaltet sind, steht die Spannung von Klemme Kl. 10 niederohmig an der Klemme Kl. U zur Spannungsversorgung zur Verfügung. Die Source-Spannung der Transistoren T10 und T11 schaltet dann den Transistor T22 durch, dessen Gatespannung mit einer Z-Diode D22 und dem Vorwiderstand RV begrenzt wird bei Spannungen größer 15 V, welcher den Transistor T23 und damit auch die Transistoren T20 und T21 sperrt.

Soll der Schalter Z massebezogen sein, ist eine Ergänzung im Schaltungsteil A erforderlich, es muß dann eine P-Kanal- Vorstufe zum Transistor T12 eingesetzt werden.

2. Versorgung der Klemme Kl. U über die Klemme Kl. 20

Der Schalter Z wird wiederum von einem beliebigen Stromkreis gespeist. Falls er massebezogen sein soll, wäre ebenfalls eine P-Kanal-Vorstufe zum Transistor T12 erforderlich. Wird der Schalter Z geschlossen, schaltet der Transistor T12 durch, damit liegt die Anode der Diode D10 an Masse. Ist die Spannung an der Klemme Kl. 10 kleiner als die Zenerspannung der Diode D10, tritt am Widerstand R10 kein Spannungsabfall auf, so daß die Transistoren T10 und T11 sperren. Die Source-Spannung von Transistor T10 und Transistor T11 wird durch den Widerstand R22 bestimmt, so daß der Transistor T22 sperrt. Damit wird der Transistor T23 über die Widerstände R24 und R23 durchgeschaltet. Dies hat zur Folge, daß auch die Transistoren T20 und T21 durchgeschaltet werden. Die Spannung, die an der Klemme Kl. 20 liegt wird somit niederohmig an die Klemme Kl. U weitergeleitet, wodurch an der Klemme Kl. U eine Versorgungsspannung UV zur Verfügung gestellt wird, die für zu versorgende Verbraucher bereitgestellt wird und im Falle einer Bordnetzspannungsversorgung beispielsweise zur Versorgung des Bordnetzsteuergerätes verwendet werden kann.

3. Versorgung der Klemme Kl. U über die Klemme Kl. n0

Auch in diesem Fall wird der Schalter Z von einem beliebigen Stromkreis gespeist. Falls der Schalter Z massebezogen sein soll, ist ebenfalls eine P-Kanal-Vorstufe zum Transistor T12 erforderlich.

Wird der Schalter Z geschlossen, schaltet der Transistor T12 durch, damit liegt die Anode der Diode D10 an Masse. Ist die Spannung der Klemme Kl. 10 kleiner als die Zenerspannung der Diode D10, tritt am Widerstand R10 kein Spannungsabfall auf, so daß die Transistoren T10 und T11 sperren. Die Source- Spannung der Transistoren T10 und T11 wird durch den Widerstand R22 bestimmt, so daß der Transistor T22 sperrt. Damit wird auch der Transistor T23 über die Widerstände R24 und R23 durchgeschaltet, wodurch auch die Transistoren T20 und T21 durchschalten. Die Spannung von der Klemme Kl. 20 wird somit niederohmig an die Klemme Kl. U geleitet und steht dort als Versorgungsspannung UV zur Verfügung. Die Versorgungsspannung UV wird dann also vom Stromkreis B mit der Batterie B2 bereitgestellt.

Unter der erwähnten Voraussetzung, daß die Spannung an der Klemme Kl. 20 kleiner als die Zenerspannung der Diode D20 ist, tritt auch am Widerstand R20 kein Spannungsabfall auf, so daß die Transistoren T20 und T21 sperren. Die Source- Spannung der Transistoren T20 und T21 wird somit durch den Widerstand Rn2 bestimmt, so daß der Transistor Tn2 sperrt. Es wird somit der Transistor Tn3 über die Widerstände Rn4 und Rn3 durchgeschaltet und damit auch die Transistoren Tn0 und Tn1. Die Spannung, die an der Klemme Kl. n0 anliegt, wird somit niederohmig an die Klemme Kl. U geführt und steht dort als Versorgungsspannung UV zur Verfügung.

Der modulare Aufbau der Versorgungsschaltung ist beliebig erweiterbar, wobei die Zenerdioden auch unterschiedliche Durchbruch-Spannungen haben können, so daß sich eine Umschaltung der Spannungsversorgung bei verschiedenen Spannungen einstellen läßt. In einer Erweiterung der beschriebenen Schaltung ist eine Ansteuerung der Transistoren Tx2 (T12, T22, Tn2) durch andere Signalgeber, beispielsweise einen Mikroprozessor µC ebenfalls möglich. Dieser Mikroprozessor µC würde dann über Dioden entkoppelt mit den Gate-Elektroden der einzelnen Transistoren Tx2 in Verbindung stehen und die zur Auslösung der Schaltvorgänge erforderlichen Potentialbeeinflussungen auslösen. Bei einer solchen Mikroprozessor µC angesteuerten Schaltung könnten die Zenerdioden eingespart werden.

Die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen können bei großen Versorgungsströmen diskret aufgebaut werden. Bei kleinen Versorgungsströmen ist auch eine Integration als Einzel- oder Mehrfachchip möglich. Auch die Integration in vorhandene Chips, beispielsweise in Festspannungsregler kann eine solche Schaltung eingebaut werden.

Wird auf die Transistoren TX1 (T11, T21, Tn1) verzichtet, läßt sich eine Einfachvariante ohne Verhinderung von Ausgleichströmen aufbauen.

Wird ein Analogschalter mit Überlastschutz eingesetzt, wie er beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE P 195 48 612 bekannt ist, läßt sich eine Spannungsversorgungsschaltung aufbauen, die einen zuverlässigen Überlastschutz aufweist.

Claims (11)

1. Elektronische Schaltung zur Spannungsversorgung von Stromkreisen, mit wenigstens zwei Versorgungskreisen, die über elektronische Schaltmittel miteinander verbindbar sind und mit einem Schalter (Z), der mit wenigstens einem der Versorgungskreise in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Versorgungskreis über wenigstens einen Widerstand und eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode und einen Transistor mit dem Schalter (Z) in Verbindung steht, daß die Schaltmittel zwischen den Versorgungskreisen einen Anschluß aufweisen, an dem die Versorgungsspannung (UV) für den zu versorgenden Stromkreis abgreifbar ist und die Spannungsversorgung für den zu versorgenden Stromkreis bei geschlossenem Schalter (Z) aus einem der wenigstens zwei Spannungsquellen erfolgt.

2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel für jeden Stromkreis (A, B. . .N) einen aus zwei Feldeffekttransistoren gebildeten Analogschalter umfassen und insbesonders aus Festspannungsreglern besteht.

3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analogschalter mit dem Schalter (Z) in Verbindung steht, während der wenigstens andere Analogschalter mit einer Zenerdiode in Verbindung steht, deren Zenerspannung das Potential an den jeweiligen Gateelektroden bestimmt und somit ihren Schaltzustand festlegt.

4. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdioden unterschiedliche Durchbruchspannungen aufweisen.

5. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Z) massebezogen ist und dem Transistor (T1, 2) eine P-Kanal- Vorstufe vorgeschaltet ist.

6. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als integrierte Schaltung aufgebaut ist.

7. Elektronische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung in einen Festspannungsregler integriert ist.

8. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Analogschalter ein Analogschalter mit Überlastschutz ist.

9. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdioden ersetzt werden durch jeweils einen Anschluß an der Gate- Elektrode der Analogschalter, der mit einem Mikroprozessor in Verbindung steht, zur Beeinflussung des an den Gate- Elektroden anliegenden Potentials.

10. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Fahrzeug mit einem Zweibatteriebordnetz eingesetzt wird, daß die Anschlüsse (Kl. 10 und Kl. 20) mit je einer Batterie in Verbindung stehen und daß am Anschluß V die Versorgungsspannung für ein Steuergerät zur Verfügung steht.

11. Elektronische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät ein Bordnetzsteuergerät ist, das die Spannungsversorgung des Fahrzeugbordnetzes teilweise oder insgesamt steuert und die erforderlichen angepaßten Spannungen zur Verfügung stellt und die Ansteuerung der Gate-Elektroden der Analogschalter in Abhängigkeit von vorgebbaren Bedingungen durchführt.