DE19707423C1 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer VersorgungsspannungInfo
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- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/18—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer
Versorgungsspannung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Schaltungsanordnungen werden verwendet, um z. B. Sensoren mit
nachgeordneter Signalgebereinheit mit einer Spannung zu versorgen, die
so ausgestaltet ist, so daß Schwankungen der Eingangsspannung die
Funktionsfähigkeit der zu versorgenden Einheit nicht gefährden. Es hat sich
dabei als vorteilhaft herausgestellt, die Spannungsdifferenz, mit dem die
Versorgungsspannung für den Verbraucher unter der Eingangsspannung
liegt, wie in der Fig. 2 dargestellt, bis zu einem ersten Wert der Eingangs
spannung auf einen ersten, konstanten Wert zu halten und ab einem
bestimmten Wert der Eingangsspannung auf einen zweiten größeren Wert
konstant zu halten. Im dazwischen liegenden Übergangsbereich, im
Normalbetrieb, bleibt die Versorgungsspannung konstant und ist
unabhängig von der Eingangsspannung.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist der Patentschrift DE 25 33 199 C3 zu
entnehmen. Diese Schaltungsanordnung erzeugt den beschriebenen Verlauf
der Versorgungsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung über
eine komplexe Transistorschaltung, deren Realisierung aufwendig und mit
erheblichen Kosten verbunden ist.
Darüber hinaus lehrt die Patentschrift DE 41 31 170 A eine Vorrichtung, bei
der mittels einer Zener-Diode und eines Komparators sowie einer
steuerbaren Stromquelle eine Versorgungsspannung erzeugt wird, welche
sich in Intervallen in Abhängigkeit von der anliegenden Eingangsspannung
ändert. Auch diese Anordnung erweist sich aufgrund ihrer Komplexität,
insbesondere der steuerbaren Stromquelle, als zu aufwendig und kost
spielig.
Des weiteren sind im Stand der Technik weitere Schaltungsanordnungen zur
Spannungsstabilisierung mit einer Z-Diode bekannt (vergleiche Tietze/Schenk:
Halbleiterschaltungstechnik, 10. Auflage 1993, Seite 555 ff.).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen
einer Versorgungsspannung anzugeben, mit der der oben beschriebene
Verlauf der Versorgungspannung in Abhängigkeit der Eingangsspannung auf
einfache Weise erzielt werden kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Schaltungsanordnung erzeugt den gewünschten Verlauf der Ver
sorgungsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung mittels einer
überraschend einfachen Schaltungsanordnung, basierend auf zwei Z-
Dioden-Anordnungen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden
in den Patentansprüchen 2 bis 6 beschrieben. Die Regelkreisnachführung
gemäß Patentanspruch 5 ermöglicht eine rückwirkungsfreie Leistungs
entkopplung von Signalgebereinheit und der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und
Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
Fig. 2 den Verlauf der Versorgungsspannung in Abhängigkeit von
der anliegenden Eingangsspannung UBatt,
Fig. 3 Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zur Ansteuerung einer Signalgebereinheit und der zugeord
neten Auswerteeinheit,
Fig. 4a die Stromimpulse der Signalgebereinheit,
Fig. 4b die Spannung an der Signalgebereinheit,
Fig. 4c den Ausgangspegel der Auswerteschaltung,
Fig. 4d den Basisstrom des Längstransistors im Regelkreis.
Fig. 1 zeigt den Eingang mit der nichtkompensierten, nichtkonstanten Ein
gangsgleichspannung UBatt, beispielsweise ein Anschluß zu einer Auto
batterie. Ausgehend von der eingangsseitigen Gleichspannung befinden
Sich ein erster Strompfad I1 sowie parallel zu diesem ein zweiter Strompfad
I2. In I1 ist eine Anzahl seriell geschalteter Dioden in Durchlaßrichtung gepolt
angeordnet, wobei die Anzahl der Dioden den ersten konstanten Betrag ΔU1
bestimmt. Um den Spannungsabfall über den Dioden sicherzustellen, sind
diese über einen ersten Widerstand R1 auf Masse geschaltet, so daß ein
Diodenstrom entsteht, der so groß ist, daß die Dioden in den Durchlaß
bereich gesteuert werden. Andererseits ist die letzte Diode über einen
zweiten, hochohmigen Widerstand auf Ausgang UV geschaltet. Parallel zu
der Anordnung im ersten Strompfad I1 befindet sich ein Strompfad I2, der
ausgehend von der eingangseitigen Gleichspannung eine Z-Diode Z, zum
Ausgang UV hin aufweist. Des weiteren ist der Ausgang UV über einen dritten
Widerstand R3 und in Reihe dazu eine zweite Z-Diodenanordnung Z2 auf
Masse geschaltet.
Fig. 2 zeigt die drei Spannungsintervalle der Eingangsgleichspannung I1, I2,
I3 sowie die zugeordnete ausgangsseitige Versorgungsspannung. Wie im
ersten Intervall I1 zu erkennen, wird in diesem Bereich die Versorungs
spannung der Eingangsgleichspannung um einen konstanten ersten Betrag
reduziert nachgeführt. Im Intervall I2, dem Normalbetrieb, wird die Versor
gungsspannung auf der gewünschten Nennspannung gehalten. Über
schreitet jedoch die Eingangsspannung dieses zweite Spannungsintervall I2,
wird im Spannungsintervall I3 eine Ausgangsspannung erzeugt, reduziert um
einen zweiten konstanten Betrag ΔU2 der Eingangsspannung folgt. Der
Verlauf ergibt sich dabei schaltungstechnisch wie nachfolgend dargestellt:
Im ersten Spannungsintervall I1 der Eingangsspannung wird bis zum
Erreichen der Zenerspannung der Z2 die Ausgangsspannung UV reduziert um
den Spannungsabfall UD über den Dioden konstant zur Eingangsspannung
UBatt nachgeführt. Übersteigt nun die Eingangsspannung UBatt den Wert von
Z2, wird die zweite Zenerdiode Z2 leitend. Der Strom durch die Dioden kann
somit sowohl über den Widerstand R1 als auch parallel zu diesem durch die
Reihenanordnung von R2, R3 und Z2 nach Masse fließen. Es entsteht ein
Spannungsteiler aus den Widerständen R2 und R3, wobei R2 gegenüber R3 um
den Faktor 100 hochohmiger gewählt wurde, so daß eine Spannungs
änderung der Eingangsspannung UBatt um den Faktor 100 kleiner und somit
nicht nachweisbar auf die Ausgangsspannung UV wirkt. ES wird eine
Kompensation der Eingangsspannungsänderungen erreicht. Überschreitet
die Eingangsspannung jedoch einen Wert, der rund UZ2 plus UZ1 ist, wird
auch die erste Zenerdiode Z1 im zweiten Strompfad I2 leitend. Damit werden
die Dioden sowie der Widerstand R2 überbrückt. Der Spannungsteiler
zwischen R2 und R3 ist aufgehoben. Die Ausgangsspannung UV folgt nun in
einen zweiten konstanten Betrag ΔU2 der Eingangsspannung
UBatt, wobei der zweite Betrag ΔU2 weitgehend von der Spannung UZ1
bestimmt wird. Die Zenerdiodenanordnungen Z1 und Z2 können dabei
sowohl einfache Z-Dioden als auch temperaturkompensierte Zenerdioden
anordnungen, beispielsweise durch Reihenschaltung mit temperatur
kompensierenden Dioden mit entsprechend anderem Temperatur
koeffizienten realisiert werden. Es entsteht die gewünschte Abhängigkeit
der Versorgungsspannung von der anliegenden Eingangsgleichspannung.
Fig. 3 zeigt eine Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungs
anordnung zur Spannungsversorgung einer Signalgebereinheit Sat, wobei
diese über einen Regelkreis RK angesteuert wird. Der Regelkreis gleicht
dabei die Spannung Usat mit der eingangsseitig anliegenden Spannung UV
ab. Die Signalgebereinheit Sat weist einerseits einen Ruhestrompfad IR,
andererseits einen Signalstrompfad Isignal auf. Eingangsseitig ist zwischen
dem Regelkreis und dem umkompensierten Eingang der erfindungs
gemäßen Schaltung eine Auswerteschaltung Iniess angeordnet, die über
einen Stromspiegel, gebildet aus den Transistoren T2 und T3, sowie den
Widerständen RM1 und RM2 sowie einer Konstantromquelle den von der
Signalgebereinheit Sat gesandten Signalstrom Isat auswertet, indem ein
Komparator K2 die Spannungsabfälle über den Widerständen RM1 und RM2
vergleicht und das Ausgangssignal zur weiteren Verarbeitung beispielsweise
an einen Mikroprozessor leitet. Der Regelkreis RK wird gebildet aus einem
Komparator K1, an dessen Ausgang sich der Widerstand RK und der Transistor
TK befindet, wobei der Transistor TK als Längstransistor mit der Basis zum
Komparator K1 und mit dem Emitter zur Signalgebereinheit Sat geschaltet
ist. Die von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzeugte
Versorgungsspannung UV wird im Komparator K1 mit Usat verglichen und Usat
entsprechend nachgesteuert.
Die in diesem Ausführungsbeispiel erheblichen Stromimpulse Isignal in Höhe
von 40 mA zur Signalübertragung wirken faktisch, entkoppelt durch den
Regelkreis RK, nicht auf die versorgungsspannungserzeugende Schaltungs
anordnung. Die Stromimpulse werden quasi unbeeinflußt durch den
Transistor TK zur Strommeßeinrichtung geleitet und dort erkannt. Die
Spannung über der Strommeßeinrichtung ergibt sich dabei als Differenz
betrag zwischen der Spannung UBatt und der Spannung an der Signalgeber
einheit Sat sowie den Spannungsabfällen über dem Transistor TK. Sie stimmt
damit weitgehend den Beträgen ΔU1 und ΔU2 überein. Die Funktions
fähigkeit der Auswerteeinheit ist somit durch die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung sichergestellt, auch wenn die Eingangsspannung stark
von der gewünschten Nennspannung abweicht.
Fig. 4 zeigt die Funktionsverläufe von charakteristischen Größen in der in
Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung. So zeigt Fig. 4a die Stromimpulse
Isignal zuzüglich dem konstanten Ruhestrom Ir. Diagramm 4b zeigt die
Spannung Usat an der Signalgebereinheit. Die Spannung weist extrem kurze
Ausschläge in den Flankenmomenten des Signalstroms Isignal auf, wird jedoch
vom Regelkreis sofort wieder auf den eingestellten Betriebspunkt
zurückgeführt, indem der Basisstrom im Regelkreis anspricht (vgl. Fig. 4d).
Am Ausgang der Auswerteeinheit kommt das Signal unverfälscht an (vgl. Fig.
4C).
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer ausgangsseitigen Versorgungs
gleichspannung (Uout) in Abhängigkeit von einer eingangsseitig anliegenden,
nicht konstanten Gleichspannung (UBatt), bei der in einem ersten Spannungs
intervall die eingangsseitige Gleichspannung (UBatt) um, einen konstanten
ersten Betrag (ΔU1) reduziert übertragen, in einem sich anschließenden zweiten
Spannungsintervall die Versorgungsgleichspannung konstant (Unenn) gehalten
wird und, falls die eingangsseitige Gleichspannung dieses zweite Spannungs
intervall überschreitet, eine ausgangsseitige Versorgungsgleichspannung
erzeugt wird, welche um einen zweiten konstanten Betrag (ΔU2) der eingangs
seitigen Gleichspannung (UBatt) folgt, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ausgehend von der eingangsseitigen Gleichspannung (UBatt) in einem ersten Strompfad sich in Durchlaßrichtung gepolt eine Anzahl (n) seriell geschalteter Dioden (D1 ... Dn) befinden, die einerseits über einen ersten Widerstand (R1) auf Masse und andererseits über einen zweiten, hochohmigen Widerstand(R2) an den Ausgang geschaltet sind,
- b) parallel zu dem ersten Strompfad ein zweiter Strompfad von der eingangs seitigen Gleichspannung (UBatt) aus über eine erste Zener- Diodenanordnung (Z1) auf den Ausgang geschaltet ist und
- c) der Ausgang über einen dritten Widerstand (R3) und in Reihe dazu eine zweite Zener-Diodenanordnung (Z2) auf Masse geschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Betrag (ΔU1) der Reduzierung der Ausgangs- gegenüber der Eingangsspannung
(UBatt) durch die Anzahl der Dioden sowie die Zenerspannungen der ersten und
zweiten Zenerdiodenanordnung (Z1, Z2) bestimmt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zenerspannung der zweiten Zenerdiodenanordnung (Z2) die Grenze zwischen
erstem und zweitem Spannungsintervall bestimmt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zenerspannung der ersten Zenerdiodenanordnung (Z1) größer als die Zener
spannung der zweiten Zenerdiodenanordnung (Z2) ist und die obere Grenze des
zweiten Spannungsintervalls bestimmt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zu versorgender Einheit und dem
Ausgang der Versorgungsspannungsschaltung ein Regelkreis (RK) eingefügt
wird, derart, daß die Spannung an der zu versorgenden Einheit der
Ausgangsspannung der Versorgungsspannung (Uout) nachgeführt wird.
6. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Patent
ansprüche zur Versorgung von Sensoreinheiten in Kraftfahrzeugen.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997107423 DE19707423C1 (de) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung |
EP98101782A EP0860762A3 (de) | 1997-02-25 | 1998-02-03 | Schaltungsanordnung und Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung |
US09/030,371 US6150874A (en) | 1997-02-25 | 1998-02-25 | Circuit layout and process for generating a supply DC voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997107423 DE19707423C1 (de) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19707423C1 true DE19707423C1 (de) | 1998-08-13 |
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ID=7821361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997107423 Expired - Fee Related DE19707423C1 (de) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19707423C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19906090C1 (de) * | 1999-02-13 | 2000-05-31 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung |
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DE2533199C3 (de) * | 1975-07-24 | 1981-08-20 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Änderungen der Versorgungsspannung unabhängigen Hilfsspannung |
DE4131170A1 (de) * | 1991-09-19 | 1993-03-25 | Telefunken Electronic Gmbh | Vorrichtung zur erzeugung von zwischenspannungen |
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1997
- 1997-02-25 DE DE1997107423 patent/DE19707423C1/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: TEMIC TELEFUNKEN MICROELECTRONIC GMBH, 90411 NUERN |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CONTI TEMIC MICROELECTRONIC GMBH, 90411 NUERNBERG, |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |