DE19838003A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten Verbraucherspannung - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten VerbraucherspannungInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten Verbraucherspannung angegeben, die insbesondere zur Versorgung des Steuergerätes eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird. Diese Vorrichtung umfaßt einen ersten Spannungswandler, der als Spannungsregler arbeitet und die stabilisierte Ausgangsspannung (Ue) liefert. Dem ersten Spannungswandler (SW) wird die Bordnetzspannung (Ub) über eine Entkoppeldiode (D) zugeführt. Parallel zur Entkoppeldiode (D) liegt ein zweiter Spannungswandler, der als Aufwärtswandler arbeitet und nur aktiviert wird, wenn Mittel zur Unterspannungserkennung ein entsprechendes Erkennungssignal abgeben. Der als Aufwärtswandler geschaltete Spannungswandler (AW) führt dann dem Spannungswandler (SW) eine Spannung (Uh) zu, die diesem die Abgabe der stabilisierten Spannung (Ue) ermöglicht.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erzeugung
einer stabilisierten Verbraucherspannung nach der Gattung
des Hauptanspruchs und betrifft insbesonders die
Spannungsversorgung für Steuergeräte in Kraftfahrzeugen.
Die Strom- bzw. Spannungsversorgung für Verbraucher eines
Kraftfahrzeuges erfordert besondere Anforderungen an den
eingesetzten Spannungsregler, da die Bordnetzspannung in
recht weiten Grenzen schwankt, je nach dem, ob die
Fahrzeugbatterie geladen oder teilweise entladen ist, ob der
Motor des Fahrzeugs läuft oder nicht oder ob die
Umgebungstemperatur niedrig oder hoch ist. Zusätzlich können
erhebliche Spannungseinbrüche auftreten, wenn starke
Verbraucher eingeschaltet sind bzw. werden. Besonders
während des Starts des Motors, solange der Starter
eingeschaltet ist, kann es zu erheblichen
Spannungseinbrüchen kommen. Unabhängig von diesen
Schwierigkeiten sollte die Strom- bzw. Spannungsversorgung
für die Verbraucher ständig gewährleistet sein. Insbesonders
für das Steuergerät des Kraftfahrzeugs wird eine geregelte
Spannung benötigt, die weitestgehend konstant ist.
Zur Erzeugung einer solchen konstanten Versorgungsspannung
werden heute üblicherweise mehrere Spannungswandler
eingesetzt, die die Bordnetzspannung Ub, die im
Normalbetrieb 12 bis 14 Volt beträgt, in eine geregelte
Ausgangsspannung Ue wandeln, die beispielsweise 5 Volt
beträgt und die Elektronik des Steuergerätes versorgt. Damit
bei zu starken Einbrüchen der Bordnetzspannung Ub keine
unzulässigen Betriebsbedingungen auftreten, wird
üblicherweise eine Unterspannungserkennung durchgeführt.
Dies Unterspannungserkennung erkennt, wenn die
Bordnetzspannung Ub unter eine gewisse Schwelle Uu von
beispielsweise 7 Volt abfällt. Es wird dann eine
Zustandsanzeige Bu abgegeben, die beispielsweise von der
Software des Steuergerätes dazu benutzt wird, gewisse
spannungskritische Vorgänge wie beispielsweise EEPROM-
Speicherzugriffe zu verbieten. Eine solche herkömmliche
Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltung für ein
Steuergerät in einem Kraftfahrzeug ist in Fig. 1
dargestellt. Als Spannungswandler können dabei Linearregler
oder Schaltregler eingesetzt werden, die unterschiedliche
Arbeitsbereiche aufweisen.
Eine weitere Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung für
Verbraucher in einem Kraftfahrzeug ist aus der DE-OS 33 35 200
bekannt. Bei dieser Spannungsversorgungsschaltung werden
zwei einander nachgeschaltete Spannungswandler eingesetzt,
die eine nichtstabilisierte Verbraucherspannung und
zusätzlich eine stabilisierte Verbraucherspannung zur
Verfügung stellen. Die nichtstabilisierte
Verbraucherspannung wird dabei in einem eigenen
Spannungswandler erzeugt und dient dem nachgeschalteten
zweiten Spannungswandler, der einen Spannungsregler umfaßt,
als Eingangsspannung. Beide Spannungswandler sind
gleichzeitig aktiv und zusätzlich ist eine
Unterspannungserkennung vorhanden, die beim Absinken der
Versorgungsspannung unter einen zulässigen Mindestwert
Verbraucher abschaltet. Mit dieser
Spannungsversorgungsschaltung werden zwar empfindliche
elektronische Verbraucher wie beispielsweise Mikrocomputer
oder Mikroprozessoren geschützt, ihre Abschaltung bei
Unterspannung ist jedoch oft unerwünscht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer
stabilisierten Verbrauchsspannung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, daß eine
möglicherweise auftretende Unterspannung keinerlei negative
Auswirkungen auf die Versorgung der spannungsempfindlichen
Verbraucher hat.
Erzielt werden diese Vorteile, in dem bei einer Vorrichtung
zur Erzeugung einer stabilisierten Verbraucherspannung mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 die
Ausgestaltung des zweiten Spannungswandlers so ist, daß er
nur als Aufwärtswandler arbeitet und lediglich dann
zugeschaltet wird, wenn von der Unterspannungserkennung das
Vorliegen einer Unterspannung erkannt wird. Parallel zum
Aufwärtswandler liegt ein Trennelement, vorteilhafterweise
eine Diode, die verhindert, daß die hochgewandelte
Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers in das Bordnetz
rückgekoppelt wird.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den
Unteransprüchen erwähnten Maßnahmen erzielt. Besonders
vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Spannungsversorgung im Zusammenhang mit der Versorgung eines
Steuergerätes eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden kann.
Da der Aufwärtswandler lediglich zur Erhöhung einer Spannung
benötigt wird, kann er relativ einfach aufgebaut sein. Da
der Aufwärtswandler auch keine genaue Spannungsregelung
durchführen muß, da diese vom nachgeschalteten
Spannungswandler übernommen wird, sind auch aus diesem Grund
keine besonderen Anforderungen an den Aufwärtswandler zu
stellen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Im Einzelnen zeigt Fig. 1 eine bekannte
Ausführung einer Spannungsversorgungsschaltung in einem
Kraftfahrzeug. Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist eine Strom- bzw. Spannungsversorgung für ein
Steuergerät in einem Kraftfahrzeug dargestellt, bei der aus
der Bordnetzspannung Ub eine geregelte Ausgangsspannung Ue
erzeugt wird, die zur Versorgung des Steuergerätes SG dient.
Die Bordnetzspannung wird dabei üblicherweise über den
Anschluß Al von einer nicht dargestellten Batterie
geliefert. Zur Wandlung der Bordnetzspannung Ub in die
geregelte Ausgangsspannung Ue dient ein Spannungswandler SW,
dem die Bordnetzspannung Ub über eine Diode D zugeführt
wird. Am Ausgang der Spannungswandlers SW entsteht die
geregelte Ausgangsspannung Ue. Ein weiterer Anschluß des
Spannungswandlers SW liegt auf Masse Gnd. Die an der Diode D
abfallende Spannung ist mit Uv bezeichnet und die am
Spannungswandler abfallende Spannung mit Ur.
Eine Unterspannungserkennung UE ist mit dem Anschluß A1
verbunden, an dem die Bordnetzspannung Ub zugeführt wird.
Die Unterspannungserkennung liefert ein Erkennungssignal Bu
sofern die Bordnetzspannung einen vorgebbaren Grenzwert
unterschreitet. Als Unterspannungserkennung kann
beispielsweise ein Komparator verwendet werden, der die
Spannung Ub mit einer Referenzspannung vergleicht. Falls
eine Unterspannung erkannt wird, kann das Steuergerät SG
diesen Zustand berücksichtigen und beispielsweise gewisse
spannungskritische Vorgänge nicht durchführen.
Der Spannungswandler SW kann ein Linearregler oder ein
Schaltregler sein und unterschiedliche Arbeitsbereiche
aufweisen. Wird ein Linearregler eingesetzt, ist zu
berücksichtigen, daß der Arbeitsbereich des Abwärtswandlers
um den Betrag seines internen Spannungsabfalls Ur, im
günstigsten Fall ca. 1 Volt über der Ausgangsspannung liegt.
Bei 5 Volt-Reglern kann die Stromversorgung somit bis zu
einer Unterspannung von ca. 6 Volt + Uv sichergestellt
werden. Uv ist der Spannungsabfall an der vorgeschalteten
Verpolschutzdiode. Spannungseinbrüche der Bordnetzspannung,
die zu einer Spannung Ub von weniger als 5 Volt führen,
können von einem als Linarregler arbeitenden
Spannungswandler SW somit nicht mehr abgefangen werden. Das
Steuergerät muß daher spannungskritsche Vorgänge beenden.
Die guten Reglereigenschaften eines Linearreglers als
Spannungswandler SW können somit gewisse Nachteile der
Schaltung nach Fig. 1 nicht vermeiden.
Wird als Spannungswandler SW ein Schaltregler eingesetzt,
kann dieser als reiner Abwärtsregler oder als Auf-
/Abwärtsregler ausgestaltet sein. Bei einem reinen
Abwärtswandler liegt der Arbeitsbereich um den Betrag seines
internen Spannungsabfalls Ur über der Ausgangspannung.
Spannungseinbrüche der Bordnetzspannung unter 5 Volt können
somit nicht abgefangen werden. Gegenüber einem Linearregler
hat der Abwärtswandler den Vorteil eines besseren
Wirkungsgrades, nachteilig ist der komplizierte und teuere
Aufbau sowie der erhöhte Störabstrahlung. Wird ein Auf-
/Abwärtswandler eingesetzt, kann zwar auch bei einer
Unterspannung am Anschluß AI noch eine geregelte
Ausgangsspannung Ue erhalten werden, die zur Versorgung des
Steuergerätes ausreicht, da die minimale Eingangsspannung
eines Auf-/Abwärtswandlers unterhalb der Ausgangsspannung
liegt. Spannungseinbrüche der Bordnetzspannung unter 5 Volt
können somit zwar abgefangen werden, jedoch sind Auf-
/Abwärtswandler kompliziert und teuer.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, das die vorstehend genannten Probleme nicht
mehr aufweist. Die erfindungsgemäße Ausführungsform umfaßt
dabei neben dem Spannungswandler SW und der
Unterspannungserkennung UE noch einen zusätzlichen
Aufwärtswandler AW, der zwischen dem Anschluß A1 und dem
Spannungswandler SW liegt. Der Aufwärtswandler AW liegt
somit parallel Entkoppeldiode D. Seinen Eingang wird neben
der Bordnetzspannung Ub auch noch das
Unterspannungerkennungssignal Bu zugeführt.
Mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zur
Spannungsversorgung für einen Verbraucher, beispielsweise
das Steuergerät SG kann im Zustand der Unterspannung, der
von der Unterspannungerkennung UE erkannt wird und vom
Steuergerät SG erfaßt wird, der Aufwärtswandler AW
zugeschaltet werden. Die Ausgangsspannung Uh des
Aufwärtswandlers wird hinter der Verpolschutzdiode bzw.
Trenndiode D eingespeist und dem Spannungswandler SW als
Eingangsspannung zugeführt. Der Spannungswandler SW, der als
Schaltregler ausgebildet ist, regelt die ihn zugeführte
Eingangsspannung so, daß an seinem Ausgang die gewünschte
stabilisierte Spannung Ue unabhängig von der Höhe der
Bordnetzspannung. Da vom Aufwärtswandler AW eine Spannung Uh
erzeugt werden kann, die höher ist als die Spannung Ub
bedeutet dies, daß Ub auch unter den minimalen
Eingangsspannungsbereich des nachgeschalteten
Spannungsreglers SW sinken kann. Durch die Diode D wird die
hochtransformierte Spannung Uh vom gegebenenfalls
eingebrochenen Bordnetz entkoppelt. Der Aufwärtswandler kann
als einfacher Spannungswandler aufgebaut sein, der nur für
eine Aufwärtswandlung ausgelegt ist. Die Ausgestaltung
solcher Aufwärtswandler ist prinzipiell bekannt.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten
Verbraucherspannung, insbesonders für elektronische
Verbraucher in Kraftfahrzeugen, mit einem Anschluß (A1), an
dem die Bordnetzspannung (Ub) zuführbar ist, mit einem als
Spannungsregler ausgestalteten Spannungswandler, der die
Spannung (Ub) in eine stabilisierte Verbraucherspannung Ue
wandelt und einem, dem ersten Spannungwandler vorschaltbaren
zweiten Spannungswandler, dem die Spannung (Ub) ebenfalls
zugeführt wird sowie mit Mitteln zur Unterspannungserkennung
(UE), die bei erkannter Unterspannung ein entsprechendes
Erkennungssignal (Bu) (AW) ein Aufwärtswandler ist, der bei
erkannt er Unterspannung zugeschaltet wird und dem ersten
Spannungswandler (SW) eine gegenüber der Spannung (Ub)
erhöhte Spannung (Uh) zuführt und daß parallel zum zweiten
Spannungswandler (AW) ein Mittel zur Spannungsentkopplung
liegt.
2. Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten
Verbraucherspannung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zur Spannungsentkopplung eine Diode (D) ist,
deren Kathode mit dem Eingang des Spannungswandlers (SW) und
dem Ausgang des Spannungswandlers (AW) in Verbindung steht.
3. Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten
Verbraucherspannung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Unterspannungserkennung (UE)
wenigstens einen Komparator umfaßt, dem die am Anschluß (A1)
eingespeiste Bordnetzspannung (Ub) zugeführt wird, die im
Komparator mit einer vorgebbaren Referenzspannung verglichen
wird und eine Erkennungssignal (Bu) abgegeben wird, sofern
die Spannung (Ub) die Referenzspannung unterschreitet.
4. Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten
Verbraucherspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der zu versorgende Verbraucher,
dem die Spannung (Ue) zugeführt wird, ein Steuergerät (SG)
einer Brennkraftmaschine ist, das in Abhängigkeit vom
Unterspannungserkennungssignal den zweiten Spannungswandler
(AW) so ansteuert, daß er nur bei erkannter Unterspannung
aktiviert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998138003 DE19838003C2 (de) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten Verbraucherspannung |
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Publications (2)
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DE (1) | DE19838003C2 (de) |
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1998
- 1998-08-21 DE DE1998138003 patent/DE19838003C2/de not_active Expired - Fee Related
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