DE3440888A1

DE3440888A1 - Spannungskonstanthalter zur stromversorgung elektronischer steuergeraete

Info

Publication number: DE3440888A1
Application number: DE19843440888
Authority: DE
Inventors: Reinhard 8507 Oberasbach Fassel; Georg 8438 Berg Haubner; Ulrich Dipl.-Phys. Dr. 7050 Waiblingen Mayer; Richard Dipl.-Ing. 7121 Ingersheim Schleupen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1986-05-15

Description

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6.11.198U Ws/H

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Spannungskonstanthalter zur Stromversorgung elektronischer Steuergeräte

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Spannungskonstanthalter zur Stromversorgung elektronischer Steuergeräte nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem solchen, aus der DE-OS 30 29 696 bekannten Spannungskonstanthalter wird die Stromversorgung eines Mikroprozessors mit einer Betriebsspannung von 5 V sichergestellt, wobei der Spannungskonstanthalter mit seinem Eingang an die Pluspotential führende Leitung einer Kraftfahrzeugbatterie angeschlossen ist. Da die Batterie von einer Lichtmaschine im Kraftfahrzeug geladen wird, kann die tatsächliche Batteriespannung bis weit über die Nennspannung von 12 V ansteigen, Bei einer bestimmten Stromabnahme durch den Mikroprozessor wird folglich mit si>eigender Batteriespannung am Regelglied des Spannungskonstanthalters eine zunehmende Verlustleistung erzeugt, für die das Regelglied ausgelegt sein muß. Die Zuschaltung weiterer Verbraucher ist daher wegen der thermischen Überbelastung des Regelgliedes nicht mehr möglich.

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Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt den Spannungskonstanthalter derart weiterzubilden, daß bei steigender Eingangsspannung auch bei zusätzlicher Belastung die Verlustleistung am Regelglied verringert wird.

Vorteile der Erfindung ·

Der erfindungsgemäße Spannungskonstanthalter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß mit zunehmender Batteriespannung am Eingang des Spannungskonstanthalters der Versorgungsstrom der angeschlossenen Verbraucher in zunehmendem Maße über den zum Regelglied parallel geschalteten Widerstandszweig fließt und damit das Regelglied thermisch entlastet. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß bei Verwendung einer derartigen Schaltung noch zusätzliche Verbraucher am Ausgang des Spannungskonstanthalters ohne Gefahr für eine thermische Überbelastung des Spannungskonstanthalters angeschlossen werden können. Vielmehr wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme ausgehend von einer Batterienennspannung von 12V mit zunehmender Batteriespannung die Verlustleistung am Regelglied verringert. Der zum Regelglied parallel geschaltete Widerstand kann dabei so angeordnet werden, daß die in ihm erzeugte Verlustleistung ohne zusätzliche Maßnahmen abgeführt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten 'Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines Spannungskonstanthalters für verschiedene elektronische Schaltungsgruppen mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen, indem der Ausgang des Spannungskonstanthalters an einen ersten Verbraucher mit entsprechender Versorgungsspannung anschließbar ist und ferner über mindestens eine Diodenstrecke an einen weiteren Verbraucher für eine um die Schwellspannung der Diodenstrecke geringeren Spannung anzuschließen ist.

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.5-

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine von einem Mikrocomputer gesteuerte elektronische Zündanlage mit einem erfindungsgemäßen Spannungskonstanthalter zur Stromversorgung der Steuerschaltung, Figur 2a den Verlauf der Stromaufteilung am Spannungskontanthalter in Abhängigkeit von der angelegten Spannung, Figur 2b den Verlauf der Verlustleistung am Regelglied in Abhängigkeit von der angelegten Spannung und Figur 3 zeigt den Schaltungsaufbau eines in der Schaltung nach Figur 1 verwendbaren Spannungskonstanthalters.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Die in Figur 1 gezeigte Zündschaltung eines Kraftfahrzeuges soll mit einer digitalen Zündverstellung arbeiten, wobei ein dafür benötigtes Kennlinienfeld in einem Mikrocomputer 10 abgelegt ist. Die Stromversorgung des Mikrocomputers 10 erfolgt mit einer im Fahrzeug vorhandenen Akkumulatorbatterie 11, deren Minuspol als Bezugspotential auf Masse liegt. Das Pluspotential +U der Akkumulatorbatterie 11 mit einer Nennspannung von 12V wird dabei auf einen Eingang a eines Spannungskonstanthalters 12 gelegt, mit dem die Spannung an seinem Ausgang b auf 6 V gehalten wird. Die Spannung Ub von 6 V dient hier zur Steuerung einer Darlington-Endstufe 13 mittels eines Steuertransistors Ik. Der Steuertransistor 1^ ist "mit seinem Kollektor über einen Widerstand 15 3.n die Versorgungsspannung Ub angeschlossen, während sein Emitter mit der Basis der Endstufe 13 sowie über einen Widerstand 16 mit Masse verbunden ist. Die Basis des Steuertransistors 1U ist mit einem Signalausgang d des Mikrocomputers 10 verbunden. Die Endstufe 13 liegt im Primärstromkreis einer Zündspule 1T₅ die ebenfalls von der Akkumulatorbatterie 11

versorgt wird. Im Sekundärstromkreis der Zündspule 17 ist eine Zündkerze 18 angeschlossen, an der zum Zündzeitpunkt durch Unterbrechung des Primärstromes ein Zündfunke erzeugt wird. Anstelle einer Zündkerze 18 können hier "bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen über einen Zündverteiler auch mehrere Zündkerzen .angeschlossen sein.

Für die Stromversorgung des Mikrocomputers 10 ist eine konstante Spannung von 5 - 0,1 V vorgesehen. Diese Spannung wird dadurch gewonnen, daß der für die Stromversorgung vorgesehene Eingang c des Mikrocomputers 10 über zwei in Reihe geschaltete Dioden 19 mit dem Ausgang b des Spannungskonstanthalters 12 verbunden ist. Durch die Schwellspannung der beiden Dioden 19 wird die am Ausgang b anstehende Spannung von 6 V auf 5 V am Eingang c des Mikrocomputers 10 herabgesetzt. Ein Kondensator 20 ist dabei als Störspannungsfilter vom Eingang c gegen Masse geschaltet .

Um ein in Figur 3 näher erläutertes, zwischen dem Eingang a und dem Ausgang b des Spannungskonstanthalters 12 angeordnetes Regelglied 22 bei zunehmender Batteriespannung Ua zu entlasten, liegt p'arallel zum Eingang a und Ausgang b ■' des Spannungskonstanthalters 12 ein ohmscher Widerstand 21, der im Regelbereich der Eingangsspannung Ua mit zunehmender Eingangsspannung einen zunehmenden Stromanteil vom Regelglied des Spannungskonstanthalters 12 abzieht.

In Figur 2a ist der am Ausgang b des Spannungskonstanthalters 12 abgenommene Strom Ib zur Versorgung des Mikrocomputers 10 und zur Steuerung der Endstufe 13 in Abhängigkeit von der Eingangsspannung Ua aufgetragen. Dabei wird angenommen, daß der Versorgungsstrom Ib zwischen einem minimalen Wert I . =50 mA und einem Maximal-

mm

wert I = 100 mA liegt. Aus der Figur 2a ist erkennbar, max ;

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• r ·

daß bei einer Eingangsspannung Ua "bis zu 6 V der Spannungskonstanthalter 12 zwischen dem Eingang a und dem Ausgang b den ganzen Strom Ib führt, somit vollständig leitend ist und den parallel geschalteten Widerstand 21 kurzschließt. Ab 6 V beginnt dann mit zunehmender Eingangsspannung Ua das Regelglied des Spannungskonstanthalters 12 zu schließen und der über das Regelglied fließende Stromanteil nimmt nach der strichpunktierten Kennlinie in Figur 2a mit zunehmender Eingangsspannung Ua ab. Gleichzeitig fließt ein mit der Eingangsspannung Ua zunehmender Stromanteil Ip₁ über den Widerstand 21 vom Eingang a zum Ausgang b des Spannungskonstanthalters Mit dem Anziehen des Stromanteiles vom Regelglied des Spannungskonstanthalters 12 wird auch dessen Verlustleistung Pv mit zunehmender Eingangsspannung Ua beim Überschreiten der Nennspannung verringert.

Aus Figur 2b ist erkennbar, daß bis zu einer Spannung von 6 V am leitenden Spannungskonstanthalter 12 praktisch noch keine Verlustleistung auftritt. Mit zunehmender Spannung würde dann ohne den parallel geschalteten Widerstand 21 die Verlustleistung nach der gestrichelten Kennlinie Pv¹ bei gleichbleibendem Versorgungsstrom von beispielsweise I = 100 mA ansteigen. Durch * max

den Stromanteil verringert, der über den Widerstand 21 fließt, wird nunmehr jedoch die Verlustleistung am Regelglied des Spannungskonstanthalters 12 vermindert, wobei sie nach der Kennlinie P bis zur Nennspannung von

max ^ ^B

12 V langsam ansteigt und anschließend mit zunehmender Eingangsspannung Ua in zunehmendem Umfang abnimmt. Die Differenz zwischen der gestrichelten Kennlinie Pv' und

der Kennlinie P entspricht dabei der Verlustleistung, max ^r ^&'

die am Widerstand 21 in Wärme umgesetzt wird und von dort abgeführt werden muß.

1=9 7 17

.β-

Figur 3 zeigt eine mögliche Ausführung des Spannungskonstanthalters 12 mit einem z.B. zur Verlustleistungsaufteilung geteilten Widerstand 21 parallel zu einem pnp-Transistor 22 als Regelglied. Bei einem solchen aus der DE-OS 30 29 696 bekannten Spannungskonstanthalter ist der Emitter des Transistors 22 mit dem Eingang a, der Kollektor mit dem Ausgang Id und seine Basis über einen Widerstand 23 und die Schaltstrecke eines Steuertransistors 2k mit Masse verbunden.

Die Basis des Steuertransistors 2k ist über einen Widerstand 25 mit der Eingangsspannung verbunden, so daß der Transistor 2k und mit ihm der als Regelglied verwendete Transistor 22 bis zum Erreichen der Regelspannung vollständig leitend ist. Mit dem Erreichen der Regelspannung wird nun ein weiterer Steuertransistor 26 über eine Z-Diode 27 und einem dazu in Reihe liegenden Widerstand 28 angesteuert, der die Steuerstrecke des Transistors 2k zunehmend überbrückt und damit den als Regelglied verwendeten Transistor 22 zu sperren beginnt. An der Schaltstrecke des Transistors 22 fällt nunmehr die zwischen der Regelspannung am Ausgang b und der Eingangsspannung am Eingang a auftretende Spannungsdifferenz ab, die nunmehr einen Strom über den Widerstand 21 treibt und damit die Verlustleistung am Transistor 22 gemäß Figur 2b begrenzt. Der Widerstand 21 wird auf eine maximale Stromabnahme am Spannungskonstanthalter und eine maximale Eingangsspannung dimensioniert. Er hat bei einer Eingangsspannung von 6 bis 16 V, einer konstanten Ausgangsspannung von 6-0,1 V und einer maximalen Stromabnahme von 300 mA einen Wert von 100 0hm.

Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich auch bei sogenannten Querreglern verwenden, bei denen über einen auf Masse gelegten Schaltungszweig die Eingangsspannung soweit

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"belastet wird, daß die Ausgangsspannung konstant bleibt. Schließlich kann die erfindungsgemäße Lösung auch für solche Schaltungen verwendet werden, in denen bereits ein Spannungskonstanthalter vorhanden ist. Zur Entlastung des Regelgliedes kann dort die Schaltung erfindungsgemäß durch einen entsprechend dimensionierten Widerstand zwischen dem Eingang und dem Ausgang verbessert werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn weitere Verbraucher am Regler anzuschließen sind. Wird beispielsweise ein 5 V-Regler zur Stromversorgung eines Mikrocomputers zusätzlich zur Stromversorgung einer Endstufe verwendet, die mit 6 V arbeitet, so wird in zweckmäßiger Weise zur Spannungsanhebung der Reglerspannung der gegen Masse geschaltete Anschluß über mindestens eine Diodenstrecke mit dem Bezugspotential verbunden. Wie in Figur gestrichelt angedeutet ist, liegen in dem gegen Masse geschalteten Anschluß zwei Dioden 29, mit denen ein 5 V-Regler am Ausgang auf 6 V angehoben wird. Diese Spannung dient dann zur Versorgung der Endstufe, wogegen zur Versorgung des Mikrocomputers wiederum eine Spannungsabsenkung auf 5 V durch zwei zwischen dem Ausgang des Reglers und dem Anschluß c des Mikrocomputers 10 eingefügte Dioden 1'9 erfolgt. Auch hier wird die Entlastung des Regelgliedes durch den zwischen Eingang a und Ausgang b des Reglers eingefügten Widerstand 21 bewirkt.

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Claims

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ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

11 Λ Spannungskonstanthalter zur Stromversorgung elektronischer Steuergeräte, insbesondere eines Mikroprozessors aus der Akkumulatorbatterie eines Kraftfahrzeuges mit einem an einem Pol der ungeregelten Spannung der Akkumulatorbatterie liegenden Eingang, einem auf ein Bezugspotential liegenden, mit dem anderen Pol der Akkumulatorbatterie verbundenen Anschluß und einem spannungsgeregelten Ausgang sowie einem zwischen dem Eingang und dem Ausgang liegenden Regelglied, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Regelglied (22) des Spannungskonstanthalters (12) ein ohmscher Widerstand (21) liegt, der im Regelbereich der Spannung mit zunehmender Eingangsspannung (Ua) einen zunehmenden Stromanteil von dem Regelglied (22) abzieht.

2. Spannungskonstanthalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (b) des Spannungskonstanthalters an einen ersten Verbraucher (13, lh) anschließbar ist und daß der am Ausgang (b) ferner über mindestens eine Diodenstrecke (19) an einen weiteren Verbraucher (10) für eine um die Schwellspannung der Diodenstrecke (19) geringeren Spannung anzuschließen ist.

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3. Spannungskonstanthalter nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Verbraucher eine elektronische Schaltstufe (1,3, 1*0 und als zweiter Verbraucher ein Mikrocomputer (10) vorgesehen ist.

k. Spannungskonstanthalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinem einen Anschluß zur Spannungsanhebung über mindestens eine Diodenstrecke (29) mit dem Bezugspotential verbunden ist.

5. Spannungskonstanthalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied ein pnp-Transistor (22) ist, dessen Emitter mit dem Eingang (a), dessen Kollektor mit dem Ausgang (b) und dessen Basis über die Schalt strecke eines Steuertransistors {2k) mit dem Bezugspotential verbunden ist.

6. Spannungskonstanthalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Regelglied (22) parallel geschaltete Widerstand (21) bei einer Eingangsspannung von 6 bis 16 V, einer konstanten Ausgangsspannung von 6-0,1 V und einer maximalen Stromabnahme von 300 mA einen Wert von 100 0hm hat. /i