DE3440888A1 - Voltage regulator for the power supply of electronic controllers - Google Patents
Voltage regulator for the power supply of electronic controllersInfo
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Abstract
Description
717717
6.11.198U Ws/H11/6/198 U Ws / H
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1
Spannungskonstanthalter zur Stromversorgung elektronischer Steuergeräte Voltage stabilizer for powering electronic control devices
Stand der TechnikState of the art
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.The invention is based on a voltage stabilizer for powering electronic control devices according to the Genre of the main claim. In such a voltage stabilizer known from DE-OS 30 29 696 the power supply of a microprocessor with an operating voltage of 5 V is ensured, the voltage stabilizer connected with its input to the positive potential leading line of a motor vehicle battery is. Since the battery is charged by an alternator in the motor vehicle, the actual battery voltage up to well above the nominal voltage of 12 V, with a certain current consumption by the microprocessor consequently, with si> own battery voltage on the regulating element of the voltage stabilizer, an increasing one Power loss generated for which the control element must be designed. The connection of further consumers is therefore no longer possible due to the thermal overload of the control element.
.;; 19717. ;; 19717
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt den Spannungskonstanthalter derart weiterzubilden, daß bei steigender Eingangsspannung auch bei zusätzlicher Belastung die Verlustleistung am Regelglied verringert wird.The aim of the present solution is the voltage stabilizer to be developed in such a way that with increasing input voltage the power loss even with additional load is reduced on the control element.
Vorteile der Erfindung ·Advantages of the invention
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.The voltage stabilizer according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that with increasing battery voltage at the input of the voltage stabilizer the supply current of the connected consumers to an increasing extent via the to the control element Resistance branch connected in parallel flows and thus the control element is thermally relieved. As another The advantage is to be seen that when using such a circuit, additional consumers at the output of the voltage stabilizer connected without the risk of thermal overloading of the voltage stabilizer can be. Rather, the measure according to the invention is based on a nominal battery voltage from 12V with increasing battery voltage, the power loss at the control element is reduced. The one to the regulating member Resistor connected in parallel can be arranged in such a way that the power loss generated in it can be discharged without additional measures.
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.The 'measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of Features specified in the main claim possible. The use of a voltage stabilizer is particularly advantageous for different electronic circuit groups with different supply voltages by the output of the voltage stabilizer can be connected to a first consumer with a corresponding supply voltage is and also via at least one diode path to another consumer for one to the Threshold voltage of the diode path is to be connected to a lower voltage.
f Q 7 1f Q 7 1
.5-.5-
Zeichnungdrawing
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.An embodiment of the invention is shown in the drawing and in more detail in the following description explained. FIG. 1 shows an electronic ignition system controlled by a microcomputer with an inventive device Voltage stabilizer for supplying power to the control circuit, FIG. 2a shows the course of the current distribution at the voltage constant holder as a function of the applied voltage, FIG. 2b shows the course of the power loss on the control element as a function of the applied voltage and Figure 3 shows the circuit structure of one in the circuit according to Figure 1 usable voltage stabilizer.
Beschreibung des AusführungsbeispielesDescription of the embodiment
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 11The ignition circuit of a motor vehicle shown in FIG. 1 is intended to work with a digital ignition adjustment, a set of characteristics required for this being stored in a microcomputer 10. The power supply of the microcomputer 10 is provided by an accumulator battery 11 which is present in the vehicle and whose negative pole is connected to ground as a reference potential. The positive potential + U of the accumulator battery 11 with a nominal voltage of 12V is applied to an input a of a voltage stabilizer 12, with which the voltage at its output b is kept at 6V. The voltage Ub of 6 V is used here to control a Darlington output stage 13 by means of a control transistor Ik. The collector of the control transistor 1 ^ is connected to the supply voltage Ub via a resistor 15 3.n, while its emitter is connected to the base of the output stage 13 and to ground via a resistor 16. The base of the control transistor 1U is connected to a signal output d of the microcomputer 10. The output stage 13 is in the primary circuit of an ignition coil 1T 5 which is also from the accumulator battery 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.is supplied. In the secondary circuit of the ignition coil 17 is a spark plug 18 is connected to which an ignition spark is generated at the point of ignition by interrupting the primary current will. Instead of a spark plug 18, "in the case of multi-cylinder internal combustion engines using an ignition distributor several spark plugs .be connected.
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 .For the power supply of the microcomputer 10, a constant voltage of 5-0.1 V is provided. This tension is obtained in that the input c of the microcomputer 10 provided for the power supply has two series-connected diodes 19 are connected to the output b of the voltage stabilizer 12. By the threshold voltage of the two diodes 19, the voltage present at output b changes from 6 V to 5 V at input c of the microcomputer 10 reduced. A capacitor 20 is connected as an interference voltage filter from input c to ground .
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.To one explained in more detail in Figure 3, between the input a and the output b of the voltage stabilizer 12 arranged control element 22 with increasing battery voltage Ua to relieve, p 'is parallel to input a and output b ■' of the voltage stabilizer 12 an ohmic resistor 21, which in the control range of the input voltage Ua with increasing Input voltage subtracts an increasing current component from the control element of the voltage stabilizer 12.
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-In FIG. 2a, the current Ib taken from the output b of the voltage stabilizer 12 is used to supply the microcomputer 10 and for controlling the output stage 13 as a function of the input voltage Ua. Included it is assumed that the supply current Ib is between a minimum value I. = 50 mA and a maximum
mmmm
wert I = 100 mA liegt. Aus der Figur 2a ist erkennbar, max ;value I = 100 mA. From Figure 2a it can be seen, max;
1=9 7 171 = 9 7 17
• r ·• 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.that at an input voltage Ua "of up to 6 V the voltage stabilizer 12 carries the entire current Ib between the input a and the output b, is thus completely conductive and short-circuits the resistor 21 connected in parallel. From 6 V, the control element begins with increasing input voltage Ua to close the voltage stabilizer 12 and the current flowing through the control element flow component decreases according to the dash-dotted curve in Figure 2a with increasing input voltage Ua on. Simultaneously, an increasing with the input voltage Ua current component Ip 1 flows through the resistor 21 from the input a to the output B of the voltage stabilizer with When the current component of the control element of the voltage stabilizer 12 is attracted, its power loss Pv is also reduced as the input voltage Ua increases when the nominal voltage is exceeded.
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 * maxFrom FIG. 2b it can be seen that up to a voltage of 6 V at the conductive voltage stabilizer 12, practically no power loss occurs. With increasing voltage, without the resistor 21 connected in parallel, the power loss would then increase according to the dashed characteristic curve Pv 1 with a constant supply current of, for example, I = 100 mA. Through * 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 vonthe proportion of current flowing through the resistor 21 is reduced, however, the power loss at the control element is now reduced of the voltage stabilizer 12 reduced, according to the characteristic curve P up to the nominal voltage of
max ^ B max ^ B
12 V langsam ansteigt und anschließend mit zunehmender Eingangsspannung Ua in zunehmendem Umfang abnimmt. Die Differenz zwischen der gestrichelten Kennlinie Pv' und12 V increases slowly and then decreases with increasing input voltage Ua to an increasing extent. the Difference between the dashed curve Pv 'and
der Kennlinie P entspricht dabei der Verlustleistung, max r &'the characteristic curve P corresponds to the power loss, max r & '
die am Widerstand 21 in Wärme umgesetzt wird und von dort abgeführt werden muß.which is converted into heat at the resistor 21 and must be dissipated from there.
1=9 7 171 = 9 7 17
.β-.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.FIG. 3 shows a possible embodiment of the voltage stabilizer 12 with a resistor 21 divided, for example, for power dissipation distribution, parallel to a pnp transistor 22 as a control element. In such a voltage stabilizer known from DE-OS 30 29 696, the emitter of the transistor 22 is connected to the input a, the collector to the output Id and its base via a resistor 23 and the switching path of a control transistor 2k to ground.
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.The base of the control transistor 2k is connected to the input voltage via a resistor 25, so that the transistor 2k and with it the transistor 22 used as a control element are completely conductive until the control voltage is reached. When the control voltage is reached, a further control transistor 26 is controlled via a Zener diode 27 and a resistor 28 in series, which increasingly bridges the control path of transistor 2k and thus begins to block transistor 22 used as a control element. The voltage difference occurring between the control voltage at output b and the input voltage at input a now drops across the switching path of transistor 22, which now drives a current through resistor 21 and thus limits the power loss at transistor 22 according to FIG. 2b. The resistor 21 is dimensioned for a maximum current consumption at the voltage stabilizer and a maximum input voltage. With an input voltage of 6 to 16 V, a constant output voltage of 6-0.1 V and a maximum current consumption of 300 mA, it has a value of 100 Ohm.
Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich auch bei sogenannten Querreglern verwenden, bei denen über einen auf Masse gelegten Schaltungszweig die Eingangsspannung soweitThe solution according to the invention can also be used with so-called Use cross regulators, in which the input voltage is so high via a circuit branch connected to ground
717717
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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."is burdened that the output voltage remains constant. Finally, the solution according to the invention can also be used for Such circuits are used in which a voltage stabilizer is already present. For relief of the control element can there the circuit according to the invention can be improved by an appropriately dimensioned resistor between the input and the output. this is particularly useful if additional consumers are to be connected to the controller. For example a 5 V regulator to power a microcomputer used in addition to power an output stage that works with 6 V, it is more appropriate Way to increase the voltage of the regulator voltage, the connection switched to ground via at least one diode path connected to the reference potential. As indicated by dashed lines in the figure, they are against ground switched connection two diodes 29, with which a 5 V regulator at the output is raised to 6 V. This tension then serves to supply the output stage, whereas for supply of the microcomputer in turn a voltage drop to 5 V by two between the output of the Controller and the connection c of the microcomputer 10 inserted diodes 1'9 takes place. Again, the discharge is of the control element caused by the resistor 21 inserted between input a and output b of the controller.
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Claims (1)
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|---|---|---|---|
| DE19843440888 DE3440888A1 (en) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | Voltage regulator for the power supply of electronic controllers |
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| DE19843440888 DE3440888A1 (en) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | Voltage regulator for the power supply of electronic controllers |
Publications (1)
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| DE3440888A1 true DE3440888A1 (en) | 1986-05-15 |
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Legal Events
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