EP1240654B1 - Switch input current circuit - Google Patents

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Publication number
EP1240654B1
EP1240654B1 EP00993348A EP00993348A EP1240654B1 EP 1240654 B1 EP1240654 B1 EP 1240654B1 EP 00993348 A EP00993348 A EP 00993348A EP 00993348 A EP00993348 A EP 00993348A EP 1240654 B1 EP1240654 B1 EP 1240654B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch input
input circuit
pulse width
width modulation
modulation signal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00993348A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1240654A1 (en
Inventor
Scott Haydon Turner
Matthew David Fenwick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1240654A1 publication Critical patent/EP1240654A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1240654B1 publication Critical patent/EP1240654B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/60—Auxiliary means structurally associated with the switch for cleaning or lubricating contact-making surfaces
    • H01H1/605—Cleaning of contact-making surfaces by relatively high voltage pulses

Definitions

  • the present invention relates to switch input circuits.
  • the invention relates to a switch input circuit a power-saving device, for example during the supply of a Wetting current on the switch or switches.
  • the resistor would be 1800 Ohm, and at 24 volts would consume 320 mW. At the maximum of 32 volts the resistor would consume 570 mW.
  • the pulse width modulation signal becomes the base of the transistor fed to periodically allow the wetting current through the emitter and Collector of the transistor in the switch input circuit according to the Duty cycle of the pulse width modulation signal flows.
  • the step of providing the approximation further includes an increase in the duty cycle of the pulse width modulation signal if the detected number of activated switches increased.
  • the method further includes the step of determining the Voltage level of a voltage supply to the circuit.
  • the step of determining includes the detection of the voltage level below Using an analog-to-digital converter to get one for the voltage level representative digital value.
  • the method preferably includes further the steps of the determination, starting from the digital value, which Voltage levels from a variety of preselected voltage levels Has voltage supply, and adjustment of the working cycle of the Pulse width modulation signal depending on the relevant voltage range of the Voltage supply.
  • the present invention furthermore offers a switch input circuit with a current source for providing the wetting current to at least one switch by a corresponding resistance element characterized by modulation means for modulating the wetting current to provide a reduced average power consumption of the corresponding resistance element, the modulation means including a microcontroller configured to generate a pulse width modulation signal, the circuit further including the step of detecting the number of switches turned on connected to the switch input circuit, and the circuit further comprising means for providing the adjustment of the Pulse width modulation signal in response to the detected number of switches turned on.
  • Embodiments of the invention can advantageously be implemented without additional hardware can be realized, provided that those normally used on the inputs Filter capacitors are sufficient to ensure electromagnetic compatibility ensure, and the microcontroller the appropriate pulse width modulation (PWM) signal can deliver.
  • PWM pulse width modulation
  • Figures 1 and 2 show a switching system 2, which includes a circuit 4, which has a number of parallel switches 8 and a switch input circuit 6.
  • the switch input circuit 6 comprises a number of lines 16 corresponding to the number of switches, each line being connected through an upstream resistor R s to the voltage supply V BAT through a transistor 12.
  • an earthed capacitor can also be connected to each line 16 if this is required for electromagnetic compatibility.
  • a control line 14 is connected to the base of transistor 12 for controlling the flowing current. By increasing the voltage in the control line 14 can the transistor 12 are turned off, and by lowering the voltage of the Control line 14, transistor 12 can be switched on. So if so alternating signal such as a PWM (pulse width modulation) signal which Control line 14 is supplied, the power supply to the circuit 4th be switched on and off periodically.
  • PWM pulse width modulation
  • the PWM signal By using PWM (pulse width modulation) control of the wetting current, it is possible to reduce the size and cost of the switch input circuit 6, as well as the power loss of the pull-up resistor R s . Essentially, the PWM signal generates an input signal to the circuit 4 with an average voltage which is lower than the battery voltage and which therefore consumes less power (since power is directly proportional to the voltage). This means that while the transistor is on, the peak current is greater than the normal wetting current, but the average value of the wetting current will be the correct wetting current over a long period of time.
  • the switch input circuit 6 can be a simple RC filter circuit, as in Figure 2 included to include any electromagnetic interference (EMI) reduce which would otherwise be generated by the switch input circuit 6 could.
  • EMI electromagnetic interference
  • the switch input circuit 6 includes a microcontroller (not shown) for Feeding the PWM signal to the control line 14 and receiving the input from each of the lines 16 via a voltage divider circuit as either in FIG. 3 or 4 shown.
  • the microcontroller has appropriate outputs and inputs for Connection with lines 14 or 16.
  • the microcontroller is a commercially available programmable type, which generate a PWM signal of different duty cycles can.
  • the inputs from lines 16 can be from the microcontroller Feedback control can be used to match the PWM duty cycle to determine to provide the necessary wetting current to the circuit 4.
  • the resistor R F will consume some power and reduce the wetting current.
  • the value must be chosen depending on the application of the invention, so that not too much power is consumed when all switches are switched on.
  • the microcontroller detects the number of active (switched on) switches and adjusts the PWM operating cycle accordingly. If the number of active switches increases, the PWM duty cycle is increased by the microcontroller. Conversely, if the number of active switches decreases, the PWM duty cycle is reduced by the microcontroller.
  • the duty cycle of the PWM signal can also be in response to changes in the Battery voltage can be adjusted to further reduce power consumption.
  • the microprocessor can be limited to the detected battery voltage in several Areas react, and thereby effectively feedback-free control of the PWM signal provide.
  • the microcontroller used here is preferably a Analog-to-digital converter to easily detect the analog voltage level as a to allow an 8-bit value (for example).
  • the power consumed by the resistor to about 200mW be restricted. If the microprocessor also has battery voltage ranges (e.g. Range 1: 18-25V, range 2: 25-32V) is detected, then one is in the higher range lower PWM duty cycle used to reduce the amount of power consumed (around 110mW if the voltage range is 25-32V). Further calculations and Details are given below.
  • the PWM duty cycle can be achieved by means of a closed feedback system continuously modified in response to the measured battery voltage , however, this would place greater computational stress on the microprocessor require
  • Another advantage of providing PWM modulation of the wetting current is that that a resistor from the normal voltage divider circuit (shown in Figure 3) can be saved and used to turn the voltage on the switch into voltages convert that the microcontroller can sample. Because the average supplied voltage is lower, the pull-down resistor in the divider saved and only maintain the upstream resistor for current limitation become.
  • Inputs from 24 volt systems to a microcontroller with 0 - 5 volt inputs should be by using a voltage divider (e.g. 100K and 33K resistors) be reduced. If the average voltage using pulse width modulation is sufficiently reduced, then the 33 k pull-down resistor can be removed, leaving only the upstream 100k resistor.
  • a voltage divider e.g. 100K and 33K resistors
  • the switch input circuit can be implemented without additional hardware. However, another option is to use a simple RC low pass filter, as far as required for electromagnetic compatibility. A microcontroller with built-in PWM output is preferred, but this can be done using a normal microcontroller output connector can be achieved. For additional The microcontroller also needs a means of recording the power reduction Battery voltage, even if not continuously (e.g. by using an analog-to-digital converter) then at least by two different ones To detect voltage supply areas.
  • a suitable microcontroller is the Motorola MC68HC08AZ32. This unity is an 8-bit controller, which has an 8-bit analog-to-digital converter and a software programmable PWM output with a variable duty cycle and variable Frequency.
  • the control software of the microcontroller can provide a fixed PWM output Use lowering the average voltage or must when using the RC Filters 10 the PWM duty cycle to be used depending on the number of set pressed switch. Furthermore, the PWM duty cycle can be dependent be adjusted by the battery voltage.
  • the microcontroller should monitor the switches in the normal way, but it must Record the sampling point of the signal.
  • the switch input can only be scanned while the wetting current is supplied. To do this for optimal performance expand would mean scanning just before the wetting current is switched off, takes place (to ensure maximum wetting), but can also be at another time during the pulse, with time constants in the switch circuit of RC filter effects are to be considered.
  • a The microcontroller's procedure represents the number of currently pressed switch and dynamically adjusts the PWM duty cycle Match lookup tables. When the battery voltage detection the function must be switched to another lookup table, or alternatively apply a transfer function to the existing lookup table to modify.
  • the frequencies of the PWM operation must take into account several factors, such as. the generated electromagnetic interference (EMI) can be selected, especially in the audio frequency range (e.g., if applicable, in connection with the EMI filter circuit).
  • EMI generated electromagnetic interference
  • the switching losses in the Driver transistor at high frequencies must be considered.
  • the frequency is high enough so that the instantaneous current I INST (which is stronger than the average current ) does not adversely affect system components (pull-up resistor, driver transistor, switch contacts).
  • I INST instantaneous current
  • the power consumption of these components during the ON cycle may exceed their nominal power before the turn-off time (OFF time) allows them to recover or cool off.
  • the frequency should be higher than 100 Hz to meet this requirement.
  • the frequency should not be in the audio frequency range (20 Hz - 20 kHz), otherwise could be radiated or transmitted electromagnetic interference (EMI) other Component elements such as Car radios (through perceptible noise in the Speakers).
  • EMI transmitted electromagnetic interference
  • the frequency should be lower than the crossover frequency of the driver transistor because above this frequency the transistor rapidly loses gain and possibly is not put into operation at all. This is typical at 1MHz for Multi-purpose transistors
  • an RC filter has been specifically chosen to generate electromagnetic interference to reduce, then the frequency must be combined with the time constant of the RC filter to be selected.
  • Example (3) Using PWM control, including battery voltage detection in two areas
  • the wetting current is 10mA at 18 volts.
  • Vbat 25 volts NUM switch Working time,% Wetting current (ea - mA) Performance in R F (W) Performance in every R s (W) total current (A) overall performance (W) 1 40.4% 13.89 0.01 0.13 0.01 0.14 2 43.0% 13.89 0.04 0.13 0.03 0.30 3 45.6% 13.89 0.08 0.13 0.04 0.48 4 48.2% 13.89 0.15 0.13 0.06 0.67 5 50.8% 13.89 0.23 0.13 0.07 0.88 6 53.4% 13.89 0.33 0.13 0.08 1.11

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schalter-Eingangsstromkreise. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Schalter-Eingangsstromkreis mit einer stromsparenden Einrichtung, zum Beispiel während einer Zuführung eines Benetzungsstroms auf den oder die Schalter.The present invention relates to switch input circuits. In particular, the invention relates to a switch input circuit a power-saving device, for example during the supply of a Wetting current on the switch or switches.

Moderne in Automobilen eingesetzte Schaltsysteme, die mit elektronischen Steuereinheiten verbunden sind, erfordern einen gewissen Stromfluß, wenn die Schalterkontakte geschlossen sind, um die Kontakte von Oxidation oder anderen Fremdstoffen zu 'reinigen'. Dieser Strom ist als "Benetzungsstrom" (wetting current) bekannt und wird gewöhnlich mit Bezug auf eine besondere Spannung definiert, zum Beispiel >10mA bei 12 Volt.Modern switching systems used in automobiles with electronic Control units are connected, require some current flow when the Switch contacts are closed to the contacts from oxidation or other To 'clean' foreign substances. This current is called the "wetting current" known and is usually defined with reference to a particular voltage to Example> 10mA at 12 volts.

Normalerweise wird so verfahren, daß einfach ein Pull-up- oder Pull-down-Widerstand bereitgestellt wird verbunden mit der Eingabenverarbeitungs-Schaltlogik in der Steuereinheit. Dieser Pull-up-Widerstand wird oft von einem Transistor betrieben, so daß der Benetzungsstrom von einem Steuersignal verbunden mit der Basis des Transistors ein- oder ausgeschaltet werden kann und dadurch der Ruhestrom reduziert wird.The usual procedure is to simply use a pull-up or pull-down resistor is connected to the input processing circuitry provided in the Control unit. This pull-up resistor is often operated by a transistor, so that the wetting current from a control signal connected to the base of the Transistor can be turned on or off, thereby reducing the quiescent current becomes.

Wenn die Schalterkontakte geschlossen sind, wird Strom von dem Pull-up-Widerstand in Form von Wärme abgeführt. Dies bedeutet, daß ein geeigneter Widerstand gewählt werden muß, der diese Wärme unter den ungünstigsten Bedingungen abführen kann, zum Beispiel bei maximaler Batteriespannung und maximaler Betriebstemperatur. Je nach Anwendung, z.B. wenn sich die Schaltung an einem räumlich begrenzten Ort befindet und viele Schaltereingaben vorhanden sind, kann die erzeugte Wärme Probleme bei anderen elektrischen Bauteilen verursachen. Die Probleme mit der Verlustleistung verschlimmern sich noch in LKW-Systemen mit 24 Volt Batterien, weil die Leistung proportional zur Spannung ist. Jedoch ist es auch wünschenswert, den Benetzungsstrom über die Kontaktreinigungsperiode auf einem relativ hohen Pegel zu halten, um den oder die Schalter wirksam zu reinigen. When the switch contacts are closed, current is drawn from the pull-up resistor dissipated in the form of heat. This means that an appropriate resistor is chosen must be able to dissipate this heat under the most unfavorable conditions, for example at maximum battery voltage and maximum operating temperature. ever after application, e.g. if the circuit is in a limited space and there are many switch inputs, the heat generated can Cause problems with other electrical components. The problems with the Power loss is even worse in truck systems with 24 volt batteries because the power is proportional to the voltage. However, it is also desirable that Wetting current at a relatively high level over the contact cleaning period hold to effectively clean the switch or switches.

Zum Beispiel für eine Speisespannung von 24 Volt für einen LKW-Schalter-Eingangsstromkreis: um 10 mA bei 18 Volt bereitzustellen, würde der Widerstand 1800 Ohm sein, und bei 24 Volt würde 320 mW verbrauchen. Bei dem Maximum von 32 Volt würde der Widerstand 570 mW verbrauchen.For example, for a supply voltage of 24 volts for a truck switch input circuit: to provide 10 mA at 18 volts, the resistor would be 1800 Ohm, and at 24 volts would consume 320 mW. At the maximum of 32 volts the resistor would consume 570 mW.

Aus der DE 195 36 196 C ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Verbrauchern bekannt. Zur Einstellung eines über einen Schalter fließenden Mindeststrom ist in Reihe mit dem jeweiligen Schalter ein diesem zugeordneter Hilfsschalter vorgesehen, der in Zeitintervallen von einer Steuerung angesteuert wird, um die Schaltstellung des zugeordneten Schalters abzutasten. Die Steuerung stellt den für den betreffenden Schalter erforderlichen Mindeststrom ein.DE 195 36 196 C describes a circuit arrangement for controlling consumers known. To set a minimum current flowing through a switch is in series provided with the respective switch an associated auxiliary switch which in Time intervals are controlled by a controller to the switching position of the the assigned switch. The control provides the switch for the switch in question required minimum current.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren vor zur Bereitstellung eines Benetzungsstromes mit einem Schalter-Eingangsstromkreis und mit einer Stromquelle zur Bereitstellung des Benetzungsstroms an mindestens einem Schalter durch ein entsprechendes Widerstandselement, charakterisiert durch folgende Schritte:

  • Erfassen der Anzahl der mit dem Schalter-Eingangsstromkreis verbundenen eingeschalteten Schalter,
  • Bereitstellung der Angleichung eines Pulsbreitenmodulationssignals in Reaktion auf die erfasste Anzahl eingeschalteter Schalter,
  • Modulation des Benetzungsstroms in Abhängigkeit von dem Pulsbreitenmodulationssignal, um den durchschnittlichen Leistungsverbrauch des betreffenden Widerstandselementes zu reduzieren.
The present invention provides a method for providing a wetting current with a switch input circuit and with a current source for providing the wetting current at at least one switch by means of a corresponding resistance element, characterized by the following steps:
  • Detecting the number of on-off switches connected to the switch input circuit,
  • Provision of the adaptation of a pulse width modulation signal in response to the detected number of switches switched on,
  • Modulation of the wetting current as a function of the pulse width modulation signal in order to reduce the average power consumption of the relevant resistance element.

Bevorzugterweise wird das Pulsbreitenmodulationssignal der Basis des Transistors zugeführt, um periodisch zu erlauben, dass der Benetzungsstrom durch den Emitter und Kollektor des Transistors in den Schalter-Eingangsstromkreis entsprechend dem Arbeitszyklus des Pulsbreitenmodulationssignals fließt. Preferably, the pulse width modulation signal becomes the base of the transistor fed to periodically allow the wetting current through the emitter and Collector of the transistor in the switch input circuit according to the Duty cycle of the pulse width modulation signal flows.

Bevorzugterweise umfasst der Schritt der Bereitstellung der Angleichung des weiteren eine Erhöhung des Arbeitszyklus des Pulsbreitenmodulationssignals, falls sich die erfasste Anzahl eingeschalteter Schalter erhöht.Preferably, the step of providing the approximation further includes an increase in the duty cycle of the pulse width modulation signal if the detected number of activated switches increased.

Bevorzugterweise beinhaltet das Verfahren des weiteren den Schritt der Feststellung des Spannungspegels einer Spannungszuführung des Stromkreises. Bevorzugterweise beinhaltet der Schritt der Feststellung die Erfassung des Spannungspegels unter Verwendung eines Analog-Digital-Umsetzers, um dadurch einen für den Spannungspegel repräsentativen Digitalwert festzustellen. Bevorzugterweise beinhaltet das Verfahren des weiteren die Schritte der Feststellung, ausgehend von dem Digitalwert, welchen Spannungspegel aus einer Vielzahl von vorgewählten Spannungspegeln die Spannungszuführung aufweist, und Anpassung des Arbeitszyklus des Pulsbreitenmodulationssignals abhängig von dem relevanten Spannungsbereich der Spannungszuführung.Preferably, the method further includes the step of determining the Voltage level of a voltage supply to the circuit. preferably, the step of determining includes the detection of the voltage level below Using an analog-to-digital converter to get one for the voltage level representative digital value. The method preferably includes further the steps of the determination, starting from the digital value, which Voltage levels from a variety of preselected voltage levels Has voltage supply, and adjustment of the working cycle of the Pulse width modulation signal depending on the relevant voltage range of the Voltage supply.

Die vorliegende Erfindung bietet des weiteren einen Schalter-Eingangsstromkreis mit einer Stromquelle zur Bereitstellung des Benetzungsstromes an mindestens einen Schalter durch ein entsprechendes Widerstandselement charakterisiert durch, Modulationsmittel zur Modulation des Benetzungsstromes zur Bereitstellung eines reduzierten durchschnittlichen Leistungsverbrauchs des entsprechenden Widerstandselementes,
wobei die Modulationsmittel einen Mikrocontroller einschließen, der ausgelegt ist, ein Pulsbreitenmodulationssignal zu erzeugen, wobei der Stromkreis des weiteren den Schritt der Erfassung der Anzahl der mit dem Schalter-Eingangsstromkreis verbundenen eingeschalteten Schalter einschließt, und wobei der Stromkreis des weiteren Mittel zur Bereitstellung der Angleichung des Pulsbreitenmodulationssignals in Reaktion auf die erfasste Anzahl eingeschalteter Schalter einschließt.The present invention furthermore offers a switch input circuit with a current source for providing the wetting current to at least one switch by a corresponding resistance element characterized by modulation means for modulating the wetting current to provide a reduced average power consumption of the corresponding resistance element,
the modulation means including a microcontroller configured to generate a pulse width modulation signal, the circuit further including the step of detecting the number of switches turned on connected to the switch input circuit, and the circuit further comprising means for providing the adjustment of the Pulse width modulation signal in response to the detected number of switches turned on.

Vorteilhafterweise können Ausführungen der Erfindung ohne zusätzliche Hardware realisiert werden, vorausgesetzt, dass die nonnalerweise auf den Eingaben eingesetzten Filterkondensatoren ausreichen, um elektromagnetische Kompatibilität zu gewährleisten, und der Mikrocontroller das angemessene Pulsbreitenmodulations (PWM)-Signal liefern kann.Embodiments of the invention can advantageously be implemented without additional hardware can be realized, provided that those normally used on the inputs Filter capacitors are sufficient to ensure electromagnetic compatibility ensure, and the microcontroller the appropriate pulse width modulation (PWM) signal can deliver.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den nachstehenden nur als Beispiel dienenden Realisierungen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher erklärt. Gezeigt sind in

  • Figur 1 - ein Schalter-Eingangsstromkreis;
  • Figur 2 - ein Schalter-Eingangsstromkreis mit einer zusätzlichen RC-Beschaltung;
  • Figur 3 zeigt einen in dem Schalter-Eingangsstromkreis eingesetzten normalen Spannungsteilerkreis;
  • Figur 4 zeigt den Spannungsteilerkreis der Figur 3 mit dem Pull-down-Widerstand entfernt..
    • Preferred embodiments of the invention are explained in more detail in the following exemplary implementations with reference to the accompanying drawings. Are shown in
  • Figure 1 - a switch input circuit;
  • Figure 2 - a switch input circuit with an additional RC circuit;
  • Figure 3 shows a normal voltage divider circuit used in the switch input circuit;
  • FIG. 4 shows the voltage divider circuit of FIG. 3 with the pull-down resistor removed.

    • Figuren 1 und 2 zeigen ein Schaltsystem 2, welches einen Schaltkreis 4 einschließt, welcher eine Anzahl paralleler Schalter 8 und einen Schalter-Eingangsstromkreis 6 aufweist. Der Schalter-Eingangsstromkreis 6 umfaßt eine Anzahl Leitungen 16 entsprechend der Anzahl der Schalter, wobei jede Leitung durch einen vorgeschalteten Widerstand Rs mit der Spannungszuführung VBAT durch einen Transistor 12 verbunden ist. Wahlweise kann auch mit jeder Leitung 16 ein geerdeter Kondensator verbunden sein, falls dies für elektromagnetische Kompatibilität erforderlich ist.Figures 1 and 2 show a switching system 2, which includes a circuit 4, which has a number of parallel switches 8 and a switch input circuit 6. The switch input circuit 6 comprises a number of lines 16 corresponding to the number of switches, each line being connected through an upstream resistor R s to the voltage supply V BAT through a transistor 12. Optionally, an earthed capacitor can also be connected to each line 16 if this is required for electromagnetic compatibility.

    Eine Steuerleitung 14 ist mit der Basis des Transistors 12 verbunden zur Steuerung des durchfließenden Stromes. Durch Erhöhung der Spannung in der Steuerleitung 14 kann der Transistor 12 abgeschaltet werden, und durch Absenkung der Spannung der Steuerleitung 14 kann der Transistor 12 angeschaltet werden. Falls daher ein alternierendes Signal wie z.B. ein PWM- (Pulsbreitenmodulations)-Signal der Steuerleitung 14 zugeführt wird, kann die Stromzuführung zu dem Schaltkreis 4 periodisch an- und abgeschaltet werden.A control line 14 is connected to the base of transistor 12 for controlling the flowing current. By increasing the voltage in the control line 14 can the transistor 12 are turned off, and by lowering the voltage of the Control line 14, transistor 12 can be switched on. So if so alternating signal such as a PWM (pulse width modulation) signal which Control line 14 is supplied, the power supply to the circuit 4th be switched on and off periodically.

    Durch Einsatz der PWM-(Pulsbreitenmodulations)-Steuerung des Benetzungsstromes ist es möglich, die Größe und Kosten des Schalter-Eingangsstromkreises 6 zu reduzieren, sowie die Verlustleistung des Pull-up-Widerstandes Rs. Im wesentlichen erzeugt das PWM-Signal ein Eingabe-Signal an den Schaltkreis 4 mit durchschnittlicher Spannung, die niedriger als die Batteriespannung ist, und welche daher weniger Leistung verbraucht (da Leistung direkt proportional zur Spannung ist). Dies bedeutet, daß während der Transistor angeschaltet ist, der Spitzenstrom größer ist als der normale Benetzungsstrom, aber der durchschnittliche Wert des Benetzungsstromes wird über längere Zeit der korrekte Benetzungsstrom sein.By using PWM (pulse width modulation) control of the wetting current, it is possible to reduce the size and cost of the switch input circuit 6, as well as the power loss of the pull-up resistor R s . Essentially, the PWM signal generates an input signal to the circuit 4 with an average voltage which is lower than the battery voltage and which therefore consumes less power (since power is directly proportional to the voltage). This means that while the transistor is on, the peak current is greater than the normal wetting current, but the average value of the wetting current will be the correct wetting current over a long period of time.

    Der Schalter-Eingangsstromkreis 6 kann eine einfache RC-Filter-Beschaltung, wie in Figur 2 gezeigt, einschließen, um eventuelle elektromagnetische Störung (EMI) zu reduzieren, welche sonst von dem Schalter-Eingangsstromkreis 6 erzeugt werden könnte.The switch input circuit 6 can be a simple RC filter circuit, as in Figure 2 included to include any electromagnetic interference (EMI) reduce which would otherwise be generated by the switch input circuit 6 could.

    Der Schalter-Eingangsstromkreis 6 umfaßt einen Mikrocontroller (nicht gezeigt) zur Zuführung des PWM-Signals an die Steuerleitung 14 und zum Empfang der Eingabe von jeder der Leitungen 16 über einen Spannungsteilerkreis wie entweder in Figur 3 oder 4 gezeigt. Der Microcontroller hat passende Ausgaben und Eingaben zur Verbindung mit Leitungen 14 bzw. 16. Der Mikrocontroller ist ein handelsüblicher programmierbarer Typ, welcher ein PWM-Signal verschiedener Arbeitszyklen erzeugen kann. Die Eingaben von den Leitungen 16 können von dem Mikrocontroller als Rückführungskontrolle verwendet werden, um den passenden PWM-Arbeitszyklus festzulegen, um den notwendigen Benetzungsstrom an den Schaltkreis 4 bereitzustellen.The switch input circuit 6 includes a microcontroller (not shown) for Feeding the PWM signal to the control line 14 and receiving the input from each of the lines 16 via a voltage divider circuit as either in FIG. 3 or 4 shown. The microcontroller has appropriate outputs and inputs for Connection with lines 14 or 16. The microcontroller is a commercially available programmable type, which generate a PWM signal of different duty cycles can. The inputs from lines 16 can be from the microcontroller Feedback control can be used to match the PWM duty cycle to determine to provide the necessary wetting current to the circuit 4.

    In der RC-Filter-Beschaltung 10 wird der Widerstand RF etwas Leistung verbrauchen und den Benetzungsstrom reduzieren. Der Wert muß je nach Anwendung der Erfindung gewählt werden, damit nicht zuviel Leistung verbraucht wird, wenn alle Schalter eingeschaltet sind. Um die Reduzierung des Benetzungsstroms, welcher bei Zunahme der Schalteranzahl abnehmen wird, auszugleichen, erfaßt der Mikrocontroller die Anzahl aktiver (angeschalteter Schalter) und stimmt den PWM-Arbeitszyklus dementsprechend ab. Falls die Anzahl der aktiven Schalter zunimmt, wird der PWM-Arbeitszyklus von dem Mikrocontroller erhöht. Umgekehrt, falls die Anzahl aktiver Schalter abnimmt, wird der PWM-Arbeitszyklus von dem Mikrocontroller reduziert. In the RC filter circuit 10, the resistor R F will consume some power and reduce the wetting current. The value must be chosen depending on the application of the invention, so that not too much power is consumed when all switches are switched on. In order to compensate for the reduction in the wetting current, which will decrease as the number of switches increases, the microcontroller detects the number of active (switched on) switches and adjusts the PWM operating cycle accordingly. If the number of active switches increases, the PWM duty cycle is increased by the microcontroller. Conversely, if the number of active switches decreases, the PWM duty cycle is reduced by the microcontroller.

    Der Arbeitszyklus des PWM-Signals kann auch in Reaktion auf Änderungen in der Batteriespannung angepaßt werden, um den Leistungsverbrauch weiter einzuschränken. Der Mikroprozessor kann auf die erfaßte Batteriespannung in mehreren begrenzten Bereichen reagieren, und dadurch effektiv rückführungslose Steuerung des PWM-Signals bereitstellen. Bevorzugterweise ist der hier verwendete Mikrocontroller ein Analog-Digital-Umsetzer, um ein einfaches Erfassen des analogen Spannungspegels als einen 8-bit-Wert (zum Beispiel) zu ermöglichen.The duty cycle of the PWM signal can also be in response to changes in the Battery voltage can be adjusted to further reduce power consumption. The microprocessor can be limited to the detected battery voltage in several Areas react, and thereby effectively feedback-free control of the PWM signal provide. The microcontroller used here is preferably a Analog-to-digital converter to easily detect the analog voltage level as a to allow an 8-bit value (for example).

    Für das oben beschriebene 24 Volt Beispiel, kann durch Verwendung der PWM-Steuerung bei 32 Volt die durch den Widerstand verbrauchte Leistung auf circa 200mW beschränkt werden. Falls der Mikroprozessor auch Batteriespannungsbereiche (z.B. Bereich 1: 18-25V, Bereich 2: 25-32V) erfaßt, dann wird in dem höheren Bereich ein niedrigerer PWM-Arbeitszyklus benutzt, um die verbrauchte Leistungsmenge zu senken (auf circa 110mW falls der Spannungsbereich 25-32V ist). Weitere Kalkulationen und Einzelheiten werden nachfolgend aufgeführt.For the 24 volt example described above, using the PWM control at 32 volts the power consumed by the resistor to about 200mW be restricted. If the microprocessor also has battery voltage ranges (e.g. Range 1: 18-25V, range 2: 25-32V) is detected, then one is in the higher range lower PWM duty cycle used to reduce the amount of power consumed (around 110mW if the voltage range is 25-32V). Further calculations and Details are given below.

    Alternativ kann mittels eines geschlossenen Rückkopplungssystems der PWM-Arbeitszyklus fortlaufend in Reaktion auf die gemessene Batteriespannung modifiziert werden, jedoch würde dies größere rechnerische Belastung des Mikroprozessors erfordernAlternatively, the PWM duty cycle can be achieved by means of a closed feedback system continuously modified in response to the measured battery voltage , however, this would place greater computational stress on the microprocessor require

    Ein weiterer Vorteil, PWM-Modulation des Benetzungsstroms bereitzustellen, ist der, daß ein Widerstand aus dem normalen Spannungsteilerkreis (gezeigt in Figur 3) eingespart und benutzt werden kann, um die Spannung an dem Schalter in Spannungen zu konvertieren, die der Mikrocontroller abtasten kann. Da die durchschnittlich zugeführte Spannung niedriger ist, kann der Pull-down-Widerstand in dem Teiler eingespart und nur der vorgeschaltete Widerstand zwecks Strombegrenzung beibehalten werden.Another advantage of providing PWM modulation of the wetting current is that that a resistor from the normal voltage divider circuit (shown in Figure 3) can be saved and used to turn the voltage on the switch into voltages convert that the microcontroller can sample. Because the average supplied voltage is lower, the pull-down resistor in the divider saved and only maintain the upstream resistor for current limitation become.

    Eingaben aus 24 Volt Systemen an einen Mikrocontroller mit 0 - 5 Volt Eingaben sollten durch Verwendung eines Spannungsteilers (z.B. 100K und 33K Widerstände) reduziert werden. Falls die durchschnittliche Spannung mittels Pulsbreitenmodulation genügend reduziert ist, dann kann der 33 k Pull-down-Widerstand entfernt werden, wodurch nur der vorgeschaltete 100k Widerstand verbleibt.Inputs from 24 volt systems to a microcontroller with 0 - 5 volt inputs should be by using a voltage divider (e.g. 100K and 33K resistors) be reduced. If the average voltage using pulse width modulation is sufficiently reduced, then the 33 k pull-down resistor can be removed, leaving only the upstream 100k resistor.

    Der Schalter-Eingangsstromkreis kann ohne zusätzliche Hardware realisiert werden. Jedoch eine weitere Option ist die Verwendung eines einfachen RC-Tiefpaßfilters, soweit für elektromagnetische Kompatibilität erforderlich. Ein Mikrocontroller mit eingebauten PWM-Ausgaben wird bevorzugt, jedoch kann dies durch Benutzung eines normalen Mikrocontroller-Ausgabeanschlusses erzielt werden. Für zusätzliche Leistungsabsenkung benötigt der Mikrocontroller auch Mittel zur Erfassung der Batteriespannung, wenn auch nicht fortlaufend (z.B. durch Benutzung eines Analog-Digital-Umsetzers) dann doch zumindest um zwei verschiedene Spannungszuführungsbereiche zu erfassen.The switch input circuit can be implemented without additional hardware. However, another option is to use a simple RC low pass filter, as far as required for electromagnetic compatibility. A microcontroller with built-in PWM output is preferred, but this can be done using a normal microcontroller output connector can be achieved. For additional The microcontroller also needs a means of recording the power reduction Battery voltage, even if not continuously (e.g. by using an analog-to-digital converter) then at least by two different ones To detect voltage supply areas.

    Ein geeigneter Mikrocontroller ist der Motorola MC68HC08AZ32. Diese Einheit ist ein 8-Bit-Controller, welcher einen 8-Bit Analog-Digital-Umsetzer und eine Softwareprogrammierbare PWM Ausgabe mit einem variablen Arbeitszyklus und variabler Frequenz einschließt.A suitable microcontroller is the Motorola MC68HC08AZ32. This unity is an 8-bit controller, which has an 8-bit analog-to-digital converter and a software programmable PWM output with a variable duty cycle and variable Frequency.

    Die Steuer-Software des Mikrocontrollers kann eine feste PWM-Ausgabe zur Absenkung der durchschnittlichen Spannung verwenden oder muß bei Verwendung des RC Filters 10 den zu benutzenden PWM Arbeitszyklus abhängig von der Anzahl der gedrückten Schalter festlegen. Des weiteren kann der PWM Arbeitszyklus abhängig von der Batteriespannung angeglichen werden.The control software of the microcontroller can provide a fixed PWM output Use lowering the average voltage or must when using the RC Filters 10 the PWM duty cycle to be used depending on the number of set pressed switch. Furthermore, the PWM duty cycle can be dependent be adjusted by the battery voltage.

    Die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf die letzteren zwei Fälle (RC-Filter und Batteriespannungs-Erfassung).The following description only refers to the latter two cases (RC filter and Battery voltage detection).

    Der Mikrocontroller sollte die Schalter auf normale Weise überwachen, muß aber den Abtastpunkt des Signals aufzeichnen. Der Schaltereingang kann nur abgetastet werden, während der Benetzungsstrom zugeführt wird. Um dies für optimale Leistung zu erweitern, würde bedeuten, daß das Abtasten, kurz bevor der Benetzungsstrom abgeschaltet wird, stattfindet (um maximale Benetzung zu gewährleisten), kann aber auch zu einem anderen Zeitpunkt während des Impulses sein, wobei Zeitkonstanten in dem Schalterstromkreis von RC-Filter-Auswirkungen zu berücksichtigen sind. Eine Prozedur des Mikrocontrollers (als eine zyklische Aufgabe) stellt die Anzahl der derzeit gedrückten Schalter fest and gleicht den PWM-Arbeitszyklus dynamisch in Übereinstimmung mit Nachschlagetabellen an. Wenn die Batteriespannungs-Erfassung benutzt wird, muß die Funktion auf eine andere Nachschlagetabelle wechseln, oder alternativ eine Übertragungsfunktion anwenden, um die bestehende Nachschlagetabelle zu modifizieren.The microcontroller should monitor the switches in the normal way, but it must Record the sampling point of the signal. The switch input can only be scanned while the wetting current is supplied. To do this for optimal performance expand would mean scanning just before the wetting current is switched off, takes place (to ensure maximum wetting), but can also be at another time during the pulse, with time constants in the switch circuit of RC filter effects are to be considered. A The microcontroller's procedure (as a cyclical task) represents the number of currently pressed switch and dynamically adjusts the PWM duty cycle Match lookup tables. When the battery voltage detection the function must be switched to another lookup table, or alternatively apply a transfer function to the existing lookup table to modify.

    Wenn ein Schalter anfänglich gedrückt wird, wird für eine kurze Zeitdauer ein höherer Strom vorhanden sein, bevor der PWM die Angleichung vornimmt. Diese Zeitdauer würde die Entprellungs- und Filterzeiten für die Schalter und die Batteriespannung einschließen, um zu verhindern, daß Rauschen und Einschwingvorgänge unnötige Abstimmungen des PWM-Arbeitszyklus verursachen. Auch wenn diese Reaktionszeit bis zu 100 ms betrüge, würde der sich ergebende Leistungsspitzenwert keine Probleme verursachen, da die eingesetzten Widerstände kurzzeitige Spitzenwerte aushalten.When a switch is initially pressed, a higher one becomes short for a short period of time There is power before the PWM makes the adjustment. This period of time would debounce and filter times for the switches and battery voltage include to prevent noise and transients from being unnecessary Cause PWM duty cycle adjustments. Even if this response time up to 100 msec, the resulting peak power would be no problem cause, because the resistors used can withstand short-term peak values.

    Die Frequenzen des PWM-Betriebs müssen nach Berücksichtigung mehrerer Faktoren, wie z.B. der erzeugten elektromagnetischen Störung (EMI), ausgewählt werden, insbesondere im Tonfrequenzbereich (z.B. muß, falls zutreffend, in Verbindung mit dem EMI-Filterkreis gewählt werden). Auch die Schaltverluste in dem Treibertransistor bei hohen Frequenzen müssen berücksichtigt werden.The frequencies of the PWM operation must take into account several factors, such as. the generated electromagnetic interference (EMI) can be selected, especially in the audio frequency range (e.g., if applicable, in connection with the EMI filter circuit). The switching losses in the Driver transistor at high frequencies must be considered.

    Zur Feststellung der Frequenz des PWM-Signals [(Freq=1 /(TON +TOFF)], sind die folgenden Faktoren zu berücksichtigen.To determine the frequency of the PWM signal [(Freq = 1 / (T ON + T OFF )], consider the following factors.

    Die Frequenz ist hoch genug, so daß der Augenblickstrom I INST (welcher stärker als der Durchschnittsstrom ist) sich nicht nachteilig auf Systembauteile (Pull-up-Widerstand, Treibertransistor, Schalterkontakte) auswirkt. Bei einer sehr niedrigen Frequenz (d.h. ein längerer (angeschalteter) ON-Zyklus) kann die Leistungsaufnahme dieser Bauteile während des ON-Zyklus deren Nennleistung überschreiten, bevor die Abschaltzeit (OFF-Zeit) ihnen ermöglicht, sich zu erholen oder abzukühlen. Typischerweise sollte die Frequenz höher als 100 Hz sein, um diese Anforderung zu erfüllen. The frequency is high enough so that the instantaneous current I INST (which is stronger than the average current ) does not adversely affect system components (pull-up resistor, driver transistor, switch contacts). At a very low frequency (ie a longer (on) ON cycle), the power consumption of these components during the ON cycle may exceed their nominal power before the turn-off time (OFF time) allows them to recover or cool off. Typically, the frequency should be higher than 100 Hz to meet this requirement.

    Die Frequenz sollte nicht in dem Tonfrequenzbereich (20 Hz - 20 kHz) liegen, sonst könnte ausgestrahlte oder durchgelassene elektromagnetische Störung (EMI) andere Bauteilelemente wie z.B. Autoradios (durch wahrnehmbares Rauschen in den Sprechern) stören.The frequency should not be in the audio frequency range (20 Hz - 20 kHz), otherwise could be radiated or transmitted electromagnetic interference (EMI) other Component elements such as Car radios (through perceptible noise in the Speakers).

    Die Frequenz sollte niedriger als die Übergangsfrequenz des Treibertransistors sein, da oberhalb dieser Frequenz der Transistor rapide an Verstärkung verliert und eventuell überhaupt nicht in Betrieb gesetzt wird. Dies ist typisch bei 1MHz für MehrzwecktransistorenThe frequency should be lower than the crossover frequency of the driver transistor because above this frequency the transistor rapidly loses gain and possibly is not put into operation at all. This is typical at 1MHz for Multi-purpose transistors

    Falls ein RC Filter spezifisch gewählt wurde, um erzeugte elektromagnetische Störung zu reduzieren, dann muß die Frequenz in Verbindung mit der Zeitkonstanten des RC-Filters ausgewählt werden. Ein typisches Beispiel wäre die PWM-Frequenz auf 250KHz einzustellen und die Zeitkonstante des RC-Filters auf 10µsec (F = 100 KHz) so daß der RC-Filter die Anstiegszeiten und Abfallzeiten der Ausgabe glätten kann, um elektromagnetische Störung zu reduzieren.If an RC filter has been specifically chosen to generate electromagnetic interference to reduce, then the frequency must be combined with the time constant of the RC filter to be selected. A typical example would be the PWM frequency 250KHz and the time constant of the RC filter to 10µsec (F = 100 KHz) that the RC filter can smooth the rise and fall times of the output to reduce electromagnetic interference.

    Die folgenden Formeln sind vom Ohmschen Gesetz abgeleitet (V=IR, P = IV). Die verwendeten Symbole sind nachstehend aufgelistet:

    VBAT
    Bezugs-Batteriespannung für gewünschten Benetzungsstrom
    I WET
    Gewünschter Benetzungsstrom für jeden Schalter
    ITOT
    Gesamtstrom durch RF ohne PWM
    ISW
    Individueller Schalterstrom ohne PWM
    RF
    Filter-Widerstand
    RS
    Schalter-Pull-up-Widerstand
    NUM
    Anzahl aktiver Schalter (Kontakte geschlossen)
    TON
    Zeitraum des ON-Impulses des PWM-Signals
    TOFF
    Zeitraum des PWM-Signals für welchen kein Impuls vorhanden ist
    Duty
    Duty cyle (Arbeitszyklus) in Prozent; Duty = TON /(TON + TOFF)
    The following formulas are derived from Ohm's law (V = IR, P = IV). The symbols used are listed below:
    V BAT
    Reference battery voltage for the desired wetting current
    I WET
    Desired wetting current for each switch
    I DEAD
    Total current through R F without PWM
    I SW
    Individual switch current without PWM
    R F
    Filter resistance
    R S
    Switch pull-up resistor
    NUM
    Number of active switches (contacts closed)
    T ON
    Period of the ON pulse of the PWM signal
    T OFF
    Period of the PWM signal for which there is no pulse
    Duty
    Duty cycle (duty cycle) in percent; Duty = T ON / (T ON + T OFF )

    Des weiteren ist der Durchschnittsstrom (IAVG ) durch einen Schalter dem Benetzungsstrom (IWET) gleichwertig und ist auf den Augenblickstrom (IINST ) bezogen, IINST, mal IWET = IAVG = IINST x Duty.Furthermore, the average current (I AVG ) through a switch is equivalent to the wetting current (I WET ) and is related to the instantaneous current (I INST ), I INST , times I WET = I AVG = I INST x Duty.

    Der Strom und individuelle Strom ohne PWM-Steuerung: -

  • ( 1 ) Gesamtstrom: ITOT = VBAT / (RF + RS /NUM)
  • ( 2 ) Schalterstrom: ISW = ITOT /NUM = VBAT / (RF x NUM + RS)    Nun muß der PWM Arbeitszyklus gewählt werden, um den Durchschnittsstrom durch jeden Schalter auf den gewünschten Pegel zu reduzieren (IWET).
  • ( 3 ) Arbeitszyklus: Duty (100 %) = 100 x IWET x NUM / ITOT Durch Substitution von (1) und (2) ergibt sich:
  • ( 4 ) Arbeitszyklus: Duty (100 %)= 100 x 1(RF x NUM + RS) / VBAT Falls jetzt zusätzliche Batteriespannungs-Erfassung benutzt wird, dann kann der Arbeitszyklus für diesen Bereich unter Verwendung eines neuen VBAT -Wertes nachberechnet werden. Siehe untenstehendes Beispiel für weitere Einzelheiten.
    • The current and individual current without PWM control: -
  • (1) Total current: I DEAD = V BAT / (R F + R S / NUM)
  • (2) Switch current: I SW = I DEAD / NUM = V BAT / (R F x NUM + R S ) Now the PWM duty cycle must be selected to reduce the average current through each switch to the desired level (I WET ).
  • (3) duty cycle: Duty (100%) = 100 x I. WET x NUM / I DEAD Substitution of (1) and (2) results in:
  • (4) duty cycle: Duty (100%) = 100 x 1 (R F x NUM + R S ) / V BAT If additional battery voltage detection is now used, the work cycle for this area can be recalculated using a new V BAT value. See the example below for more details.

    • Beispiel (1) - Keine PWM-Steuerung (traditionelles Vorgehen)Example (1) - No PWM control (traditional approach)

    In diesem Beispiel beträgt der Batteriespannungs-Betriebsbereich 18 bis 32 Volt; der gewünschte Benetzungsstgrom IWET = 10mA (Minimum) bei 18 Volt; die Anzahl der aktiven Schalter ist NUM, die Höchstanzahl an aktiven Schaltern ist 6.In this example, the battery voltage operating range is 18 to 32 volts; the desired wetting current I WET = 10mA (minimum) at 18 volts; the number of active switches is NUM, the maximum number of active switches is 6.

    Um 10mA bei 18 Volt zu erzielen, benötigen wir RS = 1800 Ohm. To achieve 10mA at 18 volts, we need R S = 1800 ohms.

    Bei 18 Volt verbraucht jeder Widerstand 180mW. Bei 32 Volt verbraucht jeder Widerstand 569mW, und der Benetzungsstrom ist I WET = 17,8mA. Berechneter Wert ohne PWM bei VBAT = 32 Volt NUM Schalter Benetzungsstrom
    (je - mA)     Leistung in jedem Rs
    (W)     Gesamtstrom
    (A)     Gesarntleistung
    (W)         1 17,8 0,569 0,02 0,57 2 17,8 0,569 0,04 1,14 3 17,8 0,569 0,05 1,71 4 17,8 0,569 0,07 2,28 5 17,8 0,569 0,09 2,85 6 17,8 0,569 0,11 3,41     At 18 volts, each resistor consumes 180mW. At 32 volts, each resistor consumes 569mW and the wetting current is I WET = 17.8mA. Calculated value without PWM at V BAT = 32 volts NUM switch Wetting current
    (each - mA)     Performance in every R s
    (W)     total current
    (A)     Gesarntleistung
    (W)     1 17.8 0.569 0.02 0.57 2 17.8 0.569 0.04 1.14 3 17.8 0.569 0.05 1.71 4 17.8 0.569 0.07 2.28 5 17.8 0.569 0.09 2.85 6 17.8 0.569 0.11 3.41

    Beispiel (2) - Einsatz von PWM-Steuerung, aber ohne Batteriespannungs-ErfassungExample (2) - Use of PWM control, but without battery voltage detection

    In diesem Beispiel ist der Batteriespannungs-Betriebsbereich 18 bis 32 Volt; die gewünschte Benetzungsstrom IWET = min. 10mA bei 18 Volt; der Filter umfaßt einen RF = 47 Ohm vorgeschalteten Widerstand, mit einem 100nF Parallelkondensator; die Pull-up-Widerstände auf jedem Schalter sind RS= 680 Ohm; die Anzahl der aktiven Schalter ist NUM, und die Höchstanzahl der aktiven Schalter ist 6.In this example, the battery voltage operating range is 18 to 32 volts; the desired wetting current I WET = min. 10mA at 18 volts; the filter comprises an R F = 47 Ohm series resistor, with a 100nF parallel capacitor; the pull-up resistors on each switch are R S = 680 ohms; the number of active switches is NUM and the maximum number of active switches is 6.

    Bei Verwendung der obigen Werte wird daher die Gleichung (4):

  • (5) Arbeitszyklus: Duty (100 %) = (47 x NUM + 680) / VBAT Berechnete Werte mit PWM (ohne Spannungs-Erfassung) bei VBAT = 32 Volt NUM Schalter Arbeitsz, Benetzungsstrom
    (ea - mA)     Leistung in RF
    (W)     Leistung in jedem Rs
    (W)     Gesamtstrom
    (A)     Gesamtleistung
    (W)         1 40,4% 17,78 0,01 0,21 0,02 0,23 2 43,0% 17,78 0,06 0,21 0,04 0,49 3 45,6% 17,78 0,13 0,21 0,05 0,78 4 48,2% 17,78 0,24 0,21 0,07 1,10 5 50,8% 17,78 0,37 0,21 0,09 1,45 6 53,4% 17,78 0,53 0,21 0,11 1,82
    • Therefore, using the above values, equation (4) becomes:
  • (5) duty cycle: Duty (100%) = (47 x NUM + 680) / V BAT Calculated values with PWM (without voltage detection) at V BAT = 32 volts NUM switch Arbeitsz, Wetting current
    (ea - mA)     Performance in R F
    (W)     Performance in every R s
    (W)     total current
    (A)     overall performance
    (W)     1 40.4% 17.78 0.01 0.21 0.02 0.23 2 43.0% 17.78 0.06 0.21 0.04 0.49 3 45.6% 17.78 0.13 0.21 0.05 0.78 4 48.2% 17.78 0.24 0.21 0.07 1.10 5 50.8% 17.78 0.37 0.21 0.09 1.45 6 53.4% 17.78 0.53 0.21 0.11 1.82

    • Beispiel (3) - Verwendung von PWM-Steuerung, einschließlich Batteriespannungs-Erfassung in zwei BereichenExample (3) - Using PWM control, including battery voltage detection in two areas

    In diesem Beispiel ist die Batteriespannungs-Betriebsbereich 18 bis 32 Volt:.

  • Bereich 1 = 18 bis 25V
  • Bereich 2 = 25 bis 32V
    • In this example, the battery voltage operating range is 18 to 32 volts.
  • Range 1 = 18 to 25V
  • Range 2 = 25 to 32V

    • Der gewünschte Benetzungsstrom IWET = 10mA bei 18 Volt; der RC Filter schließt einen RF = 47 Ohm vorgeschalteten Widerstand ein, mit einem 100nF Parallelkondensator; die Pull-up Widerstände auf jedem Schalter sind RS = 680 Ohm; die Anzahl der aktiven Schalter ist NUM, und die Höchstanzahl der aktiven Schalter ist 6.The desired wetting current I WET = 10mA at 18 volts; the RC filter includes an R F = 47 ohm series resistor, with a 100nF parallel capacitor; the pull-up resistors on each switch are R S = 680 ohms; the number of active switches is NUM and the maximum number of active switches is 6.

    Für Bereich 1 ist der Benetzungsstrom 10mA bei 18 Volt. Berechnete Werte mit PWM für Bereich 1, mit Vbat = 25 Volt NUM Schalter Arbeitsz, % Benetzungsstrom
    (ea - mA)     Leistung in RF
    (W)     Leistung in jedem Rs
    (W)     Gesamtstrom
    (A)     Gesamtleistung
    (W)         1 40,4% 13,89 0,01 0,13 0,01 0,14 2 43,0% 13,89 0,04 0,13 0,03 0,30 3 45,6% 13,89 0,08 0,13 0,04 0,48 4 48,2% 13,89 0,15 0,13 0,06 0,67 5 50,8% 13,89 0,23 0,13 0,07 0,88 6 53,4% 13,89 0,33 0,13 0,08 1,11     For area 1 the wetting current is 10mA at 18 volts. Calculated values with PWM for area 1, with Vbat = 25 volts NUM switch Working time,% Wetting current
    (ea - mA)     Performance in R F
    (W)     Performance in every R s
    (W)     total current
    (A)     overall performance
    (W)     1 40.4% 13.89 0.01 0.13 0.01 0.14 2 43.0% 13.89 0.04 0.13 0.03 0.30 3 45.6% 13.89 0.08 0.13 0.04 0.48 4 48.2% 13.89 0.15 0.13 0.06 0.67 5 50.8% 13.89 0.23 0.13 0.07 0.88 6 53.4% 13.89 0.33 0.13 0.08 1.11

    Für Bereich 2 ist der Benetzungsstrom 10mA bei 25 Volt Berechnete Werte mit PWM für Bereich 2, mit VBAT = 32 Volt NUM Schalter Arbeitsz, Benetzungsstrom
    (ea - mA)     Leistung in RF
    (W)     Leistung in jedem Rs
    (W)     Gesamtstrom
    (A)     Gesamtleistung
    (W)         1 29,1% 12,80 0,01 0,11 0,01 0,12 2 31,0% 12,80 0,03 0,11 0,03 0,25 3 32,8% 12,80 0,07 0,11 0,04 0,40 4 34,7% 12,80 0,12 0,11 0,05 0,57 5 36,6% 12,80 0,19 0,11 0,06 0,75 6 38,5% 12,80 0,28 0,11 0,08 0,95     For area 2 the wetting current is 10mA at 25 volts Calculated values with PWM for area 2, with V BAT = 32 volts NUM switch Arbeitsz, Wetting current
    (ea - mA)     Performance in R F
    (W)     Performance in every R s
    (W)     total current
    (A)     overall performance
    (W)     1 29.1% 12,80 0.01 0.11 0.01 0.12 2 31.0% 12,80 0.03 0.11 0.03 0.25 3 32.8% 12,80 0.07 0.11 0.04 0.40 4 34.7% 12,80 0.12 0.11 0.05 0.57 5 36.6% 12,80 0.19 0.11 0.06 0.75 6 38.5% 12,80 0.28 0.11 0.08 0.95

    Zusammenfassung der Kalkulationen: Zusammenfassung Beispiel Höchstleistung in Stromkreis (6 Eingabeschalter) 1. Kein PWM 3,41 W 2. PWM mit EMI-Filter, und keine Batterie-Erfassung 1,82 W 3. PWM mit EMI-Filter, Batterie-Erfassung in 2 Bereichen 1,11 W Summary of calculations: Summary example Maximum power in the circuit (6 input switches) 1. No PWM 3.41 W. 2. PWM with EMI filter, and no battery detection 1.82 W. 3. PWM with EMI filter, battery detection in 2 areas 1.11 W.

    Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, kann die in dem Eingangsstromkreis unter ungünstigsten Bedingungen verbrauchte Leistung leicht auf die Hälfte reduziert werden. Auch wird durch den Einsatz kleinerer Widerstände beträchtliche Kostenersparnis erzielt, und infolgedessen PCB- (Leiterplatten) Ersparnis.As can be seen from Table 5, that can be found in the input circuit below unfavorable conditions, power consumed can easily be reduced to half. The use of smaller resistors also results in considerable cost savings achieved, and consequently PCB (printed circuit board) savings.

    Zusammenfassend wird auf drei hauptsächliche Vorteile der Realisierungen der Erfindung hingewiesen:

  • 1. Leistung: Die Leistungsaufnahme der vorgeschalteten Widerstände Rs ist reduziert. Dies bedeutet, daß weniger Wärme erzeugt wird, und die Schaltkarten-Temperatur ist reduziert, was zu höherer Verläßlichkeit der Elektronik führt.
  • 2. Größe: Weil weniger Leistung aufgenommen werden muß, können kleinere Widerstände eingesetzt werden. Auch können Widerstände in den Spannungsteilerkreisen eingespart werden.
  • 3. Kosten: Kostensparung wird erzielt, da kleinere Widerstände eingesetzt werden, einige Widerstände erübrigen sich und können gestrichen werden und es ergibt sich auch ein reduzierter Platzbedarf für Schaltkarten hinsichtlich Anordnung und Wärmeabführung.
    • In summary, three main advantages of implementing the invention are pointed out:
  • 1. Power: The power consumption of the upstream resistors R s is reduced. This means that less heat is generated and the circuit board temperature is reduced, which leads to greater reliability of the electronics.
  • 2. Size: Because less power has to be consumed, smaller resistors can be used. Resistors in the voltage divider circuits can also be saved.
  • 3. Costs: Cost savings are achieved because smaller resistors are used, some resistors are unnecessary and can be deleted and there is also a reduced space requirement for circuit boards with regard to arrangement and heat dissipation.

    • Natürlich wird es dem Fachmann gegenwärtig sein, daß Abwandlungen und Variationen zu einigen der Charakteristiken der beschriebenen Realisierungen der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Wesentlichen und dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie in den Ansprüchen definiert.Of course, it will be apparent to those skilled in the art that variations and variations some of the characteristics of the described implementations of the invention can be made without the essence and scope of Deviate invention, as defined in the claims.

    Claims (13)

    1. A method for providing a wetting current, having a switch input circuit (6), having a current source (12) for providing the wetting current to at least one switch (4, 8) by means of an appropriate resistance element (Rs), characterized by the following steps:
      detection of the number of switched-on switches (4, 8) which are connected to the switch input circuit (6),
      provision of the adaptation of a pulse width modulation signal in reaction to the detected number of switched-on switches (4, 8),
      modulation of the wetting current as a function of the pulse width modulation signal, in order to reduce the average power consumption of the relevant resistance element.
    2. The method according to Claim 1, in which the pulse width modulation signal is supplied to the base of a transmitter (12) in order to periodically allow the wetting current to flow through the emitter and collector of the transistor (12) into the switch input circuit (6) in accordance with the operating cycle of the pulse width modulation signal.
    3. The method according to Claim 1, in which the step of providing the dynamic matching includes increasing the operating cycle of the pulse width modulation signal if the detected number of switched-on switches (4, 8) increases.
    4. The method according to one of Claims 2 and 3, which furthermore includes the step of determining the voltage level of a voltage supply to the circuit (6).
    5. The method according to Claim 4, in which the step of determining the detection of the voltage level includes use of an analogue/digital converter in order in this way to determine a digital value which is representative of the voltage level.
    6. The method according to Claim 5, which furthermore includes the following steps:
      determination, on the basis of the digital value, of the voltage level of the voltage supply from a large number of preselected voltage ranges; and
      adaptation of the operating cycle of the pulse width modulation signal as a function of the relevant voltage range of the voltage supply.
    7. A switch input circuit having a current source (12) for providing the wetting current to at least one switch (4, 8) by means of an appropriate resistance element (RS), characterized by modulation means (12, 14) for modulation of the wetting current in order to provide a reduced average power consumption in the corresponding resistance element (RS), with the modulation means (12, 14) including a microcontroller which is designed to produce a pulse width modulation signal, with the circuit furthermore including the step of detection of the number of switched-on switches (4, 8) which are connected to the switch input circuit (6), and with the circuit of the [lacuna] including further means for providing the adaptation of the pulse width modulation signal in reaction to the detected number of switched-on switches (4, 8).
    8. The switch input circuit (6) according to Claim 7, in which the pulse width modulation signal is supplied to the base of the transistor (12) in order to periodically allow current to flow through the emitter and collector of the transistor (12) into the switch input circuit (6) in accordance with the operating cycle of the pulse width modulation signal.
    9. The switch input circuit (6) according to Claim 7, in which the detection means are included in the microcontroller.
    10. The switch input circuit (6) according to Claim 7, in which the microcontroller includes means for providing the adaptation.
    11. The switch input circuit (6) according to one of Claims 8 to 10, in which the microcontroller is also designed to determine the voltage level of a voltage supply to the circuit (6).
    12. The switch input circuit (6) according to one of Claims 8 to 11, in which the microcontroller detects the voltage level which is supplied to the corresponding resistance element (RS), and then calculates a voltage level for a voltage supply to the circuit (6).
    13. The switch input circuit (6) according to one of Claims 8 to 12, in which the microcontroller is also designed for the following:
      determination of the voltage level of the voltage supply from a large number of preselected voltage ranges; and
      adaptation of the operating cycle of the pulse width modulation signal as a function of the relevant voltage range of the voltage supply.
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