DE19707422C1 - Verfahren zum Erzeugen einer Versorungsgleichspannung für eine Signalgebereinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungs­ gleichspannung für eine Signalgebereinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Versorgungsspannung wird dabei aus einer nicht konstanten Eingangs­ gleichspannung, beispielsweise einer Batterie, gewonnen und für die Signalgebereinheit bereitgestellt. Die Signalübertragung von der Signal­ gebereinheit zu einer Auswerteschaltung erfolgt dabei durch der Versor­ gungsspannung aufgeprägte Stromimpulse, die für die Signalgebereinheit erforderliche Versorgungsgleichspannung wird vorzugsweise auf einen konstanten Nennbetrag gehalten, welcher eine sichere Signalübertragung und Signalwiedererkennung gewährleistet und außerdem für der Signal­ gebereinheit nachgeordnete Schaltungselemente, beispielsweise Sensoren, erforderlich ist.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet solcher Verfahren ist die Kopplung von dezentralen Sensorsystemen mit einer zentralen Steuerelektronik in Kraft­ fahrzeugen, wo die ausgelagerten Sensoren und die zugehörigen Signal­ gebereinheiten nicht mehr direkt von der Bordnetzspannung, sondern indirekt vom Zentralsteuergerät mittels einer Stromschnittstelle versorgt werden. Dabei werden vom Zentralsteuergerät die Stromänderungen auf der Energieversorgungsleitung zur ausgelagerten Signalgebereinheit aus­ gewertet.

Aufgrund der ohmschen und kapazitiven Anteile der Sensor- und Signal­ gebereinheit sowie der elektrischen Leitungen wirkt sich jede Spannungs­ änderung im Zentralsteuergerät als eine Stromänderung aus, die die aufgeprägten Stromimpulse stört. Die Signalauswertung ist somit besonders störanfällig gegenüber Versorgungsspannungsschwankungen.

Dem Stand der Technik sind darüber hinaus verschiedene Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Stromversorgung bekannt, die in einem bestimmten Spannungsbereich der Eingangsspannung die Ausgangs­ spannung konstant halten. Schwankt die Eingangsgleichspannung jedoch, wie zum Beispiel bei Batteriespannung nicht ausschließbar, in einem großen Bereich, so werden die Grenzen herkömmlicher Versorgungsspannungs- Schaltungen überschritten und es treten oft undefinierte Strom- und Spannungsverhältnisse an den Signalgebereinheiten auf. Da jedoch auch bei diesen ungünstigen Bedingungen eine möglichst fehlerfreie Auswertung der in Form von Stromimpulsen eingeprägten Signalen erforderlich ist, ist es Aufgabe dieser Erfindung, die Verfahren zum Erzeugen einer Ver­ sorgungsgleichspannung derart weiterzuentwickeln, daß diese Nachteile nicht mehr auftreten.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es wird in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung in mehreren Intervallen eine Zwischenspannung bereitgestellt, die über einen Regelkreis die Versorgungsspannung am Anschluß zur Signalgebereinheit der erzeugten Zwischenspannung rückwirkungsfrei nachführt. Dabei werden vorzugsweise drei zusammenhängende Eingangsspannungsintervalle unter­ schieden. In einem ersten Spannungsintervall wird die Zwischenspannung der Eingangsgleichspannung um einen konstanten ersten Betrag reduziert nachgeführt, wodurch ein Notbetrieb der Signalgebereinheit gewährleistet wird und außerdem die Auswerteschaltung die, wenn auch reduzierten, Signale der Signalgebereinheit auswerten kann. In einem sich an­ schließenden zweiten Spannungsintervall wird die Zwischenspannung mit einem konstanten Nennbetrag bereitgestellt. Das heißt, es erfolgt eine Spannungskompensation für den Normalbetriebszustand. Falls jedoch die Eingangsspannung dieses zweite Spannungsintervall überschreitet, wird eine Zwischenspannung erzeugt, welche reduziert um einen zweiten konstanten Betrag der Eingangsspannung folgt. Die erfinderische Lösung gewährleistet auch außerhalb des im Normalbetrieb anliegenden kompen­ sierten Spannungsbereichs definierte Zustände an der Signalgebereinheit und somit eine bestmögliche Aufrechterhaltung des Betriebs der Einheiten bspw. bei Versorgungsspannungsschwankungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Die Versorgungsspannung in Abhängigkeit der anliegenden Eingangsgleichspannung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Verfahrens.

Fig. 3 Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Signalgebereinheit und der zugeordneten Auswerteeinheit.

Fig. 4a Stromimpulse der Signalgebereinheit

Fig. 4b Spannung an der Signalgebereinheit

Fig. 4c Ausgangspegel der Auswerteschaltung

Fig. 4d Basisstrom des Längstransistors im Regelkreis

Fig. 1 zeigt die drei Spannungsintervalle I₁, I₂, I₃, der Eingangsgleich­ spannung U_batt sowie die zugeordnete ausgangsseitige Versorgungs­ spannung U_out. Wie im ersten Intervall I₁ zu erkennen, wird in diesem Bereich die Versorgungsspannung der Eingangsgleichspannung U_batt um einen konstanten ersten Betrag ΔU₁ reduziert nachgeführt. Im Intervall I₂, dem Normalbetrieb, wird die Versorgungsspannung U_out auf der gewünschten Nennspannung U_nenn gehalten. Überschreitet jedoch die Eingangsspannung U_batt dieses zweite Spannungsintervall I₂, wird im Spannungsintervall I₃ eine Ausgangsspannung U_out erzeugt, die reduziert um einen zweiten konstanten Betrag ΔU₂ der Eingangsspannung U_batt folgt.

Fig. 2 zeigt nun ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Eingangsgleichspannung U_batt kann über die Grenzen des Intervalls I1 hinaus schwanken, beispielsweise bei einer Batterie durch Temperatureinflüsse oder andere Lastelemente. Der Funktionsblock 1 erzeugt, wie skizziert, aus der Eingangsgleichspannung zunächst die Zwischenspannung U_z, während der Funktionsblock 2 den Regelkreis enthält. Der Regelkreis in Funktionsblock 2 führt die Spannung U_out am Anschluß zur Signalgebereinheit (Sat) der vom Funktionsblock 1 erzeugten Zwischenspannung U_z nach.

Die von der Signalgebereinheit Sat erzeugten Stromimpulse Δ_I führen nicht zu Schwankungen der anliegenden Versorgungsspannung U_out, da der zwischengeschaltete Regelkreis in Funktionsblock 2 diese sofort kompensiert, und zwar ohne Rückwirkung auf den Funktionsblock 1 ist.

Fig. 3 zeigt eine Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spannungsversorgung einer Signalgebereinheit Sat, wobei diese über einen Regelkreis RK angesteuert wird. Der Regelkreis gleicht dabei die Spannung U_out mit der am Regelkreis RK eingangsseitig anliegenden Spannung U_z ab. Die Signalgebereinheit Sat weist einerseits einen Ruhestrompfad I_R, andererseits einen Signalstrompfad I_signal auf. Eingangsseitig ist zwischen dem Regelkreis RK und dem umkompensierten Eingang der erfindungs­ gemäßen Schaltung eine Auswerteschaltung I_mess angeordnet, die über einen Stromspiegel, gebildet aus den Transistoren T₂ und T₃, sowie den Widerständen RM₁ und RM₂ sowie einer Konstantstromquelle den von der Signalgebereinheit Sat gesandten Signalstrom I_sat auswertet, indem ein Komparator K₂ die Spannungsabfälle über den Widerständen RM₁ und RM₂ vergleicht und das Ausgangssignal zur weiteren Verarbeitung beispielsweise an einen Mikroprozessor leitet. Der Regelkreis RK wird gebildet aus einem Komparator K₁, an dessen Ausgang sich der Widerstand R_K und der Transistor T_K befindet, wobei der Transistor T_K als Längstransistor mit der Basis zum Komparator K₁ und mit dem Emitter zur Signalgebereinheit Sat geschaltet ist. Die von der Schaltungsanordnung erzeugte Zwischenspannung U_z wird im Komparator K₁ mit U_out verglichen und U_out entsprechend nachgesteuert.

Die in diesem Ausführungsbeispiel erheblichen Stromimpulse I_signal, bspw. in Höhe von 40 mA, zur Signalübertragung wirken faktisch, entkoppelt durch den Regelkreis RK, nicht auf die versorgungsspannungserzeugende Schaltungsanordnung. Die Stromimpulse werden quasi unbeeinflußt durch den Transistor TK zur den Strom messenden Auswerteschaltung I_mess geleitet und dort erkannt. Die Spannung über der Auswerteschaltung I_mess ergibt sich dabei als Differenzbetrag zwischen der Spannung U_Batt und der Spannung U_out an der Signalgebereinheit Sat sowie den Spannungsabfällen über dem Transistor TK. Die Funktionsfähigkeit der Auswerteschaltung I_mess ist somit durch die Schaltungsanordnung sichergestellt, auch wenn die Eingangsspannung U_batt stark von der gewünschten Nennspannung U_nenn abweicht.

Fig. 4 zeigt die Funktionsverläufe von charakteristischen Größen in der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung. So zeigt Fig. 4a die Stromimpulse I_signal zuzüglich dem konstanten Ruhestrom I_r. Diagramm 4b zeigt die Spannung U_out an der Signalgebereinheit Sat. Die Spannung U_out weist extrem kurze Ausschläge in den Flankenmomenten des Signalstroms I_signal auf, wird jedoch vom Regelkreis sofort wieder auf den eingestellten Betriebspunkt zurückgeführt, indem der Basisstrom im Regelkreis anspricht (vgl. Fig. 4d). Am Ausgang S der Auswerteschaltung I_mess kommt das Signal unverfälscht an (vgl. Fig. 4c).

Claims (1)

1. Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung (U_out) für eine Signalgebereinheit (Sat), bei der die Versorgungsspannung (U_out) aus einer nicht konstanten Eingangsgleichspannung (U_Batt) gewonnen und für die Signalgebereinheit (Sat) vorzugsweise mit einem konstanten Nennbetrag (U_nenn) bereitgestellt wird, wobei die Signalgebereinheit (Sat) durch der Versorgungsspannung (U_out) aufgeprägte Stromimpulse (I_Signal) Signale an eine Auswerteschaltung (I_mess) überträgt, wobei

   • a) eine Zwischenspannung (U_z) in Abhängigkeit von der Eingangsgleich­ spannung (U_Batt) in vorzugsweise drei zusammenhängenden Eingangs­ spannungsintervallen (I₁, I₂, I₃) unterschiedlich bereitgestellt wird derart, daß
   • b) die Eingangsgleichspannung (U_Batt) in einem ersten Spannungs­ intervall um einen konstanten ersten Betrag (ΔU₁) reduziert übertragen wird,
   • c) in einem sich anschließenden zweiten Spannungsintervall (I₂) die Zwischenspannung (U_z) mit einem konstanten Nennbetrag (U_nenn) bereitgestellt wird und,
   • d) falls die Eingangsspannung (U_Batt) dieses zweite Spannungsintervall (I₂) überschreitet, eine Zwischenspannung (U_z) erzeugt wird, welche reduziert um einen zweiten konstanten Betrag (ΔU₂) der Eingangs­ spannung (U_Batt) folgt und
   • e) ein Regelkreis (RK) die Versorgungsspannung (U_out) am Anschluß zur Signalgebereinheit (Sat) der erzeugten Zwischenspannung (U_z) nachführt.