DE19707422C1

DE19707422C1 - Switching circuit for generation of DC supply voltage, for sensor unit in motor vehicle

Info

Publication number: DE19707422C1
Application number: DE1997107422
Authority: DE
Inventors: Guenter Fendt; Norbert Mueller
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2017-02-26

Abstract

The output voltage Uz is generated based upon a variable input voltage Ubatt. After an initial period the voltage is held at a constant value Unenn until a specific voltage reduction has been obtained (U2 relative to the input voltage. The voltage control is provided by a regulating stage coupled to a switching circuit

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungs gleichspannung für eine Signalgebereinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for generating a supply DC voltage for a signal generator unit according to the preamble of Claim 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.The supply voltage is a non-constant input DC voltage, for example a battery, won and for the Signaling unit provided. The signal transmission from the signal The transmitter unit for an evaluation circuit is carried out by the supplier voltage imposed current pulses for the signaling unit required DC supply voltage is preferably set to one kept constant nominal amount, which is a safe signal transmission and signal recognition guaranteed and also for the signal downstream circuit elements, for example sensors, is required.

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.A preferred area of application for such methods is the coupling of decentralized sensor systems with central control electronics in force vehicles where the outsourced sensors and associated signal encoder units no longer directly from the vehicle electrical system voltage, but instead indirectly supplied by the central control unit using a current interface will. The changes in current are made by the central control unit the power supply line to the outsourced signaling unit rated.

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. Because of the ohmic and capacitive components of the sensor and signal encoder unit as well as the electrical lines, each voltage affects change in the central control unit as a current change that the imposed current impulses. The signal evaluation is therefore special susceptible to supply voltage fluctuations.

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.The prior art also includes various methods and Circuit arrangements for power supply known in a certain voltage range of the input voltage the output keep voltage constant. However, if the DC input voltage fluctuates, as for example with battery voltage cannot be excluded, in a large one Range, so the limits of conventional supply voltage Circuits exceeded and there are often undefined current and Voltage conditions on the signal generator units. However, since an error-free evaluation as possible under these unfavorable conditions which is required in the form of current pulses it is the object of this invention to describe the methods for generating a ver DC voltage to evolve such that these disadvantages no longer occur.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the features of patent claim 1.

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.There will be several depending on the input DC voltage Intervals an intermediate voltage is provided, which is via a control loop the supply voltage at the connection to the signal generator unit generated intermediate voltage without retroactive effects. In doing so preferably three contiguous input voltage intervals below divorced. In a first voltage interval, the intermediate voltage the input DC voltage is reduced by a constant first amount tracked, which ensures an emergency operation of the signaling unit and also the evaluation circuit which, if reduced, Can evaluate signals of the signal generator unit. In one itself Closing second voltage interval is the intermediate voltage provided a constant nominal amount. That is, there is one Voltage compensation for the normal operating state. However, if the Input voltage exceeds this second voltage interval generates an intermediate voltage, which is reduced by a second constant amount of the input voltage follows. The inventive solution guarantees even outside the compen which is in normal operation defined voltage range on the signaling unit and thus the best possible maintenance of the operation of the units for example in the event of supply voltage fluctuations.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. The invention is described below using exemplary embodiments and Figures explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1: Die Versorgungsspannung in Abhängigkeit der anliegenden Eingangsgleichspannung, Fig. 1: The supply voltage depending on the applied DC input voltage,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Verfahrens. Fig. 2 is a block diagram of the method.

Fig. 3 Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Signalgebereinheit und der zugeordneten Auswerteeinheit. Fig. 3 Use of the inventive method for controlling a signal generator unit and the associated evaluation unit.

Fig. 4a Stromimpulse der Signalgebereinheit Fig. 4a current pulses of the signal generator unit

Fig. 4b Spannung an der Signalgebereinheit Fig. 4b voltage on the signal generator unit

Fig. 4c Ausgangspegel der Auswerteschaltung Fig. 4c output level of the evaluation circuit

Fig. 4d Basisstrom des Längstransistors im Regelkreis Fig. 4d base current of the series transistor in the control loop

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. 1 shows the three voltage _intervals I ₁ , I ₂ , I ₃ , the input _DC voltage U _batt and the associated supply voltage U _{out on the} output side. As can be seen in the first interval I ₁ , the supply voltage of the input _DC voltage U _batt is tracked reduced by a constant first amount ΔU ₁ in this area. In the interval _I2, the normal mode, the supply voltage U _out is maintained at the desired nominal voltage _Unom. However, if the input voltage U _{batt exceeds} this second voltage _interval I ₂ , an output voltage U _{out is} generated in the voltage _interval I ₃ , which follows the input voltage U _batt reduced by a second constant amount ΔU ₂ .

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. Fig. 2, a block diagram shows a circuit arrangement for implementing the method. The input _DC voltage U _batt can fluctuate beyond the limits of the interval I1, for example in the case of a battery due to temperature influences or other load elements. As outlined, the function block 1 first generates the intermediate voltage U _z from the input DC voltage, while the function block 2 contains the control loop. The control circuit in function block 2 tracks the voltage U _out at the connection to the signal generator unit (Sat) of the intermediate voltage U _z generated by function block 1 .

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.The current pulses Δ _I generated by the signal generator unit satellite do not lead _out to fluctuations in the applied supply voltage U, since the intermediate loop in function block 2 immediately compensates for this, and is without effect on the function block. 1

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_Kals 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. Fig. 3 shows a use of the inventive method for power supply of a satellite signal transmitter unit, which is controlled via a control circuit RK. The control loop compares the voltage U _out with the voltage U _z applied to the control loop RK on the input side. The signal transmitter unit Sat has a closed-circuit current path I _R and a signal current path I _signal . On the input side, an evaluation circuit I _{mess is} arranged between the control circuit RK and the recompensated input of the circuit according to the invention, which has a current mirror, formed from the transistors T ₂ and T ₃ , and the resistors RM ₁ and RM ₂ and a constant current source from the signal generator unit Sat sent signal current I _sat evaluates by a comparator K ₂ compares the voltage drops across the resistors RM ₁ and RM ₂ and passes the output signal for further processing, for example to a microprocessor. The control circuit RK is formed from a comparator K ₁ , at the output of which there is the resistor R _K and the transistor T _K , the transistor T _{K being connected} as a series transistor with the base to the comparator K ₁ and with the emitter to the signaling unit Sat. The intermediate voltage U _z generated by the circuit arrangement is compared in the comparator K ₁ with U _out and U _{out is readjusted} accordingly.

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_messgeleitet 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. The current pulses I _signal , which are considerable in this exemplary embodiment, for example in the amount of 40 mA, for signal transmission actually do not act on the circuit arrangement generating supply voltage, decoupled by the control circuit RK. The current pulses are routed through the transistor TK to the current-measuring evaluation circuit I _mess and are recognized there without being influenced. The voltage across the evaluation circuit I _mess is the difference between the voltage U _Batt and the voltage U _out at the signal generator unit Sat and the voltage drops across the transistor TK. The functioning of the evaluation circuit I _mess is thus ensured by the circuit arrangement, even if the input voltage U _batt strongly deviates from the desired nominal voltage _Unom.

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). FIG. 4 shows the functional profiles of characteristic quantities in the circuit arrangement shown in FIG. 3. 4a shows as Fig., The current pulses I _signal plus the constant quiescent current I _r. Diagram 4b shows the voltage U _out on the signal generator unit Sat. The voltage U _out has extremely short excursions in the edge moments of the signal current I _signal , but is immediately returned to the set operating point by the control loop by the base current responding in the control loop (cf. Fig. 4d). The signal arrives unadulterated at the output S of the evaluation circuit I _mess (cf. FIG. 4c).

Claims

For generating a DC supply voltage (U _out) for a signal generator unit (Sat) at which the supply voltage obtained (U _out) from a non-constant input DC voltage (U _Batt) and for the switch unit (Sat), preferably with a constant nominal value (U _nom) Method is provided, the signal transmitter unit (Sat) transmitting current pulses (I _signal ) impressed by the supply voltage (U _out ) signals to an evaluation circuit (I _mess ), wherein

a) an intermediate voltage (U _z ) depending on the input DC voltage (U _Batt ) is preferably provided in three connected input voltage intervals (I ₁ , I ₂ , I ₃ ) differently such that
b) the input _DC voltage (U _Batt ) is transmitted in a first voltage interval reduced by a constant first amount (ΔU ₁ ),
c) _call in a subsequent second voltage interval (I _2), the intermediate voltage (U _z) with a constant nominal value (U) is provided, and,
d) if the input voltage (U _Batt ) exceeds this second voltage interval (I ₂ ), an intermediate voltage (U _z ) is generated, which is reduced by a second constant amount (ΔU ₂ ) of the input voltage (U _Batt ) and
e) a control circuit (RK) tracks the supply voltage (U _out ) at the connection to the signaling unit (Sat) of the generated intermediate voltage (U _z ).