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Die
Erfindung betrifft einen als Festspannungsregler ausgebildeten Schaltregler
(1) mit einem Spannungsteiler (40), dem ein am
Reglerausgang (2) anliegendes Spannungssignal über einen
ersten Anschluss (V) zuführbar
ist, um einer Treiberschaltung (35, 31) ein Ausgangssignal
des Spannungsteilers (40) als Regelgröße zuzuführen, das mit einer Referenzspannung
(Vref) bewertet wird.
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Schaltregler
werden z.B. im Automobilbereich zum Ansteuern und Auslösen eines
Personenschutzsystems, wie einem Airbag, eingesetzt. Sie sind häufig in
Form einer mit einem Gehäuse
versehenen integrierten Schaltung als so genannter ASIC (Application
Specific Integrated Circuit) ausgebildet, wobei in der Regel zumindest
die Energiespeicherelemente des Schaltreglers aus Kostengründen als externe
Bauelemente ausgeführt
sind. Die Energiespeicherelemente und der ASIC werden beispielsweise
zur Herstellung der erforderlichen elektrischen Verbindungen auf
einer entsprechend ausgestalteten Leiterplatte angeordnet. Bei Schaltregler
kann es sich sowohl um einen als Aufwärts- als auch einen Abwärtswandler
handeln.
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Der
Aufbau eines gattungsgemäßen Schaltreglers 1 wird
nachfolgend anhand der 1 beschrieben.
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Der
in der Figur dargestellte Schaltregler 1 weist eine Schaltungsanordnung 30,
deren Bauteile in einer integrierten Schaltung – dem oben genannten ASIC – angeordnet
sind und mit externen Bauelementen des Schaltreglers 1 verbunden
sind (Bezugszeichen 10). Der Schaltregler 1 ist
als Abwärtswandler
ausgebildet und weist eine zwischen einem Knoten 3 und
einem Bezugspotential verschaltete Diode 11 auf. Die Diode 11 könnte entgegen
der zeichnerischen Darstellung auch als integriertes Bauelement
in dem ASIC ausgebildet sein. Zwischen ei nem Reglerausgang 2 und
dem Bezugspotential ist ein Ladungsspeicher 13 verschalten.
Eine Spule 12 ist seriell zwischen den Knoten 3 und
den Reglerausgang 2 geschalten.
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Der
Knoten 3 ist mit einem Ausgangsanschluss Sout der Schaltungsanordnung 30 verbunden.
Zwischen dem Ausgangsanschluss Sout und einem Versorgungspotentialanschluss
Vin ist ein Ausgangstreiber 31 der Schaltungsanordnung
geschalten, bei dem es sich im einfachsten Fall um einen steuerbaren
Halbleiterschalter handelt. Der Ausgangstreiber 31 wird
von einer Operationsverstärkerschaltung 35 angesteuert,
die eingangsseitig an einem Eingang 37 mit einem Referenzsignal
und einem Eingang 38 mit einem Regelsignal beaufschlagt wird.
Das Regelsignal wird aus der am Reglerausgang 2 anliegenden
Spannung gewonnen und der Schaltungsanordnung 30 über einen
mit einem ersten Anschluss V verbundenen internen Spannungsteiler 40 zugeführt. Zu
diesem Zweck ist ein Mittelabgriff 43 des aus zwei seriell
verschalteten Widerständen 41, 42 bestehenden
Spannungsteilers mit dem Eingang 38 verbunden.
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Aufgrund
des fest eingestellten und nicht änderbaren Spannungsverhältnisses
an dem Spannungsteiler ist eine Schaltungsanordnung geschaffen,
die am Reglerausgang 2 die Abgabe lediglich einer Nennspannung
ermöglicht.
Da unterschiedliche mit dem Reglerausgang 2 verbindbare
Verbraucher mit unterschiedlichen Nennspannungen arbeiten, ist in
der Schaltungsanordnung 30 eine Möglichkeit vorgesehen, die es
erlaubt, am Reglerausgang eine andere, frei einstellbare Nennspannung
zu erhalten.
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Zu
diesem Zweck weist die Schaltungsanordnung 30 einen zweiten
Anschluss FB auf, der mit einem weiteren, externen Spannungsteiler 20 verbunden
werden kann. Der Spannungsteiler 20 ist zwischen dem Reglerausgang 2 und
dem Bezugspotentialanschluss verschalten. Dabei ist der zweite Anschluss
FB mit dem Mittelangriff 23 des beispielhaft aus zwei seriell
ver schalteten Widerständen 21, 22 bestehenden
Spannungsteilers 20 verbunden.
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Durch
das zusätzliche
Vorsehen eines Umschaltmittels 47 kann bei Anlegen eines
Signals an einen Anschluss SEL wahlweise der interne Spannungsteiler 40 oder
der externe Spannungsteiler 20 mit der Operationsverstärkerschaltung 35 verbunden werden.
Das Umschaltmittel 47 weist zu diesem Zweck zwei Schaltelemente 44, 45 auf,
die mit ihrem einen Anschluss jeweils mit dem Eingang 38 der Operationsverstärkerschaltung 35 und
mit ihrem anderen Eingang jeweils mit dem Mittelabgriff 43 bzw. 23 des
internen bzw. externen Spannungsteilers 40 bzw. 20 verbunden
sind. Die Steuerung der Schalter erfolgt durch Anlegen eines Signals
an den Anschluss SEL, wobei dem Schaltelement 45 ein zu dem
am Anschluss SEL anliegenden Signal invertiertes Signal (Inverter 46)
zugeführt
wird.
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Die
Schaltungsanordnung 30 weist darüber hinaus eine Spannungsüberwachungsschaltung 39 auf,
welche zwischen dem Anschluss V und dem Steuereingang 32 des
Ausgangstreibers 31 verschalten ist. Die Spannungsüberwachungsschaltung 39 überwacht
die am Reglerausgang 2 anliegende Spannung und schaltet
den Ausgangstreiber bei einer zu hohen Reglerausgangsspannung ab,
um damit eine Fehlfunktion des mit dem Reglerausgang verbundenen
Verbrauchers zu verhindern. Die Spannungsüberwachungsschaltung 39 weist
zu diesem Zweck eine Komparatorschaltung auf, wobei dem Komparator
einerseits die Reglerausgangsspannung und andererseits eine Referenzspannung
Vref zugeführt
werden.
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Wie
eingangs bereits erwähnt,
liegt die Schaltungsanordnung 30 als ASIC in Form einer
in einem Gehäuse
angeordneten integrierten Schaltung vor. Bei der Verbindung des
Bausteines mit einer Leiterplatte können dabei auch fehlerhafte
Verbindungen auftreten, so dass die korrekte Funktion des Schaltreglers 1 nicht
sicher gestellt ist.
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Wird
der erste Anschluss V aufgrund einer fehlerhaften Verbindung nicht
mit der am Reglerausgang 2 anliegenden Spannung beaufschlagt,
so kann die mit dem internen Spannungsteiler 40 gebildete Regelschleife
nicht arbeiten. Als Ist-Wert würde
am Eingang 38 der Operationsverstärkerschaltung eine Spannung
von 0 Volt anliegen, so dass die Operationsverstärkerschaltung 35 den
Ausgangstreiber 31 derart ansteuert, dass dieser am Reglerausgang 2 eine
immer höhere
Spannung erzeugt. Da die Spannungsüberwachungsschaltung 39 als
Eingangssignal ebenfalls die am Reglerausgang 2 anliegende Spannung
benötigt,
kann diese aufgrund der fehlerhaften Verbindung den Spannungsanstieg
ebenfalls nicht verhindern, wodurch es zu der oben beschriebenen
Fehlfunktion des Verbrauchers kommen kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen
Schaltregler der oben beschriebenen Art anzugeben, welcher eine
Fehlfunktion des Schaltreglers mit nicht vorhersehbaren Auswirkungen
auf einen an diesen angeschlossenen Verbraucher zuverlässig verhindert.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Schaltregler mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß weist
der Schaltregler ein Überwachungsmittel
auf, das die Treiberschaltung in Abhängigkeit des am ersten Anschluss
anliegenden Spannungssignals mit einem über der Referenzspannung liegenden
Spannungssignal als neue Regelgröße beaufschlagt.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Überwachungsmittel in der Lage
ist, die Treiberschaltung unter Umgehung des internen Spannungsteilers
mit einem geänderten
Regelsignal zu beaufschlagen, welches aufgrund seines Spannungswertes
unmittelbar zu einem Abschalten des Reglers führt. Dadurch ist zwar die Funktion
des an den Schaltregler angeschlossenen Verbrauchers nicht mehr
gewährleistet.
Die nicht mehr zur Verfügung
stehende Funktion kann einem Verbraucher signalisiert werden. Ein
unkontrolliertes Verhal ten des Verbrauchers, z.B. ein unbeabsichtigtes
Auslösen
eines Airbags ist jedoch zuverlässig
verhindert.
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Die
gewünschte
Funktionalität
lässt sich
besonders einfach dadurch realisieren, dass der Treiberschaltung
als neue Regelgröße direkt
das am Reglerausgang anliegende Spannungssignal zugeführt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist ein steuerbares Umschaltmittel vorgesehen,
welches dazu eingerichtet ist, der Treiberschaltung wahlweise das
Ausgangssignal des internen Spannungsteilers oder ein an einem zweiten
Anschluss der Schaltungsanordnung liegendes Signal zuführen kann. Der
zweite Anschluss ist gemäß der bevorzugten Ausgestaltung
unmittelbar mit dem Reglerausgang verbunden, um im Falle einer Unterbrechung
an dem ersten Anschluss der Treiberschaltung das am Reglerausgang
anliegende Signal zuführen
zu können.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Überwachungsmittel
ein Vergleichsmittel auf, dem die am ersten und zweiten Anschluss
anliegenden Spannungen als Eingangsgrößen zuführbar sind. Bei dem Überwachungsmittel
kann es sich im einfachsten Fall um eine Komparatorschaltung handeln.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Ausgangssignal des Vergleichsmittels
als Steuersignal für
das Umschaltmittel verwendet wird. Hierdurch wird ein automatisches
Umschalten im Falle einer Spannungsunterbrechung an dem ersten Anschluss bewirkt.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, wenn das Umschaltmittel durch ein von dem
am Reglerausgang anliegenden Signal unabhängiges Signal steuerbar ist,
so dass der Treiberschaltung ein an dem zweiten Anschluss der Schaltungsanordnung
anliegendes Signal zuführbar
ist. Dies ermöglicht
es in vorteilhafter Weise, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
einem externen Spannungsteiler zu beaufschlagen, um hinsichtlich
der am Regler ausgang einzustellenden Nennspannung flexibler auf
Anforderungen reagieren zu können.
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Dabei
ist es bevorzugt, wenn die Überwachungsschaltung
ein logisches Gatter aufweist, welches das von dem Vergleichsmittel
gelieferte Ausgangssignal und das Steuersignal miteinander verknüpft.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Treiberschaltung
eine Operationsverstärkerschaltung
und einen Ausgangstreiber zum Ansteuern eines Abwärtswandlers
auf, wobei zwischen deren Knotenpunkt und dem ersten Anschluss eine Spannungsüberwachungsschaltung
geschalten ist.
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Die
Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand der Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
aus dem Stand der Technik bekannter und einleitend bereits beschriebener
Schaltregler, und
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2 ein
erfindungsgemäß ausgebildeter Schaltregler.
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In
den Figuren sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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2 zeigt
die gegenüber
dem Stand der Technik modifizierte Schaltungsanordnung 30 eines erfindungsgemäßen Schaltreglers 1.
Die Funktionsweise und der Aufbau des Schaltreglers 1 und
insbesondere der Schaltungsanordnung 30 entsprechen der
im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Ausgestaltung
aus dem Stand der Technik. Auf eine nochmalige detaillierte Beschreibung
und Erklärung der
Funktionsweise wird deshalb an dieser Stelle verzichtet.
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Zusätzlich zu
den auch in der gattungsgemäßen Schaltungsanordnung
vorhandenen Bestandteilen weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 30 ein Überwachungsmittel 50 auf.
Dieses ist mit ihrem Ausgang 54 mit dem Umschaltmittel 47 verbunden.
Das Überwachungsmittel 50 weist
zwei Eingänge 52, 53 auf,
von denen der Eingang 52 mit dem ersten Anschluss V und
der zweite Eingang 53 mit dem zweiten Anschluss FB verbunden
ist. Der zweite Anschluss FB weist eine direkte Verbindung mit dem Reglerausgang 2 des
Schaltreglers 1 auf. Der weiterhin vorhandene Anschluss
SEL, der auch bei der gattungsgemäßen Schaltungsanordnung in 1 vorhanden
ist, ist bei der Erfindung mit dem Überwachungsmittel 50 verbunden.
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Das Überwachungsmittel 50 weist
ein Vergleichsmittel 51 auf, dem die an den Eingängen 52, 53 anliegenden
Signale zugeführt
werden. Bei dem Vergleichsmittel 51 handelt es sich im
einfachsten Fall um eine Komparatorschaltung. Es kann hierbei ein
Fensterkomparator oder ein Stromspiegel mit einer in Reihe verschalteten
MOS-Diode verwendet werden. Aufgabe des Vergleichsmittels 51 ist
es, zu überprüfen, ob
an dem zweiten Anschluss FB eine höhere Spannung als an dem ersten
Anschluss V anliegt. Bei Detektion dieser Situation deutet dies
auf eine Unterbrechung in der über
den ersten Anschluss V verlaufenden Regelschleife hin. Die erste
Regelschleife wird durch den mit der am Reglerausgang 2 anliegenden
Spannung beaufschlagten internen Spannungsteiler 40 gebildet.
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Der
Schalter 45 des Umschaltmittels 47 ist im normalen
Betrieb geschlossen, so dass die Regelschleife durch den internen
Spannungsleiter gebildet wird. Die Detektion einer Spannungsunterbrechung am
ersten Eingang V führt
zu einem Ausgangssignal des Vergleichsmittels 51, das einem
ODER-Gatter 55 zugeführt
wird. Das ODER-Gatter 55 ist ausgangsseitig (Ausgang 58)
mit dem Ausgang 54 des Überwachungsmittels
verbunden. Ein an dem Ausgang 54 anliegendes Signal führt dazu,
dass das Umschaltmittel 47 eine Umschaltung von der unterbrochenen internen
Regelschleife (über
den ersten Anschluss V) auf eine weitere Regelschleife bewirkt,
die über
den zweiten Anschluss FB erfolgt. Mit anderen Worten wird der Schalter 44 des
Umschaltmittels 47 geschlossen, während der Schalter 45 des
Umschaltmittels 47 geöffnet
wird. Hierdurch kann das an dem zweiten Anschluss FB anliegende
Spannungssignal des Reglerausgangs 2 unmittelbar dem Eingang 38 der
Operationsverstärkerschaltung 35 als
neue Regelgröße zugeführt werden.
Hierdurch kann ein unkontrolliertes Auf regeln der Operationsverstärkerschaltung 35 und
damit ein kontinuierlicher Spannungsanstieg am Reglerausgang 2 verhindert
werden, wobei der Eingang 38 der Operationsverstärkerschaltung 35 mit
einem definierten Eingangssignal, nämlich der Spannung am Reglerausgang 2,
beaufschlagt wird. Da dieses Spannungssignal größer als die der Operationsverstärkerschaltung 35 zugeführte Referenzspannung
Vref ist, wird ein unmittelbares Abschalten des Schaltreglers bewirkt.
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Es
ist auch weiterhin möglich,
die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 30,
in der in 1 beschriebenen Weise, mit einem
externen Spannungsteiler zu betreiben. Die Verschaltung des externen
Spannungsteilers erfolgt in der in 1 gezeigten
Weise, so dass dessen Mittelabgriff mit dem zweiten Anschluss verbunden
ist. Durch Anlegen eines Steuersignals an den Anschluss SEL wird
das Umschaltmittel 47 dazu veranlasst, den internen Regelkreis über den
internen Spannungsteiler 40 durch Öffnen des Schalters 45 zu
deaktivieren und den externen Regelkreis mit dem externen Spannungsteiler durch
Schließen
des Schalters 44 zu aktivieren.
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Der
zweite Anschluss FB wird somit zum Anschluss eines redundanten Feedback-Signals
verwendet, wobei durch den Vergleich der Spannungen an dem ersten
Anschluss V und dem zweiten Anschluss FB ein Kriterium geschaffen
wird, welches eine Unterbrechung der internen Regelschleife, in der
Regel ein Pinabriss bei der Verbindung des ASIC mit einer Leiterplatte,
bestimmt. Bei Detektion eines solchen Pinabrisses wird der Operationsverstärkerschaltung
die Ausgangsspannung des Reglerausgangs zugeführt, wodurch eine verhältnismäßig hohe Spannung
an diesem anliegt und sich der Regler selbst abschaltet.
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Dies
könnte
einem Nutzer beispielsweise durch eine Kontrollleuchte signalisiert
werden.
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Ein
Pinabriss an dem ersten Anschluss V bei Benutzung eines externen
Teilers oder der redundanten Regelschleife stellt kein Problem dar,
da die Operationsverstärkerschaltung über eine
am zweiten Anschluss FB anliegende Spannung versorgt wird, wodurch
eine korrekte Regelung möglich
ist.
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Die
in dem Überwachungsmittel
eingesetzte Komparatorschaltung kann beispielsweise durch einen
Dioden-Threshold als Sensor ausgebildet werden.