[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch
1. Solche Schaltungsanordnungen werden z.B. in Kraftfahrzeugen verwendet, in denen
unterschiedliche Steuergeräte (z.B. für die Motorsteuerung, die Getriebesteuerung,
die Antiblockier- und die Antischlupfregelung usw.) mit einer ganzen Anzahl von Sensoren
zusammenarbeiten. Ein Sensorsystem mit mehreren externen Sensoren und mit digitaler
Signalverarbeitung für eine Motorsteuerung ist z.B. in dem Fachbuch Walter Heywang,
Sensorik, 3. Auflage, Springer-Verlag, 1988, Seiten 251 bis 253 beschrieben.
[0002] Die externen Sensoren messen oft ratiometrisch, d.h. das Verhältnis von der Meßspannung
zu der Betriebsspannung ist von der Meßgröße abhängig. Dabei stellt das Steuergerät
die Betriebsspannung für den Sensor zur Verfügung. Da das Steuergerät die Sensorspannung
ebenfalls ratiometrisch wandelt - der gewandelte Meßwert entspricht dem Verhältnis
zwischen der Meßspannung und einer Referenzspannung -, sollte die Betriebsspannung
des Sensors identisch sein mit der Referenzspannung des Steuergeräts. Ein denkbares
direktes Herausführen der Referenzspannung aus dem Steuergerät, um den Sensor zu versorgen,
verbietet sich aber wegen der in der Kraftfahrzeugtechnik für alle Ausgänge von Steuergeräten
geforderten Kurzschlußfestigkeit.
[0003] Bei bisher in der Praxis bekannten Sensorsystemen wird jeder Sensor von einem separaten
Spannungsregler gespeist. Die dabei unvermeidliche Differenz zwischen der Referenzspannung
des Steuergeräts und der Versorgungsspannung des Sensors geht als multiplikativer
Fehler in die Sensorspannung und damit in das Meßergebnis ein.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche
eine der Referenzspannung des Steuergeräts entsprechende Spannung kurzschlußfest zum
Versorgen externer Sensoren zur Verfügung stellt.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen
von Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
niedergelegt.
[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
- Figur 1
- ein mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung versehenes Steuergerät als Prinzipschaltbild,
und
- Figur 2
- einen Schaltplan der Schaltungsanordnung nach Figur 1.
[0007] Ein Steuergerät 1 (Figur 1) ist mit einer Betriebsspannungsquelle 2 verbunden, im
vorliegenden Fall die Batterie eines Kraftfahrzeugs. Ein Lastwiderstand in Form eines
Sensors 3 liegt zwischen einem Ausgang 4 der Schaltungsanordnung und einem mit GND
bezeichneten Masseanschluß.
[0008] Eine erste Stromquelle 6 ist mit dem Kollektor eines als Emitterfolger geschalteten
Transistors 7 verbunden. Diese Stromquelle 6 begrenzt gegebenenfalls einen Kurzschlußstrom
über den Sensor 3 nach Masse. Der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des
Transistors 7 wird von einer Diode 8 kompensiert. Die Diode 8 liegt zwischen einer
zweiten Stromquelle 9 und einer Referenzspannungsquelle 10. Die von der Betriebsspannungsquelle
2 gelieferte Betriebsspannung Vbat (vgl. Fig. 2) der Schaltungsanordnung 1 muß größer
als die von der Referenzspannungsquelle 10 gelieferte Referenzspannung (Vref) sein.
Die zweite Stromquelle 9 treibt einen konstanten Strom durch die Diode 8 und verhindert
damit einen Durchgriff der Betriebsspannung auf die Versorgungsspannung für den Sensor
3.
[0009] Die Referenzspannung wird von dem Emitterfolger-Transistor 7 gepuffert dem als Lastwiderstand
wirkenden Sensor 3 zur Verfügung gestellt. Dabei bedeutet "gepuffert", daß der Referenzspannungsquelle
10 kein Strom entnommen wird und daß sie demzufolge durch den Lastwiderstand nicht
belastet wird.
[0010] Weitere Bestandteile des Steuergeräts 1 werden hier nicht beschrieben, da sie zum
einen von der Erfindung nicht berührt werden und zum anderen in vielfältigen Ausführungen
allgemein bekannt und in vielen Druckschriften beschrieben sind.
[0011] Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach Figur 1 sind aus dem Schaltplan nach Figur
2 ersichtlich. Die beschriebene Erzeugung der Versorgungsspannung wird hier mehrfach
genutzt, wobei in dem Ausführungsbeispiel zwei Ausgangsspannungen für zwei externe
Sensoren oder Lastwiderstände RL1 und RL2 erzeugt werden. Zwei Transistoren Q1 und
Q2 entsprechen jeweils der ersten Stromquelle 6 von Figur 1. Ihre Emitter sind über
je einen Widerstand R1 bzw. R2 mit dem Pluspol der Batterie oder Betriebsspannungsquelle
2 verbunden, ihre Basis ist über einen Widerstand R4 bzw. R5 mit dem Verbindungspunkt
eines aus zwei Dioden D1 und D2 sowie einem Widerstand R8 gebildeten Spannungsteilers
verbunden. An diesem Verbindungspunkt liegt auch die Basis eines Transistors Q5, der
der Stromquelle 9 von Figur 1 entspricht und dessen Emitter über einen Widerstand
R3 an dem Pluspol der Batterie liegt.
[0012] Zwei Transistoren Q3 und Q4, die - wie aus der Zeichnung ersichtlich - als Emitterfolger
geschaltet sind, entsprechen dem Transistor 7 von Figur 1. Ihre Basis ist jeweils
über einen Widerstand R7 bzw. R6 an einen weiteren Transistor Q6 angeschlossen, der
durch Verbinden seiner Basis mit seinem Kollektor als Diode geschaltet ist und der
Diode 8 von Figur 1 entspricht. Damit läßt sich eine höhere Genauigkeit der Ausgangsspannung
der Emitterfolger Q3 und Q4 erreichen, da bei Verwendung von Transistoren des gleichen
Typs ihre Basis-Emitter-Spannungen besser übereinstimmen als bei Verwendung einer
normalen Diode.
[0013] Dioden D3 und D4, die zwischen dem Emitter des Transistors Q3 bzw. Q4 und deren jeweiliger
Basis liegen, schützen die Transistoren Q3 und Q4 im Falle eines Kurzschlusses gegen
die Betriebsspannung Vbat vor einer zu großen Emitter-Basis-Spannung. Die mit einem
Lastwiderstand RL1 oder RL2 verbundenen Emitter der Transistoren Q3 bzw. Q4 bilden
jeweils einen Ausgang 4 bzw. 5 der Schaltungsanordnung, an dem jeweils eine mit der
Referenzspannung Vref des Steuergerätes identische Spannung kurzschlußfest als Versorgungs-
oder Betriebsspannung für die Sensoren 3 zur Verfügung gestellt wird.
1. Schaltungsanordnung zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von
Sensoren (3) in einem Kraftfahrzeug, mit einer für ihren Betrieb erforderlichen konstanten
Spannung,
dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Referenzspannungsquelle (10) und einen als Emitterfolger geschalteten
Transistor (7) aufweist, durch den an einem Ausgang(4) die Referenzspannung (VREF)
gepuffert als Versorgungsspannung für den Verbraucher zur Verfügung gestellt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine den Transistor
(7) speisende erste Stromquelle (6) aufweist, durch die ein Kurzschlußstrom durch
den Transistor begrenzt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Diode (8)
aufweist, durch die der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors
(7) kompensiert wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Stromquelle
(9) aufweist, die einen konstanten Strom durch die Diode (8) treibt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen als Diode
geschalteten Transistor (Q6) enthält.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors
(Q3, Q4) mit seiner Basis über eine Diode (D3, D4) verbunden ist, durch die bei einem
Kurzschluß gegen die Betriebsspannung die Emitter-Basis-Spannung begrenzt wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Ausgänge
(4, 5 ) aufweist, an denen voneinander unabhängige Ausgangsspannungen abgegeben werden.