DE102005037872A1

DE102005037872A1 - Voltage regulator arrangement for motor vehicle, has capacitor alternatively establishing and disconnecting connection with output terminal of voltage regulator, such that charging condition of capacitor is determined by control signal

Info

Publication number: DE102005037872A1
Application number: DE200510037872
Authority: DE
Inventors: Patrick Komaromi
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-15

Abstract

The arrangement (1) has a voltage regulator (4) comprising an input terminal (7) and an output terminal (71). Input-sided and output-sided devices (8, 81) control a connection between the input terminal and supply connections (5, 6) and a connection between the output terminal and a capacitor (11), respectively by using a control signal (VS). The capacitor is provided for supplying back current to a load arrangement (13). The capacitor alternatively establishes and disconnects the connection with the output terminal, such that the charging condition of the capacitor is predetermined by the signal.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Schaltungsanordnung mit einem Spannungsregler mit einer niedrigen Ruhestromaufnahme.The The invention relates to a circuit arrangement, in particular a circuit arrangement with a voltage regulator with a low quiescent current consumption.

Der Betrieb von elektronischen Schaltungen erfordert in der Regel eine Gleichspannung, deren Spannungswert innerhalb enger Grenzen stabil sein muss. Um eine stabilisierte Gleichspannung zu erzeugen, werden üblicherweise Spannungsregler verwendet. Für Spannungsregler, die in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, ist neben der Stabilisierung der Gleichspannung die Leistungsaufnahme von entscheidender Bedeutung. In der Kfz-Technik wächst ständig die Anzahl von elektronischen Schaltungen. Davon muss eine immer größer werdende Anzahl auch bei Stillstand des Fahrzeugs mit Energie versorgt werden, da diese Schaltungen ständig in Betreib sein müssen und daher in einem so genannten Stand-by-Modus betrieben werden. Damit kommt der Leistungsaufnahme, die ein Spannungsregler im Ruhezustand bei abgestelltem Motor aufnimmt, eine wachsende Bedeutung zu.Of the Operation of electronic circuits usually requires a DC voltage whose voltage value is stable within narrow limits have to be. In order to produce a stabilized DC voltage, are usually Voltage regulator used. For Voltage regulators that are used in a motor vehicle is In addition to the stabilization of the DC voltage, the power consumption crucial. In the automotive industry is constantly growing Number of electronic circuits. Of it must be an ever-increasing Number can be powered even when the vehicle is at a standstill, because these circuits are constantly must be in operation and therefore operate in a so-called stand-by mode. This is the power consumption, which is a voltage regulator at rest With the engine off, increasing importance.

Um eine geringe Ruhestromaufnahme bei einem Spannungsregler in einem KfZ zu erreichen, wird in der nachveröffentlichten DE 102004038337 vorgeschlagen, den Spannungsregler intermittierend zu betreiben. Durch eine primärseitig angeordnete Schaltvorrichtung wird der Spannungsregler abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Immer dann, wenn der Spannungsregler mit dem Bordnetz verbunden ist, wird ein ausgangsseitig vorgesehener Kondensator geladen. Wenn der Spannungsregler vom Bordnetz getrennt ist, wird die Last aus der im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie versorgt. Dadurch ist es möglich, die vom Spannungsregler im Ruhezustand der Autobatterie entnommene Energie zu senken.In order to achieve a low quiescent current consumption in a voltage regulator in a motor vehicle, is in the post-published DE 102004038337 proposed to operate the voltage regulator intermittently. By a switching device arranged on the primary side of the voltage regulator is alternately switched on and off. Whenever the voltage regulator is connected to the electrical system, a capacitor provided on the output side is charged. If the voltage regulator is disconnected from the vehicle electrical system, the load is supplied from the electrical energy stored in the capacitor. This makes it possible to reduce the energy taken from the voltage regulator in the idle state of the car battery.

In Anbetracht der Zunahme von elektronischen Schaltungen, die auch bei Stillstand des Kraftfahrzeuges betriebsbereit sein müssen, ist es wünschenswert, die Energieaufnahme weiter zu senken.In Considering the increase of electronic circuits, too must be operational when the motor vehicle is at a standstill it desirable to further reduce the energy intake.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungsregleranordnung anzugeben, welche bei Aufrechterhaltung einer stabilisierten Ausgangsspannung einen möglichst geringen Ruhestrombedarf und damit eine möglichst geringe Leistungsaufnahme aufweist.It It is an object of the present invention to provide a voltage regulator arrangement specify which while maintaining a stabilized output voltage one possible low power consumption and thus the lowest possible power consumption having.

Diese Aufgabe wird. durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.These Task becomes. solved by the features of claim 1. advantageous Embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei einem Spannungsregler, der nur primärseitig abgeschaltet ist, ein Teil der im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie wieder zurück in den Spannungsregler fließt. Diese Energie steht nicht mehr zur Versorgung der Last am Ausgang zur Verfügung. Erfindungsgemäß lässt sich die Ruheenergieaufnahme weiter senken, wenn neben der eingangsseitigen Taktung, auch eine ausgangsseitige Taktung durchgeführt wird.Of the Invention is based on the finding that in the case of a voltage regulator, the only primary side is switched off, a part of the stored in the capacitor electrical Energy back again flows into the voltage regulator. This energy is no longer available to supply the load at the output to disposal. According to the invention can be to further reduce the quiescent energy intake, if next to the input side Clocking, also an output-side clocking is performed.

Die erfindungsgemäße Spannungsregleranordnung umfasst daher einen Spannungsregler, der einen eingangsseitigen Anschluss und einen ausgangsseitigen Anschluss aufweist. Durch eine Einrichtung, die von einem Steuersignal gesteuert ist, werden die Verbindungen, welche den eingangsseitigen Anschluss mit einem Versorgungsanschluss und den ausgangsseitigen Anschluss mit einem Energiespeicher, der ausgangsseitig zur Versorgung der Last vorgesehen ist, verbinden, abwechselnd ein- und ausgeschaltet, das heißt abwechselnd hergestellt und wieder getrennt. Das Steuersignal, das den Takt beim Ein -und Ausschalten vorgibt, ist dabei entweder zeitgesteuert oder vom Ladungszustand des Energiespeichers abhängig.The Voltage regulator arrangement according to the invention therefore includes a voltage regulator having an input side Having connection and an output-side connection. By a Device controlled by a control signal will be the Connections, which the input-side connection with a supply connection and the output side terminal with an energy storage, the provided on the output side for supplying the load, connect, alternately turned on and off, that is alternately manufactured and separated again. The control signal that switches the clock on and off pretends is either time-controlled or the state of charge of energy storage dependent.

Gemäß der Erfindung ist im abgeschalteten Zustand der Spannungsregler nicht nur eingangsseitig vom Versorgungsanschluss sondern auch ausgangsseitig vom Energiespeicher entkoppelt. Im ausgeschalteten Zustand ist damit der Rückstrom von Energie aus dem Energiespeicher zurück in den Spannungsregler unterbunden. Dadurch braucht im eingeschalteten Zustand weniger Energie zur Aufrechterhaltung des Ladungszustands des Energiespeichers nachgeschoben werden. Dementsprechend ist die am Versorgungseingang zugeführte Energie, d.h. die Ruhestromaufnahme, geringer. Wird die erfindungsgemäße Spannungsregleranordnung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so wird die Autobatterie weniger belastet.According to the invention is in the off state of the voltage regulator not only on the input side from the supply connection but also on the output side of the energy storage decoupled. When switched off, this is the return current of energy from the energy store back into the voltage regulator prevented. This requires less energy to maintain in the on state the charge state of the energy storage are nachgeschoben. Accordingly is the energy supplied to the supply input, i. the quiescent current recording, lower. If the voltage regulator arrangement according to the invention in used in a motor vehicle, the car battery is less loaded.

In einer hinsichtlich des schaltungstechnischen Aufwandes bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einrichtung einen ersten steuerbaren Schalter, der zwischen dem Eingangsanschluss und dem Versorgungsanschluss geschaltet ist, und einen zweiten steuerbaren Schalter, der zwischen dem Ausgangsanschluss und einem Anschluss des Energiespeichers geschaltet ist, aufweist und der Schaltzustand der Schalter durch das Steuersignal vorgegeben ist. Die Schalter sind bevorzugt als Halbleiterschalter, insbesondere als MOS-Feldeffekttransistor ausgebildet.In one embodiment, which is preferred in terms of circuitry complexity, it is provided that the device has a first controllable switch, which is connected between the input terminal and the supply terminal, and a second controllable switch, which is connected between the output terminal and a terminal of the energy store, and the Switching state of the switch is predetermined by the control signal. The switches are preferred as a semiconductor switch, in particular as a MOS field effect transistor.

Es kann von Vorteil sein, wenn zur Erzeugung des Steuersignals eine Zeitsteuereinrichtung vorgesehen ist, die nach einer ersten vorgegebenen Zeitspanne den Pegel des Steuersignals auf einen ersten Pegel zum Einschalten des Spannungsreglers und die nach einer zweiten vorgegebenen Zeitspanne den Pegel des Steuersignals auf einen zweiten Pegel zum Ausschalten des Spannungsreglers setzt.It may be advantageous if for generating the control signal a Timing device is provided, which after a first predetermined period of time the level of the control signal to a first level to turn on of the voltage regulator and after a second predetermined period of time the level of the control signal to a second level to turn off of the voltage regulator sets.

Eine vorteilhafte bedarfsgerechte Spannungsversorgung lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass eine Messeinrichtung zum Messen des Ladezustandes des Energiespeichers und eine mit der Messeinrichtung verbundene Ladungssteuereinrichtung vorgesehen ist, welche für den Fall, dass der gemessene Ladezustand einen ersten Schwellwert unterschreitet, das Steuersignal auf einen ersten Pegel zum Einschalten des Spannungsreglers und zum Aufladen des Energiespeichers setzt, und für den Fall, dass der gemessene Ladezustand einen zweiten Schwellwert überschreitet, den Ladevorgang beendet, indem sie das Steuersignal auf einen zweiten Pegel zum Ausschalten des Spannungsreglers setzt.A advantageous needs-based power supply can be in particular achieve that a measuring device for measuring the State of charge of the energy storage and one with the measuring device connected charge control device is provided, which in case the measured charge state falls below a first threshold value, the control signal to a first level to turn on the voltage regulator and for charging the energy storage sets, and in the event that the measured Charging state exceeds a second threshold, stops charging, by turning the control signal to a second level to turn it off of the voltage regulator sets.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, woraus weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:to further explanation The invention will be described in the following part of the description of the drawings Reference, from which further advantageous embodiments, details and advantages of the invention are apparent. Show it:

1 ein Blockschaltbild eines ersten allgemeinen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannungsregleranordnung; 1 a block diagram of a first general embodiment of the voltage regulator arrangement according to the invention;

2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannungsregleranordnung; 2 a circuit diagram of a second embodiment of the voltage regulator arrangement according to the invention;

3 ein Schaltbild eines dritten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannungsregleranordnung in welchem eine erste und zweite Variante zur Erzeugung des Steuersignals dargestellt ist; 3 a circuit diagram of a third, particularly preferred embodiment of the voltage regulator arrangement according to the invention in which a first and second variant for generating the control signal is shown;

4 ein Diagramm das schematisch den zeitlichen Verlauf eines ersten Steuersignals zeigt; 4 a diagram showing schematically the time course of a first control signal;

5 ein Diagramm das schematisch den zeitlichen Verlauf eines zweiten Steuersignals zeigt; 5 a diagram showing schematically the time course of a second control signal;

6 ein Messdiagramm, in welchem der von der erfindungsgemäßen Spannungsregleranordnung aufgenommene Ruhestrom in Abhängigkeit eines Tastverhältnisses dargestellt ist, wobei die Ruhestromaufnahme bei einer eingangsseitigen Taktung einer eingangs- und ausgangsseitigen Taktung gegenübergestellt ist. 6 a measurement diagram in which the quiescent current recorded by the voltage regulator arrangement according to the invention is shown as a function of a duty cycle, the quiescent current recording is compared with an input-side timing of an input and output side timing.

Ausführung der ErfindungExecution of the invention

In der 1 ist im gesamten mit dem Bezugszeichen 1 eine Spannungsregleranordnung bezeichnet. Diese Spannungsregleranordnung 1 weist einen Eingang 2 und einen Ausgang 3 sowie einen, zwischen dem Eingang 2 und dem Ausgang 3 angeordneten Spannungsregler 4 auf. Am Eingang 2 steht an den Versorgungsanschlüssen 5, 6 eine Batteriespannung V bat an. Der Spannungsregler 4 ist eingangsseitig und ausgangsseitig mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 8, 81 zum gesteuerten Ein- und Abschalten des Spannungsreglers 4 ausgestattet. Hierbei ist die eingangsseitige Einrichtung 8 mit dem Versorgungsanschluss 5 und einem Eingangsanschluss 7 des Spannungsreglers 4 verbunden; die ausgangsseitige Einrichtung 81 ist an einem Ausgang 71 des Spannungsreglers 4 und auf der anderen Seite einem Anschluss 30 eines Energiespeichers 11 und an den Ausgangsanschluss 10 angeschlossen. Sowohl die eingangsseitige als auch die ausgangsseitige Einrichtung 8 bzw. 81 werden in Abhängigkeit eines Steuerpotenzials VS, das jeweils an einem Steueranschluss 9 zugeführt ist, gemeinsam gesteuert. Durch dieses Steuerpotenzial VS wird in einem eingeschalteten Zustand des Spannungsreglers 4 der am Ausgang 3 angeordnete Energiespeicher 11 mit elektrischer Energie aufgeladen und kann als geregelte Ausgangsspannung Vcc am Ausgangsanschluss 10 abgegriffen werden. Der Energiespeicher 11 ist als Kondensator ausgeführt. Der Pfeil 14 zeigt in 1 den Energiefluss im eingeschalteten Zustand an. Im abgeschalteten Zustand ist der Spannungsregler 4 sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig entkoppelt. In diesem Betriebszustand wird der am Ausgangsanschluss 10 abgegriffene Ausgangsstrom I1 ausschließlich von der im Kondensator 11 gespeicherten elektrischen Energie bereitgestellt. Durch die ausgangsseitige Abkopplung des Spannungsreglers 4 wird erreicht, dass die im Kondensator 11 gespeicherte Energie ausschließlich der am Ausgangsanschluss 10 angeschlossenen Last zu fließt und nicht teilweise wieder zurück in den Spannungsregler 4 fließt. Durch den Pfeil 15 in 1 ist der Energiefluss vom Kondensator 11 zur Last 13 schematisch angedeutet.In the 1 is throughout with the reference number 1 denotes a voltage regulator assembly. This voltage regulator arrangement 1 has an entrance 2 and an exit 3 as well as, between the entrance 2 and the exit 3 arranged voltage regulator 4 on. At the entrance 2 is at the supply connections 5 . 6 a battery voltage V bat on. The voltage regulator 4 is the input side and output side with a device according to the invention 8th . 81 for controlled switching on and off of the voltage regulator 4 fitted. Here is the input side device 8th with the supply connection 5 and an input terminal 7 of the voltage regulator 4 connected; the output side device 81 is at an exit 71 of the voltage regulator 4 and on the other side a connection 30 an energy store 11 and to the output terminal 10 connected. Both the input side and the output side device 8th respectively. 81 are dependent on a control potential VS, each at a control terminal 9 is fed, controlled jointly. By this control potential VS is in an on state of the voltage regulator 4 the one at the exit 3 arranged energy storage 11 charged with electrical energy and can be used as a regulated output voltage Vcc at the output terminal 10 be tapped. The energy storage 11 is designed as a capacitor. The arrow 14 shows in 1 the energy flow in the on state. When switched off, the voltage regulator is 4 decoupled both on the input side and on the output side. In this operating state, the at the output terminal 10 tapped output current I1 exclusively from that in the capacitor 11 stored electrical energy. By the output side decoupling of the voltage regulator 4 is achieved that in the capacitor 11 stored energy only at the output terminal 10 connected load and not partially back into the voltage regulator 4 flows. By the arrow 15 in 1 is the energy flow from the condenser 11 to the load 13 indicated schematically.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in 2 schematisch dargestellt ist, ist die eingangsseitige Einrichtung 8 und die ausgangsseitige Einrichtung 81 als steuerbarer Schalter 12 bzw. 121 ausgeführt. Beide Schalter 12, 121 werden im wesentlichen simultan durch das Steuerpotenzial VS an den Steuereingängen 9 geschaltet, das heißt abwechselnd in einen geöffneten bzw. geschlossenen Zustand versetzt. Wenn die beiden Schalter 12, 121 leitend sind, wird der Energiespeicher 11 durch den eingeschalteten Spannungsregler 4 aufgeladen. Dies ist wieder durch den Pfeil 14 angedeutet. Wird hingegen der Spannungsregler 4 durch das Steuerpotenzial VS eingangs- und ausgangsseitig getrennt, so ist einerseits der Stromfluss des Ruhestroms IQ vom Versorgungsanschluss 5 in den Spannungsregler 4 unterbrochen. Der Ruhestrom IQ ist 0. Andererseits ist durch den geöffneten ausgangsseitigen Schalter 121 sichergestellt, dass während dieses Zeitintervalls, in welchem der Spannungsregler 4 ausgeschaltet ist, keine Energie vom Energiespeicher 11 in der Spannungsregler 4 zurück fließt. Die im Energiespeicher 11 gespeicherte elektrische Energie steht somit ausschließlich für die am Ausgangsanschluss 10 angeschlossenen elektrischen Verbraucher als Ausgangsstrom I1 zur Verfügung (Pfeil 15 in 2).In a second embodiment, the in 2 is shown schematically, the input side device 8th and the output side device 81 as a controllable switch 12 respectively. 121 executed. Both switches 12 . 121 are substantially simultaneously by the control potential VS at the control inputs 9 switched, that is, alternch selnd set in an open or closed state. If the two switches 12 . 121 are conductive, the energy storage 11 through the switched-on voltage regulator 4 charged. This is again by the arrow 14 indicated. If, however, the voltage regulator 4 separated on the input and output side by the control potential VS, so on the one hand is the current flow of the quiescent current IQ from the supply terminal 5 into the voltage regulator 4 interrupted. The quiescent current IQ is 0. On the other hand, the open output side switch 121 ensure that during this time interval in which the voltage regulator 4 is switched off, no energy from the energy storage 11 in the voltage regulator 4 flows back. The in energy storage 11 stored electrical energy is thus exclusively for those at the output terminal 10 connected electrical loads as output current I1 available (arrow 15 in 2 ).

Die 3 zeigt in einer teilweise detailiert dargestellten Schaltskizze eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannungsregleranordnung 1. Die Einrichtungen 8, 81 zum gesteuerten ein- und Ausschalten des Spannungsreglers 4 sind hier als MOS-Feldeffekttransistor 20,201 ausgeführt. Das Steuerpotenzial VS wird wieder jeweils an einem Steuereingang 9, am Gate eines jeden MOS-Feldeffekttransistors 20, 201, eingekoppelt (strichlierte Leitung in 3). Über dieses Steuersignal VS können die Feldeffekttransistoren 20, 201 gleichzeitig auf- bzw. zu zugesteuert werden, insbesondere digital ein- und ausgeschaltet werden.The 3 shows in a partially detailed circuit diagram shown a third embodiment of the voltage regulator arrangement according to the invention 1 , The facilities 8th . 81 for controlled switching on and off of the voltage regulator 4 are here as a MOS field effect transistor 20 . 201 executed. The control potential VS is again at a control input 9 at the gate of each MOS field-effect transistor 20 . 201 , coupled (dashed line in 3 ). About this control signal VS, the field effect transistors 20 . 201 be opened and closed simultaneously, in particular digitally switched on and off.

Die Bereitstellung dieses Steuersignals VS wird im Folgenden anhand der 3 näher erläutert:
In einer ersten Variante der Erfindung ist eine Zeitsteuereinrichtung 22 vorgesehen, die ausgangsseitige ein Steuersignal Vtd erzeugt. Das Steuersignal Vtd wird über einen Umschalter 29 den Steuereingängen 9 zugeführt. Das Steuersignal Vst weist einen hohen logischen Pegel ("1") auf, über welchen unter Zwischenschaltung des Umschalters 29 jeder der Feldeffekttransistoren 20, 201 für eine erste Zeitdauer T 1 in einen eingeschalteten Zustand versetzt wird (siehe 4). Diese Zeitdauer T 1 ist so bemessen, dass damit bei eingeschaltetem Spannungsregler 4 der sekundärseitig am Spannungsregler 4 angeordnete Kondensator 11 vorzugsweise vollständig aufgeladen wird. Hieran anschließend wird zum Zeitpunkt t11 dieses Steuersignal Vtd wieder auf einem niedrigen logischen Pegel ("0") gesetzt. Die beiden Feldeffekttransistoren 20, 201 werden dadurch gleichzeitig in einen ausgeschalteten Zustand gesteuert. Der Spannungsregler 4 ist in diesem ausgeschalteten Zustand sowohl von der Batteriespannung Vbat, als auch vom Energiespeicher 11 abgekoppelt. In diesem abgekoppelten Zustand entnimmt die Lastanordnung 13 einen mehr oder weniger großen Laststrom I1 aus dem Kondensator 11. Zur kontinuierlichen Energieversorgung der Lastanordnung 13 wird nach einer vorbestimmten Zeitdauer T2, das heißt zum Zeitpunkt t21 (4), das Steuersignal Vtd vom niedrigen logischen Pegel wieder auf den hohen logischen Pegel hoch gesetzt. Die beiden MOS-Feldeffekttransistoren 20, 201 werden wieder simultan eingeschaltet. Durch das Herstellen dieser leitenden Verbindung wird der Kondensator 11 wieder durch die Batteriespannung Vbat aufgeladen. Über die Zeitsteuereinrichtung 22 ist diese zweite Zeitdauer T2 so bemessen, dass sichergestellt ist, dass der Kondensator 11 innerhalb der Zeitdauer T2 nie vollständig entladen wird. Dadurch kann die Funktionalität der beispielsweise im Stand-by-Modus betriebenen elektronischen Schaltungskomponenten 26, 27, 28 der Lastanordnung 13 aufrechterhalten werden; im vorliegenden Beispiel ist mit 26 ein Mikrocontroller bezeichnet.The provision of this control signal VS will be described below with reference to FIG 3 explained in more detail:
In a first variant of the invention is a timing device 22 provided, the output side generates a control signal Vtd. The control signal Vtd is via a switch 29 the control inputs 9 fed. The control signal Vst has a high logic level ("1"), via which, with the interposition of the switch 29 each of the field effect transistors 20 . 201 is put into an on state for a first time T 1 (see 4 ). This period of time T 1 is dimensioned so that when the voltage regulator is switched on 4 the secondary side of the voltage regulator 4 arranged capacitor 11 preferably fully charged. Subsequently, at time t11, this control signal Vtd is reset to a low logic level ("0"). The two field effect transistors 20 . 201 are thereby simultaneously controlled in a switched-off state. The voltage regulator 4 is in this off state of both the battery voltage Vbat, as well as the energy storage 11 decoupled. In this disconnected state removes the load assembly 13 a more or less large load current I1 from the capacitor 11 , For continuous power supply of the load assembly 13 is after a predetermined period of time T2, that is at the time t21 ( 4 ), the control signal Vtd is set from the low logic level back to the high logic level. The two MOS field effect transistors 20 . 201 are switched on again simultaneously. By making this conductive connection, the capacitor becomes 11 again charged by the battery voltage Vbat. About the timing device 22 This second time period T2 is dimensioned to ensure that the capacitor 11 within the period T2 is never fully discharged. This allows the functionality of the operated, for example, in stand-by mode electronic circuit components 26 . 27 . 28 the load arrangement 13 to be maintained; in the present example is with 26 a microcontroller called.

Wie aus dem Schaltplan der 3 zu sehen ist, wird das Steuersignal Vtd von einer Takterzeugungseinrichtung 21, einem Zähler 25 und einer Zeitsteuereinrichtung 22 erzeugt. Hierbei erzeugt die Takterzeugungseinrichtung 21 ein Taktsignal CLK, das dem Zähler 25 zugeführt ist. Der Zähler 25 erzeugt ein Zählersignal ZS, das an die Zeitsteuereinrichtung 22 geleitet wird. Durch ein Rücksetzsignal RST, welches von der Zeitsteuereinrichtung 22 erzeugt wird, wird der Zähler 25 wieder zurück gesetzt.As from the schematic of the 3 is seen, the control signal Vtd from a clock generator 21 , a counter 25 and a timing controller 22 generated. Hereby, the clock generating means generates 21 a clock signal CLK corresponding to the counter 25 is supplied. The counter 25 generates a counter signal ZS to the timer 22 is directed. By a reset signal RST, which from the timing controller 22 is generated, the counter becomes 25 set back again.

Alternativ zu dieser zeitgesteuerten Taktung, ist in einer anderen Variante der Erfindung eine ladungsgesteuerte Taktung vorgesehen. In 3 ist mit dem Bezugszeichen 23 eine Ladungssteuereinrichtung bezeichnet, die ähnlich einem Spannungswächter arbeitet: Die Ladungssteuereinrichtung 23 erfasst über eine Messeinrichtung 24 das elektrische Potenzial VM am Kondensator 11. Abhängig von diesem gemessenen Potenzial VM erzeugt die Ladungssteuereinrichtung 23 ein Steuersignal VLP, das über den Schalter 29 den Steuereingängen 9 zugeführt ist. Das Steuersignal VLP ist vom Ladungszustand des Kondensators 11 moduliert, so dass die beiden Feldeffekttransistoren 20, 201 bedarfsgerecht in einen leitenden bzw. nicht leitenden Zustand versetzt werden können.As an alternative to this time-controlled clocking, charge-controlled clocking is provided in another variant of the invention. In 3 is with the reference numeral 23 denotes a charge controller similar to a voltage monitor: the charge controller 23 recorded via a measuring device 24 the electrical potential VM at the capacitor 11 , Depending on this measured potential VM generates the charge controller 23 a control signal VLP via the switch 29 the control inputs 9 is supplied. The control signal VLP is of the charge state of the capacitor 11 modulated so that the two field effect transistors 20 . 201 can be put into a conductive or non-conductive state as needed.

In 4 ist im oberen Diagramm der zeitliche Verlauf des Steuersignals Vtd dargestellt.In 4 the timing chart of the control signal Vtd is shown in the upper diagram.

In 5 ist im oberen Diagramm der zeitliche Verlauf des Messpotenzials VM und im unteren Diagramm der zeitliche Verlauf des Steuersignals VLP dargestellt. Zunächst sei davon ausgegangen, dass der Kondensator 11 aufgeladen ist und der Ladungszustand sich an einer oberen Ladeschwelle Vo befindet. Zum Zeitpunkt t12 werden die Feldeffekttransistoren 20, 201 gemeinsam geöffnet, so dass auf Grund der Energieentnahme durch die Ladungsanordnung 13 das Potenzial am Kondensator 11 sinkt. Wenn das Messpotenzial VM auf eine untere Schwelle Vu abgesunken ist, werden die beiden Feldeffekttransistoren 20,201 wieder leitend geschaltet. Dadurch wird der Kondensator 11 wieder aufgeladen und erreicht zum Zeitpunkt t32 wieder die obere Ladeschwelle Vo. Zu diesem Zeitpunkt t32 beginnt der Entladungsvorgang des Kondensators 11 erneut, und die Lastanordnung 13 bezieht ihren Stand-by-Strom ausschließlich aus der in Kondensator 11 gespeicherten elektrischen Energie.In 5 the upper diagram shows the variation over time of the measuring potential VM and the lower diagram shows the time profile of the control signal VLP. First, assume that the capacitor 11 is charged and the state of charge is at an upper charging threshold Vo. At time t12, the field effect transistors 20 . 201 open together, so that due to the energy extraction by the charging arrangement 13 the potential at the capacitor 11 sinks. When the measuring potential VM has dropped to a lower threshold Vu, the two field effect transistors become 20 . 201 switched back on. This will be the capacitor 11 recharged and reached at time t32 again the upper charging threshold Vo. At this time t32, the discharge operation of the capacitor starts 11 again, and the load arrangement 13 draws its standby current exclusively from the capacitor 11 stored electrical energy.

In 6 ist das Ergebnis einer Vergleichsmessung dargestellt, bei der eine ausschließlich am Eingang des Spannungsreglers 4 vorgenommene Taktung einer eingangs- und ausgangsseitig vorgenommen Taktung gegenübergestellt ist. Als Messobjekt dient dabei eine Spannungsregleranordnung 1, wie sie in 3 schematisch dargestellt ist. Diese Messschaltung wurde am Versorgungsanschluss 5, 6 durch eine Autobatterie versorgt und ausgangsseitig im Leerlauf ohne Last betrieben.In 6 is the result of a comparison measurement shown, in which one exclusively at the input of the voltage regulator 4 made timing of an input and output side made timing is contrasted. As a measuring object serves a voltage regulator arrangement 1 as they are in 3 is shown schematically. This measuring circuit was at the supply connection 5 . 6 powered by a car battery and the output side idle with no load operated.

Zunächst wurde in einem ersten Experiment nur der eingangsseitige Feldeffekttransistor 20 getaktet. Im Diagramm der 6 ist der von der Spannungsregleranordnung 1 aufgenommene Ruhestrom IQ (gemessen in Mikroampere) in Abhängigkeit des Tastverhältnisses dargestellt. Unter Tastverhältnis ist der Schaltzyklus der Taktung zu verstehen: 100% bedeutet, Schalter 12 ständig eingeschaltet, bzw. 0% ständig ausgeschaltet.First, in a first experiment, only the input side field effect transistor was used 20 clocked. In the diagram of 6 is that of the voltage regulator assembly 1 Recorded quiescent current IQ (measured in microamps) as a function of the duty cycle shown. By duty cycle is meant the switching cycle of the timing: 100% means switch 12 constantly switched on, or 0% constantly switched off.

Die Messkurve 16 in 6 zeigt eine Registrierung des bei diesem Experiment aufgenommen Ruhestroms IQ: Bei einem Tastverhältnis von 100 Prozent wird von der Spannungsregleranordnung 1 ein Ruhestrom IQ von etwa 63 Mikroampere aufgenommen. Bei einer Verringerung des Tastverhältnisses sinkt dieser aufgenommene Ruhestrom IQ etwa linear. Bei einem Tastverhältnis um 5 Prozent stellt sich ein minimaler Wert von etwa 30 Mikroampere ein.The trace 16 in 6 shows a registration of the quiescent current IQ taken in this experiment: At a duty cycle of 100 percent is from the voltage regulator assembly 1 a quiescent current IQ of about 63 microamps was added. When the duty cycle is reduced, this absorbed quiescent current IQ decreases approximately linearly. At a duty cycle of 5 percent, a minimum value of about 30 microamps is established.

In einem zweiten Experiment, dessen Kurvenverlauf mit dem Bezugszeichen 17 in 6 bezeichnet ist, wurde erfindungsgemäß neben der eingangsseitigen Taktung auch eine ausgangsseitige Taktung des Spannungsreglers 4 vorgenommen. Das heißt, die beiden Feldeffekttransistoren 20, 201 befinden sich bei diesem Experiment gleichzeitig entweder in einem leitenden oder in einem sperrenden Schaltzustand. Durch die ausgangsseitige Taktung des Feldeffekttransistors 201 wird nun im ausgeschalteten Zustand des Spannungsreglers 4 auch der Rückstrom aus dem Kondensator 11 in den Spannungsregler 4 unterbunden. Von seiten der Autobatterie braucht daher, – verglichen mit dem ersten Experiment –, weniger Ladungsmenge nachgeschoben werden. Wie aus der 6 unschwer zu entnehmen ist, ist es Dank der Erfindung möglich, die Ruhestromaufnahme deutlich zu senken. Der Kurvenverlauf 17 zeigt das sehr anschaulich: Ausgehend von einem Ruhestrom IQ von etwa 63 Mikroampere sinkt der Ruhestrom IQ mit zunehmender Verringerung der Einschaltdauer im Vergleich zur Kurve 16 stärker ab. Bei einem Tastverhältnis von etwa fünf Prozent stellt sich ein sehr niedriger Wert der Ruhestromaufnahme von etwa 4 Mikroampere im Leerlauf ein. Qualitativ gilt dieses Ergebnis auch für den Lastfall; aufgrund des unterbundenen Rückstroms vom Kondensator 11 in den Spannungsregler 4 braucht weniger Ladungsmenge von der Batterie nachgeliefert werden.In a second experiment, the curve with the reference numeral 17 in 6 is designated, according to the invention in addition to the input side clocking and an output side clocking of the voltage regulator 4 performed. That is, the two field effect transistors 20 . 201 in this experiment are either in a conducting or in a blocking switching state at the same time. By the output side clocking of the field effect transistor 201 will now be in the off state of the voltage regulator 4 also the return current from the capacitor 11 into the voltage regulator 4 prevented. On the part of the car battery, therefore, less amount of charge needs to be fed in compared to the first experiment. Like from the 6 It is not difficult to deduce, it is thanks to the invention possible to significantly reduce the quiescent current consumption. The curve 17 shows this very clearly: Starting from a quiescent current IQ of about 63 microamps, the quiescent current IQ decreases with increasing reduction of the duty cycle compared to the curve 16 stronger. At a duty cycle of about five percent, a very low value of quiescent current consumption of about 4 microamps at idle sets. Qualitatively, this result also applies to the load case; due to the suppressed return flow from the condenser 11 into the voltage regulator 4 needs less amount of charge to be recharged by the battery.

Wie das Vergleichsexperiment anschaulich zeigt, lässt sich also durch die erfindungsgemäß eingangsseitig und ausgangsseitig vorgenommene, getaktete Entkopplung bei einem Spannungsregler 4, die Ruhestromaufnahme IQ signifikant verringern. Dies bedeutet, dass die Erfindung es ermöglicht, dass an einer Autobatterie mit vorgegebener Ampere-Stundenzahl eine größere Anzahl von elektronischen Geräten im Stand-by-Modus betrieben werden kann als bisher möglich war.As the comparative experiment clearly shows, the clocked decoupling effected according to the invention on the input side and the output side can thus be controlled by a voltage regulator 4 to significantly reduce the quiescent current IQ. This means that the invention makes it possible for a larger number of electronic devices to be operated in stand-by mode on a car battery with a predetermined number of ampere hours than was previously possible.

11: SpannungsregleranordnungVoltage regulator assembly
22: Eingangentrance
33: Ausgangoutput
44: Spannungsreglervoltage regulators
55: Versorgungsanschlusssupply terminal
66: Versorgungsanschlusssupply terminal
77: Eingangsanschluss des Spannungsreglersinput port of the voltage regulator
88th: eingangsseitige Einrichtung zum gesteuerten ein- und Ausschalten des Spannungsreglersinput side Device for controlled switching on and off of the voltage regulator
99: Steuereingangcontrol input
1010: Ausgangsanschluss der Spannungsregleranordnungoutput port the voltage regulator assembly
1111: Energiespeicherenergy storage
1212: steuerbarer Schaltercontrollable switch
1313: Lastanordnungload assembly
1414: Energiefluss im eingeschalteten Zustand des Spannungsreglersenergy flow in the switched-on state of the voltage regulator
1515: Energiefluss im ausgeschalteten Zustand des Spannungsreglersenergy flow in the off state of the voltage regulator
1616: Verlauf des Ruhestroms bei eingangsseitiger Taktungcourse the quiescent current at the input side clocking
1717: Verlauf des Ruhestroms eingangsseitige und ausgangsseitige Taktungcourse the quiescent current input side and output side timing
2020: Schalter, MOS-FeldeffekttransistorSwitch, MOS field effect transistor
2121: TakterzeugungseinrichtungClock generating means
2222: ZeitsteuereinrichtungTiming means
2323: LadungssteuereinrichtungBatch controller
2424: Messeinrichtungmeasuring device
2525: Zählercounter
2626: erste elektronische Schaltungskomponentefirst electronic circuit component
2727: zweite elektronische Schaltungskomponentesecond electronic circuit component
2828: dritte elektronische Schaltungskomponentethird electronic circuit component
2929: Schalterswitch
3030: Anschluss des Energiespeichersconnection of the energy store
7171: Ausgangsanschluss des Spannungsreglersoutput port of the voltage regulator
8181: ausgangsseitige Einrichtung zum gesteuerten Ein- und Ausschalten des Spannungsreglers 4 Output-side device for controlled switching on and off of the voltage regulator 4
121121: steuerbarer Schaltercontrollable switch
Vtdvtd: Steuersignalcontrol signal
VLPVLP: Steuersignalcontrol signal
VSVS: Steuerpotenzialcontrol potential
VMVM: Messpotenzialmeasuring potential
VoVo: Ladeschwellecharging threshold
VuVu: Entladeschwelledischarge threshold
VbbVbb: Batteriespannungbattery voltage
I1I1: Ausgangsstromoutput current
IQIQ: Ruhestromquiescent current
T1, T2T1, T2: Zeitintervalltime interval
ZSZS: Zählersignalcounter signal

Claims

Voltage regulator arrangement comprising: - a voltage regulator ( 4 ), which has an input terminal ( 7 ) and an output terminal ( 71 ), - a device ( 8th . 81 ), which controlled by a control signal (VS) each have a connection between the input terminal (VS) 7 ) and a supply connection ( 5 . 6 ) and a connection between the output terminal ( 71 ) and an energy store ( 11 ), the output side to supply a load ( 13 ) is provided alternately produces and interrupts, so that the state of charge of the energy store ( 11 ) is predetermined by the control signal (VS).

Voltage regulator arrangement according to claim 1, characterized in that the device ( 8th . 81 ) a first controllable switch ( 12 ) connected between the input terminal ( 7 ) and the supply input ( 5 ), and a second controllable switch ( 121 ) connected between the output terminal ( 71 ) and a connection ( 30 ) of the energy store ( 11 ), and the switching state of the switches ( 12 . 121 ) is predetermined by the control signal (VS).

Voltage regulator according to claim 1 or 2, characterized in that for the generation of the control signal (VS) a timing device ( 21 . 22 . 25 ) is provided, which after a first predetermined time period (T2) the level of the control signal (VS) to a first level for switching on the voltage regulator ( 4 ) and after a second predetermined period of time (T1) the level of the control signal (VS) to a second level for switching off the voltage regulator ( 4 ) puts.

Voltage regulator according to claim 1 or 2, characterized in that a measuring device ( 24 ) for measuring the state of charge of the energy store ( 11 ) and one with the measuring device ( 24 ) charge controller ( 23 ) is provided, which in the event that the measured state of charge falls below a first threshold value, the control signal (VS) to a first level for switching on the voltage regulator ( 4 ) and to charge the energy storage ( 11 ), and in the event that the measured state of charge exceeds a second threshold, terminates the charging process by setting the control signal (VS) to a second level for switching off the voltage regulator (FIG. 4 ) puts.

Voltage regulator arrangement according to at least one of claims 2 to 5, characterized in that the first and the second controllable switch ( 12 . 121 ) are formed as a semiconductor switch.

Voltage regulator arrangement according to claim 5, characterized in that each of the semiconductor switches ( 12 . 121 ) is a MOS field effect transistor.

Voltage regulator arrangement according to claim 6, characterized in that each MOS field-effect transistor ( 12 . 121 ) is controlled substantially simultaneously by the control signal (VS).

Voltage regulator arrangement according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the rechargeable energy store ( 11 ) is designed as a capacitor.

Voltage regulator arrangement according to at least one of claims 2 to 8, characterized in that the voltage regulator ( 4 ) and the switches ( 12 . 121 ) are formed in the form of an integrated circuit.

Voltage regulator arrangement according to claim 3, characterized characterized in that the making and breaking of the two Connections with a frequency of about 1 to 10 Hertz takes place.