KOEHLER, Ingo (Vaihinger Str. 31, Ludwigsburg, 71634, DE)
| Ansprüche Schaltungsanordnung (100) zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale, aufweisend ein Schaltelement (102), welches mit einer Spannungsquelle (1 16) verbindbar ist und welches eingerichtet ist zum Schalten der Spannungsquelle (1 16); dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (100) weiterhin eine Begrenzungseinheit (120) aufweist; wobei die Begrenzungseinheit (120) funktional zwischen dem Schaltelement (102) und der Spannungsquelle (1 16) angeordnet ist; und wobei die Begrenzungseinheit (120) eingerichtet ist, bei einem Schaltvorgang der Spannungsquelle (1 16) unter Verwendung des Schaltelements (102) eine Stromstärke und/oder eine Flankensteilheit eines elektrischen Signals zu begrenzen. Schaltungsanordnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin aufweisend eine Spannungsquelle (1 16); wobei das elektrische Signal als Ausgangsspannung der Spannungsquelle (1 16) ausgebildet ist; und wobei das Schalten der Spannungsquelle (1 16) das Ein- bzw. Ausschalten der Spannungsquelle umfasst. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Begrenzungseinheit (120) ein Begrenzungselement (1 18) aufweist, welches in Serie zwischen Spannungsquelle (1 16) und Schaltelement (102) angeordnet ist. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Begrenzungseinheit (120) ein Begrenzungselement (1 18) aufweist, welches pa rallel zu Spannungsquelle (1 16) und Schaltelement (102) angeordnet ist. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die Begrenzungseinheit (120) weiterhin zumindest ein erstes kapazitives Element (1 12a, b) aus der Gruppe bestehend aus Kondensator, Diode und ESD- Diode aufweist; und wobei das erstes kapazitives Element (1 12a,b) parallel zur Spannungsquelle (1 16) angeordnet ist. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Begrenzungselement (1 18) ein Element ist aus der Gruppe bestehend aus Transistorelement, Transistor, Bipolar-Transistor, Feldeffekt-Transistor, MOSFET, JFET, Operationsverstärker und Röhrenelement; und/oder wobei das Schaltelement (102) ein Element ist aus der Gruppe ist bestehend aus Transistorelement, Transistor, Bipolartransistor, Feldeffekt-Transistor, MOSFET, JFET, Operationsverstärker, Röhrenelement; Relaiselement und Schaltkontakt. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flankensteilheitsbegrenzung ausgebildet ist als eine Stromgegenkopplung in der Begrenzungseinheit (120) oder als gesteuerte Flanke; und/oder wobei die Strombegrenzung ausgebildet ist als Stromgegenkopplung in der Begrenzungseinheit (120). Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Begrenzungseinheit (120) weiterhin zumindest ein zweites kapazitives Element (1 10a, b) aufweist; und wobei das zumindest eine zweite kapazitive Element (1 10a, b) zwischen Basis und Kollektor und/oder zwischen Basis und Emitter bzw. den diesen entsprechenden Anschlüssen des Begrenzungselementes (1 18) angeordnet ist. 9. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8; wobei an der Basis bzw. dem diesen entsprechenden Anschluss des Begrenzungselementes (1 18) weiterhin ein erstes Widerstandselement (106) angeordnet ist; wobei an dem Widerstandselement (106) weiterhin eine Spannungsquelle (108) angeordnet ist; und wobei am Kollektor bzw. dem diesen entsprechenden Anschluss des Begrenzungselementes (1 18) weiterhin ein zweites Widerstandselement (104) angeordnet ist. 10. Verfahren zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale, wobei eine Begrenzungseinheit funktional zwischen einem Schaltelement und einer Spannungsquelle angeordnet ist, welche Begrenzungseinheit eingerichtet ist, bei einem Schaltvorgang der Spannungsquelle unter Verwendung des Schaltelements eine Stromstärke und/oder eine Flankensteilheit eines elektrischen Signals zu begrenzen, aufweisend Aus- führen eines Schaltvorgangs der Spannungsquelle unter Verwendung des Schaltelementes; und Begrenzen einer Stromstärke und/oder einer Flankensteilheit eines elektrischen Signals, insbesondere der Ausgangsspannung der Spannungsquelle, unter Verwendung einer Begrenzungseinheit; wobei die Flankensteilheitsbegrenzung ausgebildet ist unter Verwendung einer Stromgegenkopplung oder einer gesteuerten Flanke, und/oder wobei die Strombegrenzung ausgebildet ist als eine Stromgegenkopplung. |
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung bzw. einem Verfahren zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Elektrische Schaltelemente, wie zum Beispiel Treiberbausteine, weisen meist eine feste, nicht veränderbare Flankensteilheit auf, die für einen gewünschten Anwendungsfall nicht optimal auf diesen angepasst sein mag. Zum Beispiel mag es beim Einsatz von Standardbausteinen bzw. -baugruppen oder -bauelementen nicht immer möglich sein, einen internen Ansteuerstrom des jeweiligen Standardelementes zu beeinflussen. Auch eine vorgegebene Kurzschlussstrombegrenzung, insofern ein verwendetes Schaltelement über eine solche verfügt, mag nicht immer optimal auf einen speziellen, gewünschten Anwendungsfall angepasst sein.
Eine zu hohe Flankensteilheit eines Schaltvorgangs bzw. getaktete Signale mögen unter anderem E MV- Emissionsgrenzwerte (elektromagnetische Verträglichkeit) überschreiten, diese somit verletzen.
Weiterhin mag eine zu hoch angesetzte oder gar fehlende Strombegrenzung in einem Fehlerfall, beispielsweise in einem Kurzschlusszustand, eine Überlastung eines Bauteils bzw. einer Baugruppe hervorrufen und diese hierdurch potentiell beschädigen oder gar zerstören.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß wird eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale bereitgestellt, aufweisend eine Spannungsquelle und ein Schaltelement, welches mit der Spannungsquelle verbunden ist und welches zum Schalten der Spannungsquelle eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanordnung weiterhin eine Begrenzungs- einheit aufweist, wobei die Begrenzungseinheit funktional zwischen dem Schaltelement und der Spannungsquelle angeordnet ist und wobei die Begrenzungseinheit eingerichtet ist, bei einem Schaltvorgang der Spannungsquelle unter Verwendung des Schaltelements eine Stromstärke und/oder eine Flankensteil- heit eines elektrischen Signals zu begrenzen.
Die Schaltungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche mag einerseits eine Strombegrenzung und andererseits eine Flankenbegrenzung bereitstellen. Die Schaltungsanordnung mag insbesondere mit wenigen Standard- bauelementen realisiert werden, mag somit kostengünstig und mit geringem
Platzbedarf, beispielsweise auf einer Leiterplatte realisiert werden. Bekannte Treiberschaltungen mögen insbesondere ohne größere Systemeingriffe um eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit gemäß der vorliegenden Erfindung erweitert werden. Dies mag insbesondere dadurch realisiert sein, dass interne Ansteuersignale einer Treiberschaltung nicht beeinflusst werden müssen.
Die Begrenzung von Kurzschlussstrom und Flankensteilheit für einen gewünschten Anwendungsfall mag durch eine Wahl geeigneter Bauteilwerte der Schal- tungsanordnung leicht parametrisierbar auf den gewünschten Anwendungsfall adaptierbar sein. Ein fertig entwickeltes Standardlayout einer elektronischen Schaltung mag an einen bestimmten Anwendungsfall durch einfaches Umbestücken der jeweiligen Bauteilwerte an die gewünschten Erfordernisse anpassbar sein. Somit mag ein gewünschter Kurzschlussstrom bzw. eine geforderte Flan- kensteilheit und somit ein EMV-Grenzwert einfach und flexibel durch Auswahl der
Bauteilwerte eingestellt werden können.
Durch eine solche Flexibilität, beispielsweise bei einer durchzuführenden EMV- Optimierung, mag eine auftretende Flankensteilheit sehr schnell und auf einfache Weise an eine geforderte Flankensteilheit angepasst werden. Es mag somit insbesondere nicht notwendig sein, eine bereits bestehende bzw. entwickelte schaltende Baugruppe umfangreich umzugestalten, um einem geänderten EMV- Emissionsgrenzwert für eine neue Anwendung zu entsprechen. Somit mag eine langwierige bzw. kosten- und risikobehaftete Überarbeitung einer schaltenden Baugruppe entfallen. Die Schaltungsanordnung mag jedoch gleichfalls selbst als Treiberstufe einsetzbar sein, so dass diese zum Beispiel platzsparend bzw. kostensparend direkt über ein Logiksignal ansteuerbar ist. Insbesondere mag die Schaltungsanordnung eine gezielte Beeinflussung einer steilen fallenden Signalflanke an Low-Side-Ausgängen bereitstellen, ohne eine steigende Signalflanke zu verschleifen. Weiterhin mag die Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einen geringen Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand des Schaltelements an diesem bereitstellen.
Die Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung mag im allgemeinen zusammen mit einem Schaltelement, beispielsweise realisiert als ein Open- Collector-Ausgang, ein Open-Drain-Ausgang oder ein Relais, eingesetzt werden. Insbesondere mag sie eine Stromstärke und/oder Flankensteilheitsbegrenzung sowohl für langsam veränderliche als auch für getaktete Signale bereitstellen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft mag es sein, die Stromstärke und/oder die Flankensteilheit der Ausgangsspannung der Spannungsquelle zu begrenzen. Aufgrund der hiermit einhergehenden, möglicherweise großen Amplituden mag eine auf die Spannungsquelle wirkende Begrenzungseinheit besonders geeignet sein, geforderte E MV-Grenzwerte einzuhalten.
Zwischen Begrenzungselement und Spannungsquelle mag weiterhin ein kapazitives Element und/oder ein Diodenelement angeordnet sein, welches parallel zu Schaltelement, Begrenzungselement und Spannungsquelle angeordnet ist.
Durch ein derartiges Element mag eine Flankensteilheit weiterhin verbessert einstellbar sein, gleichzeitig mag es als eine Schutzschaltung oder ein Schutzelement für das Begrenzungselement dienen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erste exemplarische Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine weitere exemplarische Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 eine exemplarische Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer Flankensteilheit eines elektrischen Signals gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 einen beispielhaften Signalverlauf der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1; und
Figur 5 eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine erste exemplarische Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Schaltungsanordnung 100 besteht hierbei exemplarisch aus einem npn- Transistor 118, dessen Basis an ein festes Potential 108 angebunden ist. Die Anbindung mag beispielsweise über den Widerstand 106 oder aber über einen Spannungsteiler erfolgen. Der Emitter des Elementes 118 ist über ein widerstandsbehaftetes Bauteil 104 mit dem Schaltelement 102 verbunden. Das Schaltelement 102 ist das Element in Zusammenschau mit widerstandsbehaftetem Element 114 und Spannungsquelle 116, welches um die Strom- und/oder Flankensteilheitsbegrenzung unter Verwendung der Begrenzungseinheit 120 erweitert werden soll.
Optional mag an der Basis des Begrenzungselementes 118 der Begrenzungseinheit 120 der Schaltungsanordnung 100 ein kapazitives Element 110a,b vorgesehen sein. Das kapazitive Element 110a mag hierbei zwischen Basis und Kol- lektor des Transistorelements 118, das kapazitive Element 110b zwischen Basis und Emitter angebunden sein. Der Kollektoranschluss des Transistorelements 118 mag den Ausgang der Schaltungsanordnung darstellen, in Figur 1 exemplarisch über ein widerstandsbehaftetes Element 114 mit der Spannungsquelle 116 verbunden.
Weiterhin mögen kapazitive Elemente 112a, b am Schaltungsausgang vorhanden bzw. angeordnet sein. Kapazitives Element 112b mag beispielsweise als ein Kondensator, kapazitives Element 112a beispielsweise als eine ESD-Diode ausgebildet sein. Im Falle, dass eine ESD-Diode vorgesehen ist, mag diese, abhängig von der Ausgestaltung der Schaltungsanordnung 100, gleichzeitig eingerichtet sein, die Basisemitterdiode des Transistorelementes 118, beispielsweise im Falle eines npn-Transistors 118 vor einem Durchbruch in einem Verpolungsfall zu schützen.
Der elektrische Widerstand des Elementes 114 mag vorteilhafterweise deutlich größer als derjenige des elektrischen Widerstandes des Elements 104 sein. Hierdurch ergibt sich bei eingeschaltetem Schaltelement 102 nur eine geringe Spannung am Schaltungsausgang. Bevorzugt ist ein Verhältnis von 10:1 bzw. größer als 10:1. Somit ergibt sich eine bei eingeschaltetem Schaltelement am Ausgang abfallende Spannung, ohne Berücksichtigung eines geringen Spannungsfalls über den Elementen 118 und 102, weniger als 10% des Wertes der Spannungsquelle 116.
Als Schaltelement 102 mag beispielsweise ein Transistorelement, ein Relaiselement, ein Schaltkontakt zum Einsatz kommen.
Die Funktionsweise der Flankensteilheitsbegrenzung der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 ergibt sich wie folgt: Ohne die Begrenzungseinheit 120, welche letztendlich jedes Element außer Schaltelement 102, Widerstandselement 114 sowie Spannungsquelle 116 umfasst, abhängig von ihrer jeweiligen Ausgestaltung und den somit vorgesehenen gegebenenfalls optionalen Elementen, mag sich beim Einschalten des Schaltelementes 102 eine steile fallende Spannungsflanke am Ausgang der Schaltungsanordnung 100 ergeben, da dieser relativ nie- derohmig, direkt über Schaltelement 102, auf niedriges Potential gezogen wird. Diejenige Flanke, welche beim Abschalten des Schaltelementes 102 entsteht, verläuft durch den elektrischen Widerstand des Widerstandselementes 114 in Verbindung mit der am Ausgang vorhandenen Kapazität deutlich flacher. Die Ausgangskapazität mag dabei entweder als kapazitätsbehaftetes Bauteil oder auch nur als parasitäre Kapazität vorliegen. Ziel einer Begrenzung der Flankensteilheit mag also insbesondere sein, speziell die fallende Flanke des Ausgangssignals abzuflachen, ohne hierbei jedoch die steigende Flanke zu stark zu verschleifen, so dass insbesondere Signalintegrität gewahrt bleiben mag. Das Einschalten des Schaltelementes 102 bewirkt ein Absinken des Emitterpotentials des Begrenzungselementes 118, so dass das Begrenzungselement 118 ebenfalls einschaltet. Parasitäre Kapazitäten und gegebenenfalls vorhandene kapazitive Bauelemente 112a,b entladen sich nun über Begrenzungselement 118, Widerstandselement 104 und Schaltelement 102. Hierdurch entsteht ein Spannungsabfall an Widerstandselement 104 sowie Schaltelement 102. Dieser
Spannungsabfall wiederum führt zu einer Verkleinerung der zur Verfügung stehenden Basisemitterspannung des Begrenzungselementes 118, somit zu einer Stromgegenkopplung. Hieraus resultiert eine Abschnürung von Begrenzungselement 118, somit eine Begrenzung des Entladestroms. Die fallende Flanke am Ausgang verläuft durch diese Begrenzung flacher.
Beim Ausschalten des Schaltelementes 102 werden parasitäre Kapazitäten und optional vorhandene kapazitive Bauelemente 112a, b über das Widerstandselement 114 vergleichsweise langsam aufgeladen. Einen derartigen Ladestrom je- doch begrenzt die Begrenzungseinheit 120 nicht, so dass die ohnehin bereits flache steigende Flanke am Ausgang nicht zusätzlich verschliffen wird.
Bei Verwendung eines optionalen kapazitiven Bauteils 110a, b mag sich die fallende Flanke bei Bedarf zusätzlich verschleifen lassen.
Element 110a mag insbesondere eine künstliche Vergrößerung einer Millerkapazität des Begrenzungselementes 118 darstellen, wodurch dieses langsamer schaltet. Beim Einschalten des Schaltelementes 102 beginnt auch Begrenzungselement 118 zu leiten, wodurch das Potential an dessen Kollektor abzusinken beginnt. Durch eine kapazitive Kopplung des Kollektors an die Basis, durch kapazitives Element 110a, wirkt dies wiederum der Aufsteuerung von Element 118 entgegen, so dass sich das Einschalten von Begrenzungselement 118 verlang- samt. Der Einschaltvorgang ist erst abgeschlossen, nachdem kapazitives Element 110a vollständig umgeladen ist.
Die zusätzliche Kapazität mag zwar auch beim Abschalten des Schaltelements 102 umgeladen werden. Die steigende Flanke am Ausgang mag dadurch trotzdem nur geringfügig beeinflusst werden, da in der Praxis bereits relativ geringe Kapazitätswerte für das kapazitive Element 110a ausreichen mögen.
Die bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen, Werte bzw. Wertebereiche der einzelnen Elemente können wie nachfolgend dargestellt angenommen werden:
Spannungsquelle 116: IV bis 50V;
Element 112b: lOpF bis lOOnF;
Element 112a: Zenerspannung < 60V;
Element 118, 102: entsprechend gefordertem Begrenzungsstrom auszuwählen, typisch 0,1 mA bis 100 mA, bei Leistungsausgängen auch > 1A;
Element 104: wird bevorzugt derart ausgewählt, dass bei Begrenzungsstrom ein für die Gegenkopplung ausreichender Spannungsfall anliegt (etwa im Bereich 0,5V bis 3V).
Element 114: Faktor 10 > als Element 104, so dass beim Schalten von Element 102 ein sinnvoller Spannungsunterschied am Ausgang auftritt;
Element 108: Mindestwert ca. 2x Basis- Emitter-Spannung von Element 118, bei Bipolartransistor somit mindestens ca. 1,2 V. Maximalwert deutlich kleiner als Element 116, damit eine Begrenzung der fallenden Flanke bzw. des Stromes im Kurzschlussfall gegeben ist. Beispielsweise ist die Spannung von Element 108 ca. im Bereich 1:5 bis 1:20 kleiner als die Spannung von Element 116;
Element 106 wird verwendet zur Begrenzung des Basisstroms von Element 118. Typischerweise wählt man den Basisstrom ca. lOx bis 200x < als den Begrenzungsstrom der Schaltung. Der Faktor (10 bis 200) hängt von der Stromverstärkung des gewählten Transistors ab;
Elemente 110a, 110b: lOpF bis 22 nF. Soll ein Verschleifen der steigenden Flanke vermieden werden, wird für Element 110a tendenziell ein Wert im unteren Bereich eingesetzt werden, also allgemein ein kleinerer Wert als für Element 112b.
Das optionale kapazitive Element 110b mag gleichfalls zur Verlangsamung des Einschaltvorgangs von Begrenzungselement 118 verwendet werden. Sobald Schaltelement 102 einschaltet, somit in leitendem Zustand ist, wird die Basis des Elements 118 kapazitiv nach Masse gezogen, so dass Element 118 zunächst sperrt. Erst durch Umladen von Element 110b über Widerstandselement 106 beginnt Begrenzungselement 118 zu leiten. Die Funktionsweise einer Strombegrenzung der Schaltungsanordnung gemäß
Figur 1 stellt sich wie folgt dar. Bei eingeschaltetem Element 102 führt der Strom in der Ausgangsleitung zu einem Spannungsabfall an Widerstandselement 104. Im regulären Betrieb ist dieser Spannungsabfall jedoch so klein, dass die Basisemitterspannung an Begrenzungselement 118 ausreicht, das Element 118 selbst, beispielsweise bei Einsatz eines Transistors, aufzusteuern, vorteilhafterweise jedoch nicht zwingend in die Sättigung. Wird die Ausgangsleitung nun nie- derohmig mit positivem Potential verbunden, beispielsweise in einem Kurzschlussfall, so steigt der Strom in der Ausgangsleitung nur so weit an, bis der Spannungsabfall an widerstandsbehaftetem Element 104 und Schaltelement 102 so groß ist, dass die Basisemitterspannung des Begrenzungselementes 118 nicht mehr ausreicht, den Transistor voll aufzusteuern. Der Spannungsabfall über die Kollektoremitterstrecke des Begrenzungselementes 118 steigt somit an, der Strom in der Ausgangsleitung wird begrenzt. In diesem Betriebsfall mag eine ausreichende Leistungsabfuhr, somit eine Kühlung des Begrenzungselementes 118 notwendig sein.
Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 116 mag insbesondere als die Spannung der Reihenschaltung der Spannungsquelle 116 sowie des Widerstandselements 114 angenommen werden.
Weiter Bezug nehmend auf Figur 2 wird eine weitere exemplarische Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Alternativ zu einer Reihenschaltung von Begrenzungseinheit und Schaltelement 102, wie in Figur 1 dargestellt, mag auch eine Parallelschaltung von Begrenzungselement 118 und Schaltelement 102 realisiert sein. Das Schaltelement 102 steuert hierbei das Begrenzungselement 118 an dessen Basis an, das Aus- gangssignal wird dadurch invertiert. Optional mag die Stromverstärkung des Begrenzungselementes 118 verwendet werden, so dass für Schaltelement 102 ein Schaltelement mit geringer Leistung einsetzbar ist. Hierbei mag beispielsweise eine direkte Ansteuerung von Begrenzungselement 118 aus einem Open-Drain-Ausgang eines Microcontrollers möglich sein. Hierdurch mag eine eigene Verstärkerstufe einsparbar sein.
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 ist analog zur Schaltungsanordnung gemäß Figur 1.
Wird als Schaltelement 102 ein MOSFET verwendet, so mag dessen parasitäre Bodydiode die Basisemitterdiode des Begrenzungselementes 118 vor einem Durchbruch bei Verpolung der Schaltung schützen. In diesem Fall muss die Bodydiode jedoch eine ausreichend hohe Stromtragfähigkeit aufweisen.
Weiter Bezug nehmend auf Figur 3 wird eine exemplarische Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer Flankensteilheit eines elektrischen Signals gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 mag insbesondere als eine reine Flankenbegrenzung aufgefasst werden. Bei ausgeschaltetem Schaltelement 102 wird das kapazitive Element 302 über Widerstandselement 106, Begrenzungselement 118 und Widerstandselement 114 auf das Potential von Spannungsquelle 116 geladen. Wenn Schaltelement 102 nun einschaltet, ist Begrenzungselement 118 zunächst gesperrt. Nun entlädt sich kapazitives Element 302 über Widerstandselement 300 und Schaltelement 102, so dass das Basispotential von Begrenzungselement 118 langsam absinkt. Dieses beginnt zu leiten, und der Ausgangsspannungspegel folgt dem Verlauf der Basisspannung von Begrenzungselement 118. Sobald Schaltelement 102 wieder abschaltet, wird kapazitives Element 302 über Widerstandselement 106, Begrenzungselement 118 und Widerstandselement 114 geladen, wodurch das Ausgangspotential wieder auf den Wert der Spannungsquelle 116 ansteigt. Ist ein Element 112a, b vorhanden, mag die Kapazität von kapazitivem Element 302 klein gegenüber der Kapazität eines Elementes 112a, b gewählt werden, wodurch die steigende Flanke der Schaltungsanordnung nur geringfügig beeinflusst wird.
Im Einschaltmoment von Element 102 mag am Schaltungsausgang insbesondere das Verhalten einer gesteuerten Flanke realisiert sein. Für die Schaltungsanordnungen der Figuren 1 und 2 mag weiterhin eine variable Strombegrenzung implementierbar sein. Hierzu wäre das Begrenzungselement 118 basisseitig an ein variables Potential anzubinden. Die Höhe dieses Potentials mag die Strombegrenzung einstellen können.
Der exemplarisch dargestellte Bipolartransistor für Begrenzungselement 118 mag in allen Schaltungsanordnungen der Figuren 1 bis 3 alternativ auch durch andere Transistortypen, beispielsweise MOSFET oder JFET, als Operationsverstärker oder Röhrenelement ausgeführt sein. Die Anschlüsse sind dann entsprechend des eingesetzten Bauelements zu wählen.
Im Falle, dass in den Schaltungsanordnungen der Figuren 1 bis 2 ein selbstleitender n-Kanal FET für Begrenzungselement 118 gewählt wird, mag dessen Ga- teanbindung beispielsweise auch an Massepotential erfolgen, so dass keine Hilfsspannung erforderlich sein mag.
Fehlt das Schaltelement 102 in der Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 oder wird durch einen Kurzschluss in der Schaltungsanordnung gemäß Variante 1 ersetzt, so ergibt sich in den jeweiligen Schaltungsanordnungen eine reine Strom- begrenzerschaltungsanordnung.
Alle Schaltungsanordnungen können abweichend von den in den Figuren dargestellten, auch schematisch zu verstehenden, Implementierungen ganz - oder teilweise auch in integrierter Form Verwendung finden.
Figur 4 zeigt einen beispielhaften Signalverlauf der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1.
Zum Zeitpunkt tierfolgt in der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 ein Ausschalten des Schaltelements 102. Hierdurch steigt die Ausgangsspannung
V (collector) auf den exemplarischen Wert von 16 V an. Zum Zeitpunkt t 2 erfolgt ein Einschaltevorgang des Schaltelements 102. Im Falle, dass ausschließlich ein Schaltelement 102 sowie die Elemente 114 und 116 vorgesehen sind, erfolgt eine Schaltung mit einer Steilheit der Flanke 400, im Wesentlichen, exemplarisch, unmittelbar. Im Falle der Anordnung der Begrenzungseinheit 120, wird die fallende Flanke 402 in ihrer Steilheit begrenzt, wodurch diese langsamer fällt und erst zum Zeitpunkt t3 auf ihren unteren Wert, der im Wesentlichen durch das Verhältnis der elektrischen Widerstände der Widerstandselemente 114 und 104 festgelegt ist.
Figur 5 zeigt eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren 500 zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale weist auf die Schritte Ausführen 502 eines Schaltvorgangs der Spannungsquelle unter Verwendung des Schaltelementes und Begrenzen 504 einer Stromstärke und/oder einer Flankensteilheit eines elektrischen Signals, insbesondere der Ausgangsspannung, unter Verwendung eines Begrenzungseinheit.