Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäss den Oberbegriffen der beiden unabhängigen Patentansprüche.
Bei solchen Verfahren werden üblicherweise "Powerfail-ICs" eingesetzt, die die Versorgung des Mikrocomputers über einen Messeingang mit einem Grenzwert vergleichen und bei Unterspannung über den immer vorhandenen Reset-Anschluss des Mikrocomputers alle Ausgänge dieses Mikrocomputers in den sicheren Zustand versetzen und bei wiederkehrender Versorgungsspannung ein Neuanlauf des Mikrocomputers bewirken. Um eine Überspannung unschädlich zu machen, werden Zenerdioden eingesetzt, so dass über die Zenerspannung die am Mikrocomputer anliegende Spannung auf den Wert der Zenerdiode beschränkt wird.
Bei solchen bekannten Lösungen ergeben sich die Nachteile, dass sowohl die Zenerdiode wie auch das Powerfail-IC selbst überwacht werden müssen, wobei die Überwachung der Zenerdiode nur mit besonders hohem Aufwand möglich ist. Bei der Überwachung des Powerfail-ICs treten bei Neuanlauf relativ lange Zeitpausen auf, die den Regler, in den der Mikrocomputer integriert ist, besonders langsam machen, wobei sich bei bestimmten Prozessen diese Totzeiten besonders störend auswirken können.
Weiterhin ergibt sich noch der Nachteil, dass der Reset bei einem Mikrocomputer nur bis zu einer bestimmten minimalen Versorgungsspannung des Mikrocomputers wirkt. Unterhalb dieses Spannungspegels können die Ausgangswerte des Mikrocomputers auf seinen Ausgangsanschlüssen nicht mehr vorhersehbare Werte und Zustände annehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen anzugeben, mit denen es sicher und einfach möglich ist, die Versorgungsspannung eines Mikrocomputers zu überwachen und die Aktoren des Mikrocomputers vor unerwünschten Fehlzuständen zu schützen.
Die Lösung der Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 für das Verfahren und des Anspruchs 2 für die Vorrichtung.
Bei dem Verfahren wird direkt auf die Aktoren beziehungsweise die sie steuernden Leistungsendstufen zugegriffen, und diese werden gegebenenfalls stromlos geschaltet. Damit kann sich eine Über- oder Unterspannung für die Versorgung des Mikrocomputers nicht in falschen Schaltzuständen der Aktoren äussern.
Durch die Vorrichtung ergibt sich eine schaltungstechnisch besonders einfache Lösung des Verfahrensablaufes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Merkmale der Ansprüche 3 bis 6 vorgeschlagen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Durchführung der erfindungsgemässen Verfahren,
Fig. 2 eine Schaltung für eine Unterspannungsüberwachungsstufe und
Fig. 3 eine Schaltung für eine Überspannungsüberwachungsstufe.
In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
In einem Umlaufwasserheizer ist ein witterungsgeführter Vorlauftemperaturregler vorgesehen, der als Aktor ein Magnetventil 1 aufweist, das aus dem eigentlichen Ventilkörper 2 und einer Erregerspule 3 besteht. Letztere betätigt über einen Hebel 4 das eigentliche Ventil, das im Zuge einer Gasleitung 5 liegt, die zu einem Flammen 6 aufweisenden Brenner 7 führt. Es leuchtet ein, dass bei Auftreten von unzulässigen Spannungswerten im Rahmen der Regelung der Brenner 7 abgeschaltet werden muss.
Teil des Reglers, der eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweist, ist ein Mikrocomputer 8, der über eine Leitung 9 an eine ihn steuernde Spannungsquelle U0 über einen Spannungsregler 10 angeschaltet ist. Dieser Spannungsregler dient zur Stabilisierung der aus der Spannung U0 gewonnenen Versorgungsspannung UV, die innerhalb relativ enger Toleranzen gehalten werden muss. Die Spannung UV wird von der Leitung 9 in einem Verzweigungspunkt 11 auf eine Leitung 12 gegeben, die zu einem weiteren Verzweigungspunkt 13 führt. Von dieser führen je eine Leitung 14 und 15 zu Eingängen 16 und 17 einer Überspannungsüberwachungsstufe 18 beziehungsweise einer Unterspannungsüberwachungsstufe 19. Die Ausgänge 20 und 21 beider Simulationsstufen sind über Leitungen 22 und 23 mit Eingängen 24 und 25 eines ODER-Gliedes 26 verbunden.
Der Mikrocomputer besitzt einen Ausgang 27, der auf einen Eingang 28 eines UND-Gliedes 29 geschaltet ist. Ein invertierender Eingang 30 dieses UND-Gliedes ist über eine Leitung 31 mit einem Ausgang 32 des ODER-Gliedes 26 verbunden. Ein Ausgang 33 des UND-Gliedes ist mit einem Eingang 34 einer Endstufe 35 verbunden, deren Ausgang 36 auf die Erregerspule des Magnetventils 1 geschaltet ist. Der Ausgang 36 ist über eine Leitung 37 mit einem Eingang des Mikrocomputers 8 verbunden. Ein Ausgang 38 des Mikrocomputers bildet über eine Leitung 39 einen Eingang 40 der Unterspannungsüberwachungsstufe 19, und ein weiterer Ausgang 41 ist über eine Leitung 42 mit einem Eingang 43 der Überspannungsüberwachungsstufe 18 verbunden.
Die Spannung U0 am Eingang des Spannungsreglers 10 ist über eine Verzweigung 44, von der eine Leitung 45 abzweigt, mit einem Eingang 46 einer eine extreme Unterspannung erkennenden Stufe 47 verbunden, deren Ausgang 48 über eine Leitung 49 auf einen weiteren Eingang 50 des ODER-Gliedes 26 geschaltet ist. Ein weiterer Eingang 51 der Stufe 47 ist mit einem Ausgang 52 des Mikrocomputers 8 über eine Leitung 53 verbunden.
Einer Versorgungsspannung UB für die Endstufe 35 ist über eine Verzweigung 54, an die eine Leitung 55 angeschlossen ist, einer Referenzspannungsstufe 56 zugeführt, deren Ausgang 57 auf eine Leitung 58 geschaltet ist. Diese Leitung 58 ist über Leitung 59, 60 und 61 mit Eingängen sowohl der Stufe 47 wie auch der Unterspannungs- und Überspannungsüberwachungsstufe 18 und 19 verbunden. Von der Verzweigung 54 zweigt eine weitere Leitung 62 ab, die über Stichleitungen 63 und 64 mit Eingängen der Überspannungs- und Unterspannungsüberwachungsstufe 18 und 19 und über eine weitere Stichleitung 65 mit der Stufe 47 verbunden ist.
Die eben geschilderte Schaltung arbeitet wie folgt:
Solange die Spannung U0 innerhalb bestimmter Grenzen liegt, reagiert die Stufe 47 nicht, das heisst, ihr Ausgang 48 ist stromlos. Die Spannung U0 wird stabilisiert, so dass die daraus resultierende Spannung UV sowohl über die Leitung 9 am Mikrocomputer anliegt wie auch über die Leitungen 14 und 15 den Über- und Unterspannungsüberwachungsstufe zugeführt wird. Liegt sie dort innerhalb der dort eingestellten vorgegebenen Grenzen, sind deren Ausgänge 20 und 21 stromlos. Der Ausgang 32 des ODER-Gliedes 26 ist stromlos, die auf der Leitung 27 anliegenden Signale des Mikrocomputers werden der Endstufe 35 zugeführt, bei Wärmeanforderung handelt es sich hier um ein kontinuierliches Stromsignal, das die Spule 3 des Magnetventils 1 bestromt, das heisst, der Brenner 7 kann brennen. Ob und wie lange er brennt, hängt von der bereits erwähnten Vorlauftemperaturregelung oder -steuerung ab.
Es ist nun verfahrensmässig vorgesehen, dass innerhalb dieses normalen Betriebes die Überspannungs- und Unterspannungsüberwachungsstufe getestet werden. Hierzu resultiert auf den Ausgängen 38 und 41 kurzzeitig periodisch jeweils ein Signal, was eine solche Unterspannung oder Überspannung der Spannung UV vortäuscht. Diese beiden Signale erscheinen nicht zum gleichen Zeitpunkt, sondern jeweils unabhängig voneinander. Im einen Fall wird demgemäss die Unterspannung simuliert, im anderen Fall die Überspannung. Die jeweils zutreffende Simulationsstufe muss ansprechen und auf ihrem Ausgang 20 oder 21 ein entsprechendes Stromsignal erzeugen. Dies bewirkt ein Durchschalten des ODER-Gliedes 26, so dass am Eingang 30 des UND-Gliedes 29 ein entsprechendes Signal anliegt, das aber invertiert wird. Das heisst, das UND-Glied sperrt für die Dauer dieses Test.
Das bedeutet, dass die Versorgungsspannung UB von der Endstufe 35 abgeschaltet wird, so dass am Ausgang 36 kurzzeitig keine Spannung herrscht. Dieser Zustand wird über die Leitung 37 dem Mikrocomputer 8 rückgemeldet. Dieser Zustand wird so kurz bemessen, dass, bedingt durch die Trägheit und die Induktivität des Magnetventils, dessen \ffnungszustand nicht unterbrochen wird. Bei der Unterspannungssimulation findet das gleiche statt, die Simulation der Überspannung und Unterspannung findet alternierend statt. Unterschreitet nun tatsächlich die Spannung UV bestimmte Toleranzen, so wird dieser aktuelle Spannungswert über die Eingänge 16 und 17 den Unter- und Überspannungsüberwachungsstufen, die auch als Prüfstufen arbeiten, mitgeteilt.
Als Folge davon wird entweder der Ausgang 20 oder der Ausgang 21 bestromt, so dass für die Dauer des Vorhandenseins von Über- oder Unterspannung die Endstufe 35 auf der eben beschriebenen Art und Weise stromlos oder spannungslos geschaltet wird. Damit muss das Gasventil 2 schliessen.
Nimmt die Spannung U0 bereits einen unzulässig tiefen Wert an, so wird dies vorab erkannt, da dieser relativ tiefe Spannungswert über den Eingang 46 der Stufe 47 zugeführt wird. Der dann bestromte Ausgang 48 bringt über die Leitung 49 das ODER-Glied 26 zum Durchschalten und damit die Endstufe 35 zum Abschalten. Damit ist es möglich, wesentlich schneller zu reagieren, da beim Absinken der Spannung UO die Versorgungsspannung UV noch längere Zeit innerhalb der vorgegebenen Toleranzen verweilen kann.
Die Fig. 2 zeigt die schaltungstechnische Ausbildung der Unterspannungsüberwachungsstufe 19 und der Stufe 47, wobei die Dimensionierung der Schaltungselemente geringfügig anders sein kann. Der Eingang 16 ist über einen Widerstand 66 mit einem Verzweigungspunkt 67 verbunden, der seinerseits mit einem Eingang 68 eines Komparators 69 verbunden ist, dessen Ausgang den Ausgang 20 bildet. Die Stichleitung 62 ist mit dem anderen Eingang 70 des Komparators verbunden. Der Eingang 40 ist der Basis 71 eines Transistors 72 zugeführt, dessen Kollektor 73 über einen Widerstand 74 mit einem Verzweigungspunkt 75 verbunden ist, der einerseits mit dem Verzweigungspunkt 67 unmittelbar und mit Masse 76 über einen Widerstand 77 verbunden ist. Der Emitter 78 des Transistors 72 liegt unmittelbar an Masse.
Die beiden Widerstände 66 und 77 bilden einen Spannungsteiler für die in ihrer Höhe zu überwachende Versorgungsspannung UV. Ein hiervon über den Spannungsleiter abgeleitetes Ist-Spannungssignal liegt am Eingang des Komparators 69 an und wird mit dem über die Leitung 62 anstehenden Referenzspannungssignal verglichen. Das zyklisch vom Mikrocomputer 8 ausgelöste Testsignal liegt über die Leitung 40 an und schaltet den Transistor 72 bei Anliegen durch. Damit wird der am Eingang 68 des Komparators 69 anliegende Ist-Wert der Spannung künstlich verfälscht und eine Unterspannung vorgetäuscht.
Die in der Fig. 3 dargestellte Überspannungsüberwachungsstufe weist einen Komparator 79 auf, dessen Ausgang die Leitung 21 bildet. Ein erster Eingang des Komparators 79 ist von der Leitung 61 gebildet, ein zweiter Eingang 80 ist zu einer ersten Verzweigung 81 und einer zweiten Verzweigung 82 geführt. Die erste Verzweigung führt über einen Widerstand 83 zum Emitter 84 eines Transistors 85, an dessen Basis 86 die Leitung 43 angeschlossen ist. Der Kollektor 87 des Transistors ist mit der Leitung 14 verbunden. Die Leitung 14 steht über einen Widerstand 88 mit dem Verzweigungspunkt 82 in Verbindung, der über einen weiteren Widerstand 89 mit Masse 76 verbunden ist.
Die Funktion dieser Schaltung ist folgende:
Die zu messende Spannung UV wird über die Leitung 14 und den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 88 und 89, dem Eingang 80 des Komparators 79 zugeführt. Diese Spannung beziehungsweise die von ihr über den Spannungsteiler abgeleitete Spannung wird mit der Referenzspannung 61 verglichen. Zusätzlich kann die Versorgungsspannung UV noch auf Überspannung simuliert werden, indem nämlich auf der Leitung 43 vom Mikrocomputer 8 ein Signal gegeben wird. Der Transistor 85 ist normalerweise gesperrt, bei Erscheinen eines Signals auf der Leitung 43 wird er leitend und erhöht den Spannungswert am Verzweigungspunkt 81 auf einen zu simulierenden Überspannungswert. Hierzu ist es notwendig, dass der Widerstandswert des Widerstands 83 erheblich kleiner als der des Widerstands 88 ist.
The invention relates to a method and a device according to the preambles of the two independent claims.
In such methods, "power fail ICs" are usually used, which compare the supply of the microcomputer with a limit value via a measurement input and, in the event of undervoltage, put all the outputs of this microcomputer into a safe state via the reset connection of the microcomputer, which is always present, and switch on with a recurring supply voltage Cause the microcomputer to restart. In order to render an overvoltage harmless, Zener diodes are used so that the voltage applied to the microcomputer is limited to the value of the Zener diode via the Zener voltage.
The disadvantages of such known solutions are that both the Zener diode and the power fail IC itself have to be monitored, the monitoring of the Zener diode being possible only with particularly great effort. When the power fail IC is monitored, there are relatively long pauses when restarting, which makes the controller in which the microcomputer is integrated particularly slow, with these dead times having a particularly disruptive effect in certain processes.
Furthermore, there is the disadvantage that the reset in a microcomputer only takes effect up to a certain minimum supply voltage for the microcomputer. Below this voltage level, the output values of the microcomputer on its output connections can assume unpredictable values and states.
The present invention is based on the object of specifying a method and devices suitable for carrying out the method, with which it is possible to monitor the supply voltage of a microcomputer in a safe and simple manner and to protect the actuators of the microcomputer against undesirable fault conditions.
The solution to the problem lies in the characterizing features of claim 1 for the method and claim 2 for the device.
In the method, the actuators or the power output stages controlling them are accessed directly, and these are switched off, if necessary. This means that an overvoltage or undervoltage for the supply of the microcomputer cannot manifest itself in the wrong switching states of the actuators.
The device results in a circuit-technically particularly simple solution to the process sequence.
In a further embodiment of the invention, the features of claims 3 to 6 are proposed.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing.
Show it:
1 shows a block diagram for carrying out the method according to the invention,
Fig. 2 shows a circuit for an undervoltage monitoring stage and
Fig. 3 shows a circuit for an overvoltage monitoring stage.
In all three figures, the same reference numerals denote the same details.
In a circulating water heater, a weather-compensated flow temperature controller is provided which, as an actuator, has a solenoid valve 1, which consists of the actual valve body 2 and an excitation coil 3. The latter actuates the actual valve via a lever 4 which lies in the course of a gas line 5 which leads to a burner 7 having flames 6. It is obvious that the burner 7 must be switched off when inadmissible voltage values occur as part of the regulation.
Part of the regulator, which has a large number of further components, is a microcomputer 8, which is connected via a line 9 to a voltage source U0 controlling it via a voltage regulator 10. This voltage regulator serves to stabilize the supply voltage UV obtained from the voltage U0, which must be kept within relatively narrow tolerances. The voltage UV is passed from line 9 in a branching point 11 to a line 12 which leads to a further branching point 13. From this line 14 and 15 lead to inputs 16 and 17 of an overvoltage monitoring stage 18 and an undervoltage monitoring stage 19. The outputs 20 and 21 of both simulation stages are connected via lines 22 and 23 to inputs 24 and 25 of an OR gate 26.
The microcomputer has an output 27 which is connected to an input 28 of an AND gate 29. An inverting input 30 of this AND gate is connected via a line 31 to an output 32 of the OR gate 26. An output 33 of the AND gate is connected to an input 34 of an output stage 35, the output 36 of which is connected to the excitation coil of the solenoid valve 1. The output 36 is connected via a line 37 to an input of the microcomputer 8. An output 38 of the microcomputer forms an input 40 of the undervoltage monitoring stage 19 via a line 39, and a further output 41 is connected via a line 42 to an input 43 of the overvoltage monitoring stage 18.
The voltage U0 at the input of the voltage regulator 10 is connected via a branch 44, from which a line 45 branches, to an input 46 of a stage 47 which detects an extreme undervoltage, the output 48 of which via a line 49 to a further input 50 of the OR gate 26 is switched. Another input 51 of stage 47 is connected to an output 52 of microcomputer 8 via a line 53.
A supply voltage UB for the output stage 35 is fed via a branch 54, to which a line 55 is connected, to a reference voltage stage 56, the output 57 of which is connected to a line 58. This line 58 is connected via lines 59, 60 and 61 to inputs of stage 47 as well as undervoltage and overvoltage monitoring stages 18 and 19. A further line 62 branches off from the branch 54, which line is connected via stubs 63 and 64 to inputs of the overvoltage and undervoltage monitoring stages 18 and 19 and via a further stub line 65 to the stage 47.
The circuit just described works as follows:
As long as the voltage U0 is within certain limits, the stage 47 does not react, that is, its output 48 is without current. The voltage U0 is stabilized so that the resulting voltage UV is applied to the microcomputer via line 9 as well as to the overvoltage and undervoltage monitoring stage via lines 14 and 15. If it is there within the predetermined limits set there, its outputs 20 and 21 are de-energized. The output 32 of the OR gate 26 is de-energized, the signals from the microcomputer present on the line 27 are fed to the output stage 35. When heat is requested, this is a continuous current signal that energizes the coil 3 of the solenoid valve 1, that is, the Burner 7 can burn. Whether and how long it burns depends on the flow temperature regulation or control already mentioned.
The procedure now provides for the overvoltage and undervoltage monitoring stage to be tested during this normal operation. For this purpose, a signal periodically results at the outputs 38 and 41, which simulates such undervoltage or overvoltage of the voltage UV. These two signals do not appear at the same time, but each independently. In one case the undervoltage is simulated accordingly, in the other case the overvoltage. The relevant simulation stage must respond and generate a corresponding current signal at its output 20 or 21. This causes the OR gate 26 to be switched through, so that a corresponding signal is present at the input 30 of the AND gate 29, but is inverted. This means that the AND gate blocks this test for the duration.
This means that the supply voltage UB is switched off by the output stage 35, so that there is no voltage for a short time at the output 36. This state is reported back to the microcomputer 8 via the line 37. This state is so short that, due to the inertia and the inductance of the solenoid valve, its open state is not interrupted. The same happens with undervoltage simulation, the simulation of overvoltage and undervoltage takes place alternately. If the voltage UV actually falls below certain tolerances, this current voltage value is communicated via the inputs 16 and 17 to the undervoltage and overvoltage monitoring stages, which also operate as test stages.
As a result, either the output 20 or the output 21 is energized, so that for the duration of the presence of overvoltage or undervoltage, the output stage 35 is de-energized or de-energized in the manner just described. The gas valve 2 must therefore close.
If the voltage U0 already assumes an impermissibly low value, this is recognized in advance since this relatively low voltage value is fed to the stage 47 via the input 46. The then energized output 48 brings through the line 49 the OR gate 26 to switch through and thus the output stage 35 to switch off. This makes it possible to react much faster, since when the voltage UO drops, the supply voltage UV can remain for a long time within the specified tolerances.
2 shows the circuit design of the undervoltage monitoring stage 19 and the stage 47, it being possible for the dimensioning of the circuit elements to be slightly different. The input 16 is connected via a resistor 66 to a branch point 67, which in turn is connected to an input 68 of a comparator 69, the output of which forms the output 20. The stub 62 is connected to the other input 70 of the comparator. The input 40 is fed to the base 71 of a transistor 72, the collector 73 of which is connected via a resistor 74 to a branch point 75 which is connected on the one hand directly to the branch point 67 and to ground 76 via a resistor 77. The emitter 78 of the transistor 72 is directly connected to ground.
The two resistors 66 and 77 form a voltage divider for the supply voltage UV to be monitored in terms of its level. An actual voltage signal derived therefrom via the voltage conductor is present at the input of comparator 69 and is compared with the reference voltage signal present via line 62. The test signal cyclically triggered by the microcomputer 8 is present via the line 40 and switches the transistor 72 through when it is present. The actual value of the voltage present at the input 68 of the comparator 69 is thus artificially falsified and an undervoltage is simulated.
The overvoltage monitoring stage shown in FIG. 3 has a comparator 79, the output of which forms line 21. A first input of the comparator 79 is formed by the line 61, a second input 80 leads to a first branch 81 and a second branch 82. The first branch leads via a resistor 83 to the emitter 84 of a transistor 85, to the base 86 of which the line 43 is connected. The collector 87 of the transistor is connected to line 14. The line 14 is connected via a resistor 88 to the branching point 82, which is connected to ground 76 via a further resistor 89.
The function of this circuit is as follows:
The voltage UV to be measured is fed via line 14 and the voltage divider, consisting of resistors 88 and 89, to input 80 of comparator 79. This voltage or the voltage derived from it via the voltage divider is compared with the reference voltage 61. In addition, the supply voltage UV can also be simulated for overvoltage by giving a signal on the line 43 from the microcomputer 8. Transistor 85 is normally blocked; when a signal appears on line 43, it becomes conductive and increases the voltage value at branch point 81 to an overvoltage value to be simulated. For this it is necessary that the resistance value of the resistor 83 is considerably smaller than that of the resistor 88.