DE10031467A1

DE10031467A1 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Schaltelements

Info

Publication number: DE10031467A1
Application number: DE2000131467
Authority: DE
Inventors: Heiko Albers; Bernhard Foerstl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-10
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: DE10031467C2

Abstract

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Schaltelements (1), insbesondere zur Ansteuerung eines KFZ-Starterrelais, mit einer ersten Steuereinheit (2) zur Ansteuerung eines masseseitigen Steuereingangs (LSOUT) des Schaltelements (1), einer zweiten Steuereinheit (3) zur Ansteuerung eines spannungsseitigen (HSOUT) Steuereingangs des Schaltelements (1), wobei eine der beiden Steuereinheiten (2, 3) als Not-Steuereinheit sowohl mit dem masseseitigen Steuereingang (LSOUT) als auch mit dem spannungsseitigen Steuereingang (HSOUT) des Schaltelements (1) verbunden ist sowie eine geringere minimale Versorgungsspannung als die andere Steuereinheit (3) und/oder eine gepufferte Spannungsversorgung (4, 7) aufweist, um bei einem Einbruch der Versorgungsspannung und einem daraus resultierenden Ausfall der anderen Steuereinheit (3) eine Not-Ansteuerung des Schaltelements (1) zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteue rung eines elektrischen Schaltelementes, insbesondere zur An steuerung eines KFZ-Starterrelais, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Ansteuerung eines KFZ-Starterrelais ist zum einen zu berücksichtigen, dass die Versorgungsspannung des KFZ- Bordnetzes während des Startvorgangs aufgrund des hohen Stromverbrauchs des Starters einbricht, so dass die Ansteue rung des KFZ-Starterrelais auch bei einem Spannungseinbruch aufrechterhalten werden muß. Zum anderen muß bei der Steue rung des KFZ-Starterrelais ein unbeabsichtigter Motorstart verhindert werden.

Es ist bekannt, zur Ansteuerung eines KFZ-Starterrelais einen herkömmlichen Zündanlassschalter zu verwenden.

Bei modernen elektronischen Steuereinlagen liegt die Ein gangsinformation jedoch oftmals nur softwaremäßig vor, was den Einsatz eines einfachen Zündanlassschalters ausschließt. Es ist für solche Fälle bekannt, dass KFZ-Starterrelais mit einem oder zwei Mikrocontrollern sowohl auf der Masseseite (low-side) als auch auf der Spannungsseite (high-side) anzu steuern sind, wobei der KFZ-Starter nur aktiviert wird, wenn das KFZ-Starterrelais gleichzeitig auf der Masseseite und der Spannungsseite angesteuert wird, wodurch ein unbeabsichtigter Motorstart weitgehend verhindert wird. Problematisch ist hierbei jedoch, dass der bzw. die Mikrocontroller nur bei ei ner ausreichenden Versorgungsspannung von üblicherweise 5 V ordnungsgemäß arbeiten, so dass zur Verhinderung eines Funk tionsausfalls des bzw. der Mikrocontroller im Falle eines Spannungseinbruchs ein sog. Step-Up-Regler verwendet wird, um auch bei einem Spannungseinbruch im KFZ-Bordnetz eine ausrei chende Versorgungsspannung für den bzw. die Mikrocontroller sicherzustellen. Nachteilig hieran ist deshalb, dass zur Auf rechterhaltung des Betriebs bei einem Spannungseinbruch ein Step-Up-Regler erforderlich ist.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung zur Ansteuerung eines KFZ-Starterrelais zu schaffen, die ohne einen Step-Up-Regler eine Aufrechterhal tung des Betriebs auch bei einem Spannungseinbruch im KFZ- Bordnetz ermöglicht.

Die Erfindung wird, ausgehend von der vorstehend beschriebe nen bekannten Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, zur An steuerung des Schaltelementes zwei Steuereinheiten zu verwen den, wobei eine der beiden Steuereinheiten als Not- Steuereinheit ausgebildet ist und im Falle eines Spannungs einbruchs allein die Steuerung des Schaltelements übernimmt. So sind die Steuereingänge des Schaltelements sowohl auf der Masseseite als auch auf der Spannungsseite mit der Not-Steuer einheit verbunden, um eine alleinige Ansteuerung des Schalt elements durch die Not-Steuereinheit auch beim Ausfall der an deren Steuereinheit zu ermöglichen. Wichtig ist hierbei, dass die Not-Steuereinheit auch bei einem Spannungseinbruch wei terarbeitet, wenn die andere Steuereinheit bereits ausgefal len ist. Dies kann im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Not-Steuereinheit eine geringere minimale Versorgungsspannung aufweist und deshalb bei einem Einbruch der Versorgungsspannung später ausfällt. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, die Versorgungsspannung der Not- Steuereinheit zu puffern, was beispielsweise durch einen Kon densator möglich ist. Eine derartige Pufferung der Versor gungsspannung der Not-Steuereinheit ist im Rahmen der Erfin dung erstmals möglich, da die Hauptsteuerfunktionen im Normalbetrieb durch die andere Steuereinheit erfüllt werden, so dass die Not-Steuereinheit aufgrund der relativ einge schränkten Funktionalität und des damit verbundenen geringen Aktivstroms leichter pufferbar ist.

Als Not-Steuereinheit kann im Rahmen der Erfindung wahlweise die mit dem masseseitigen Steuereingang des Schaltelements verbundene Steuereinheit oder die mit dem spannungsseitigen Steuereingang des Schaltelements verbundene Steuereinheit verwendet werden.

Vorzugsweise weist die Not-Steuereinheit einen mit dem masse seitigen Steuereingang des Schaltelements verbundenen ersten Steuerausgang und einem mit dem spannungsseitigen Steuerein gang verbundenen zweiten Steuerausgang auf, um die beiden Steuereingänge des Schaltelements unabhängig voneinander an steuern zu können. Einer der beiden Steuerausgänge der Not- Steuereinheit ist vorzugsweise über eine Logikschaltung mit dem zugehörigen Steuereingang des Schaltelements verbunden, wobei die Logikschaltung zusätzlich von der anderen Steuer einheit angesteuert wird, wodurch im Normalbetrieb bei aus reichender Spannung eine alleinige Ansteuerung des Schaltele ments durch die Not-Steuereinheit verhindert wird, was einen unbeabsichtigen Motorstart weitgehend ausschließt.

Die beiden Steuereinheiten bestehen vorzugsweise aus Mikro controllern, wobei zur Datenkommunikation zwischen den beiden Mikrocontrollern beispielsweise die Verfahren SPI oder 1²C in Frage kommen. Die Versorgungsspannung der Not-Steuereinheit kann beispielsweise 2 V betragen, während die Versorgungs spannung der anderen Steuereinheit beispielsweise 5 V be trägt.

Vorzugsweise sind die Steuerausgänge der ersten bzw. der zweiten Steuereinheit über jeweils einen Widerstand (Pull- Down-Widerstand) mit Masse verbunden, um bei einem Ausfall der ersten bzw. zweiten Steuereinheit aufgrund eines Ein bruchs der Versorgungsspannung einen definierten LOW-Pegel am Ausgang der ersten bzw. zweiten Steuereinheit zu erreichen.

Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be schreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer Pufferung der Not-Steuereinheit,

Fig. 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei der die Versorgungsspannung der Not- Steuereinheit geringer ist,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Versorgungsspannung beim Starten des KFZ sowie

Fig. 4 eine Logiktabelle mit der Zuordnung der Ausgänge der beiden Steuereinheiten zu der Ansteuerung des spannungsseitigen Eingangs des KFZ-Starterrelais.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung dient zur An steuerung eines KFZ-Starterrelais 1 und weist hierzu zwei Mikrocontroller 2, 3 auf, wobei der Mikrocontroller 3 die ge samte Funktionssoftware des Steuergerätes beinhaltet, wohin gegen der Mikrocontroller 2 im Falle eines Spannungseinbru ches und eines daraus resultierenden Ausfalls des Mikrocont rollers 3 die Ansteuerung des KFZ-Starterrelais 1 übernimmt.

Die Spannungsversorgung der beiden Mikrocontroller 2, 3 er folgt durch eine Spannungsversorgungseinheit 4, die zwei Spannungsregler 5, 6 aufweist, wobei der Spannungsregler 5 die Versorgungsspannung VCC 1 für den Mikrocontroller 3 re gelt, während der Spannungsregler 6 die Versorgungsspannung VCC 2 für den Mikrocontroller 2 bereitstellt. Zur Pufferung der Versorgungsspannung VCC 2 für den Mikrocontroller 2 weist der Spannungsregler 6 eingangsseitig einen an Masse geschal teten Elektrolytkondensator mit einer Kapazität von zum Bei spiel 47 µF auf. Die Pufferung durch den Elektrolytkondensa tor 7 reicht aus, um die Eingangsspannung VCC 2 des Mikro controllers 2 über dem erforderlichen Minimalwert zu halten, da der Mikrocontroller 2 im Vergleich zum Mikrocontroller 3 eine sehr eingeschränkte Funktionalität besitzt und deshalb aufgrund der eingeschränkten Funktionalität nur einen relativ geringen Stromverbrauch hat. Die Ansteuerung des KFZ- Starterrelais 1 durch die beiden Mikrocontroller 2, 3 erfolgt nicht direkt, sondern indirekt unter Zwischenschaltung von zwei Treiberschaltungen 8, 9, wobei die Treiberschaltung 9 ausgangsseitig mit dem masseseitigen (low-side) Steuereingang des KFZ-Starterrelais 1 verbunden ist und eingangsseitig über eine Steuerleitung LSOUT von einem Steuerausgang B2 des Mik rocontrollers 2 angesteuert wird.

Die Treiberschaltung 8 ist dagegen ausgangsseitig mit dem spannungsseitigen (high-side) Steuereingang des KFZ- Starterrelais 1 verbunden und wird eingangsseitig von einer Logikschaltung 10 angesteuert, die aus vier integrierten NAND-Gattern 11.1-11.4 besteht. Eingangsseitig wird die Lo gikschaltung von zwei Steuerausgängen A1, A2 des Mikrocont rollers 3 sowie von einem Steuerausgang B1 des Mikrocontrol lers 2 angesteuert, wobei die Zuordnung der Signale an den Steuerausgängen A1, A2, B1 zu dem Ausgangssignal HSOUT der Logikschaltung 10 aus der in Fig. 4 dargestellten Logikta belle hervorgeht. Beim Startvorgang des Kraftfahrzeugs bricht die Bordnetzspannung aufgrund des relativ großen Strom verbrauchs des Starters kurzfristig zusammen, wobei der Span nungseinbruch der Versorgungsspannung VCC 1 trotz der Puffe rung durch einen Elektrolytkondensator 12 größer ist als der Spannungseinbruch der Versorgungsspannung VCC 2 des Mikro controllers 2, da der Mikrocontroller 3 aufgrund seiner grö ßeren Funktionalität einen entsprechend größeren Strom verbrauch hat. Bei einem Spannungseinbruch kann der Mikro controller 3 deshalb ausfallen, wobei die Steuerausgänge A1 und A2 des Mikrocontrollers 3 einen hochohmigen (TRT-State) Zustand einnehmen, was aufgrund von zwei parallel zu Masse geschalteten Pull-Down-Widerständen 13, 14 zu einem Low-Pegel an den Steuerausgängen A1 und A2 führt. In einem solchen Fall übernimmt der Mikrocontroller 2 durch den Steuerausgang B1 die Ansteuerung der spannungsseitigen Treiberschaltung 8, so dass die Ansteuerung des KFZ-Starterrelais auch bei einem Einbruch der Versorgungsspannung während des Startvorgangs gewährleistet ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass im folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden und zur Vermeidung von Wider holungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.

Der Unterschied des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei spiel gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiels besteht darin, dass der Mikrocontroller 2 mit einer geringeren Versorgungsspannung von VCC2 = 2 V arbeitet, wo hingegen der Mikrocontroller 3 mit einer Versorgungsspannung VCC1 = 5 V arbeitet, so dass zur Gewährleistung einer Daten kommunikation zwischen den beiden Mikrocontrollern 2, 3 Pe gelwandler 15, 16 erforderlich sind. Der Mikrocontroller 2 arbeitet hierbei also auch bei einem Einbruch der Versor gungsspannung noch weiter, wenn der Mikrocontroller 3 bereits aufgrund zu geringer Versorgungsspannung ausgefallen ist.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, welche von dem erfin dungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Schaltelements (1), insbesondere zur Ansteuerung eines KFZ- Starterrelais, mit
einer ersten Steuereinheit (2) zur Ansteuerung eines masse seitigen Steuereingangs (LSOUT) des Schaltelements (1),
einer zweiten Steuereinheit (3) zur Ansteuerung eines span nungsseitigen (HSOUT) Steuereingangs des Schaltelements (1), dadurch gekennzeichnet,
daß eine der beiden Steuereinheiten (2, 3) als Not- Steuereinheit sowohl mit dem masseseitigen Steuereingang (LSOUT) als auch mit dem spannungsseitigen Steuereingang (HSOUT) des Schaltelements (1) verbunden ist, wobei die Not- Steuereinheit (2) eine geringere minimale Versorgungsspannung als die andere Steuereinheit (3) und/oder eine gepufferte Spannungsversorgung (4, 7) aufweist, um bei einem Einbruch der Versorgungsspannung und einem daraus resultierenden Aus fall der anderen Steuereinheit (3) eine Not-Ansteuerung des Schaltelements (1) zu ermöglichen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (2) als Not-Steuereinheit sowohl masseseitig als auch spannungsseitig mit dem Schaltelement (1) verbunden ist, wobei die erste Steuereinheit (2) eine ge ringere minimale Versorgungsspannung als die zweite Steuer einheit (3) aufweist und/oder eine gepufferte Spannungsver sorgung (4, 7) aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinheit (3) als Not-Steuereinheit sowohl masseseitig als auch spannungsseitig mit dem Schaltelement (1) verbunden ist, wobei die zweite Steuereinheit (3) eine geringere minimale Versorgungsspannung als die erste Steuer einheit aufweist und/oder eine gepufferte (4, 7) Spannungs versorgung aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Not-Steuereinheit (2) einen mit dem spannungsseitigen Steuereingang (HSOUT) verbundenen ersten Steuerausgang (B1) und einen mit dem masseseitigen Steuereingang (LSOUT) des Schaltelements (1) verbundenen zweiten Steuerausgang (B2) aufweist, um die beiden Steuereingänge (LSOUT, HSOUT) des Schaltelements (1) unabhängig voneinander ansteuern zu kön nen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, . daß zwischen den beiden Steuereinheiten (2, 3) und dem Schaltelement (1) eine Logikschaltung (10) angeordnet ist, um eine unbeabsichtigte Ansteuerung des Schaltelements (1) zu verhindern.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (2) und/oder die zweite Steuer einheit (3) jeweils über eine Treiberschaltung (8, 9) mit dem masseseitigen Steuereingang bzw. mit dem spannungsseitigen Steuereingang des Schaltelements (1) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (2) und/oder die zweite Steuer einheit (3) ausgangsseitig über einen Widerstand (13, 14) mit Masse verbunden ist, um bei einem Ausfall der ersten Steuer einheit (2) bzw. der zweiten Steuereinheit (3) aufgrund eines Einbruchs der Versorgungsspannung einen definierten LOW-Pegel am Ausgang der ersten bzw. zweiten Steuereinheit zu errei chen.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Versorgungsspannung der Not-Steuereinheit (2) ungefähr 2 V beträgt, während die Versorgungsspannung der anderen Steuereinheit (3) ungefähr 5 V beträgt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Not-Steuereinheit (2) durch einen Kondensator (7) ge puffert ist.