DE102006044008A1 - Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung an einem Schaltungspunkt mit einem Mikrocontroller - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung an einem Schaltungspunkt mit einem Mikrocontroller Download PDF

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/002—Switches for altering the measuring range or for multitesters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung an einem Schaltungspunkt (U1) mit einem Mikrocontroller (µC) vorgestellt, wobei der Mikrocontroller einen Steuerausgang und einen Messeingang aufweist, die Spannung am Steuerausgang und Messeingang innerhalb jeweils zweier vorgegebener Arbeitsbereiche (0-0,7 Volt, 4,3-5 Volt) des Mikrocontrollers liegen müssen und die zu prüfende Spannung (U1) am Schaltungspunkt Werte oberhalb der Arbeitsbereiche annehmen kann.
Ein NPN-Transistor (NPN) ist mit seinem Kollektor mit dem Schaltungspunkt (U1) verbunden, dessen Basis über einen Spannungsteiler (R1/R2) mit dem Steuerausgang (µC_out) des Mikrocontrollers und der Emitter über einen Widerstand (R3) mit Referenzpotential verbunden ist, wobei dieser Widerstand (R3) am Emitter mit einem weiteren Widerstand (R4) einen Spannungsteiler zum Messeingang (µC_in) des Mikrocontrollers hin bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung an einem Schaltungspunkt mit einem Mikrocontroller gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Der Mikrocontroller weist dazu einen Steuerausgang zur Aktivierung der Spannungsüberprüfung und einen Messeingang zur Erfassung der Spannung am Schaltungspunkt auf. Mikrocontroller erfordern aber am Steuerausgang und Messeingang Spannungswerte innerhalb jeweils vorgegebener Arbeitsbereiche, bspw. 0-0,7 Volt für den Low-Pegel und 4,3-5 Volt für den High-Pegel, damit eine unmittelbare D/A- bzw. A/D-Wandlung möglich ist.
  • Die zu prüfende Spannung am Schaltungspunkt kann jedoch in manchen Anwendungen Werte oberhalb der Arbeitsbereiche annehmen, so dass es einer spezillen Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung bedarf.
  • Reine Spannungsteiler können zwar bei bekannten Spannungswerten eingesetzt werden, haben aber ein festes Teilerverhältnis und würden bei bpsw. kurzschlussbedingten Überspannungen die Gefahr der Zerstörung des Mikrocontrollers in sich bergen. Zudem sind bei den bisher bekannten Schaltungen, wie 2 diese zeigt, Ruheströme auch bei inaktiviertem Steuerausgang denkbar.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine demgegenüber verbesserte Schaltungsanordnung vorzustellen..
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der NPN-Transistor mit seinem Kollektor mit dem Schaltungspunkt, dessen Basis über einen Spannungsteiler mit denn Steuerausgang des Mikrocontrollers und der Emitter über einen Widerstand mit Referenzpotential verbunden ist, wobei dieser Widerstand am Emitter mit einem weiteren Widerstand einen Spannungsteiler zum Messeingang des Mikrocontrollers hin bildet.
  • Diese Schaltung ermöglicht einen ruhestromfreien Betrieb und mit Erreichen der Sättigung des Transistors eine Begrenzung der am Mikrocontroller anliegenden Spannung selbst bei Überspannungen am Schaltungspunkt.
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der 1 näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein. Es zeigen
  • 1: erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
  • 2: Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik
  • 1 zeigt die Schaltungsordnung, bei welcher der NPN-Transistor (NPN) mit seinem Kollektor vorzugsweise über eine in Durchlassrichtung für den Normalbetrieb gepolte Diode mit dem Schaltungspunkt (U1) verbunden ist. Die Diode dient dabei dazu, eine Einkopplung von Spannung aus dem Steuerausgang (μC_out) auf die Last (R5) bzw. einen möglichen Kurzschluss dieser zu verhindern. Die Basis des Transistors (NPN) ist über einen Spannungsteiler (R1/R2) mit dem Steuerausgang (μC_out) des Mikrocontrollers und der Emitter über einen Widerstand (R3) mit Referenzpotential Masse verbunden. Dieser Widerstand (R3) am Emitter bildet mit einem weiteren Widerstand (R4) einen Spannungsteiler zum Messeingang (μC_in) des Mikrocontrollers hin.
  • Der Transistor (NPN) und die Widerstände (R1,R2,R3,R4) sind dabei vorzugsweise so bemessen, dass bei einem Wert der Spannung (U1) am Schaltungspunkt oberhalb einer vorgegebenen Schwellenspannung (U1>Ux) der Transistor in die Sättigung geht und die Spannung (U3) am Messeingang (μC_in) innerhalb des oberen vorgegebenen Arbeitsbereichs (4,3-5 Volt) des Messeingangs (μC_in) liegt und bei einem Wert der Spannung (U1) am Schaltungspunkt unterhalb einer vorgegebenen Schwellenspannung die Spannung (U3) am Messeingang (μC_in) innerhalb des unteren vorgegebenen Arbeitsbereichs (0-0,7 Volt) des Messeingangs (μC_in) liegt.
  • Die Schaltung dient also dazu Spannungen größer der μC I/O Spannung auf Ihr Vorhandensein zu prüfen. in dieser gezeigten Anwendung dient diese Schaltung zur Überwachung einer Spannung nach einer Sicherung. Damit lässt sich ruhestromfrei eine defekte von einer intakten Sicherung unterscheiden.
  • Betriebsfall Sicherung Intakt (Spannung U1 = 12V KFZ Batteriespannung):
  • Durch ein High am μC Ausgang U2(5V) wird über R1 die Basis des Transistors T1 auf 5V gezogen. Durch die BE-Diode des T1 liegt der Emitter von T1 auf ca. 4,3V. Diese Spannung wird über R4 an den μC Eingang U3 zurückgegeben und im μC als „High" erkannt. Zu berücksichtigen ist hier die Auslegung des Emitterwiderstandes R3. Dieser sollte vorzugsweise so groß gewählt werden, dass bei einem Aufsteuern des Transistors T1 am Widerstand R3 min. 4,3V abfallen. D.h. der Transistor NPN muß den Kollektor-Strom begrenzen, nicht der Widerstand R3.
  • Bei einem R3 von 4,7k ist der Transistor aufgesteuert, regelt aber den Strom ca.1 mA. D.h. Über die CE-Strecke von T1 fällt UBatt- 4,3V ab. Der Emitter liegt auf ca. 4,3V, woraus UμC = 4,3V. = HIGH folgt.
  • Vorteil dessen ist, dass bei Abschalten von des μC-Ausgangs (μC_out) kein Strom in die Auswerteschaltung fließt.
  • Betriebsfall Sicherung zerstört (Spannung U1 = 0V):
  • Sollte keine Last R5 angeschlossen sein, fließt der Strom lediglich aus dem μC (U2 = 5V) über R1 über die BE-Stecke von T1 und R3. Dadurch, dass vorzugsweise R1 >> R3 gewählt wurde, liegt das Emitterpotential auf ca. 0,7V. Dies wird über R4 am μC-in (U3) als Low ausgewertet.
  • Bei angeschlossener Last R5 sperrt die Diode (U2 = 5V). und das Verhalten ist wie wenn keine Last angeschlossen ist. Es kann über die BC-Diode nichts aus dem μC zur Last R5 fließen.
  • Die Vorteile dieser Schaltung sind:
  • Durch Abschalten des μC Ausganges U2 ist diese Spannungserkennung völlig ruhestromfrei. Somit kann eine permanent anliegende Spannung erkannt werden.
  • Bei defekter Sicherung fließt kein Strom aus der Schaltung.
  • Es werden nur wenige Bauteile verwendet um diese Funktion sicherzustellen.

Claims (2)

  1. Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung an einem Schaltungspunkt (U1) mit einem Mikrocontroller (μC), wobei a) der Mikrocontroller einen Steuerausgang und einen Messeingang aufweist, b) die Spannung am Steuerausgang und Messeingang innerhalb jeweils zweier vorgegebener Arbeitsbereiche (0-0,7 Volt, 4,3-5Volt) des Mikrocontrollers liegen müssen und c) die zu prüfende Spannung (U1) am Schaltungspunkt Werte oberhalb der Arbeitsbereiche annehmen kann, d) ein NPN-Transistor (NPN) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass e) der NPN-Transistor (NPN) mit seinem Kollektor mit dem Schaltungspunkt (U1) verbunden ist, f) dessen Basis über einen Spannungsteiler (R1/R2) mit dem Steuerausgang (μC_out) des Mikrocontrollers verbunden ist, g) der Emitter über einen Widerstand (R3) mit Referenzpotential verbunden ist, h) dieser Widerstand (R3) am Emitter mit einem weiteren Widerstand (R4) einen Spannungsteiler zum Messeingang (μC_in) des Mikrocontrollers hin bildet.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass i) der Transistor (NPN) und die Widerstände (R1,R2,R3,R4) so bemessen sind, dass j) bei einem Wert der Spannung (U1) am Schaltungspunkt oberhalb einer vorgegebenen Schwellenspannung (U1>Ux) der Transistor in die Sättigung geht und die Spannung (U3) am Messeingang (μC_in) innerhalb des oberen vorgegebenen Arbeitsbereichs (4,3-5 Volt) des Messeingangs (μC_in) liegt und k) bei einem Wert der Spannung (U1) am Schaltungspunkt unterhalb einer vorgegebenen Schwellenspannung die Spannung (U3) am Messeingang (μC_in) innerhalb des unteren vorgegebenen Arbeitsbereichs (0-0,7 Volt) des Messeingangs (μC_in) liegt.
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