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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern
eines Zugriffs auf ein Fahrzeug anhand eines Zustands der Klemme
15 einer Fahrzeugelektronik mit einer Spannungsquelle, mindestens
einer Spannungsversorgungsklemme, an die eine Versorgungsspannung
anlegbar ist und einer Halteschaltung, an die die Spannungsquelle und
die mindestens eine Spannungsversorgungsklemme in einem gemeinsamen
Schaltungspunkt angeschlossen sind, zum Halten eines Ein-Zustands, so
lange die Spannungsquelle einen vorbestimmten Wert nicht unterschreitet.
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In
gewissen Situationen ist es notwendig, dass der Hardware-Klemmenzustand KL15
(Zündung)
für eine
gewisse Zeit aufrechterhalten wird, auch wenn die Batteriespannung
einbricht. Beispielsweise soll der Motor des Fahrzeugs nicht abgeschaltet
werden, wenn sich kurzfristig ein Batteriespannungseinbruch ergibt.
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Bei
Steuergeräten
im Fahrzeug wird beispielsweise ein Absinken der Batteriespannung
unter 5,5V als Batteriespannungseinbruch gewertet. Nachdem dieser
Spannungseinbruch festgestellt ist, soll der Hardware-Klemmenzustand
KL15 für
eine Mindesthaltezeit th_min aufrechterhalten werden können. Bei
der Batteriespannung Ub<5,5V
befindet sich das Steuergerät
und der Mikrocontroller im Hardware-RESET-Zustand. Ein RESET erfolgt
auch bei Spannungsversorgung im Bereich von VCC=0...VCC_min (minimale
Spannungsversorgung).
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1 zeigt
einen Schaltplan einer mittels diskreter Bauelemente realisierten
Halteschaltung eines oben genannten Steuergeräts. Der aus der Klemme KL15_ON
entnommene Strom wird dem Kondensator C1 entnommen. Dieser ist über eine
Diode D1 mit einer Klemme KL30L (entspricht Batteriespannungsquelle,
z. B. 0...28V) verbunden. Über
diesen Pfad lässt
sich der Kondensator C1 mit Batteriespannung Ub speisen. Parallel
hierzu ist der Kondensator C1 über
eine Diode D2 mit einer Klemme VCC (Spannungsquelle für Mikrocontrollerelektronik,
Logik- und Zusatzelektronik) verbunden. Über diese Klemme VCC wird der
Kondensator C1 mit einer Logikversorgungsspannung von 5V versorgt.
Damit besitzt der Kondensator C1 eine redundante Spannungsversorgung.
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Der
Strom vom Kondensator C1 zur Klemme KL15_ON wird über einen
PNP-Transistor T1 gesteuert. Hierzu ist der Kondensator C1 bzw.
sind die Kathoden der Dioden D1 und D2 mit dem Emitter des Transistors
T1 und die Klemme KL15_ON mit dem Kollektor des PNP-Transistors
T1 verbunden.
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Die
Halteschaltung kann mit einem externen SET- bzw. CLR-Befehl angesteuert
werden. Hierzu ist die Basis des Transistors T1 über einen Widerstand R1 mit
dem Emitter des Transistors T1 verbunden. Weiterhin ist die Basis
des Transistors T1 über einen
Widerstand R2 mit dem Kollektor eines NPN-Transistors T2 verbunden. Dessen Emitter
ist an Masse gelegt. Ein Spannungsteiler R3, R4 teilt die Spannung
einer Eingangsklemme KE für
die Basis des Transistors herab. In die Klemme KE können von einem
Mikrocontroller SET- und CLR-Befehle in Form von Impulsen angelegt
werden. Zur Potenzialübertragung
ist weiterhin die Klemme KL15_ON über einen Widerstand R5 mit
der Eingangsklemme KE verbunden.
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Zum
Halten des Klemmenzustands KL15 wird ein SET-Befehl in Form eines
positiven Impulses an die Eingangsklemme KE gelegt, so dass dort
das Potenzial kurzfristig ansteigt (high pegel). Daraufhin öffnet der
Transistor T2 und damit auch der Transistor T1. Die Klemme KL15_ON
wird auf das hohe Potenzial des Kondensators C1 gehoben, so dass
der Transistor T2 weiterhin geöffnet
bleibt. Die Rückkopplung über R5 ergibt
die Selbsthaltung der Schaltung. Der Entnahmestrom fließt aus dem
Kondensator C1 durch den Transistor T1 zur Klemme KL15_ON.
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Durch
einen CLR-Befehl (clear), der durch einen kurzfristigen Impuls nach
Masse (low pegel) realisiert wird, kann der Transistor T2 und damit
auch der Transistor T1 abgeschaltet werden. Damit wird der Stromfluss
aus dem Pufferkondensator C1 abgebrochen.
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Für einen
Batteriespannungseinbruch gilt:
Wird die Selbsthaltung nicht
durch einen CLR-Befehl aktiv abgebrochen, so sinkt die Spannung
am Pufferkondensator C1 und damit auch die Basis-Kollektor-Spannung
Ube des Transistors T2 unter ein vorbestimmtes Niveau, so dass der
Transistor T2 und auch der Transistor T1 abschalten.
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Die
Versorgungsspannung VCC beträgt
im Normalbetrieb 5V. Fällt
sie allerdings unter 4,8V, und die Batteriespannung Ub an der Klemme
KL30L liegt unter 5,5V, so erfolgt ein RESET des Steuergeräts.
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Nachteilig
an der Schaltung von 1 ist, dass andere Verbraucher
an dem VCC-Netz direkten Einfluss auf die Haltezeit th_min haben,
denn diese hängt
vom Entnahmestrom aus dem Pufferkondensator C1 ab. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, dass die Spannungsfestigkeit des Pufferkondensator
C1 auch für
das Bordnetz ausgelegt sein muss.
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Die
Druckschrift
DE 196
02 171 A1 offenbart eine externe Beschaltung eines Spannungsreglers im
Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, wobei der Leistungseingang des Spannungsreglers über eine
Doppeldiode sowohl mit der Hauptleitung, die mit dem Pluspol der
Batterie verbunden ist, als auch mit einer Nebenleitung, die über einen
Zündschalter
mit dem Pluspol des Bordnetzes verbunden ist, in Verbindung steht.
Die Nebenleitung ist mit einem Pufferkondensator verbunden. Im Fall
des Zusammenbruchs der Spannung auf der Hauptleitung erfolgt die
Versorgung des Leistungseingangs über die Nebenleitung bzw. mittels
eines vom Pufferkondensator abfließenden Stromes. Im Fall des
Zusammenbruchs der Spannung auf der Nebenleitung erfolgt die Versorgung
des Signaleingangs über
den für
die Puf ferung des Leistungseingangs dimensionierten Pufferkondensators.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Halteschaltung
vorzuschlagen, deren Mindesthaltezeit von anderen Verbrauchern und
den Zustand der Batteriespannung unabhängig ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Zugriffs auf ein Fahrzeug
anhand eines Zustands der Klemme 15 einer Fahrzeugelektronik mit
einer Spannungsquelle, mindestens einer Spannungsversorgungsklemme,
an die eine Versorgungsspannung anlegbar ist, und einer Halteschaltung,
an die die Spannungsquelle und die mindestens eine Spannungsversorgungsklemme
in einem gemeinsamen Schaltungspunkt angeschlossen sind zum Halten
eines Ein- Zustands
der Klemme 15, solange die Spannung an der Spannungsquelle einen
vorbestimmten Wert nicht unterschreitet, sowie einem Schaltelement,
das zwischen die Spannungsversorgungsklemme und den gemeinsamen
Schaltungspunkt geschaltet ist, so dass der gemeinsame Schaltungspunkt
von der Versorgungsspannung trennbar ist.
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In
vorteilhafter Weise wird damit eine Unabhängigkeit der Mindesthaltezeit
von dem VCC-Netz erzielt. Außerdem
ist diese Halteschaltung von der Batteriespannung unabhängig, da
die Spannungsversorgung der Schaltvorrichtung im Normalbetrieb durch
das VCC-Netz erfolgt.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei der Spannungsquelle um einen Pufferkondensator,
der aus dem VCC-Netz gespeist wird.
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Ein
besonderer Vorteil besteht weiterhin darin, dass der Pufferkondensator
für eine
Nominalspannung zwischen 4V und 6V, insbesondere für 5V ausgelegt
sein kann, wenn die Versorgungsspannung der Schaltvorrichtung eben
dieser Nominalspannung entspricht. Dies führt zu Kostenvorteilen, da
Kondensatoren für
Bordnetze mit 35V wesentlich teurer sind.
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Die
Spannungsquelle VCC und VCC_2 kann aber auch durch einen Akkumulator
oder andere entsprechende Einrichtungen realisiert werden. Diese sind
in der Regel jedoch teurer als einfache Pufferkondensatoren.
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Das
Schaltelement, das zwischen die Spannungsversorgungsklemme und den
gemeinsamen Schaltungspunkt der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung geschaltet
ist, kann ein MOSFET sein, der mit einem extern bereitgestellten
RESET-Signal angesteuert wird. Mit dem RESET-Signal liegt somit
ein klar definierter Zeitpunkt vor, ab dem die Haltezeit der Halteschaltung
läuft (Triggersignal).
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Die
Halteschaltung in der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann
beispielsweise durch ein D-Flip-Flop realisiert sein.
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Ein
derartiges D-Flip-Flop ist als Standard-Bauelement erhältlich.
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Alternativ
kann die Halteschaltung auch ausschließlich mit diskreten Bauelementen,
z. B. zwei Bipolartransistoren und mehreren Widerständen, aufgebaut
werden. Eine derartige Schaltung gemäß 1 lässt sich
individuell konfigurieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 eine
Flip-Flop-Halteschaltung für Klemme
KL15 gemäß dem Stand
der Technik,
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2 einen
Schaltplan zum Bereitstellen einer speziellen Versorgungsspannung
und
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3 ein
D-Flip-Flop zum Halten des Zustands der Klemme KL15 mit der gemäß 2 bereitgestellten
Versorgungsspannung.
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Das
nachfolgend näher
geschilderte Ausführungsbeispiel
stellt eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar.
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Der
Hardware-Klemmenzustand KL15_ON (Zündung) wird für eine Mindesthaltezeit
th_min aufrechterhalten, wobei der ansteuernde Mikrocontroller nicht
zwingend aktiv sein muss, was durch den Pegel RESET=Low gekennzeichnet
ist. Dieser Zustand stellt sich beispielsweise dann ein, wenn die
Spannungsversorgung VCC unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt.
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Erfindungsgemäß wird hierzu
in einem Steuergerät
zur Steuerung eines Zugriffs auf ein Fahrzeug entsprechend dem Schaltplan
von 2 eine neue Versorgungsspannung VCC_2 generiert.
Diese Versorgungsspannung VCC_2 entspricht der Spannung an dem Pufferkondensator
C2 für
die Halteschaltung.
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Der
Pufferkondensator C2 und damit auch ein Punkt P, an dem die Versorgungsspannung VCC_2
abgegriffen wird, ist mithilfe eines p-Kanal-MOSFET M1 über die
Drain-Source-Strecke an die Klemme VCC geschaltet. Parallel zu Drain
und Source läuft
eine Diode D1, deren Anode zur Klemme VCC gerichtet ist. Das Gate
des MOSFET M1 liegt über
die Drain-Source-Strecke eines n-Kanal-MOSFET M2 an Masse. Parallel
zu der Drain-Source-Strecke
liegt wiederum eine Diode D2 mit ihrer Anode zur Masse gerichtet.
Das Gate des MOSFET M2 ist über
einen Widerstand R6 an eine RESET-Klemme gekoppelt.
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Aus
der Versorgungsspannung VCC für
Logik- und Mikrocontroller, die typischerweise 5V beträgt, wird
somit eine neue Versorgungsspannung VCC_2 für ein KL15-Flipflop, das in 3 dargestellt ist,
erzeugt.
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Das
Klemme15-Signal KL15_ON wird gemäß dem Beispiel
von 3 mit einem D-Flip-Flop DF erzeugt. Dieses D-Flip-Flop
DF besitzt einen ersten Versorgungseingang GND, der an Masse angeschlossen
ist. Ein zweiter Versorgungseingang VCCE ist mit der neuen Spannungsversorgungsklemme
VCC_2 verbunden und mit einem Kondensator C3 gegenüber Masse
abgestützt.
Der Eingang PRE des D-Flip-Flops DF ist über einen Widerstand R7 ebenfalls
mit dieser neuen Versorgungsspannungsklemme VCC_2 verbunden. Darüber hinaus
ist dieser Eingang PRE auch mit einer Klemme K1 verbunden, mit der
ein SET-Befehl eingegeben werden kann.
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Die
beiden Eingänge
D und CLK des D-Flip-Flops sind an Masse gelegt. Der Eingang CLEAR
des D-Flip-Flops ist mit einer Klemme K2 verbunden, über die
ein CLEAR-Befehl, d. h. ein Low-Pegel, eingegeben werden kann. Der
positive Ausgang QPOS des D-Flip-Flops ist mit der Klemme KL15_ON
verbunden. Mit dieser Schaltung wird die Ausgangsklemme KL15_ON
auf 1 (hoher Pegel) gesetzt, wenn der Befehl SET anliegt (SET=1).
Die Ausgangsklemme KL15_ON wird hingegen auf den niedrigen Pegel
0 gezogen, wenn der CLR-Befehl durch einen Impuls gegen Masse an
den Eingang CLEAR des D-Flip-Flops geschickt wird.
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In
dem normalen Betriebszustand, wenn ausreichend Spannung vorhanden
ist und die Zündung
eingeschaltet ist, ist der Klemmenzustand KL15_ON=1 (d. h. auf hohem
Pegel). Die Eingangspegel der Klemmen K1 und K2 sind ebenfalls hoch, d.
h. SET=CLR=1. Die RESET-Klemme der Schaltung von 1 liegt
dann ebenfalls auf hohem Pegel, d. h. RESET=1. In diesem Fall beträgt die neue Spannung
VCC_2~VCC-0,1V.
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Sinkt
die Spannung unter einen kritischen Wert, so liefert eine Spannungsüberwachungsschaltung
das Signal RESET=0. In diesem Fall muss der Klemmenzustand KL15_ON=1
für eine
Mindesthaltezeit th_min erhalten bleiben. Dieser Zustand kann durch
den Ladezustand des Pufferkondensators C2 für einen gewissen Zeitraum aufrechterhalten
werden, da dieser Pufferkondensator C2 die nötige Energie für das D-Flip-Flop
DF und das Signal KL15_ON zur Verfügung stellt.
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Die
Halteschaltung wird also gemäß 1 durch
einen Befehl RESET=0 aktiviert. Dieses Aktivierungssignal dient
gleichzeitig als Triggersignal, denn mit ihm ist ein eindeutiger
Zeitpunkt definiert, ab dem der Zustand der Klemme 15 gehalten wird.
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Durch
den MOSFET M1 erfolgt eine Abkopplung der Halteschaltung von der
VCC-Klemme. Dies ist insbesondere bei dem Übergang von einer Normaloperation,
in der die Versorgungsspannung genügend hoch ist und kein RESET-Befehl
anliegt (RESET=1), zu einem RESET-Zustand (RESET=0) sowie in dem
RESET-Zustand selbst (RESET=0) von Bedeutung. Die Haltezeit hängt nämlich dann
nicht von anderen Verbrauchern, die an der VCC-Versorgungsspannung
hängen,
ab. An dem Kondensator C2 hängt
ausschließlich
die Halteschaltung selbst. Dadurch lässt sich bei kleinerer Kapazität des Pufferkondensators
C4 eine identische Haltezeit th_min wie in bisheriger Lösung erzielen.
Der Einfluss des VCC-Entnahmestroms durch andere Verbraucher hat
also auf die Haltezeit und speziell auf die Spannung VCC_2 keinen
Einfluss.
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Da
keine Redundanzspeisung des Kondensators C2 mithilfe der Batteriespannung
Ub vorgesehen ist, ergibt sich damit automatisch eine Abkopplung
der Haltezeit von dem Batteriezustand Ub. Diese Abkopplung bringt
den weiteren Vorteil, dass der Pufferkondensator C4 nur für die Nominalspannung, z.
B. VCC=5V, nicht aber für
eine höhere
Bordnetzspannung, z. B. Ub=35V ausgelegt
werden muss. Auch ist es nicht notwendig, dass VCC>VCC_min ist und ein äußerst geringer
VCC-Entnahmestrom
fließt, um
die Mindesthaltezeit th_min zu garantieren, wie dies bei der Schaltung
von 1 notwendig ist.
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- C1,
C2, C3
- Kondensatoren
- CLEAR,
D, PRE, TLK
- Eingänge
- CLR,
SET
- Befehle
- D1,
D2
- Dioden
- DF
- D-Flip-Flop
- GND,
VCCE
- Versorgungseingänge
- K2,
KL15_ON, KL30L, VCC, VCC_2
- Klemmen
- KE
- Eingangsklemme
- M1,
M2
- MOSFETs
- QPOS
- positiver
Ausgang
- R1,
R2, R3, R4, R5, R6, R7
- Widerstände
- RESET
- Rücksetz-Signal
- T1,
T2
- Bipolartransistoren
- Ube_OFF
- Basis-Kollektor-Spannung