DE102013224959A1 - Power supply for consumers in vehicles - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bereitstellen einer vorgegebenen Spannung für Verbraucher, mit den Schritten: Erfassen einer ersten Spannung an einem ersten Eingang eines Spannungsreglers, Erfassen einer zweiten Spannung mittels einer Auswerteeinheit, wobei die zweite Spannung am Ausgang des Spannungsreglers erzeugt wird, Auswerten der zweiten Spannung, Erzeugen einer dritten Spannung an einem zweiten Eingang des Spannungsreglers mit Hilfe eines Ausgangs der Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Auswerteeinheit in Abhängigkeit der Auswertung der zweiten Spannung angesteuert wird, wobei die Auswertung in Abhängigkeit eines Werts einer vorgegebenen Spannung erfolgt, der in der Auswerteeinheit gespeichert ist, und die vorgegebene Spannung am Ausgang des Spannungsreglers in Abhängigkeit der ersten Spannung, der dritten Spannung und einer vierten Spannung, die mit Hilfe eines Spannungsteilers erzeugt wird, eingestellt wird.A method for providing a predetermined voltage for loads, comprising the steps of: detecting a first voltage at a first input of a voltage regulator, detecting a second voltage by means of an evaluation unit, wherein the second voltage is generated at the output of the voltage regulator, evaluating the second voltage, generating a third voltage at a second input of the voltage regulator by means of an output of the evaluation unit, characterized in that the output of the evaluation unit is driven in dependence of the evaluation of the second voltage, wherein the evaluation takes place in dependence on a value of a predetermined voltage stored in the evaluation unit is, and the predetermined voltage at the output of the voltage regulator in response to the first voltage, the third voltage and a fourth voltage, which is generated by means of a voltage divider is set.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bereitstellen einer vorgegebenen Spannung z. B. in Fahrzeugen nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. The invention is based on a method and a device for providing a predetermined voltage z. B. in vehicles according to the preambles of the independent claims.
Field programmable gate arrays (FPGAs) werden in Fahrzeugen verwendet, um die steigenden Anforderungen an die Rechenkapazität zur Erreichung von Sicherheitszielen wie dem Standard ASIL-B im Fahrzeug zu erfüllen. Dabei werden die FPGAs eingesetzt, um Systeme anzusteuern, die sicherheitskritische Funktionen durchführen. FPGAs haben daher eine hohe Anforderung an die Stabilität und die Robustheit der Versorgungsspannung über der Zeit. Idealerweise sollten FPGAs an eine konstante Spannungsversorgung angeschlossen sein, um Spannungseinbrüche der Spannungsversorgung zu verhindern. Field programmable gate arrays (FPGAs) are used in vehicles to meet the increasing computational capacity requirements for achieving safety objectives such as the ASIL-B standard in the vehicle. The FPGAs are used to control systems that perform safety-critical functions. FPGAs therefore have a high requirement for the stability and the robustness of the supply voltage over time. Ideally, FPGAs should be connected to a constant voltage supply to prevent voltage drops in the power supply.
Es ist bekannt, dass die Spannungsversorgung für FPGAs mit Hilfe von Festspannungsreglern erfolgt. Nachteilig ist hierbei, dass eine langzeitstabile Spannungsversorgung nicht gewährleistet ist.It is known that the power supply for FPGAs with the help of fixed voltage regulators. The disadvantage here is that a long-term stable power supply is not guaranteed.
Weiterhin ist bekannt, die Spannungsversorgung für FPGAs mit Hilfe von variablen Spannungsreglern, die einen Spannungsteiler aufweisen, zu gewährleisten. Diese Spannungsteiler sind jedoch Alterungseffekten unterworfen, sodass sich ihre Toleranz innerhalb der Benutzungsdauer von beispielsweise 0,1% auf bis zu 10% verschlechtern kann. Daher wird der variable Spannungsregler
Aufgabe der Erfindung ist es eine langzeitstabile Spannungsversorgung für Verbraucher in Fahrzeugen bereitzustellen.The object of the invention is to provide a long-term stable power supply for consumers in vehicles.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das Verfahren zum Bereitstellen einer vorgegebenen Spannung für Verbraucher in Fahrzeugen, beispielsweise field programmable gate arrays (FPGAs), erfasst eine erste Spannung an einem ersten Eingang eines Spannungsreglers. Des Weiteren wird eine zweite Spannung mittels einer Auswerteeinheit erfasst, wobei die zweite Spannung am Ausgang des Spannungsreglers erzeugt wird. Die zweite Spannung wird in der Auswerteeinheit ausgewertet. Mit Hilfe eines Ausgangs der Auswerteeinheit wird eine dritte Spannung am zweiten Eingang des Spannungsreglers erzeugt. Erfindungsgemäß wird der Ausgang der Auswerteeinheit in Abhängigkeit der Auswertung der zweiten Spannung angesteuert, wobei die Auswertung in Abhängigkeit eines Werts einer vorgegebenen Spannung erfolgt, der in der Auswerteeinheit gespeichert ist. Außerdem wird die vorgegebene Spannung am Ausgang des Spannungsreglers in Abhängigkeit der ersten Spannung, der dritten Spannung und einer vierten Spannung, die mit Hilfe eines Spannungsteilers erzeugt wird, eingestellt.The method for providing a predetermined voltage for consumers in vehicles, for example field programmable gate arrays (FPGAs), detects a first voltage at a first input of a voltage regulator. Furthermore, a second voltage is detected by means of an evaluation unit, wherein the second voltage is generated at the output of the voltage regulator. The second voltage is evaluated in the evaluation unit. With the aid of an output of the evaluation unit, a third voltage is generated at the second input of the voltage regulator. According to the invention, the output of the evaluation unit is actuated as a function of the evaluation of the second voltage, wherein the evaluation takes place as a function of a value of a predetermined voltage which is stored in the evaluation unit. In addition, the predetermined voltage at the output of the voltage regulator in response to the first voltage, the third voltage and a fourth voltage, which is generated by means of a voltage divider, set.
Der Vorteil ist hierbei, dass die Spannungsversorgung des Verbrauchers überwacht und korrigiert wird, sodass eine langzeitstabile Spannungsversorgung für den Verbraucher vorliegt.The advantage here is that the power supply of the consumer is monitored and corrected, so that there is a long-term stable power supply for the consumer.
In einer Weiterbildung wird der Ausgang der Auswerteeinheit hochohmig geschaltet oder gesperrt, wenn die zweite Spannung ungefähr dem Wert der vorgegebenen Spannung entspricht. Der Wert kann dabei Abweichungen von bis zu +/–0,5% des Werts der vorgegebenen Spannung aufweisen.In a development, the output of the evaluation unit is switched to high impedance or blocked if the second voltage corresponds approximately to the value of the predetermined voltage. The value may have deviations of up to +/- 0.5% of the value of the predetermined voltage.
Vorteilhaft ist hierbei, dass keine dritte Spannung am zweiten Eingang erzeugt wird, wenn der Spannungsregler die Versorgungsspannung für den Verbraucher richtig eingeregelt hat.It is advantageous here that no third voltage is generated at the second input when the voltage regulator has correctly adjusted the supply voltage for the consumer.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die dritte Spannung am zweiten Eingang des Spannungsreglers erzeugt oder erhöht, wenn die zweite Spannung unterhalb des Werts der vorgegebenen Spannung liegt.In a further embodiment, the third voltage is generated or increased at the second input of the voltage regulator when the second voltage is below the value of the predetermined voltage.
In einer Weiterbildung wird die dritte Spannung am zweiten Eingang des Spannungsreglers erzeugt oder verringert, wenn die zweite Spannung oberhalb des Werts der vorgegebenen Spannung liegt.In a development, the third voltage is generated or reduced at the second input of the voltage regulator when the second voltage is above the value of the predetermined voltage.
Der Vorteil ist, dass die Korrekturspannung auf einfache Weise erzeugt werden kann, um die Spannung am Ausgang des Spannungsreglers zu korrigieren.The advantage is that the correction voltage can be easily generated to correct the voltage at the output of the voltage regulator.
Die Vorrichtung zum Bereitstellen einer vorgegebenen Spannung für Verbraucher in Fahrzeugen weist einen Spannungsregler mit einem ersten Eingang und einem Ausgang auf. Der erste Eingang des Spannungsreglers ist dabei mit einer Spannungsquelle und der Ausgang des Spannungsreglers mit einer Auswerteeinheit verbunden. Weiterhin weist die Vorrichtung einen Spannungsteiler auf, der den Ausgang des Spannungsreglers auf einen dritten Eingang des Spannungsreglers zurückkoppelt. Außerdem weist die Auswerteeinheit einen Eingang und mindestens einen Ausgang auf. Der Ausgang der Auswerteeinheit ist mit einem zweiten Eingang des Spannungsreglers verbunden und die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet eine zweite Spannung am Ausgang des Spannungsreglers zu erfassen. Des Weiteren erzeugt die Auswerteeinheit eine dritte Spannung an einem zweiten Eingang des Spannungsreglers. Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den mindestens einen Ausgang der Auswerteeinheit in Abhängigkeit der Auswertung der zweiten Spannung anzusteuern. Die Auswertung erfolgt dabei in Abhängigkeit eines Werts einer vorgegebenen Spannung, der in der Auswerteeinheit gespeichert ist. Des Weiteren stellt der Spannungsregler die vorgegebene Spannung am Ausgang des Spannungsreglers in Abhängigkeit einer ersten Spannung, der dritten Spannung und einer vierten Spannung, die der Spannungsteiler erzeugt. The device for providing a predetermined voltage for consumers in vehicles has a voltage regulator with a first input and an output. The first input of the voltage regulator is connected to a voltage source and the output of the voltage regulator to an evaluation unit. Furthermore, the device has a voltage divider which returns the output of the voltage regulator to a third input of the voltage regulator. In addition, the evaluation unit has an input and at least one output. The output of the evaluation unit is connected to a second input of the voltage regulator and the evaluation unit is designed to detect a second voltage at the output of the voltage regulator. Furthermore, the evaluation unit generates a third voltage at a second input of the voltage regulator. According to the invention, the evaluation unit is designed to control the at least one output of the evaluation unit as a function of the evaluation of the second voltage. The evaluation is carried out as a function of a value of a predetermined voltage, which is stored in the evaluation unit. Furthermore, the voltage regulator sets the predetermined voltage at the output of the voltage regulator in response to a first voltage, the third voltage and a fourth voltage, which generates the voltage divider.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Mikroprozessor auf.In a further embodiment, the device has a microprocessor.
Vorteilhaft ist hierbei, dass für die Anwendung ein Mikroprozessor verwendet werden kann, der schon im Fahrzeug zu anderen Zwecken, beispielsweise ein „safety“-Mikroprozessor oder ein Mikroprozessor, der als Redundanz vorhanden ist, verbaut ist.The advantage here is that for the application of a microprocessor can be used, which is already installed in the vehicle for other purposes, such as a "safety" microprocessor or a microprocessor, which is available as redundancy.
In einer vorteilhaften Weiterbildung bilden der Spannungsregler und der Spannungsteiler zwei Einheiten.In an advantageous development, the voltage regulator and the voltage divider form two units.
Vorteilhaft ist hierbei, dass der Spannungsteiler variabel ist und somit flexibel für verschiedene Ausgangsspannungen einsetzbar ist, da die Widerstände des Spannungsteiler nicht im Spannungsregler verbaut und somit austauschbar sind.The advantage here is that the voltage divider is variable and thus flexible for different output voltages can be used, since the resistors of the voltage divider are not installed in the voltage regulator and thus are interchangeable.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.Further advantages will become apparent from the following description of exemplary embodiments or from the dependent claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The present invention will be explained below with reference to preferred embodiments and accompanying drawings. Show it:
Optional kann die Auswerteeinheit
Die drei Kombinationen ergeben sich durch Anlegen des Zustands „high“ an den ersten Portpin und des Zustands „low“ an den zweiten Portpin, durch Anlegen des Zustands „low“ an den ersten Portpin und des Zustands „high“ an den zweiten Portpin oder durch Anlegen des Zustands „high“ an den ersten Portpin und des Zustands „high“ an den zweiten Portpin, d. h. durch echte Parallelschaltung der beiden Widerstände. Dabei müssen die Widerstände nicht den gleichen Widerstandswert aufweisen, was zu einem weiteren Freiheitsgrad bei der Einstellung der dritten Spannung
In einem Ausführungsbeispiel kann die Auswerteeinheit auch den enable Eingang des Spannungsreglers ansteuern. Somit kann von der Auswerteeinheit ein „power sequencing“ für den FPGA durchgeführt werden. In
Spannungsreferenzen sind üblicherweise im Bereich um 1V verfügbar. Die Referenzspannung eines Analog-Digitalwandlers der Auswerteeinheit gibt auch den maximal zulässigen Bereich der Eingangsspannung des Analog-Digitalwandlers an. Damit die Auswerteeinheit jedoch auch noch Spannungen von über 1V direkt und ohne weiteren Widerstandsteiler messen kann, ist es erforderlich, die Betriebsspannung der Auswerteeinheit, meist 3,3V, als Referenz zu verwenden. Voltage references are usually available in the range around 1V. The reference voltage of an analog-to-digital converter of the evaluation unit also indicates the maximum permissible range of the input voltage of the analog-to-digital converter. However, so that the evaluation unit can also measure voltages of more than 1 V directly and without further resistor divider, it is necessary to use the operating voltage of the evaluation unit, usually 3.3V, as a reference.
Damit die Auswerteeinheit auch bei verfälschter 3,3V Spannung in der Lage ist Spannungsabweichungen zu erkennen, wird eine 1V-Spannungsreferenz an einen der Analog-Digital-Kanäle angeschlossen. Wird diese Spannungsreferenz mit einer intakten Versorgungsspannung gewandelt, so ist immer dasselbe Wandlungsergebnis zu erwarten. Die anderen Versorgungsspannungen können ebenfalls gegenüber der Spannungsreferenz und/oder gegeneinander plausibilisiert werden.So that the evaluation unit is able to detect voltage deviations even with a falsified 3.3V voltage, a 1V voltage reference is connected to one of the analogue-digital channels. If this voltage reference is converted with an intact supply voltage, the same conversion result is always to be expected. The other supply voltages can also be made plausible against the voltage reference and / or against each other.
Claims (10)
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