DE10220276A1

DE10220276A1 - Spannungsversorgungsschaltung sowie Verfahren

Info

Publication number: DE10220276A1
Application number: DE10220276A
Authority: DE
Inventors: Martin Dunsch; Meinolf Kathol
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2002-12-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsschaltung für ein elektronisches Steuergerät eines Kraftfahrzeugs zur Umsetzung der Bordnetzspannung (U¶B¶) des Kraftfahrzeugs in eine für das Steuergerät geeignete Betriebsspannung (Vcc) mit einem Haupt-Spannungsregler und einer Spannungsüberwachungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (Vcc) für ein elektronisches Steuergerät eines Kraftfahrzeugs. DOLLAR A Gegenüber dem bekannten Stand der Technik, bei dem im Falle eines Versagens des Spannungsreglers eine gezielte Unterbrechung des regulären Betriebes vorgesehen ist, haben die Spannungsversorgungsschaltung sowie das zugehörige Verfahren nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß eine Fortsetzung des Betriebes zumindest im Sinne einer Notlauffunktion möglich ist. Darüber hinaus kann im Falle eines nur vorübergehenden Fehlers auch eine Wiederaufnahme des regulären Betriebes ohne äußeren Eingriff erfolgen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsschaltung für ein elektronisches Steuergerät eines Kraftfahrzeugs zur Umsetzung der Bordnetzspannung (U_B) des Kraftfahrzeugs in eine für das Steuergerät geeignete Betriebsspannung (Vcc) mit einem Haupt-Spannungsregler und einer Spannungsüberwachungseinrichtung, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (Vcc) für ein elektronisches Steuergerät eines Kraftfahrzeugs.

Eine Vielzahl der in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Steuergeräte wird inzwischen mit elektronischen Schaltkreisen ausgestattet, welche zu ihrem Betrieb eine geregelte Betriebsspannung benötigen, die einen von den Schwankungen der verfügbaren Bordnetzspannung unabhängigen konstanten Wert aufweist. Diese konstante Betriebsspannung von in der Regel 5 Volt wird durch eine zumeist im Steuergerät integrierte, mit einem entsprechenden Spannungsregler versehene Spannungsversorgungsschaltung bereitgestellt.

Solange der Spannungsregler intakt ist, und auch kein sonstiger, die gewünschte Betriebsspannung beeinflussender Fehler in dem Steuergerät vorliegt, ist eine definierte Funktion der elektronischen Schaltkreise zumindest unter diesem Gesichtspunkt gewährleistet. Tritt jedoch ein Fehler dergestalt auf, daß eine zu hohe Spannung anliegt, kann dies, insbesondere im Falle, daß die Schaltung einen oder mehrere Mikroprozessoren umfaßt, zu einem unkontrollierbaren Fehlverhalten solcher Prozessoren und somit des gesamten Steuergeräts führen. Dies kann insbesondere bei sicherheitsrelevanten Funktionen zu kritischen Situationen führen. Ein Fehler in der Betriebsspannung kann bespielsweise durch einen Kurzschluß im Längstransistor des Spannungsreglers, durch eine Lötbrücke oder einen sonstigen Bauteildefekt hervorgerufen werden.

Die DE 197 51 429 A1 offenbart eine Spannungsversorgungsschaltung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Bei dieser Einrichtung ist vorgesehen, daß im Falle eines Über- oder Unterschreitens festgelegter, durch Referenzspannungssignale repräsentierter Spannungsschwellwerte eine Spannungsüberwachungseinrichtung das Abschalten nachgeordneter Treiberstufen oder das Aktivieren entsprechender Warneinrichtungen auslöst. In jedem Falle ist jedoch eine gezielte Unterbrechung des regulären Betriebes vorgesehen.

Gegenüber diesem Stand der Technik haben die Spannungsversorgungs schaltung sowie das zugehörige Verfahren nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß eine Fortsetzung des Betriebes zumindest im Sinne einer Notlauffunktion möglich ist. Darüberhinaus kann im Falle eines nur vorübergehenden Fehlers auch eine Wiederaufnahme des regulären Betriebes ohne äußeren Eingriff erfolgen.

Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß dem Haupt-Spannungsregler ein Hilfs-Spannungsregler geringerer Genauigkeit vorgeschaltet ist, der durch die Spannungsüberwachungseinrichtung im Falle einer zu hohen Spannung am Ausgang des Haupt-Spannungsreglers zwangsweise aktiviert ist.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltung sowie des entsprechenden Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben und werden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfaßt die Spannungsversorgungs schaltung einen Haupt-Spannungsregler 1, der als integrierter Schaltkreis ausgeführt ist und im regulären Betrieb die für ein nachgeschaltetes elektronisches Steuergerät erforderliche Betriebsspannung Vcc mit hoher Genauigkeit zur Verfügung stellt. Die Bordnetzspannung U_B des Kraftfahrzeugs wird dabei dem Eingang des Haupt-Spannungsreglers 1 über die Source-Drain-Strecke eines n-Kanal-Transistors M1 zugeführt. Der Transistor M1 ist Bestandteil einer im Bedarfsfalle als Hilfs-Spannungsregler 3 wirkenden Schaltungsanordnung. Er ist im regulären Betrieb der Spannungsversorgungsschaltung voll durchgeschaltet und hat keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung des Haupt-Spannungsreglers 1. Der Ausgang des Haupt-Spannungsreglers 1 ist über eine als Spannungsüberwachungseinrichtung 2 fungierende Zener-Diode D2 sowie einen Widerstand R10 mit dem Basis-Anschluß eines ebenfalls zu der als Hilfs-Spannungsregler 3 wirkenden Schaltungsanordnung gehörigen Transistors Q2 verbunden. Dieser Transistor Q2 ist wie auch der weitere Transistor Q3 im regulären Betrieb gesperrt. Steigt jedoch die Spannung am Ausgang des Haupt-Spannungsreglers 1, welche normalerweise stabil bei 5,0 Volt liegen sollte, über den Wert der Durchbruchspannung der Zener-Diode D2 von ca. 5,2 Volt an, so wird diese leitend und steuert den Transistor Q2 auf. Dadurch wird der mit diesem verbundene Transistor Q3 angesteuert, und dieser erhöht die Gate-Spannung des Transistors M1. Durch den sich dabei verringernden Stromfluß durch den Transistor M1 sinkt die Spannung am Ausgang des Haupt-Spannungsreglers 1 unabhängig von dessen Fehlfunktion ab. Durch die Zener-Diode D2 sowie die drei Transistoren M1, Q2, Q3 ist somit ein Regelkreis gebildet, welcher ein weiteres Ansteigen der Ausgangsspannung der Spannungsversorgungsschaltung selbst bei einem völligen Versagen des Haupt-Spannungsreglers 1 verhindert. Ein Abschalten des nachgeschalteten Steuergeräts ist nicht erforderlich, da mit dem Hilfs- Spannungsregler 3 eine Notlauffunktion der Spannungsversorgungsschaltung aufrechterhalten werden kann. Bei einem nur vorübergehenden Funktionsausfall des Haupt-Spannungsreglers 1 erfolgt eine automatische Rückkehr in den regulären Betriebszustand sobald dessen Regelungsverhalten wieder bestimmungsgemäß erfolgt. Die Spannungswerte an verschiedenen Knotenpunkten innerhalb des Schaltungsanordnung sind je nachdem, welcher Betriebszustand vorliegt, signifikant unterschiedlich. Daher können beispielsweise der Spannungswert an der Anode der Zener-Diode D2 oder die Spannung am Kollektor des Transistors Q2 als Statussignal herangezogen werden. Führt man eines dieser Signale z. B. einem Analog- Digital-Wandler-Eingang eines Mikroprozessors des nachgeschalteten Steuergeräts zu, so liegt dort eine Information über den Betriebszustand der Spannungsversorgungsschaltung vor.

Claims

1. Spannungsversorgungsschaltung für ein elektronisches Steuergerät eines Kraftfahrzeugs zur Umsetzung der Bordnetzspannung (U_B) des Kraftfahrzeugs in eine für das Steuergerät geeignete Betriebsspannung (Vcc) mit einem Haupt-Spannungsregler (1) und einer Spannungsüber wachungseinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, daß dem Haupt- Spannungsregler (1) ein Hilfs-Spannungsregler (3) geringerer Genauigkeit vorgeschaltet ist, der durch die Spannungsüberwachungs einrichtung (2) im Falle einer zu hohen Spannung am Ausgang des Haupt-Spannungsreglers (1) zwangsweise aktiviert ist.

2. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsüberwachungseinrichtung (2) durch eine Zener-Diode (D2) gebildet ist.

3. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Spannungsregler (3) im wesentlichen durch einen Feldeffekt-Transistor (M1) gebildet ist.

4. Verfahren zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (Vcc) für ein elektronisches Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, wobei im regulären Betrieb die Bordnetzspannung (U_B) des Kraftfahrzeugs durch einen Haupt-Spannungsregler (1) in eine für das Steuergerät geeignete Betriebsspannung (Vcc) umgesetzt wird, welche Betriebsspannung (Vcc) von einer Spannungsüberwachungseinrichtung (2) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsüberwachungseinrichtung (2) im Falle einer zu hohen Spannung am Ausgang des Haupt- Spannungsreglers (1) einen Hilfs-Spannungsregler (3) aktiviert, welcher als Not-Betriebsart die Regelung der Ausgangsspannung mit geringerer Genauigkeit übernimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Funktionstüchtigkeit des Haupt-Spannungsreglers (1) ein automatischer Wechsel zwischen regulärem Betrieb und Not-Betrieb erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Spannungspegel an einem Schaltungsknoten innerhalb des Hilfs- Spannungsreglers (3) ein Status-Signal für ein nachgeschaltetes Steuergerät generiert wird.