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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zum Anschalten eines elektrischen Gerätes an eine steuerbare Spannungsquelle,
wobei das elektrische Gerät
nach Ablauf einer Hochlaufzeit durch ein Steuersignal an einem Steuereingang
der Spannungsquelle eine Selbsthaltung herbeiführen kann.
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Stand der Technik
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Schaltungsanordnungen zum Einschalten elektronischer
bzw. elektrischer Geräte
sind in verschiedensten Ausführungen
bekannt. Oft wird der Einschaltvorgang durch einen manuellen Tastendruck
ausgelöst
und der weitere Einschaltvorgang läuft selbstständig ab.
Beispielsweise muss bei einem Mobiltelefon die Einschalttaste während einer bestimmten
Mindestdauer gedrückt
bleiben, nämlich bis
der Hochlauf des Gerätes
abgeschlossen ist. Bei elektrischen Geräten, die in Fahrzeugen eingesetzt werden,
besteht häufig
die Forderung, durch einen möglichst
kurzen Tastendruck ein elektrisches Gerät aus einem Standby-Modus in
den Betriebszustand überzuführen, wobei
der Energieverbrauch im Standby-Modus möglichst gering sein muss.
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Ferner muss sicher gestellt sein,
dass es im Falle eines fehlerhaften Hochlaufs nicht zu einer unbeabsichtigt
hohen Energieentnahme kommt. Ein solcher Fehler kann beispielsweise während der
Initialisierung eines mikroprozessorengesteuerten Gerätes auftreten,
wenn der Initialisierungsvorgang vom Programm nicht korrekt abgeschlossen
werden kann und in einer Endlosschleife hängen bleibt.
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Eine elektronische Schaltung, die
in einem KFZ eingesetzt wird, ist rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt.
Störimpulse
dürfen
nicht eine unbeabsichtigte Einschaltung auslösen.
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Aus der Unterhaltungselektronik ist
bekannt, Fernsehgeräte,
Videorecorder, Computer- Monitore über einen sog. Stand-by-Modus zu betreiben.
Hierbei überwacht
eine Steuerelektronik im Gerät
einen Empfänger
einer üblicherweise
drahtlosen Fernbedienung, zum Beispiel eine Funk- oder Infrarotfernbedienung,
auf ankommende Steuersignale, und veranlasst im Falle der Übereinstimmung
nach einer Dekodierung das Einschalten des Gerätes.
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In der
US
4,544,924 ist beispielsweise eine Start-Schaltungsanordnung für ein Gerät der Unterhaltungselektronik
offenbart, bei der die Infrarot-Sendeeinrichtung einer batteriebetriebenen
und von einem Mikroprozessor gesteuerten Fernbedienung erst durch
Betätigen
einer Keyboard-Taste in den Wachzustand gebracht werden kann.
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Von Nachteil ist hierbei, dass es
zu keiner Abschaltung des Gerätes
kommt, wenn der Mikroprozessor beim Hochlauf in eine Endlosschleife
gerät.
Auch im Fehlerfall eines nicht mehr zu öffnenden mechanischen Tasters
kann sich der Mikroprozessor nicht mehr von der Batterie trennen.
Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung ist es, dass Störimpulse zum
unbeabsichtigten Einschalten führen
können.
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Eine möglichst geringe Ruhestromaufnahme und
eine sichere Abschaltung im Falle eines Fehlers beim Hochlauf steht
aber bei elektronischen Schaltungen, die in Fahrzeugen eingesetzt
werden, im Vordergrund. So muss beispielsweise der Einschaltvorgang
einer Standheizung oder einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges,
durch einen kurzen manuellen Tastendruck auslösbar sein. Er muss aber automatisch
dann abgebrochen werden, wenn der Algorithmus sich fehlerhaft in
einer endlosen Programmschleife verfängt.
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Darstellung
der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Schaltungsanordnung zum Einschalten eines elektrischen Gerätes anzugeben,
die einen geringen Eigenstromverbrauch im Standby-Modus aufweist,
die durch einen kurzen Steuerimpuls einschaltbar ist, die eingeschaltet
bleibt bis das einzuschaltende Gerät eine Selbsthaltung übernehmen
kann und die im Falle eines fehlerhaften Hochlaufs den Einschaltvorgang selbst
abbrechen kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen
nehmen die Unteransprüche
Bezug.
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In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist eine Starttastenschaltung vorgesehen, die aus einem Starttastensignal
ein Steuersignal erzeugt, das am Steuereingang der steuerbaren Spannungsquelle
solange anliegt, bis die Hochlaufzeit des elektrischen Gerätes abgelaufen
ist. Im Falle eines fehlerhaften Hochlaufs, bei dem die Selbsthaltung durch
das elektrische Gerät
nicht eigenständig
gesetzt werden kann, fällt
das Starttastensignal nach einem vorgegebenen Zeitintervall eigenständig ab.
Auf diese Weise wird die Energiezufuhr zum elektrischen Gerät abgebrochen
und ein unbeabsichtigtes Entleeren der Batterie vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Starttastenschaltung aus einer Differenzierschaltung,
die aus einem Starttastensignal ein erstes Steuersignal erzeugt,
das während
eines ersten Zeitintervalls am Steuereingang ansteht. Gleichzeitig wird
in einer hierzu parallel geschalteten Impulserzeugungsschaltung
aus einem aus der Differenzierschaltung abgeleiteten Zwischensignal
ein zweites Steuersignal erzeugt. Dieses zweite Steuersignal ist gegenüber dem
Starttastensignal zeitlich um ein zweites Zeitintervall verzögert, liegt
am Steuereingang der Spannungsquelle an und fällt nach einem dritten Zeitintervall ähnlich einer
monostabilen Kippstufe von alleine wieder ab. Durch Dimensionierung ist
festgelegt, dass die Summe des zweiten und dritten Zeitintervalls
größer ist
als die Hochlaufzeit des elektrischen Gerätes. Auf diese Weise ist sicher
gestellt, dass die Energiezufuhr zum elektrischen Gerät abgebrochen
wird, wenn der Hochlauf nicht ordnungsgemäß abgeschlossen werden kann.
Bei ordnungsgemäßem Hochlauf übernimmt
die Steuerung des elektrischen Gerätes die Selbsthaltung vor Ablauf
des zweiten und dritten Zeitintervalls.
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Hinsichtlich einer geringen Leistungsaufnahme
ist es günstig,
wenn das Starttastensignal durch einen Halbleiterschalter, beispielsweise
einen Transistor erzeugt wird. Hierbei wird die Basis des Transistors
durch einen mechanischen Schalter angesteuert und der Eigenstromverbrauch
der Starttastenschaltung ist im Stand-by-Modus auf den Sperrstrom
des Transistors T1 beschränkt.
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Mit besonderem Vorteil lässt sich
die Schaltungsanordnung zur Anschaltung einer Standheizung bzw.
einer Komfort- Klimaanlage in einem KFZ anwenden, deren Steuerungen
Mikroprozessoren bzw. Mikrokontroller enthalten.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
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2 ein
Impulsdiagramm zum Blockschaltbild der 1.
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Ausführung der
Erfindung
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In der Zeichnung ist im Blockbild
in 1 mit U1 ein steuerbarer
Spannungsregler, z.B. ein Schaltnetzteil bezeichnet, der an der
Batteriespannung U-BAT liegt und dessen Ausgang VCC die Spannungsversorgung
für ein
elektrisches Gerät
EG, z.B. eine Mikroprozessor-Steuerung, liefert. Der steuerbare
Spannungsregler U 1 weist einen Steuereingang STE auf und wird durch
das Steuersignal S 3 gesteuert. Das Steuersignal S 3 wird, wie weiter
unten noch genauer dargestellt, durch eine Starttastenschaltung
STS erzeugt oder durch Selbsthaltung vom elektrischen Gerät EG (Ausgang
A) bereitgestellt.
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Der Einschaltvorgang für das elektrische
Gerät EG
wird durch einen Tastendruck am Schalter S 1 ausgelöst, wodurch über die Widerstände Ra,
Rb der Schalttransistor T 1 der Eingangsstufe E 1 durchgeschaltet
wird. Das Durchschalten des Schalttransistors T1 führt dazu,
dass die Spannung am Widerstand R1 auf Batteriepotential ansteigt
und dieses Steuersignal S1' in
der nachgeschalteten Differenzierschaltung HP über den Kondensator C1 als
erstes Steuersignal ESS über
die Diode D2 an den Steuereingang STE der steuerbaren Spannungsquelle
U1 gelangt. Die steuerbare Spannungsquelle U1 wird dadurch aktiviert
und an ihrem Ausgang AS steht die Versorgungsspannung VCC an. Damit
liegt auch die Versorgungsspannung VCC am elektrischen Gerät an, dessen
Mikroprozessorsteuerung mit dem Hochlauf beginnt. Gleichzeitig gelangt
die Versorgungsspannung VCC auch an die Impulserzeugungsschaltung
IES. Diese besteht aus einer mit dem Netzwerk R5,R6,D3, C2 beschalteten
Komparatorschaltung U2 und U3. Über
den zufolge des Signales ESS eingeschalteten Komparator U2 wird über die
Parallelschaltung der Widerstände
R5 und R6 der Kondensator C2 aufgeladen. Nachdem der Kondensator
C2 aufgeladen ist, liefert der Komparator U3 das zweite Steuersignal
ZSS und übernimmt über die
Diode D4 die Erzeugung des Steuersignals S3. Auf diese Weise führt der
Wegfall des Steuersignals S 1 nicht zur Abschaltung. Diese Selbsthaltung
dauerte solange, wie die Zeitkonstante R5, C2 geladen bleibt. Der Kondensator
C1 führt
nämlich
nach kurzer Zeit keinen Ladestrom mehr und damit wird das Signal
ESS wegen R2 zu 0. Über
den Widerstand R4 und den Komparator U2 wird mittels R5 der Kondensator
C2 langsam entladen. Am Ende des Entladungsvorganges kippt der Ausgang
des Komparators U3 (monostabile Kippstufe) ebenfalls nach 0. Das
zweite Steuersignal ZSS fällt
ab, wodurch die Selbsthaltung über die
Diode D4 unterbrochen ist.
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Ein ordnungsgemäßer Ablauf des Hochlaufs des
elektrischen Gerätes
EG ist vor Ablauf der Summe der Zeitkonstanten T2 und T3 des zeitverzögerten,
monostabilen Signals ZSS (2)
abgeschlossen. Bei ordnungsgemäßem Ablauf übernimmt
der in EG enthaltene Prozessor über
den Ausgang A und die Diode D5 die Selbsthaltung, so dass das elektrische
Gerät EG
die Selbsthaltung aufrechterhält,
wie es sich aus der Aufgabenstellung der Steuerung ergibt. Ist ein
ordnungsgemäßer Hochlauf
nicht erfolgt, bleibt der Ausgang A inaktiv. Der Abfall des Zwischensignales
ZSS nach Ablauf des dritten Zeitintervalls T3 schaltet nun selbständig die
Spannungsversorgung U1 ab und unterbricht damit die Energieentnahme
aus der Batterie U_Batt.
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Im Ruhezustand (Standby-Modus) ist
der Schalttransistor T1 der Eingangsstufe E1 gesperrt, dh. STE liegt
auf dem Massepotential und der steuerbare Spannungsregler U1 liefert
an seinem Ausgang AS keine Versorgungsspannung VCC. Die Leistungsaufnahme
aus der Batterie ist dadurch sehr gering, d.h. auf Leckströme beschränkt.
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Das Ein- und Ausschalten der Spannungsversorgung
VCC erfolgt rein hardwaremäßig und zwangsläufig durch
den Ablauf von Zeitkonstanten ohne die Notwendigkeit des korrekten
Ablaufes einer rücksetzenden
Software.
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Durch entsprechende Verlängerung
der Zeitkonstanten (Cl-R2, C2-R5/R6) wird die Starttastenschaltung
unempfindlich gegen Störimpulse,
was insbesondere bei einem Einsatz in einem KFZ von besonderem Vorteil
ist.
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Die mindestens erforderliche Zeitdauer
für einen
manuell an S1 ausgelösten
Einschaltvorgang ist durch die Zeitkonstanten (C1-R2, C2-R5/R6)
beliebig kurz vorgebbar.
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Im Falle des praktischen Einsatzes
der erfindungsgemäßen Schaltung
in sicherheitsrelevanten Applikationen, wie sie z.B. in der KFZ-Technik
vorliegen, ist es zweckmäßig, die
ordnungsgemäße Funktion
der Starttastenschaltung durch den Prozessor des Gerätes EG überwachen
zu lassen. Damit können
Fehler erkannt und entsprechende Massnahmen zur Erhöhung der
Betriebssicherheit eingeleitet werden. Dies geschieht z.B. dadurch,
dass das Signal S5 von der Stufe E1 abgeleitet und dem Prozessor
zugeführt
wird. Damit kann nicht nur ein Fehlerzustand wie z.B. das Hängenbleiben
der Taste S1 erkannt werden. Es kann dieses Signal auch zum Abschalten verwendet
werden, indem ein nochmaliges Drücken der
Taste S1 erkannt wird und daraufhin ein Abschaltvorgang eingeleitet
wird.