DE19720191C1

DE19720191C1 - Pufferschaltung für den Ausgang eines Mikroprozessors

Info

Publication number: DE19720191C1
Application number: DE1997120191
Authority: DE
Inventors: Bernhard Foerstl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: FR2767234A1; FR2767234B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Pufferschaltung zwischen einem Ausgang eines Mikroprozessors und einem Stellglied in einem Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Aufrechterhaltung des momentanen Zustands eines von einem Mikroprozessor gesteuer ten Stellglieds während eines Einbruchs der Spannungsversor gung.

Während des Startvorgangs des Motors eines Kraftfahrzeugs kommt es zu Spannungseinbrüchen bis hinab zu +3 Volt für ei nige 10 ms bis zu 100 ms. Mikroprozessorsysteme werden bei solchen Spannungseinbrüchen in der Regel in den Reset-Zustand versetzt. Hierbei gehen die Ausgänge in einen hochohmigen Zu stand, und die momentan ausgeführte Funktion wird abgebro chen. Um dies zu vermeiden, kann das Mikroprozessorsystem einschließlich einer Zusatzelektronik mit einem Kondensator gepuffert werden. Da die Stromaufnahme eines solchen Systems in der Größenordnung von 80 mA liegen kann, ist eine sehr große Kapazität mit einem teuren und großen Bauelement erfor derlich.

Aus der Patentanmeldung EP 0 143 313 A2 ist bekannt, ein Stellglied für die Zeitdauer des Einbruchs der Versorgungs spannung zu verriegeln. Ein Mikroprozessor wird nur dann in den Reset-Zustand versetzt, wenn die Versorgungsspannung ei nen Schwellwert unterschreitet, bei dem der Mikroprozessor nicht mehr funktionsfähig ist. Dadurch wird erreicht, daß bei einem Spannungseinbruch, bei dem der Schwellwert für den Mi kroprozessor noch nicht erreicht wird, eine Verriegelung des Stellglieds nur für die Zeitdauer des Spannungseinbruchs er folgt und nicht noch zusätzlich für die Dauer eines Neustarts des Mikroprozessors.

Es ist ein Ziel der Erfindung, die Funktion eines von einem Mikroprozessor gesteuerten Stellglieds auch dann aufrechtzu erhalten, wenn der Mikroprozessor infolge eines Einbruchs der Versorgungsspannung in den Reset-Zustand gegangen ist.

Dieses Ziel wird mit einer Pufferschaltung und einem Verfah ren erreicht, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen defi niert sind. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Puffern eines Ausgangs eines Mikropro zessors eignet sich insbesondere für Funktionen in einem Kraftfahrzeug wie Anlasser, Scheibenwischer, Heckscheibe, Sitzheizung, Innenbeleuchtung, Blinker und dergleichen, die über den Port eines Mikrokontrollers gesteuert werden.

Obwohl der Ausgang des Mikroprozessors mit einem Energiespei cher gepuffert ist, der eine gewisse Lade- und Entladezeit benötigt, ist ein definiertes und rasches Schalten der zu be tätigenden Funktion gewährleistet. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn von dem Mikroprozessor ein Relais gesteu ert wird. Ein rascher Schaltvorgang stellt sicher, daß ein Verschweißen der Relaiskontakte vermieden wird.

Die Anordnung des Energiespeichers zwischen dem Ausgang eines Mikroprozessors und dem Eingang einer hochohmigen Vergleichs schaltung ermöglicht die Aufrechterhaltung einer Funktion mit verhältnismäßig wenig Energie. Es kann daher ein Kondensator in SMD-Bauweise als Energiespeicher eingesetzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung ei nes Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Mikrokontroller, der ein Stellglied steuert.

Ein als Mikrokontroller 1 eingesetzter Mikroprozessor weist einen Ausgang oder Port 11 auf, der über ein Stellglied 3 ei nen Scheibenwischermotor eines Kraftfahrzeugs steuert.

Am Port 11 des Mikrokontrollers wird bei Auftreten eines High-Pegels ein Pufferkondensator C über einen Widerstand R1 (10 kΩ) aufgeladen. Bei dem Pufferkondensator handelt es sich um ein SMD-Bauteil mit einer Kapazität von 1 µF/6,2 V. Über den Widerstand R2 (510 kΩ) entlädt sich der Pufferkon densator. Zusätzlich wird der Kondensator C über den Wider stand R1 entladen, wenn der Port 11 auf Low-Pegel gesetzt wird. Damit ergibt sich bei einem Spannungseinbruch, wenn der Port 11 hochohmig ist, für das Entladen des Kondensators C über den Widerstand R2 eine Zeitkonstante von etwa 500 ms.

Durch den relativ niederohmigen Widerstand R1 ist gewährlei stet, daß sich der Kondensator C relativ rasch auflädt und entlädt, wenn am Port 11 zwischen Low und High geschaltet wird. Dennoch ist gewährleistet, daß der High-Pegel ausrei chend lang vom Kondensator C am hochohmigen Eingang 21 der Vergleichsschaltung 2 gehalten wird.

Der Pufferkondensator C ist parallel zu dem Mikrokontroller 1 und einem Eingang 21 einer Vergleichsschaltung 2 angeordnet. Eine Diode D ist in Flußrichtung vom Pufferkondensator zur Versorgungsspannung eines Komparators 22 der Vergleichsschal tung 2 geschaltet. Dadurch wird verhindert, daß bei einem Spannungseinbruch in Bordnetz die Versorgungsspannung am Kom parator 22 deutlich unter das Potential am Eingang 21 der Vergleichsschaltung und damit des Komparators 22 fällt. Da durch wird der Komparator vor Zerstörung geschützt.

Bei der Vergleichsschaltung 2 handelt es sich um einen nicht- invertierenden Schmitt-Trigger. Über die Widerstände R5 (100 kΩ) und R6 (100 kΩ) wird eine Schaltschwelle eingestellt, die hier bei 2,5 V liegt, wenn eine Versorgungsspannung V_cc von 5 V an R6 angelegt ist. Die an den Widerstand R6 gelegte Versorgungsspannung von 5 V bricht bei einem Spannungseinbruch im Bordnetz ebenfalls bis auf Werte von etwa 2 V ein, so daß dann die Schaltschwelle bei etwa 1 V liegt. Daher muß in die sem Fall der Pufferkondensator lediglich ein vergleichsweise niedriges Potential am Eingang 21 der Vergleichsschaltung aufrechterhalten, um einen zuvor am Port 11 ausgegebenen High-Pegel zu halten.

Die Widerstände R3 (10 kΩ) und R4 (1 MΩ) sind so bemessen, daß ein hoher Verstärkungsfaktor eingestellt ist, und die Schaltung im Übersteuerungsbereich betrieben wird. Die Ver gleichsschaltung 2 bewirkt, daß nur definierte High-Pegel und Low-Pegel ausgegeben werden. Selbst wenn die am Eingang 21 der Vergleichsschaltung angelegte Steuerspannung langsam ab sinkt, erfolgt ein rasches Durchschalten.

Das von der Vergleichsschaltung 2 erzeugte Ausgangssignal steuert das Stellglied 3. Das Stellglied 3 weist ein Relais 31 auf, über das ein Scheibenwischermotor mit Energie ver sorgt wird. Das Relais wird über einen Transistor T gesteu ert. Beim Transistor T handelt es sich um einen bipolaren npn-Transistor oder einen n-Kanal Feldeffekttransistor (FET). Wird statt eines nichtinvertierenden Komparators ein inver tierender Komparator gewählt, wird das Relais über einen pnp-Transistor oder p-Kanal FET gesteuert, wenn das Steuersignal dieselbe Polarität wie das vom Port 11 des Mikrokontrollers 1 ausgegebene Signal haben soll. Der Widerstand R7 (10 kΩ) schützt den Transistor T vor Zerstörung.

Sinkt die Spannungsversorgung des Mikrokontrollers 1 unter die zulässige Betriebsspannung, wird der Mikrokontroller in den Reset-Zustand übergeführt. Der Port 11 wird hochohmig ge schaltet. Die Kapazität des Pufferkondensators von 1 µF reicht aufgrund des hohen Eingangswiderstands der Vergleichs schaltung 2 aus, um einen Spannungseinbruch von mehr als +3 V für 500 ms zu überbrücken. Ein am Port 11 vor dem Spannungs einbruch ausgegebener High-Pegel wird vom Pufferkondensator C über längere Zeit oberhalb der Schaltschwelle des Komparators 22 gehalten.

Beim Wechseln des Pegels zwischen High und Low am Port 11 oder bei einem längeren Spannungseinbruch, bei dem das Poten tial am Kondensator unter die Schaltschwelle sinkt, erfolgt trotzdem durch die Vergleichsschaltung 2 ein schnelles Um schalten zwischen den Pegeln. Daher wird ein Verschweißen der Kontakte des Relais 31 zuverlässig verhindert.

Claims

1. Pufferschaltung zwischen einem Ausgang (11) eines Mikropro zessors (1) und einem Stellglied (3) in einem Kraftfahr zeug, die aufweist:

- eine Vergleichsschaltung (2), deren Eingang (21) mit dem Ausgang (11) des Mikroprozessors (1) verbunden ist und die bei Erreichen eines bestimmten Spannungspegels am Eingang (21) zwischen einem High-Pegel und einem Low-Pegel um schaltet, der an das Stellglied (3) angelegt wird.
- einen Energiespeicher (C) zur Pufferung des Eingangs (21) der Vergleichsschaltung.

2. Pufferschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (2) ein Schmitt-Trigger ist.

3. Pufferschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Energiespeicher (C) ein Kondensator ist, der parallel zum Eingang (21) der Vergleichsschaltung (2) ge schaltet ist.

4. Pufferschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Pufferkondensators (C) und des Entladewiderstands so bemessen ist, daß während eines üblichen Spannungseinbruchs der Versorgungsspannung während eines Startvorgangs der Spannungspegel am Eingang (21) der Vergleichsschaltung den Schwellenwert nicht er reicht.

5. Pufferschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (D) in Flußrichtung zwischen den Ausgang (11) des Mikroprozessors und der Span nungsversorgung der Vergleichsschaltung (2) geschaltet ist.

6. Verfahren zur Aufrechterhaltung des momentanen Zustands eines von einem Mikroprozessor gesteuerten Stellglieds (3) während eines Einbruchs der Spannungsversorgung im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit den Schritten:

- Steuern einer Vergleichsschaltung (2) über einen Ausgang (11) eines Mikroprozessors (1),
- Puffern des Eingangs (21) der Vergleichsschaltung mit ei nem Energiespeicher (C),
- Umschalten eines Ausgangssignals der Vergleichsschaltung (2) zwischen einem High-Pegel und einem Low-Pegel, der an das Stellglied (3) angelegt wird, wenn der Spannungspegel am Eingang (21) der Vergleichsschaltung einen bestimmten Schwellwert erreicht.