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Schaltungsanordnung zur Versorgungsspannungsüberwachung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Versorgungsspannungsüberwachung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt um die Versorgungsspannung
für intelligente Schaltkreise, nämlich beispielsweise Mikroprozessoren oder integrierte
Schaltkreise, beim Einschalten,aber auch während des Betriebs auf unzulässige Spannungsabsenkungen
zu überwachen. Ist nämlich die Versorgungsspannung zu niedrig, so können die intelligenten
Schaltkreise nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten und liefern falsche Informationen,
die sich auch in die Informationen nach Wiedererreichen der gewünschten Versorgungsspannung
fortpflanzen können. Derartige Einbrüche der Versorgungsspannung können beispielsweise
außer bei raschem Aus- und Wiedereinschalten durch Störungen beispielsweise bei
Anlaßvorgängen in einem Kraftfahrzeug an der Klemme 15 auftreten.
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Um die falsche Bildung von Informationen in der intelligenten Schaltung
zu vermeiden, ist es erforderlich, diese in einen definierten Ausgangszustand einzustellen,
wenn die erforderliche Versorgungsspannung erreicht ist und konstant bleibt.
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Dieser Ausgangszustand wird normalerweise durch einen
Resetimpuls
an einem Reseteingang des intelligenten Schaltkreises bewirkt.
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Zur Erzeugung des Resetimpulses mit einer bekannten Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Gattung nimmt ein Komparator, meist ein Schmitt-Trigger,einen
ersten Zustand an,solange eine Steuerspannung an seinem Steuereingang niedriger
liegt als eine Referenzspannung an seinem Vergleichseingang. Die Steuerspannung
wird an dem aufladbaren ersten Kondensator abgegriffen, der er einen Widerstand
auf die Versorgungsspannung aufladbar ist und sich rasch über die Diode auf eine
absinkende Versorgungsspannung einstellt. Beim Einschalten dieser Schaltungsanordnung,
wenn der Kondensator zunächst nicht geladen ist, genügt die durch die Zeitkonstante
der durch den Widerstand und den ersten Kondensator gebildeten Widerstandskondensatorkombination,
um den Komparator verhältnismäßig lange in dem ersten Betriebazustand zu halten,
wenn also die Ladespannung an dem Kondensator niedriger als die Referenzspannung
ist. Während dieser Zeit wird der Resetimpuls an dem Ausgang des Komparators erzeugt,
der erst dann abbricht, sobald die Ladespannung des Kondensators die Referenzspannung
erreicht. - Während die Impulsdauer dieses bei dem ersten Einschalten gebildeten
Resetimpulses ohne weiteres so dimensioniert werden kann, daß die intelligente Schaltung
mit Sicherheit den gewünschten definierten Ausgangszustand annimmt, bis die erforderliche
Höhe der Versorgungsspannung erreicht ist, kann der Resetimpuls zu kurz sein, wenn
die Versorgungsspannung während des Betriebs des intelligenten Schaltkreises absinkt
und der intelligente Schaltkreis aus diesem Grund zurückgestellt werden muß. Sinkt
die Versorgungsspannung verhältnismäßig tief ab, so wird der erste Kondensator über
die Diode so weitgehend entladen, daß beim Ansteigen der Versorgungsspannung eine
genügend lange Zeitspanne abge-
wartet werden muß bis der Kondensator
über den Widerstand wieder auf einen Spannungswert aufgeladen ist, der der Referenzspannung
entspricht, d.h. in diesem Fall ist der Resetimpuls lang genug. Sinkt hingegen die
Versorgungsspannung nur geringfügig ab, so wird der Kondensator auf einen entsprechend
niedrigen Spannungswert entladen, der noch um die Diodendurchlaßspannung höher ist
als die Versorgungsspannung bzw. die überwachte Spannung, auf deren Potential ein
Anschluß der Diode liegt. In diesem Fall kann beim Erhöhen der Versorgungsspannung
bzw. der überwachten Spannung auf einen für den ordnungsgemäßen Betrieb ausreichenden
Wert die Zeit zu kurz sein bis auch der Kondensator auf einen Spannungswert aufgeladen
wird, der die Referenzspannung erreicht und den Resetimpuls abbricht.
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Mit anderen Worten, bei geringfügigem Abfall der Versorgungsspannung
oder überwachten Spannung kann der Resetimpuls zu kurz sein, um den intelligenten
Schaltkreis in der gewünschten Weise zurückzustellen.
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Zu der vorliegenden Erfindung gehört daher die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung
zur Versorgungsspannungsüberwachung der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden,
daß auch bei geringfügigem Unterschreiten der Versorgungsspannung unter den gewünschten
Wert bzw. bei geringfügigem Absinken der Ladespannung an dem Kondensator unter die
Referenzspannung ein Resetimpuls gebildet wird, der zur ordnungsgemäßen Rückstellung
des intelligenten Schaltkreises mit Sicherheit ausreicht.
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Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebene Erfindung gelöst.
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Der wesentliche Vorteil, der mit dieser Schaltungsanordnung erzielt
wird, besteht darin, daß der Transistor durch das Ausgangssignal des Komparators
so gesteuert ist, daß er den
zunächst möglicherweise nur geringfügig
entladenen Kondensator, so daß die Lade spannung die Referenzspannung gerade unterschritten
hat, praktisch vollständig entläd.
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Der Kondensator muß dann also beim Erhöhen der Versorgungsspannung
auf einen ordnungsgemäßen Wert im wesentlichen während der gleichen Zeit aufgeladen
werden wie bei dem ersten Einschalten, so daß die Zeitdauer, in der die Ladespannung
die Referenzspannung erreicht, lang genug ist, um einen Resetimpuls der gewünschten
Mindestlänge zu bilden.
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Der Transistor wird hierzu im einzelnen durch die Anfangsflanke des
Resetimpulses so gesteuert, daß der Kondensator durch die Kollektoremitterstrecke
lange genug, d.h. praktisch bis zum Wert Null entladen wird.
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Dies wird gemäß Anspruch 2 in wenig aufwendiger Weise dadurch erreicht,
daß ein Basisanschluß des Transistors über einen Koppelkondensator, der mit einem
Widerstand als differenzierende Widerstandskondensatorkombination geschaltet ist,
mit dem Ausgang des Komparators verbunden ist. -An der Widerstandskondensatorkombination
entsteht also durch die Vorderflanke des Resetimpulses ein den Transistor steuernder
Impuls verhältnismäßig kurzer Dauer, die Jedoch zum Entladen des ersten Kondensators
ausreicht.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Eingangsspanning
des Komparators über einen an die Versorgungsspannungsleitung angeschlossenen zweiten
Kondensator, dessen Anschluß an die Versorgungsspannungsleitung außerdem mit einem
geerdeten Widerstand verbunden ist, und eine zu diesem Kondensator in Reihe liegende
Koppeldiode beeinflußbar ist.
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Der besondere Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß auch
Einbrüche der Versorgungsspannung die nur so groß sind,
daß die
durch die Referenzspannung gebildete Schwelle des Komparators noch nicht erreicht
wird, weil die an dem Kondensator anliegende Spannung um die Diodenspannung höher
ist als die Versorgungsspannung, ein en Resetimpuls erzeugt.
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Dies geschieht dadurch, daß die Versorgungsspannung durch den zweiten
Kondensator und den mit diesem verbundenen geerdeten Widerstand auf Spannungseinbrüche
überwacht wird. Der Betrag des Spannungseinbruchs und dessen Zeitdauer, die einen
Resetimpuls auslöst , werden dabei durch den zweiten Kondensator und den mit ihm
verbundenen geerdeten Widerstand bestimmt. Der Koppelkondensator ist so gepolt,
daß bei einem Einschalten der Versorgungsspannung die Referenzspannung nicht in
einer unzulässigen Richtung verschoben wird.
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In einer Ausführungsform ist der zweite Kondensator über die Koppeldiode
an den Steuereingang des Komparators angeschlossen. Er bewirkt so bei einem Absinken
der Versorgungsspannung unmittelbar eine Beeinflussung der Spannung an dem Steuereingang
in bezug auf die Referenzspannung. Der Steuereingang ist ber einen Widerstand von
dem ersten Kondensator genügend entkoppelt.
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Bei Verwendung eines Stabilisators zur Erzeugung einer stabilisierten
Spannung aus der Versorgungsspannung ist eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung
besonders zweckmäßig, die darin besteht, daß der erste Kondensator über einen ersten
Spannungsteiler mit dem Steuereinang des Komparators gekoppelt ist unddaß ein Vergleichseingang
des Komparators über einen zweiten Spannungsteiler, der auf eine bestimmte Referenzspannung
eingestellt ist, mit der stabilisierten Spannung in Verbindung steht.
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Diese Schaltungsanordnung hat den wesentlichen Vorteil, daß hierbei
die Spannungsschwankungen der unstabilisierten
Versorgungsspannung
überwacht werden, die sich leichter erkennen lassen als die um den Spannungsabfall
an dem Stabilisator und gegebenenfalls den Spannungsabfall an einem zusätzlichen
Vorwiderstand verminderte stabilisierte Spannung, mit der die integrierten Schaltkreise
gespeist werden. Von der Spannungsanordnung zur Spannungsüberwachung wird lediglich
der Vergleichseingang des Komparators mit der stabilisierten Spannung beaufschlagt,
die erforderlichenfalls über einen Spannungsteiler geteilt ist, während der Steuereingang
mit dem mit der Versorgungsspannungsleitung in Verbindung stehenden ersten Kondensator
über einen Spannungsteiler in Verbindung steht, der dem gegenüber der stabilisierten
Spannung höheren Wert der Versorgungsspannung Rechnung trägt, um die gewünschte
Vergleichsbildung mit der Referenzspannung zu ermöglichen.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
bei Verwendung eines Stabilisators zur Erzeugung der stabilisierten Spannung aus
der Versorgungsspannung wird im folgenden anhand eines Schaltbildes beschrieben:
In der dargestellten Schaltungsanordnung zur Spannungsüberwachung in einem Kraftfahrzeug
wird die Versorgungsspannung von der Klemme 15 - nicht dargestellt - über eine Diode
1 abgegriffen und mit einem Widerstand 2 sowie einem Kondensator 3 vorgeglättet.
Die vorgeglättete Spannung des Kondensators 3 speist einen Stabilisator 4, die auf
der Leitung 5 eine stabilisierte Spannung zur Speisung nicht dargestellter intelligenter
Schaltkreise erzeugt.
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Zur Spannungsüberwachung ist ein erster Kondensator 6 vorgesehen,
der über einen Widerstand 7 und eine zu diesem parallel geschaltete Diode 8 an einer
Leitung 9 der vorgeglätteten Spannung liegt. Die Diode 8 ist zu der vorgeglätteten
Spannung
an der Leitung 9 in Sperrichtung gepolt.
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Die Ladespannung an dem ersten Kondensator 6 wird über einen Spannungsteiler
10, 11 erfaßt und über einen Kopplungswiderstand 12 mit einem Steuereingang 13 eines
als Schmitt-Trigger geschalteten Komparators 14 verbunden.
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Ein Vergleichseingang 15 des Komperators ist über einen weiteren Spannungsteiler
16, 17 an die Leitung 5 der stabilisierten Spannung angeschlossen. Das Spannungsteilerverhältnis
16, 17 bestimmt die Referenzspannung. Zur Vervollständigung des Schmitt-Triggers
dient der Rückkopplungswiderstand 18 zwischen dem Ausgang 19 des Komparators und
dem Vergleichseingang, von dem sich außerdem eine Leitung mit einem Widerstand 20
zur Leitung 9 abzweigt.
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Der Ausgang 19 des Komparators speist einen nicht dargestellten Reseteingang
der intelligenten Schaltkreise.
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Außerdem speist der Ausgang 19 über eine differenzierende Widerstandskondensatorkombination
21, 22 die Basis eines Transistors 23. Die Kollektoremitterstrecke dieses Transistors
mit einem zu dem Kollektoranschluß in Reihe geschalteten Arbeitswiderstand 24 liegt
parallel zu dem Kondensator 6.
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Mit dieser Schaltungsanordnung wird die stabilisierte Spannung an
der Leitung 5 untersucht, ob sie den für den sicheren Betrieb der intelligenten
Schaltkreise erwünschten Wert von beispielsweise 5 Volt hat. Da nicht die stabilisierte
Spannung an der Leitung 5 direkt der Untersuchung unterzogen wird, sondern die vorgeglättete
Spannung auf der Leitung 9, kann die Resetschwelle an dem Vergleichseingang 15 zweckmäßigerweise
auf 7,5 Volt eingestellt
werden, denn die vorgeglättete Spannung
ist um 5 Volt plus dem Spannungsabfall des Stabilisators von etwa 2 Volt höher als
der Wert der stabilisierten Spannung (5 Volt).
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Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung wird der Kondensator
6 über den Widerstand 7 nach einer Exponentialfunktion auf einen Wert aufgeladen,
der schließlich dem Teiler-Wert des durch den Widerstand 7 einerseits und die Widerstände
10 und 11 gebildeten Spannungsteilers entspricht.
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Diese Ladespannung wird über den Spannungsteiler 10, 11 und den Koppelwiderstand
12 an den Steuereingang 13 geleitet, um in den Komparator 14 mit der durch den Spannungsteiler
16, 17 aus der stabilisierten Spannung gebildeten Referenzspannung verglichen zu
werden. Solange die Spannung an dem Steuereingang 13 die Referenzspannung noch nicht
erreicht hat, wird an dem Ausgang 19 ein Resetimpuls erzeugt, der die intelligenten
Schaltkreise in dem zurückgestellten Zustand hält. Erreicht die Spannung an dem
Steuereingang 13-die Referenzspannung, so schaltet der Komparator, der als Schmitt-Trigger
geschaltet ist, plötzlich um und der Resetimpuls verschwindet.
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Sinkt während des nachfolgenden Betriebs die Versorgungsspannung und
damit die vorgeglättete Spannung an der Leitung 9 unter einen Wert ab, daß die Spannung
an dem Steuereingang 13 tiefer als die Referenzspannung liegt, so erscheint wieder
ein Resetimpuls durch Umsteuerung des Schmitt-Triggers. Die Vorderflanke des Resetimpulses
wird über die Widerstandskondensatorkombination 21, 22 differenziert und bewirkt,
daß die durch die Diode 8 nur eingeleitete Entladung des Kondensators 6 bis zur
fast vollständigen Entladung des Kondensators führt. Von diesem definierten Ausgangszustand
des Kondensators ausgehend kann dieser bei einem Anwachsen der Versorgungsspannung
wieder aufgeladen werden bis die Spannung an dem Steuereingang die Referenzspannung
erreicht.
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Sinkt die Versorgungsspannung nur soweit ab, daß die durch die Referenzspannung
gegebene Schwelle gerade noch nicht erreicht wird, so wird gleichwohl ein Resetimpuls
durch einen zweiten Kondensator 25 ausgelöst, der einerseits an einer mit der Versorgungsspannung
gespeisten Leitung 26 und andererseits über eine zu der Versorgungsspannung in Sperrichtung
polarisierte zweite Diode 27 an den Steuereingang 13 angeschlossen ist. An der Leitung
26 der Versorgungsspannung liegt außerdem ein Widerstand 28, der zusammen mit dem
zweiten Kondensator 25 Zeitdauer und Betrag des Versorgungsspannungseinbruchs bestimmt,
der über die zweite Diode 27, eine Koppeldiode, noch erfaßt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Überwachungsschaltungsanordnung wird also
ein Resetimpuls einer sicher ausreichenden Länge bei praktisch Jeder unerwünschten
Änderung der Versorgungsspannung erzeugt, um intelligente Schaltkreise in einen
Zustand zurückzustellen, der bei ordnungsgemäßer Versorgungsspannung einen einwandfreien
Betrieb der Schaltkreise ermöglicht.
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