DE3921305A1

DE3921305A1 - Spannungsversorgungseinrichtung fuer ein elektronisches geraet

Info

Publication number: DE3921305A1
Application number: DE19893921305
Authority: DE
Inventors: Peter Taufer; Leonhard Boll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-01-10
Also published as: WO1991000637A1; DE8916156U1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsein richtung für ein elektronisches Gerät, insbesondere eine Fahrzeuginsassen-Schutzeinrichtung, wie Airbag, Gurtstraffer und/oder dergleichen, mit einer bei einem Ausfall oder einem Absinken einer Betriebsspan nung in Funktion tretenden Energiereserve, die über ein steuerbares Schaltmittel an die Schutzeinrichtung anlegbar ist.

Bei der genannten Schutzeinrichtung ist aus Sicher heitsgründen eine Energiereserve erforderlich, um die Funktion des Systems auch dann noch zu gewährleisten, wenn beispielsweise die Verbindung zu der Betriebs spannung des Fahrzeugs, also der von der Fahrzeugbat terie zur Verfügung gestellten Bordnetzspannung, unterbrochen ist. Die Energiereserve weist eine Spei chereinrichtung auf, die dann die zur Auslösung der Schutzeinrichtung erforderliche Energie zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist die Energiereserve mittels eines Elektrolytkondensators realisiert.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentan meldung P 38 28 990 geht eine Spannungsversorgungs einrichtung hervor, bei der bei einem Abfall der Be triebsspannung eine Energiereserve über ein Schalt mittel an die Schutzeinrichtung angeschlossen wird. Für einen sicheren Betrieb der Schutzeinrichtung muß stets gewährleistet sein, daß die Energie der Ener giereserve ausreicht, die Schutzeinrichtung auszu lösen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Spannungsversorgungseinrichtung mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat den Vorteil, daß für einen Kapazitätstest der in der En ergiereserve vorhandenen Energie das Schaltmittel die sich im Normalbetrieb befindliche Schutzeinrichtung mit der Energiereserve verbindet und daß die hier durch erfolgende Energieentnahme aus der Energie reserve überwacht/ausgewertet wird. Dieser Kapazi tätstest stellt sicher, daß nicht nur die Ladespan nung der Energiereserve feststellbar ist, sondern auch eine dynamische Stromentnahme erfolgt, so daß die zur Verfügung stehende, gespeicherte Energie be stimmt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Kapazi tätstest werden somit beispielsweise Toleranzen der Bauteile erfaßt, so daß stets eine sichere Vorhersage möglich ist, ob die von der Energiereserve zur Ver fügung gestellte Energie für einen Auslösefall aus reicht. Erfindungsgemäß übernimmt damit das Schalt mittel eine Doppelfunktion, indem es einerseits bei einem Ausfall oder einem Absinken der Betriebsspan nung die Schutzeinrichtung mit der Energiereserve verbindet und andererseits - für den erfindungsgemäßen Testzweck - eine Verbindung zwischen der Energie reserve und der Schutzeinrichtung herstellt, wobei - wie üblich - die Stromaufnahme der Sicherheitseinrich tung im Normalbetrieb nahezu unabhängig von der Größe der Spannung ist, so daß eine nahezu lineare Stromentnahme aus der Energiereserve erfolgt. Damit läßt sich besonders einfach über die Erfassung der Stromflußdauer bestimmen, welche Energiemenge die En ergiereserve zur Verfügung stellen kann. Überdies läßt sich ermitteln, wie lange die Energiereserve in der Lage ist, nach Ausfall der Betriebsspannung (Fahrzeugbatterie) noch eine Betriebsbereitschaft der Schutzeinrichtung zu gewährleisten.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge sehen, daß das Schaltmittel als elektronischer Schal ter ausgebildet ist. Dieser weist vorzugsweise als Schaltglied einen Transistor auf.

Die für den erfindungsgemäßen Testzweck erfolgende Energieentnahme aus der Energiereserve wird vorzugs weise von einer Auswerteschaltung überwacht. Diese kann insbesondere Bestandteil einer Mikroprozessor- Schaltung der Schutzeinrichtung sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Energiereserve über einen Spannungs wandler an die Betriebsspannung angeschlossen ist. Der Spannungswandler ist vorzugsweise als Aufwärts- Spannungswandler ausgebildet. Der Spannungswandler hat die Aufgabe, das Potential der Energiereserve auf einen Wert anzuheben, der größer als das Potential der Betriebsspannung ist. Dieses stellt einerseits sicher, daß die Auslösespannung für die Schutzein richtung über einem für die Auslösung notwendigen Mindestwert liegt und sorgt andererseits auch bei einem Absinken der Betriebsspannung für eine Versor gung der Schutzeinrichtung mit einer Spannung in hin reichender Größe.

Vorteilhaft ist es, wenn der Kapazitätstest nur dann erfolgt, wenn die Spannung der Energiereserve größer als die Betriebsspannung ist. Für den erfindungsge mäßen Kapazitätstest ist es nicht erforderlich, daß die Energiereserve hierzu vollständig entladen wird. Vielmehr reicht es aus, nur einen Teil der ge speicherten Energie zu entnehmen. Hieraus lassen sich dann Rückschlüsse auf den Gesamtenergieinhalt vor nehmen. Wenn die Betriebsspannung und die Spannung der Energiereserve jeweils über eine in Durchlaßrich tung geschaltete Diode an der Schutzeinrichtung liegt, läßt sich der Kapazitätstest ohne Abtrennung der Betriebsspannung vornehmen, sofern die Spannung der Energiereserve größer als die der Betriebsspan nung ist. Die beschriebene Schaltungsanordnung stellt dann sicher, daß eine Energieentnahme nur aus der En ergiereserve, nicht aber aus der die Betriebsspannung zur Verfügung stellenden Fahrzeugbatterie erfolgt, da diese über die zugehörige, aufgrund der Potentialver hältnisse in Sperrichtung wirkende Diode keinen Bei trag liefern kann.

Vorzugsweise ist die Energiereserve über die Emitter- Kollektor-Strecke des Transistors des elektronischen Schalters an die Schutzeinrichtung angeschlossen. Die Basis des Transistors ist vorzugsweise an den Ausgang eines Komparators angeschlossen, an dessen einen, ersten Eingang einer Referenzspannung und an dessen anderen, zweiten Eingang eine Testspannung anlegbar ist. Wird für den Kapazitätstest die Testspannung auf einen Wert abgesenkt, der kleiner als die Referenz spannung ist, so steuert der Komparator den Tran sistor derart an, daß dieser seinen leitenden Zustand einnimmt. Mithin wird die Energiereserve mit der Schutzeinrichtung verbunden, so daß der erfindungsge mäße Belastungstest zur Bestimmung des Energieinhalts der Energiereserve vorgenommen werden kann. Ferner wird bei einem derartigen Test auch stets die Zu schaltbarkeit des Schaltmittels getestet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge sehen, daß an den zweiten Eingang des Komparators die Versorgungsspannung angeschlossen ist. Sofern die Versorgungsspannung unter den Referenzspannungswert sinkt, wird der Komparator durchgeschaltet, so daß wiederum eine Verbindung zwischen der Energiereserve und der Schutzeinrichtung hergestellt wird. Diese Funktion ist wichtig für den Fall, daß bei einem Un fall oder dergleichen vor einer Auslösung der Fahr zeuginsassen-Schutzeinrichtung eine Abtrennung der Fahrzeugbatterie - z. B. durch Deformationen - erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spannung der Energiereserve von einem Spannungsbegrenzungs-Glied vorgegeben wird. Dieses schützt den Energiespeicher der Energiereserve vor Überspannungen. Der Energie speicher ist vorzugsweise als Elektrolytkondensator ausgebildet. Desweiteren ist hierdurch ein zusätz licher Schutz bezüglich eines Ausfalles oder einer Fehlfunktion einer oftmals softwaremäßig realisierten Spannungsregelung der Energiereserve realisiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Spannungsversor gungseinrichtung und

Fig. 2 eine Detaildarstellung der Spannungsver sorgungseinrichtung gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1, die eine mit Schaltmittel 2 versehene, einen elektroni schen Schalter darstellende Schalteinrichtung 3 und einen Spannungswandler 4 aufweist. Die Schalteinrich tung 3 hat einen Eingang 5, an den über eine Diode D₁ eine Betriebsspannung U_B angeschlossen ist. Die Be triebsspannung U_B wird von der Batterie eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Der Pluspol der Batterie ist an die Anode der Diode D₁ gelegt, während die Kathode mit dem Eingang 5 in Verbindung steht. Der Minuspol der Betriebsspannung U_B liegt an Masse 6. An einen Verbindungspunkt 7 ist über eine weitere Diode D₂ ein Ausgang 8 der Schalt einrichtung 3 angeschlossen. Die Diode D₂ ist derart gepolt, deß ihre Kathode am Verbindungspunkt 7 liegt.

Der Verbindungspunkt 7 steht ferner mit einer Schutz einrichtung 9 für die Insassen eines Fahrzeugs in Verbindung. Die Schutzeinrichtung 9 ist insbesondere als Rückhaltesystem wie Airbag, Gurtstraffer und/oder dergleichen ausgebildet.

Ferner ist eine Energiereserve 10 vorgesehen, die als Kondensator C ausgebildet ist. Der eine Anschluß des Kondensators C steht mit Masse 6 in Verbindung, während der andere Anschluß über einen weiteren Ver bindungspunkt 11 und eine Leitung 12 an einen Eingang 13 der Schalteinrichtung 3 angeschlossen ist.

Die Schalteinrichtung 3 steht über eine Leitung 14 mit dem Spannungswandler 4 in Verbindung, der einen Ausgang 15 aufweist, welcher an den Verbindungspunkt 11 angeschlossen ist.

Gemäß Fig. 2 ist das Schaltmittel 2 der Schaltein richtung 3 als Transistor T ausgebildet, dessen Kol lektor an die Anode der Diode D₂ angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors T ist an den Verbindungs punkt 11 angeschlossen, an dem der Kondensator C liegt. Ferner ist ein Widerstand R₁ vorgesehen, des sen einer Anschluß an dem Verbindungspunkt 11 liegt und dessen anderer Anschluß an die Basis des Tran sistors T führt. Die Basis steht ferner mit einer Zenerdiode Z_D in Verbindung, deren Anode an Masse 6 liegt. Die Kathode der Zenerdiode Z_D führt zu einem Anschluß eines Widerstandes R₂, dessen anderer An schluß an einem Ausgang 16 eines Komparators K liegt. Der Komparator K weist einen ersten Eingang 17 auf, an dem eine Referenzspannung U_Ref liegt. Ein zweiter Eingang 18 des Komparators K steht über eine Diode D₃ mit der Betriebsspannung U_B in Verbindung, wobei die Betriebs spannung U_B gleich der Batteriespannung U_Batt der Fahrzeugsbatterie ist. Die Polung der Diode ist der art vorgesehen, daß dessen Kathode an dem zweiten Eingang 18 liegt. Der zweite Eingang 18 steht ferner mit der Kathode einer weiteren Diode D₄ in Verbin dung, an dessen Anode eine Testspannung U_Test ange legt werden kann.

Die erfindungsgemäße Spannungsversorgungseinrichtung hat folgende Funktion:
Die Beispielsweise als Airbag ausgebildete Schutzein richtung 9 wird über die zwischen dem Verbindungs punkt 7 und Masse 6 liegende Spannung mit elektri scher Energie versorgt. Im Normalbetrieb wird die En ergiereserve 10 nicht benötigt, da die Versorgung durch die Betriebsspannung U_B erfolgt (Fahrzeugbat terie). Die Energiereserve ist über die als elektro nischer Schalter ausgebildete Schalteinrichtung von der Schutzeinrichtung 9 abgetrennt. Der Kondensator C der Energiereserve 10 wird über den Spannungswandler 4 auf ein bestimmtes Energieniveau aufgeladen bzw. nachgeladen. Sein Energieinhalt bestimmt sich aus der anliegenden Spannung und der Kapazität. Die Ladespan nung des Kondensators C wird über die Basis-Emitter- Spannung des Transistors T und die Zenerdiode Z_D be grenzt.

Sinkt die Betriebsspannung U_B unter die Referenzspan nung U_Ref, so schaltet der Komparator K auf Masse 6, wodurch der Transistor T in seinen leitenden Zustand versetzt wird. Damit wird der Kondensator C der Ener giereserve 10 über den leitenden Transistor T und die Diode D₂ mit der Schutzeinrichtung 9 verbunden. Mithin erfolgt die Versorgung der Schutzeinrichtung 9 über die im Kondensator C gespeicherte Energie.

Erfindungsgemäß ist es möglich, den Energieinhalt der Speichereinrichtung 10 sowie die Zuschaltbarkeit (Funktion des Transistors T) zu testen. Dieser Test sollte aus Sicherheitsgründen in regelmäßigen Abstän den erfolgen. Hierzu wird an die Diode D₄ eine Test spannung U_Test gelegt, die kleiner als die Referenz spannung U_Ref ist. Hierdurch wiederholt sich der be reits oben beschriebene Vorgang, des heißt, der Tran sistor T nimmt seinen leitenden Zustand an, so daß die Schutzeinrichtung 9 über den Kondensator C ver sorgt wird. Die Stromaufnahme der Schutzeinrichtung 10 ist im Normalbetrieb nahezu unabhängig von der Höhe ihrer Versorgungsspannung, so daß durch das Ein schalten des elektronischen Schalters (Transistor T) eine nahezu lineare Stromentnahme aus der Energie reserve 10 erfolgt. Diese Energieentnahme wird in einem Zustand vorgenommen, bei dem die Spannung des Kondensators C größer als die Betriebsspannung U_B ist. In diesem Falle sperrt die Diode D₁, so daß die Schutzeinrichtung 9 ausschließlich von der in dem Kondensator C gespeicherten Energie versorgt wird.

Durch die lineare Stromentnahme aus dem Kondensator C der Energiereserve 10 sinkt im Testbetrieb die Kon densatorspannung ab. Aus der Größe des entnommenen Stromes und die zeitliche Änderung der Kondensator spannung kann auf einfache Weise der Energieinhalt der Energiereserve 10 ermittelt werden. Insbesondere läßt sich sehr einfach bestimmen, wie lange die Ener giereserve 10 nach Ausfall der Betriebsspannung U_B in der Lage ist, die Schutzeinrichtung 9 betriebsbereit zu halten. Die Auswertung der Testergebnisse wird vorzugsweise durch einen in der Schutzeinrichtung 9 vorhandenen Mikrocomputer durchgeführt und interpre tiert.

Durch die Verwendung des elektronischen Schalters (Schalteinrichtung 3) sowohl für das Zuschalten der Energiereserve 10 nach Ausfall der Betriebsspannung U_B und auch zur Durchführung des vorstehend beschrie benen Tests kann ein spezieller Testschalter, wie er in bekannten Einrichtungen zur statischen Messung der Spannung der Energiereserve benutzt wird, entfallen. Dieses führt einerseits zu Kostenersparnissen und er höht andererseits auch die Zuverlässigkeit, da bei einem Test stets auch die Funktion des Schaltmittels 2 überwacht wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Ener giereserve 10 zu Testzwecken genau derjenige Strom entnommen wird, der auch bei einem Ausfall der Be triebsspannung benötigt wird, um die Schutzeinrich tung 9 weiter zu versorgen. Damit kann individuell bei jeder Einheit geprüft werden, ob die vorhandene Energiereserve 10 die Funktion der Schutzeinrichtung 9 lange genug aufrechterhalten kann.

Claims

1. Spannungsversorgungseinrichtung für ein elektroni sches Gerät, insbesondere für eine Fahrzeuginsassen- Schutzeinrichtung wie Airbag, Gurtstraffer und/oder dergleichen, mit einer bei einem Ausfall oder einem Absinken einer Betriebsspannung in Funktion tretenden Energiereserve, die über ein steuerbares Schaltmittel an die Schutzeinrichtung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Kapazi tätstest der in der Energiereserve (10) vorhandenen Energie das Schaltmittel (2) die sich im Normalbe trieb befindliche Schutzeinrichtung (9) mit der Ener giereserve (10) verbindet und daß die hierdurch er folgende Energieentnahme aus der Energiereserve (10) überwacht/ausgewertet wird.

2. Spannungsversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (2) als elektronischer Schalter ausge bildet ist.

3. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der elektronische Schalter als Schaltglied einen Transistor (T) aufweist.

4. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Energieentnahme überwachende Aus werteschaltung.

5. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auswerteschaltung Bestand teil einer Mikrocomputer-Schaltung der Schutzeinrich tung (9) ist.

6. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Energiereserve (10) über einen Spannungswandler (4) an die Betriebsspannung (U_B bzw. U_Batt) angeschlossen ist.

7. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spannungswandler (4) ein Aufwärts-Spannungswandler ist.

8. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kapazitätstest nur dann er folgt, wenn die Spannung der Energiereserve (10) größer als die Betriebsspannung (U_B bzw. U_Batt) ist.

9. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Betriebsspannung (U_B bzw. U_Batt) und die Spannung der Energiereserve (10) je weils über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (D₁, D₂) an der Schutzeinrichtung (9) liegt.

10. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Energiereserve (10) über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (T) des elektronischen Schalters an die Schutzeinrichtung (9) angeschlossen ist.

11. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Basis des Transistors (T) an den Ausgang (16) eines Komparators (K) angeschlossen ist, an dessen einen, ersten Eingang (17) eine Re ferenzspannung (U_Ref) und an dessen anderen, zweiten Eingang (18) eine Testspannung (U_Test) anlegbar ist.

12. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß an den zweiten Eingang (18) die Versorgungsspannung (U_B bzw. U_Batt) angeschlossen ist.

13. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Versorgungsspannung (U_B bzw. U_Batt) über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (D₃) an den zweiten Eingang (18) angeschlossen ist.

14. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannung der Energiereserve (10) von einem Spannungsbegrenzungs-Glied begrenzt wird.

15. Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Spannungsbegrenzungs-Glied einer Zenerdiode (Z_D) ist.