DE4440529A1 - Schaltungsanordnung zur Ladung und Entladung von Speicherkondensatoren - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Ladung und Entladung von Speicherkondensatoren

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Speicher-Flip-Flops vornehmlich in C-MOS-Technik, wie sie bei Mikrocomputern und Speicherschaltungen zur Anwendung gelangen, haben die Eigenschaft, daß sie bei einer Reduzierung ihrer Betriebsspannung weit unter ihren Funktionsbereich teilweise ihren letzten Status beibehalten, so daß beim Wiederanstieg der Betriebsspannung die alten Daten zum Teil noch vorhanden sind. Der Versorgungsstrom nimmt beim Abschalten der Betriebsspannung nicht proportional ab. Zum Beispiel wird sich bei einem Mikrocomputer beim Aussetzen des Taktoszillators der Strom drastisch reduzieren, um dann in Flußspannungsgröße von Dioden weit unter die Restströme von Speicherkondensatoren abzufallen. Durch die verbleibenden Restspannungen können Resetschaltungen beim Aus- und Einschalten nicht mehr richtig funktionieren, und es können Fehlfunktionen im betreffenden System bzw. Gerät auftreten.
Normalerweise lassen sich diese Probleme durch Ohm′sche Lasten auf einfache Weise lösen, die eingefügt werden oder ohnehin vorhanden sind. Ohm′sche Lasten sind aber auch Stromverbraucher, die in batteriebetriebenen Geräten unerwünscht sind. Insbesondere, wenn betriebsbedingt große Speicherkondensatoren notwendig sind, muß auf eine andere geeignete Weise eine schnelle und gründliche Entladung der Speicherkondensatoren beim Abschalten erreicht werden, ohne daß die Betriebsspannung im Betriebsfall zusätzlich belastet wird.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Lösung des Problems erfolgt mittels einer elektronischen Entladeschaltung, die bei Unterschreitung der Betriebsspannung um eine gewisse Größe selbsttätig die Entladung der Speicherkondensatoren durchführt. Besonders geeignet, sind hierfür selbstleitende MOS-Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp, die ohne Steuerspannung den leitenden Zustand aufweisen und daher bei fehlender Steuerspannung die Entladung durchführen können. Während des normalen Betriebs der Schaltungsanordnung, wenn diese an Betriebsspannung liegt, wird den selbstleitenden MOS-Feldeffekttransistoren (FET) eine Sperrspannung zugeführt.
Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben.
Die dargestellte Schaltungsanordnung dient der Vorgabe zweier Spannungen U1 und U2, die über zwei Speicherkondensatoren C1 und C2 abgenommen werden. Dem Speicherkondensator C1 ist ein Entladekreis bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstandes R4 und eines selbstleitenden MOS-FET T1 parallelgeschaltet, und dem Speicherkondensator C2 ist ein Entladekreis bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstandes R5 und eines selbstleitenden MOS-FET T2 parallelgeschaltet.
Während die Ladespannung des Speicherkondensators C1 direkt aus einer Batteriespannung UB gewonnen und über einen elektronischen Schalter ES angelegt wird, wird die Ladespannung des Speicherkondensators C2 über einen Schaltregler SR geführt, bevor sie dem Speicherkondensator C2 zugeführt wird.
Der Einschaltvorgang der Schaltungsanordnung läuft wie folgt ab: Über einen Schalter S wird die Batteriespannung UB zugeschaltet und über einen Wischkontakt S2 und eine Diode D3 einem Kondensator C6 zugeführt. Durch die Aufladung des Kondensators C6 wird der elektronische Schalter ES geschlossen, so daß dem Speicherkondensator C1 ein Ladestrom zugeführt wird. Zunächst fließt bei einer Aufladung des Speicherkondensators C1 ein Entladestrom über den Widerstand R4 und den MOS-FET T1. Durch den Betrieb des Schaltreglers SR wird jedoch über eine Ladepumpe bestehend aus einem Kondensator C3 und zwei Dioden D1 und D2 ein Kondensator C4 mit negativer Spannung geladen. Da beide MOS-FET T1 und T2 an den Kondensator C4 angeschlossen sind, werden diese MOS-FET gesperrt. Somit wird auch der Speicherkondensator C2 aufgeladen und damit die Versorgungsspannung U2 bereitgestellt. Ein Mikrocomputer µC gibt bei vorhandener Versorgungsspannung U2 an einem Ausgang P2 ständig ein Signal aus, das über einen Kondensator C5 einem Haltekreis HK zugeführt wird, der über eine Diode D4 den Kondensator C6 im aufgeladenen Zustand hält und somit die Haltespannung für den elektronischen Schalter ES liefert.
Der Ausschaltvorgang der Schaltungsanordnung läuft wie folgt ab:
Durch Öffnen des Schalters S wird die Schaltungsanordnung von der Betriebsspannung UB abgetrennt, so daß auch der Speicherkondensator C1 nicht weiter aufgeladen wird. Bei einem bestimmten, durch den Spannungsteiler R1, R2 vorgegebenen Wert wird dem Mikrocomputer ein Spannungseinbruch gemeldet, woraufhin dieser sein Programm beendet und über seinen Ausgang P2 die Signale an den Haltekreis HK einstellt, woraufhin der elektronische Schalter ES geöffnet wird. Bei einem weiteren Absinken der Spannung erhält der Schaltregler SR über den Spannungsteiler R6, R7 kein Freigabesignal mehr zugeführt, so daß dieser seine Funktion einstellt. Somit ist auch die Ladepumpe C3, D1 und D2 nicht mehr im Betrieb, und der Kondensator C4 wird über den parallelgeschalteten Widerstand R3 entladen. Durch die Entladung des Kondensators C4 liegt an der Steuerelektrode der selbstleitenden MOS-FET T1 und T2 kein Sperrpotential mehr an, so daß diese in den leitenden Zustand gelangen und die Speicherkondensatoren C1 und C2 vollständig entladen, wobei der Entladestrom durch die in Reihe geschalteten Widerstände R4 und R5 begrenzt wird. Durch die selbstleitenden MOS-FET T1 und T2 werden die Versorgungsleitungen U1 und U2 gegen Fremdspannungen und deren schädliche Einflüsse geschützt, und es wird auch bei einem kurzzeitigen Wiedereinschalten der Betriebsspannung eine sichere Resetfunktion gewährleistet. Der Ausschaltvorgang kann auch bei einer Unterschreitung der Mindestspannung der Batterie UB oder durch den Mikrocomputer bei Programmende ausgelöst werden.
Die ganze Schaltung kann mit einem Zeitprogramm betrieben werden, wobei nach Ablauf einer vorprogrammierten Zeit der Mikrocomputer µC ebenfalls über seinen Ausgang P die Signale an den Haltekreis HK einstellt, woraufhin der elektronische Schalter ES geöffnet wird. In diesem Fall kann für sicherheitskritische Anwendungen ein (gepunktet eingezeichneter) Entladekreis für die Batteriespannung UB aktiviert werden, der der Batterie UB parallel geschaltet ist und aus der Reihenschaltung eines ebenfalls selbstleitenden MOS-FET T3 und eines Widerstandes R8 besteht. Die Steuerelektrode des MOS-FET T3 ist hierbei ebenfalls an den Kondensator C4 angeschlossen.
Dem Fachmann liegt es auf der Hand, daß die vorliegende Erfindung auch anwendbar ist bei der Erzeugung von Spannungen unterschiedlicher Polarität. Speicherkondensatoren, die eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität speichern, können in gleicher Weise geladen und entladen werden, wobei jedoch die die MOS-FET′s steuernden Kondensatoren über eine getrennte Ladepumpe mit entgegengesetzter Spannung geladen werden müssen. Für Spannungen einer Polarität genügt jeweils ein Steuerkondensator für die Vorgabe der Sperrspannung an die Steuerelektrode des jeweiligen MOS-FET.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zur Ladung und Entladung von die Speisespannung für elektronische Komponenten, wie z. B. Mikrocomputer, vorgebenden Speicherkondensatoren, gekennzeichnet durch einen selbstleitenden MOS-Feldeffekttransistor (T1, T2) in Parallelschaltung zu dem jeweiligen Speicherkondensator (C1, C2) und durch Schaltungsmittel (SR, C3, D1, D2, R3, C4) zur Erzeugung einer Sperrspannung für den selbstleitenden MOS-Feldeffekttransistor (T1, T2) im Betrieb der Schaltungsanordnung bei vorhandener Betriebsspannung (UB).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schaltregler (SR), der über eine Ladepumpe (C3, D1, D2) einen Steuerkondensator (C4) auflädt, der mit der Steuerelektrode des jeweiligen selbstleitenden MOS-Feldeffekttransistors (T1, T2) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerkondensator (C4) ein Widerstand (R3) parallelgeschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltregler (SR) über einen elektronischen Schalter (ES) von der Betriebsspannung (UB) beaufschlagt wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen ersten Speicherkondensator (C1), der an den Ausgang des elektronischen Schalters (ES) angeschlossen ist und einen zweiten Speicherkondensator (C2), der an den Ausgang des Schaltreglers (SR) angeschlossen ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (ES) anfänglich über einen Hilfsschaltkreis (S2, D3, C6) beim Anlegen der Betriebsspannung (UB) betätigt wird und daß die Betätigung des elektronischen Schalters (ES) über einen Haltekreis (HK) aufrechterhalten wird, wobei der Haltekreis von einem Mikrocomputer (µC) bei arbeitendem Schaltregler betätigt wird, wenn dem Mikrocomputer über den zweiten Speicherkondensator (C2) die Versorgungsspannung (U2) zur Verfügung gestellt wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Speicherkondensator (C1) zwei Spannungsteiler (R1, R2; R6, R7) parallelgeschaltet sind, wobei der erste Spannungsteiler (R1, R2) über den Schaltregler (SR) dem Mikrocomputer (µC) einen Spannungseinbruch signalisiert, woraufhin dieser sein Programm beendet und den Haltekreis (HK) zwecks Öffnung des elektronischen Schalters (ES) betätigt und wobei der zweite Spannungsteiler (R6, R7) beim weiteren Absinken der Spannung (U1) den Schaltregler (SR) sperrt.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstleitende MOS-Feldeffekttransistor (T1, T2) in seinem Drainkreis einen in Reihe geschalteten Widerstand (R4, R5) aufweist zur Begrenzung des Entladestromes der Speicherkondensatoren (C1, C2).
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen einen weiteren selbstleitenden MOS-Feldeffekttransistor (T3) aufweisenden Entladekreis (T3, R8) in Parallelschaltung zu einer die Betriebsspannung (UB) vorgebenden Batterie.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere MOS-Feldeffekttransistoren (T1, T2, T3) von der gleichen Sperrspannung angesteuert werden.
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