DE4440529C2 - Schaltungsanordnung zur Ladung und Entladung von Speicherkondensatoren - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Ladung und Entladung von SpeicherkondensatorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem
Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 35 40 209 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der einem
Gleichrichter ein Kondensator parallelgeschaltet ist, der die Versorgungsspannung für einen
Mikrocomputer zur Verfügung stellt. Ein zwischengeschalteter Längstransistor bleibt
solange gesperrt, bis die sich über dem Kondensator aufbauende Versorgungsspannung
einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Der Längstransistor und ihn ansteuernde
Transistoren sind nur funktionsfähig, wenn eine Betriebsspannung vorliegt.
Die DE 31 30 067 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der eine ungeregelte Spannung
durch einen Stabilisator stabilisiert und zur Speisung eines intelligenten Schaltkreises
benutzt wird. Die ungeregelte Spannung wird mit der geregelten Spannung durch einen
Komparator verglichen, wobei ein Kondensator vorgesehen ist, der durch die ungeregelte
Spannung aufgeladen wird und dessen Spannung über einen Spannungsteiler einem Eingang
des Komparators zugeführt wird. Beim Abfall der ungeregelten Spannung unter einen
Referenzwert wird am Ausgang des Komparators ein Resetimpuls für den intelligenten
Schaltkreis erzeugt; zugleich wird über einen dem Kondensator parallelgeschalteten
Transistor der Kondensator entladen und der Reset-Zustand verriegelt. Die Speisespannung
für den intelligenten Schaltkreis wird durch den Kondensator nicht vorgegeben.
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 52 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.
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 P2 die
Signale an den Haltekreis HK einstellt, worauf hin 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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