Verfahren zum Betreiben einer aus einer Betriebsspannunqsquelle versorgten elektronischen Baugruppe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aus einer Spannungsquelle versorgten elektronischen Baugruppe gemäß dem Öberbe griff des Patentanspruches 1.
Eine solche elektronische Baugruppe ist aus der DE 197 15 571 A1 bekannt, bei dem ein Systemautarkiekondensator aus einem von einer Betriebsspannungsquelle gespeisten Aufwärtswandler auf einen über der Betriebsspannung liegenden Wert aufgeladen wird, um damit einen dem Systemautarkiekondensator nachgeschalteten Abwärtswandler zu betreiben. Dieser Abwärtswandler versorgt mehrere elektronische Baugruppen, die jeweils einen Fünktionsautarkiekondensator als Energiespeicher aufweisen, um damit im Falle eines Ausfalles der Betriebsspannung eine Insassenschutzeinrichtung, wie z. B. einen Airbag zu zünden. Damit dient diese Reserveenergie als Zündenergie zur Zündung eines pyrotechni- schen Gaserzeugers.
Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild dieser bekannten elektronischen Baugruppe, die aus einem Aufwärtswandler 1 , einem demselben nachgeschalteten Abwärtswandler 2 und eine daran angeschlossene Endstufe 3 aufgebaut ist, wobei diese Funktionseinheiten von einem Mikroprozessor μC gesteuert werden. Die Endstufe 3 steuert ihrerseits eine Sicherheitseinrichtung 4, wie beispielsweise Airbag, Gürtstraffer oder Überrollbügel an. Der Aufwärtswandler 1 wird über einen Zündschalter Sz mit einer .Betriebsspannungsquelle, in der Regel die Batteriespannung UBat versorgt. Ein an die Verbindungsleitung der beiden Spannungswandler 1 und 2 angeschlossener Systemautarkiekondensator Cs dient dazu, im Falle des Ausfalles der Batteriespannung, z. B. bei einem den Funktions-
ausfall der Fahrzeugbatterie nach sich ziehenden Unfall, die Spannungsunterbrechung zu überbrücken. Hierzu wird dieser Systemautarkiekondensator Gs von dem Aufwärtswandler 1 auf einen über der Batteriespannung Ußat liegenden Wert aufgeladen. Eine weiterer, an den Ausgang des Abwärtswandlers 2 angeschlossener Kondensator Cz dient als Zündautarkiekondensator um ebenfalls ggf. im Falle eines Betriebsspaπnungs- ausfalles die Zündenergie für die pyrotechnische Auslösung einer Sicher- heitseinrichtung 4 sicherzustellen.
Der Nachteil dieser bekannten elektronischen Baugruppe besteht dann, dass zur Ladung des Systemautarkiekondensators al≤ auch des Funktiönsautarkiekondensätors ein aufwendiges Verfahren erforderlich ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektronischen Baugruppe anzugeben, das einfach durchzuführen ist und einen geringen Schaltungsaufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmale-ή" des Patentanspruches 1 gelöst. Hiemach wird der Funktionsautarkiekondensator über eine Ladeschaltung sowohl mit dem Spannungswandler als auch mit dem Systemautarkie- kondensator verbunden, wobei diese Ladeschaltung zur Erfüllung unterschiedlichster Funktionen in entsprechende Betriebszustände steuerbar ist. Zur Ladung der beiden Autarkiekondensatoren, also insbesondere während der Einschaltphase der elektronischen Baugruppe, wird die Ladeschaltung in einen Schalterbetrieb gesteuert, um damit den Ladestrom ■ takten zu können. Dagegen wird zur Prüfung des Systemautarkiekondensators als auch zur Erzeugung eines Nachladestromes zur Nachladung des Funktiönsautarkiekondensätors die Ladeschaltung als steuerbarer Widerstand, also als Stromquelle zur Erzeugung eines konstanten Entladestromes betrieben.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich damit neben der zuverlässigen Ladung des Funktiönsautarkiekondensätors zusätzliche weitere Funktionen erfüllen, insbesondere kann die Prüfung des Systemautarkiekondensators durch dessen Entladung in den Funktionsautarkiekondensator mit der Ladeschaltung gesteuert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere dann in einfacher Weise durchführen, wenn die Ladeschaltung wenigstens ein Transistorelement und einem diesem nachgeschalteten Widerstand aufgebaut ist, insbesondere wenn lediglich ein einziger, mit großer Stromtragfähig- keit ausgebildeter Transistor zwischen' die beiden Autarkiekondensatoren in Reihe zu dem Widerstand geschaltet ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Spannungswandler als Aufwärtswandler ausgebildet.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich mit Vorteil in einem Kfz-Steuergerät für Insassenschutzeinrichtungen einsetzen, bei dem ein Zündautarkiekondensator die Bereitstellung der Zύndenefgie für die pyrotechnische Auslösung der Sicherheitseinrichtungen als Systemfunktion sichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand eines Ausfüh- rungsbeispieles gemäß Figur 1 erläutert und dargestellt werden.
Hierbei zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung 10 für Sicherheitseinrichtungen 4, wie Airbags," Gurtstraffer, Gurtkraftbegrenzer und Überrollbügel in Kraftfahrzeugen. Diese Steuerschaltung enthält einen Aufwärtswandler 1 , der über einen Zündschalter Sz mit einer Be- triebsspannungsquelle, beispielsweise der Fahrzeugbatterie über die Klemme 15 verbunden ist, um mit einer Betriebsspannung UBat von beispielsweise 24 V versorgt zu werden. Hieraus erzeugt dieser Aufwärtswandler 1 eine darüber liegende Spannung von beispielsweise 48 V, mit der ein Systemautarkiekondensator Cs geladen und gleichzeitig mit dieser Betriebsspannung Us eine Ladeschaltutϊg 5 und ein Abwärtswandler 2 versorgt wird. Dieser Abwärtswandler 2 erzeugt aus der Betriebsspannung Us beispielsweise eine Betriebsspannung Uμc für einen Mikroprozessor μC sowie Betriebsspannungen Usat für weitere Baugruppen, beispielsweise Sensorgruppen, insbesondere zur Seiten-Crash-Erkennung.
Die Ladeschaltung 5 zeigt im wesentlichen nur die wichtigsten Elemente, nämlich einen Längstransistor T, dessen Kollektorelektrode mit der Betriebsspannung Us verbunden ist, dessen Sourceelektrode über einen
Widerstand R auf den Ausgang dieser Ladeschaltung gelegt ist und direkt mit einem Zündautarkiekondensator Cz und einer Zündendstufe 3 zur Auflösung einer Sicherheitseinrichtung 4 verbunden ist. Gleichzeitig werden von dieser Ladeschaltung 5 Stromquellen 6 und 7 versorgt, deren Funktion weiter unten beschrieben wird. Der Zündautarkiekondensator Cz wird von der Ladeschaltung 5 auf eine Spannung UZünd aufgeladen und stellt bei Betriebsspannuήgsunterbrechungen die Zündenergie im Fall der Auslösung einer Sicherheitseinrichtung 4 über deren zugeordnete Zündendstufe 3 bereit.
Die angeführten Funktionsgruppen dieser Steuerschaltung 10, also der Aufwärtswandler 1 , die Ladeschaltung 5, die Spannungsquellen 6 und 7, die Zündendstufe 3 und der Abwärtswandler 2 werden von dem Mikroprozessor μC gesteuert, der zu deren Steuerung entsprechende Spannungspegel über die Leitungen a, b und c detektiert. Weitere für die Funktion als Steύerschaltung für Sicherheitseinrichtungen erforderliche Funktionsgruppen wie z. B. Sensoren sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Die Funktion dieser Steuerschaltung 10t insbesondere der Ladeschaltung 5 soll nun nachfolgend erläutert, werden. Nach dem Schließen des Zündschalters Sz erfolgt zunächst vor dem regulären Betrieb ein Hochfahren der Schaltung im Rahmen eines Softstartes durch entsprechende getaktete Steuerung des Aufwärtswandlers 1. Während dieses Softstartes wird der Transistor T der Ladeschaltung 5 in den geschlossenen Zustand gesteuert, so dass damit nicht nur der Systemautarkiekondensator Cs, sondern auch der Zündautarkiekondensator Cz mit Ladestrom versorgt wird. Im Anschluss an den Softstartbetrieb erfolgt ein Booster-Betrieb, mit dem die beiden Autarkiekondensatoren Cs und Cz auf die jeweilige Spannung Us bzw. Uzond geladen werden. Damit wird dieser Transistor T der Ladeschaltung 5 sowohl im Softstart als auch im Booster-Betrieb als Schalter betrieben.
Da die beiden Autarkiekondensatoren Cs und Cz eine sicherheitsrelevante Funktion, nämlich Sicherstellen des Betriebes der Steuerschaltung bzw. Bereitstellung von Zündenergie im Falle eines durch einen Unfall bedingten Ausfalles der Betriebsspannungsquelle, müssen diese Kondensatoren
einem regelmäßigen Test unterzogen werden. Der Kondensatortest für den Systemautarkiekondensator Cs erfolgt dadurch, dass dieser über die gesteuerte Ladeschaltung 5 in den Zündautarkiekoπdensator Cz entladen wird. Dieser Kondensatortest kann im Anschluss des Softstartes bei ge- öffnetem Transistor T der Ladeschaltung 5 durchgeführt werden oder - wie weiter unten erläutert - nach einer im geöffneten Zustand des Transistors T der Ladeschaltύng 5 erfolgten Entladung des Zündauta kiekon- densators Cz mittels des Mikroprozessors μC durchgeführt werden. Hierbei arbeitet dieser Transistor T als gesteuerter Widerstand, indem er durch de Mikroprozessor μC als Stromquelle zur Erzeugung eines konstanten Stromes gesteuert wird. Vor Durchführung dieses Kondensatortests muss jedoch der Zündautarkiekondensätor Cz definiert gegen Masse entladen werden. Dies erfolgt mit einer Stromquelle 6, die entsprechend von dem Mikroprozessor μC angesteuert wird. Während dieses Entlade- Vorganges wird der Transistor T der Ladeschaltung 5 in einen Schalterbetrieb gesteuert, d. h. in diesem Fall gesperrt, so dass aufgrund dessen Hochöhmigkeit kein Strom aus dem Systemautarkiekondensator Cs in den der Ladeschaltung 5 nachgeschalteten §.ehaltungszweig fließen kann.
Aufgrund einer geringen Selbstentladung des Zündautarkiekondensators Cz sowie einem geringen Stromverbrauch der Zündendstufe 3, muss während des Betriebes dieser Zündautarkiekondensator Cz nachgeladen werden. Zu diesem Zweck wird der Transistor T der Ladeschaltung 5 wieder als gesteuerter Widerstand über eine entsprechende Ansteuerung des Mikroprozessors μC betrieben, um damit als Nachladequelle einen sehr geringen Nachiadestrorn für den Zündautarkiekondensätor Cz zu erzeugen.
Beim Herunterfahren der Steuerschaltung 10, also beim Öffnen des Zündschalters Sz muss der Zündautarkiekondensätor Cz entladen werden, um sicherzustellen, dass eine ungewollte Zündung einer Sicherheits- einrichtung 4 nicht möglich ist. Dies wird dadurch realisiert, dass mittels einer Ansteuerung einer Entladestromquelle 7 mittels des Mikroprozessors μC der Zündautarkiekondensätor Cz entladen wird.
Die beispielhaft aufgeführte Steuerschaltung 10 gemäß der Figur 1 zeigt nur eine einzige Zündendstufe 3 mit einer Sicherheitseinrichtung 4. Bedarfsweise können natürlich auch mehrere Zündendstufen mit jeweils zugeordneter Sicherheitseinrichtung an den Ausgang der Ladeschaltung 5 bzw. des Zündautarkiekondensators Cz angeschlossen werden. Des weiteren ist es auch möglich, dass jeweils eine Zündendstufe mit zugeordneter Sicherheitseinrichtung von jeweils einer Ladeschaltung mit separatem Zündautarkiekondensätor versorgt wird.