FR2727536A1 - MOUNTING TO CHARGE AND DISCHARGE CAPACITORS ACCUMULATORS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un montage pour charger et décharger des condensateurs accumulateurs. Ce montage comprend un transistor à effet de champ MOS auto-conducteur (T1, T2) branché en parallèle sur le condensateur accumulateur respectif (C1, C2), et des moyens (SR, C3, D1, D2, R3, C4) servant à produire une tension de blocage pour le transistor à effet de champ MOS auto-conducteur (T1,T2) lors du fonctionnement du montage avec la tension de service existante (UB ). Application notamment aux micro-ordinateurs et aux circuits de mémoire.The invention relates to an assembly for charging and discharging storage capacitors. This assembly comprises a self-conducting MOS field-effect transistor (T1, T2) connected in parallel to the respective accumulator capacitor (C1, C2), and means (SR, C3, D1, D2, R3, C4) serving to generate a blocking voltage for the self-conducting MOS field effect transistor (T1, T2) when operating the circuit with the existing operating voltage (UB). Application in particular to microcomputers and memory circuits.
Description
La présente invention concerne un montage pour charger et décharger desThe present invention relates to an assembly for loading and unloading
condensateurs accumulateurs, qui prédéterminent la tension d'alimentation de composants accumulator capacitors, which predetermine the supply voltage of components
électroniques, par exemple dans un micro-ordinateur. electronic devices, for example in a microcomputer.
Les bascules bistables de mémoire, principalement en technologie C-MOS, telles que celles qui sont utilisées dans des micro-ordinateurs et des circuits de mémoire, ont la propriété consistant en ce que, dans le cas d'une réduction de leur tension de service largement au-dessous de leur domaine de fonctionnement, elles conservent en partie leur dernier état, de sorte que, lors de la remontée de la tension de service, les anciennes données sont encore présentes pour partie. Le courant d'alimentation ne diminue pas de façon proportionnelle lors de l'interruption de la tension de service. Par exemple, dans un micro- ordinateur, lors de l'arrêt de l'oscillateur de cadencement, le courant est fortement réduit, pour tomber ensuite, avec la valeur de la tension directe de diodes, largement au-dessous des courants résiduels de condensateurs accumulateurs. Avec les tensions résiduelles qui subsistent, des circuits de remise à l'état initial ne fonctionnent plus correctement à la mise hors tension et à la mise sous tension, et des fonctionnements erronés peuvent apparaître dans le système ou l'appareil considéré. Normalement, ces problèmes peuvent être résolus de façon simple au moyen de charges ohmiques, que l'on insère ou qui sont présentes. Cependant, les charges ohmiques sont également des composants consommant du courant, qui sont indésirables dans des appareils fonctionnant sur batterie. En particulier, lorsque de gros condensateurs accumulateurs sont nécessaires, d'une manière conditionnée par le fonctionnement, il faut obtenir d'une autre manière appropriée une décharge rapide systématique des condensateurs accumulateurs lors de l'interruption, sans que la tension de service ne soit affectée en supplément lors du fonctionnement. Ce but est atteint conformément à la présente invention à l'aide d'un montage du type spécifié en introduction, qui se caractérise par un transistor à effet de champ auto-conducteur MOS branché en parallèle sur le condensateur accumulateur respectif, et par des moyens servant à produire une tension de blocage pour le transistor à effet de champ MOS auto-conducteur lors du fonctionnement Bistable memory flip-flops, mainly in C-MOS technology, such as those used in microcomputers and memory circuits, have the property that, in the case of a reduction in their operating voltage largely below their operating range, they partly retain their last state, so that, when the service voltage is raised, the old data are still partly present. The supply current does not decrease proportionally when the operating voltage is interrupted. For example, in a microcomputer, when stopping the clocking oscillator, the current is greatly reduced, to then fall, with the value of the diode forward voltage, well below the residual currents of capacitors. accumulators. With residual voltages remaining, reset circuits no longer function properly at power-down and power-up, and erroneous operation may occur in the system or device. Normally, these problems can be solved simply by means of ohmic loads, whether inserted or present. However, ohmic loads are also power consuming components, which are undesirable in battery operated devices. In particular, when large accumulator capacitors are required, in a manner conditioned by the operation, it is necessary to obtain in another appropriate manner a systematic fast discharge of the accumulator capacitors during the interruption, without the operating voltage being additionally affected during operation. This object is achieved according to the present invention by means of a mounting of the type specified in the introduction, which is characterized by a MOS self-conducting field effect transistor connected in parallel with the respective storage capacitor, and by means for producing a blocking voltage for the self-conducting MOS field effect transistor during operation
du montage avec la tension de service existante. mounting with the existing service voltage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le montage est caractérisé par un régulateur de commutation qui, par l'intermédiaire d'une pompe de charge, charge un condensateur de commande, qui est relié à l'électrode de commande du transistor à effet de champ MOS auto- conducteur respectif. Selon une autre caractéristique de l'invention, le montage est caractérisé en ce qu'une résistance est branchée According to another characteristic of the invention, the arrangement is characterized by a switching regulator which, via a charge pump, charges a control capacitor, which is connected to the control electrode of the effect transistor. respective self-driving MOS field. According to another characteristic of the invention, the assembly is characterized in that a resistor is connected
en parallèle sur le condensateur de commande. in parallel on the control capacitor.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le montage est caractérisé en ce que le régulateur de commutation reçoit la tension de service au travers d'un According to another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the switching regulator receives the operating voltage through a
interrupteur électronique.electronic switch.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le montage est caractérisé par un premier condensateur accumulateur, qui est raccordé à la sortie de l'interrupteur électronique, et par un second condensateur accumulateur, qui According to another characteristic of the invention, the assembly is characterized by a first accumulator capacitor, which is connected to the output of the electronic switch, and by a second accumulator capacitor, which
est raccordé à la sortie du régulateur de commutation. is connected to the output of the switching controller.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'interrupteur électronique est actionné initialement par According to another characteristic of the invention, the electronic switch is actuated initially by
l'intermédiaire d'un circuit auxiliaire, lors de l'applica- through an auxiliary circuit, when applying
tion de la tension de service, et l'actionnement de l'inter- of the operating voltage and the actuation of the inter-
rupteur électronique est maintenu par l'intermédiaire d'un circuit de maintien, le circuit de maintien étant actionné, alors que le régulateur de commutation travaille, par un micro-ordinateur, lorsque la tension d'alimentation est délivrée au micro-ordinateur par l'intermédiaire du second electronic switch is maintained via a holding circuit, the holding circuit being actuated, while the switching regulator works, by a microcomputer, when the supply voltage is delivered to the microcomputer by the intermediate of the second
condensateur accumulateur.accumulator capacitor.
Selon une autre caractéristique de l'invention, deux diviseurs de tension sont branchés en parallèle sur le premier condensateur accumulateur, le premier diviseur de tension signalant au micro- ordinateur, par l'intermédiaire du régulateur de commutation, une baisse de tension, à la suite de quoi le micro-ordinateur met fin à son programme et active le circuit de maintien pour ouvrir l'interrupteur électronique, tandis que, dans le cas d'une baisse supplémentaire de la tension, le second diviseur de tension According to another characteristic of the invention, two voltage dividers are connected in parallel to the first accumulator capacitor, the first voltage divider signaling to the microcomputer, via the switching regulator, a voltage drop, at the following which the microcomputer ends its program and activates the holding circuit to open the electronic switch, while in the case of a further drop in voltage, the second voltage divider
bloque le régulateur de commutation. blocks the switching regulator.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le transistor à effet de champ MOS auto-conducteur comporte, dans son circuit de drain, une résistance branchée en série, qui sert à limiter le courant de décharge des condensateurs accumulateurs. Selon une autre caractéristique, le montage comprend un un circuit de décharge, qui comporte un autre transistor à effet de champ MOS auto-conducteur, branché en parallèle sur According to another characteristic of the invention, the self-conducting MOS field-effect transistor comprises, in its drain circuit, a series-connected resistor, which serves to limit the discharge current of the accumulator capacitors. According to another characteristic, the assembly comprises a discharge circuit, which comprises another self-conducting MOS field effect transistor, connected in parallel on
une batterie qui prédétermine la tension de service. a battery that predetermines the operating voltage.
Selon une autre caractéristique, plusieurs transistors à effet de champ MOS sont commandés par la même According to another characteristic, several MOS field effect transistors are controlled by the same
tension de blocage.blocking voltage.
Le problème posé est donc résolu à l'aide d'un circuit électronique de décharge qui, dans le cas o l'on descend d'une certaine valeur, audessous de la tension de service, réalise la décharge des condensateurs accumulateurs de façon automatique. Il est particulièrement approprié d'utiliser à cet effet des transistors à effet de champ MOS autoconducteurs du type à appauvrissement, qui présentent The problem is thus solved with the aid of an electronic discharge circuit which, in the case of going down a certain value, below the operating voltage, discharges the accumulator capacitors automatically. It is particularly appropriate to use for this purpose depletion-type autoconductive MOS field effect transistors which have
l'état conducteur, sans tension de commande, et par consé- conductive state, without control voltage, and consequently
quent, dans le cas o la tension de commande fait défaut, peuvent réaliser la décharge. Pendant le fonctionnement normal du montage, lorsque ce dernier est placé à la tension de service, une tension de blocage est envoyée aux in the case where the control voltage is missing, can perform the discharge. During normal operation of the assembly, when the latter is placed at the operating voltage, a blocking voltage is sent to
transistors à effet de champ (FET) MOS auto-conducteurs. MOS field effect transistors (FETs) self-conducting.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente Other features and benefits of this
invention ressortiront de la description donnée ci-après en invention will emerge from the description given below in
référence au dessin annexé, dont la figure unique représente reference to the appended drawing, the single figure of which
un exemple de réalisation du montage selon l'invention. an embodiment of the assembly according to the invention.
Le montage représenté sert à pré-établir deux tensions U1 et U2, qui sont recueillies sur deux condensateurs accumulateurs C1 et C2. Un circuit de décharge, constitué par le montage en série d'une résistance R4 et d'un transistor MOS-FET auto-conducteur T1, est branché en parallèle sur le condensateur accumulateur C1, et un circuit de décharge, constitué par le montage en série d'une résistance R5 et d'un transistor MOS-FET auto-conducteur T2, The illustrated arrangement serves to pre-establish two voltages U1 and U2, which are collected on two capacitors C1 and C2 accumulators. A discharge circuit consisting of the series connection of a resistor R4 and a self-conducting transistor MOS-FET T1 is connected in parallel with the storage capacitor C1, and a discharge circuit consisting of the series of a resistor R5 and a transistor MOS-FET self-conducting T2,
est branché en parallèle sur le condensateur accumulateur C2. is connected in parallel with the storage capacitor C2.
Alors que la tension de charge du condensateur accumulateur Cl est obtenue directement à partir de la tension UB d'une batterie et est appliquée par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique ES, la tension de charge du condensateur accumulateur C2 dirigée à travers un régulateur de commutation SR avant d'être envoyée au While the charging voltage of the accumulator capacitor C1 is obtained directly from the voltage UB of a battery and is applied via an electronic switch ES, the charging voltage of the capacitor C2 accumulator directed through a regulator SR switch before being sent to
condensateur accumulateur C2.capacitor accumulator C2.
L'opération de mise en circuit du montage se déroule de la manière suivante: la tension UB de la batterie est appliquée au moyen d'un interrupteur S et est envoyée à un condensateur C6 par The assembly switching operation proceeds as follows: the voltage UB of the battery is applied by means of a switch S and is sent to a capacitor C6 by
l'intermédiaire d'un contact glissant S2 et d'une diode D3. via a sliding contact S2 and a diode D3.
Sous l'effet de la charge du condensateur C6, l'interrupteur électronique ES se ferme de sorte qu'un courant de charge est envoyé au condensateur accumulateur C1. Tout d'abord, lors d'une opération de charge du condensateur accumulateur Cl, un courant de décharge circule dans la résistance R4 et dans le Under the effect of the charge of the capacitor C6, the electronic switch ES closes so that a charging current is sent to the accumulator capacitor C1. First, during a charging operation of the storage capacitor C1, a discharge current flows in the resistor R4 and in the
transistor MOS-FET T1. Cependant, sous l'effet du fonc- MOS-FET transistor T1. However, under the effect of
tionnement du régulateur de commutation SR, un condensateur C4 est chargé par une tension négative par l'intermédiaire d'une pompe de charge, constituée d'un condensateur C3 et de deux diodes D1 et D2. Étant donné que les deux transistors MOS-FET T1 et T2 sont raccordés au condensateur C4, ces transistors MOS-FET passent à l'état bloqué. Par conséquent, le condensateur accumulateur C2 est également chargé et, de ce fait, la tension d'alimentation U2 est disponible. Dans le In the switching regulator SR, a capacitor C4 is charged by a negative voltage via a charge pump, consisting of a capacitor C3 and two diodes D1 and D2. Since the two MOS-FET transistors T1 and T2 are connected to the capacitor C4, these MOS-FET transistors go to the off state. As a result, the accumulator capacitor C2 is also charged and hence the supply voltage U2 is available. In the
cas o la tension d'alimentation U2 est présente, un micro- case where the supply voltage U2 is present, a micro-
ordinateur pC délivre en permanence, sur une sortie P2, un signal qui est envoyé par l'intermédiaire d'un condensateur C5 à un circuit de maintien HK, lequel maintient, par l'intermédiaire d'une diode D4, le condensateur C6 dans l'état chargé et fournit par conséquent la tension de pc computer permanently delivers, on an output P2, a signal which is sent via a capacitor C5 to a holding circuit HK, which maintains, via a diode D4, the capacitor C6 in the loaded state and therefore supplies the voltage of
maintien pour l'interrupteur électronique ES. hold for the ES electronic switch.
L'opération de mise hors circuit du montage se déroule de la manière suivante: Sous l'effet de l'ouverture de l'interrupteur S, le montage est déconnecté de la tension de service U.Bde sorte que le condensateur accumulateur C1 n'est plus chargé. A une valeur déterminée, pré-établie par le diviseur de tension R1, R2, une baisse de tension est signalée au micro-ordinateur, à la suite de quoi ce dernier arrête son programme et règle, par l'intermédiaire de sa sortie P2, les signaux appliqués au circuit de maintien HK, sur quoi l'interrupteur électronique ES s'ouvre. Dans le cas d'une baisse supplémentaire de la tension, le régulateur de commutation SR ne reçoit plus aucun signal de libération envoyé, au travers du diviseur de tension R6, R7, de sorte que ce régulateur suspend son action. Par conséquent, la pompe de charge C3, Dl et D2, elle aussi, n'est plus en fonctionnement, et le condensateur C4 se The operation of switching off the circuit is as follows: Under the effect of the opening of the switch S, the circuit is disconnected from the operating voltage U.B so that the storage capacitor C1 does not is more loaded. At a predetermined value, pre-set by the voltage divider R1, R2, a voltage drop is signaled to the microcomputer, after which the latter stops its program and adjusts, via its output P2, the signals applied to the holding circuit HK, whereupon the electronic switch ES opens. In the case of a further drop in voltage, the switching regulator SR no longer receives any release signal sent through the voltage divider R6, R7, so that this regulator suspends its action. Therefore, the charge pump C3, D1 and D2, too, is no longer in operation, and the capacitor C4 is
décharge à travers la résistance R3 branchée en parallèle. discharge through the resistor R3 connected in parallel.
Sous l'effet de la décharge du condensateur C4, il n'est plus appliqué aucun potentiel de blocage sur l'électrode de commande des transistors MOS-FET auto-conducteurs T1 et T2, de sorte que ces derniers passent à l'état conducteur et que les condensateurs accumulateurs Cl et C2 se déchargent complètement, le courant de décharge étant limité par les Under the effect of the discharge of the capacitor C4, there is no longer any locking potential on the control electrode of the self-conducting MOS-FET transistors T1 and T2, so that they pass to the conductive state and that the accumulator capacitors C1 and C2 discharge completely, the discharge current being limited by the
résistances R4 et R5 branchées en série. Les lignes d'alimen- resistors R4 and R5 connected in series. Food supply lines
tation Ul et U2 sont protégées, par les transistors MOS-FET autoconducteurs Tl et T2, vis-à-vis des tensions parasites et de leurs influences nuisibles et, même dans le cas d'un rétablissement de brève durée de la tension de service, une The U1 and U2 transistors are protected, by the conductive MOS-FET transistors T1 and T2, from parasitic voltages and their harmful influences and, even in the case of a short-term restoration of the operating voltage, a
action sûre de remise à l'état initial est garantie. safe reset action is guaranteed.
L'opération de mise hors tension peut être également déclen- The power off operation can also be triggered.
chée dans le cas o la tension d'alimentation tombe au- in the event that the supply voltage falls below
dessous de la tension minimale de la batterie U. ou bien peut être déclenchée par le micro-ordinateur à la fin du programme. L'ensemble du circuit peut être exploité avec un programme temporel, auquel cas après l'écoulement d'un below the minimum voltage of the battery U. or can be triggered by the microcomputer at the end of the program. The whole circuit can be operated with a temporal program, in which case after the flow of a
intervalle de temps préalablement programmé, le micro- pre-programmed time interval, the micro-
ordinateur pC règle également, par l'intermédiaire de sa sortie P, les signaux appliqués au circuit de maintien HK, à la suite de quoi l'interrupteur électronique ES s'ouvre. Dans ce cas, pour des applications critiques sur le plan de la sécurité, un circuit de décharge (dessiné en pointillés) pour la tension UB de la batterie peut être activé, ce circuit de décharge étant branché en parallèle sur la batterie UB et computer PC also regulates, via its output P, the signals applied to the holding circuit HK, after which the electronic switch ES opens. In this case, for safety-critical applications, a discharge circuit (dotted line) for the battery voltage UB can be activated, this discharge circuit being connected in parallel to the battery UB and
étant constitué par le montage en série d'un transistor MOS- being constituted by the series connection of a MOS-
FET T3 également auto-conducteur et d'une résistance R8. FET T3 also self-driver and R8 resistor.
L'électrode de commande du transistor MOS-FET T3 est The control electrode of the MOS-FET transistor T3 is
également raccordée au condensateur C4. also connected to capacitor C4.
Il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut être également appliquée dans le cas de la production de tensions de polarité différente. Des condensateurs accumulateurs, qui accumulent une tension avec une polarité opposée, peuvent être chargés et déchargés de la même manière, mais les condensateurs, qui commandent les transistors MOS-FET, doivent être chargés par l'intermédiaire d'une pompe de charge séparée, avec une tension opposée. Pour des tensions d'une polarité, il suffit d'utiliser respectivement un condensateur de commande pour pré-établir la tension de commande sur l'électrode de commande du It is obvious to those skilled in the art that the present invention can also be applied in the case of producing voltages of different polarity. Accumulator capacitors, which accumulate a voltage with an opposite polarity, can be charged and discharged in the same way, but the capacitors, which control the MOS-FET transistors, must be charged via a separate charge pump, with opposite voltage. For voltages of one polarity, it suffices to use respectively a control capacitor to pre-establish the control voltage on the control electrode of the
transistor MOS-FET respectif.respective MOS-FET transistor.
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