FR2735631A1

FR2735631A1 - METHOD FOR SWITCHING A LOAD AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD

Info

Publication number: FR2735631A1
Application number: FR9606986A
Authority: FR
Inventors: Dieter Krause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 1996-12-20
Also published as: GB2302466A; DE19522156C1; GB9612854D0

Abstract

Procédé de commutation de charges et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, dans lesquels un transistor (T1) de commutation commandé par l'intermédiaire d'un accès (P) d'entrée/sortie d'un microprocesseur ( muP) forme, conjointement avec un transistor (T2) de commande un circuit d'auto-entretien, qui est branché et débranché par des impulsions de branchement et de débranchement de l'accès d'entrée/sortie configuré en "sortie".Method for switching loads and device for implementing this method, in which a switching transistor (T1) controlled by means of an input / output port (P) of a microprocessor (muP) forms , together with a transistor (T2) for controlling a self-sustaining circuit, which is switched on and off by switching on and off pulses of the input / output port configured as "output".

Description

Procédé de commutation d'une charge et dispositif destiné à la mise enMethod for switching a load and device for setting up

oeuvre de ce procédé L'invention concerne un procédé de commutation d'une charge, dans lequel on commande par un microprocesseur un étage final de commutation protégé d'un court-circuit et d'une interruption et comportant un transistor de commande et un transistor de commutation, et un étage final de commutation destiné à la mise en oeuvre de ce procédé, comportant un circuit-série de la charge avec le transistor de commutation, se trouvant entre le pôle plus et le pôle moins d'une source de tension de travail et qui peut être commandé par le microprocesseur, et comportant un transistor de commande. Des étages finals connus utilisés notamment en électronique des véhicules automobiles et ayant une protection contre les court-circuits et une fonction de diagnostic ont une structure relativement coûteuse. On connaît par DE 41 00 790 Al un étage final de puissance pouvant être commandé par l'intermédiaire d'un accès de sortie d'un microprocesseur, destiné à la commutation d'une charge et comportant un transistor de commande et un transistor de commutation, dans lequel le signal de sortie d'une bascule bistable commandée par le transistor de commutation peut être envoyé au25 microprocesseur par l'intermédiaire d'un système de bus. Dans le cas d'un court-circuit ou d'une interruption, la bascule bistable est positionnée, ce qui met fin au signal de commande par l'intermédiaire du transistor de commande au moyen d'un signal de réinitialisation fourni par le microprocesseur par l'intermédiaire d'un système de bus et ce qui réinitialise ensuite la bascule work of this method The invention relates to a load switching method, in which a final switching stage, protected by a short circuit and an interruption, comprising a control transistor and a transistor, is controlled by a microprocessor. switching circuit, and a final switching stage intended for the implementation of this method, comprising a series circuit of the load with the switching transistor, located between the plus pole and the minus pole of a voltage source of work and which can be controlled by the microprocessor, and comprising a control transistor. Known end stages used in particular in motor vehicle electronics and having short circuit protection and a diagnostic function have a relatively expensive structure. DE 41 00 790 A1 discloses a final power stage which can be controlled via an output access of a microprocessor, intended for switching a load and comprising a control transistor and a switching transistor wherein the output of a flip-flop controlled by the switching transistor can be sent to the microprocessor via a bus system. In the event of a short circuit or an interruption, the flip-flop is positioned, which puts an end to the control signal via the control transistor by means of a reset signal supplied by the microprocessor by via a bus system and this then resets the scale

bistable.bistable.

On connaît par DE 32 35 851 Ai un montage de branchement et de débranchement d'une tension d'alimentation à ou d'un appareil consommateur d'énergie, l'appareil consommateur d'énergie étant un microprocesseur. Dans le cas o la tension d'alimentation a atteint une première valeur prescrite de tension, on DE 32 35 851 Ai discloses a circuit for connecting and disconnecting a supply voltage to or from an energy-consuming device, the energy-consuming device being a microprocessor. If the supply voltage has reached a first prescribed voltage value,

l'applique par l'intermédiaire d'un circuit d'auto- applies it via an auto circuit

entretien à l'appareil consommant de l'énergie. On bloque de nouveau le circuit d'auto-entretien et par conséquent maintenance of the device consuming energy. The self-maintenance circuit is blocked again and therefore

on le débranche, lorsque la tension d'alimentation passe sous une seconde valeur prescrite de tension plus petite. it is disconnected when the supply voltage drops below a second prescribed value of smaller voltage.

L'invention vise un procédé de commutation de charges, protégeant du court-circuit et ayant une fonction de diagnostic et un dispositif pour la mise en20 oeuvre de ce procédé, dans lequel à la différence du procédé connu par DE 41 00 790 Ai, l'étage final de puissance peut être débranché directement en cas de défaut sans passer par le microprocesseur. On y parvient par un procédé suivant l'invention dans lequel on branche et on débranche l'étage final de commutation par des impulsions de commutation produites par le microprocesseur et fournies par l'intermédiaire d'un accès d'entrée/sortie du microprocesseur et l'étage final30 de commutation reste branché à l'état de branchement par un circuit d'auto-entretien, on configure l'accès d'entrée/sortie du microprocesseur a) pendant la fourniture d'impulsions de branchement en "sortie", et on met fin aux impulsions de branchement par reconfiguration en "entrée", b) on le configure en "entrée" pendant l'état de branchement et l'accès peut interroger dans cet état le potentiel de sortie de l'étage final de commutation, et c) on le configure en "sortie" pendant l'état de débranchement et l'accès fournit une impulsion de débranchement durable, que l'on peut interrompre par reconfiguration en "entrée", pour la durée d'une interrogation du potentiel de sortie de l'étage final de commutation, et la fonction d'auto-entretien du circuit d'auto-entretien n'apparaît pas ou on met fin à celle-ci dans le cas d'un court-circuit ou d'une interruption de lignes de la charge ou du transistor de commutation de l'étage final The invention relates to a load switching method, protecting from short-circuit and having a diagnostic function and a device for implementing this method, in which, unlike the method known from DE 41 00 790 Ai, l he final power stage can be disconnected directly in the event of a fault without going through the microprocessor. This is achieved by a method according to the invention in which the final switching stage is connected and disconnected by switching pulses produced by the microprocessor and supplied via an input / output access of the microprocessor and the final switching stage 30 remains connected in the connection state by a self-maintenance circuit, the input / output access of the microprocessor is configured a) during the supply of connection pulses as "output", and the connection pulses are terminated by reconfiguration as "input", b) it is configured as "input" during the connection state and the access can interrogate in this state the output potential of the final switching stage , and c) it is configured as an "output" during the disconnection state and the access provides a lasting disconnection pulse, which can be interrupted by reconfiguration as an "input", for the duration of a interrogation of the potential. exit from the shelf e final switch, and the self-maintenance function of the self-maintenance circuit does not appear or is terminated in the event of a short circuit or interruption of lines in the load or switching transistor of the final stage

de commutation.of commutation.

On y parvient également par un étage final de commutation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention par le fait que une première résistance reliée à l'accès d'entrée/sortie20 du microprocesseur est reliée à la borne de collecteur du transistor de commutation et une seconde résistance également reliée à l'accès d'entrée/sortie est reliée à la borne de base du transistor de commande, la borne de collecteur du transistor de commande est25 reliée à la borne de base du transistor de commutation et la borne d'émetteur du transistor de commande est reliée This is also achieved by a final switching stage for implementing the method according to the invention by the fact that a first resistor connected to the input / output access 20 of the microprocessor is connected to the collector terminal of the transistor. switching and a second resistor also connected to the input / output access is connected to the base terminal of the control transistor, the collector terminal of the control transistor is connected to the base terminal of the switching transistor and the terminal emitter of the control transistor is connected

à une source de tension auxiliaire. to an auxiliary voltage source.

Dans un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on effectue cycliquement, lorsque l'état de branchement ou de débranchement dure plus longtemps, l'interrogation du potentiel de sortie de l'étage final de commutation à intervalles prescrits. Un exemple de réalisation de l'invention est explicité plus en détail ci-après en se référant au dessin schématique, qui montre Figure 1 un circuit d'un étage final de commutation à transistor bipolaire Low- Side, Figure 2 est le diagramme des impulsions de commande et des potentiels de sortie du circuit suivant la figure 1 et Figure 3 le circuit d'un étage final de commutation à In one embodiment of the method according to the invention, the cyclic operation is carried out, when the state of connection or disconnection lasts longer, the interrogation of the output potential of the final switching stage at prescribed intervals. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawing, which shows Figure 1 a circuit of a final low-side bipolar transistor switching stage, Figure 2 is the pulse diagram circuit and output potentials of the circuit according to FIG. 1 and FIG. 3 the circuit of a final switching stage at

transistor bipolaire High-Side.High-Side bipolar transistor.

Dans le schéma, représenté à la figure 1, du circuit d'un étage final de commutation à transistor bipolaire Low-Side pouvant être utilisé notamment dans des véhicules automobiles et comportant deux transistors Tl et T2 (ainsi nommés car le transistor de commutation est relié au pôle moins c'est-à-dire au "low side" de la source de tension de travail), le circuit-série d'une15 charge RL ohmique et inductive et d'un transistor Tl de commutation se trouve entre le pôle plus U+ et le pôle moins GND d'une source de tension de travail, par exemple de 12 V. On commande l'étage final de commutation par intermédiaire d'un accès P entrée/sortie d'un microprocesseur gP, qui est branché aux pôles +Vcc et GND d'une tension d'alimentation (par exemple 5 V). L'accès P d'entrée/sortie est relié par l'intermédiaire d'une première résistance Ri à la borne Cl de collecteur du25 transistor T1 de commutation npn et par l'intermédiaire d'une seconde résistance R2 à la borne B2 de base du transistor T2 de commande pnp. La borne C2 de collecteur du transistor T2 de commande est reliée à la borne de base du transistor T1 de commutation et la borne E230 d'émetteur du transistor T2 de commande est reliée au pôle plus d'une source Vh de tension auxiliaire, dont le In the diagram, represented in FIG. 1, of the circuit of a final low-side bipolar transistor switching stage which can be used in particular in motor vehicles and comprising two transistors Tl and T2 (so named because the switching transistor is connected at the minus pole (ie at the "low side" of the working voltage source), the series circuit of an ohmic and inductive RL load and a switching transistor Tl is located between the plus pole U + and the pole minus GND of a working voltage source, for example of 12 V. The final switching stage is controlled by means of an access P input / output of a microprocessor gP, which is connected to the poles + Vcc and GND of a supply voltage (for example 5 V). The input / output access P is connected via a first resistor Ri to the collector terminal Cl of the switching transistor T1 npn and via a second resistor R2 to the base terminal B2 of the pnp control transistor T2. The collector terminal C2 of the control transistor T2 is connected to the base terminal of the switching transistor T1 and the emitter terminal E230 of the control transistor T2 is connected to the pole plus one source of auxiliary voltage Vh, the

pôle moins est également identique au pôle moins GND de la source de tension de travail. minus pole is also identical to minus pole GND of the working voltage source.

Le mode de fonctionnement du circuit représenté à la figure 1 est explicité ci-après en se référant au The operating mode of the circuit shown in FIG. 1 is explained below with reference to the

diagramme de signaux représenté à la figure 2. signal diagram shown in Figure 2.

La figure 2a représente les impulsions de commutation destinées au branchement et au débranchement de l'étage final, la figure 2b les potentiels de sortie de l'étage final et la figure 2c l'état respectif de FIG. 2a represents the switching pulses intended for connection and disconnection of the final stage, FIG. 2b the output potentials of the final stage and FIG. 2c the respective state of

configuration de l'accès d'entrée/sortie. configuration of input / output access.

On suppose qu'à l'état initial, à l'instant tO, l'étage final de puissance est débranché, qu'il y a à l'accès P d'entrée/sortie configuré en "sortie" (figure 2c) une impulsion A de commutation de sortie (potentiel haut à la figure 2a), que les deux transistors T1 et T2 ne sont pas conducteurs et qu'il ne passe pas de courant It is assumed that in the initial state, at time t0, the final power stage is disconnected, that there is an input / output port P configured as "output" (FIG. 2c). output switching pulse A (high potential in FIG. 2a), that the two transistors T1 and T2 are not conductive and that there is no current flowing

dans la charge.in charge.

Pour brancher l'étage final de commutation à l'instant t3, on fournit par le microprocesseur jp par l'intermédiaire de l'accès P d'entrée/sortie configuré encore en "sortie" une courte impulsion E de branchement20 d'une durée par exemple de 10 ts (potentiel bas à la figure 2a). Cette impulsion E de branchement rend conducteur le transistor T2 de commande et donc aussi le transistor Tl de commutation (potentiel bas au collecteur Ci, figure 2b). Les deux transistors T1 et T2 se25 maintiennent alors d'eux-mêmes conducteurs. On met fin à l'impulsion E de branchement en configurant l'accès P entrée/sortie à l'instant t4 en "entrée". Dans l'état de branchement (figure 2c et ligne de points entre t4 et t5 à la figure 2a) on peut effectuer au moyen de l'accès P d'entrée/sortie configuré en "entrée" un diagnostic de défaut avec mémorisation de défauts dans le microprocesseur tp. S'il y a un potentiel bas à l'accès P d'entrée/sortie, il n'y a pas de défaut. Si au contraire il y a un potentiel haut à l'accès P35 d'entrée/sortie (traits mixtes à la figure 2b), il existe soit un court-circuit de la charge vers U+ ou une To connect the final switching stage at time t3, the microprocessor jp provides via the input / output access P still configured as "output" a short connection pulse E of duration for example 10 ts (low potential in Figure 2a). This connection pulse E makes the control transistor T2 and therefore also the switching transistor T1 (low potential at the collector Ci, FIG. 2b). The two transistors T1 and T2 then maintain themselves conductors. The connection pulse E is terminated by configuring access P input / output at time t4 as "input". In the connection state (figure 2c and line of dots between t4 and t5 in figure 2a) a fault diagnosis can be carried out using the input / output access P configured as "input". in the microprocessor tp. If there is a low potential at the input / output port P, there is no fault. If, on the contrary, there is a high potential at the P35 input / output access (dashed lines in FIG. 2b), there is either a short circuit of the load towards U + or a

interruption du transistor T1 de commutation. interruption of the switching transistor T1.

Si l'étage de commutation doit rester branché plus longtemps, on peut répéter cycliquement l'interrogation de l'accès P d'entrée/sortie (par logiciel), pour pouvoir constater des défauts If the switching stage is to remain connected for a longer period, the interrogation of the input / output access P (by software) can be repeated cyclically, in order to be able to detect faults.

apparaissant éventuellement entre-temps. possibly appearing in the meantime.

Pour ne pas mettre à l'état conducteur le transistor T1 de commutation (débranchement de l'étage final de commutation), on configure l'accès P d'entrée/sortie à l'instant t5 de nouveau en "sortie" (figure 2c) et on fournit une impulsion de débranchement à potentiel haut (figure 2a). On interrompt par cette impulsion de débranchement l'auto- entretien et on rend les deux transistors non conducteurs. L'impulsion de débranchement persiste pendant la durée de débranchement (t5 à t9). Cela procure l'avantage consistant en ce que l'étage final de commutation ne peut pas être branché par In order not to put the switching transistor T1 in the conductive state (disconnection of the final switching stage), the input / output access P is configured again at time t5 again as "output" (FIG. 2c ) and a high potential disconnection pulse is provided (FIG. 2a). This self-maintenance disconnection pulse is interrupted and the two transistors are made non-conductive. The disconnection pulse persists for the duration of the disconnection (t5 to t9). This has the advantage that the final switching stage cannot be connected by

des impulsions parasites, puisque une impulsion durable20 de débranchement est imposée par l'intermédiaire de la branche R1/R2 de rétroaction. parasitic pulses, since a long-lasting disconnection pulse20 is imposed via the feedback branch R1 / R2.

Egalement dans l'état de débranchement (tO à t3 et t6 à t9), on peut effectuer, en configurant brièvement l'accès P d'entrée/sortie en "entrée" (tl à t2 et t7 à25 t8, lignes pointillées à la figure 2a) un diagnostic de défaut éventuellement avec mémorisation d'erreurs dans le microprocesseur gP. S'il y a pendant ce laps de temps un potentiel haut à l'accès P (figure 2b), il n'existe pas de défaut. Si au contraire il y a un potentiel bas à30 l'accès P (ligne tiretée à la figure 2b), il existe soit un court-circuit du transistor T1 de commutation vers GND ou une interruption de la charge RL. Si l'étage de commutation doit encore rester débranché, on peut répéter dans ce cas cycliquement l'interrogation de l'accès P d'entrée/sortie (par logiciel). Also in the disconnection state (tO to t3 and t6 to t9), you can briefly configure the input / output access P to "input" (tl to t2 and t7 to 25 t8, dotted lines at the figure 2a) a fault diagnosis possibly with memorization of errors in the microprocessor gP. If during this period of time there is a high potential at the access P (FIG. 2b), there is no fault. If, on the other hand, there is a low potential at the access P (dashed line in FIG. 2b), there is either a short circuit of the transistor T1 switching to GND or an interruption of the load RL. If the switching stage must still remain disconnected, in this case you can repeat the interrogation of the input / output access P (by software) cyclically.

Si la charge RL est branchée en cas de court- If the RL load is connected in the event of a short-

circuit persistant vers U+, le potentiel à la borne Cl de collecteur est élevé pendant l'impulsion de branchement à un potentiel supérieur ou égal à la tension auxiliaire Vh du fait du grand courant de charge et de la tension de persistent circuit towards U +, the potential at the collector terminal Cl is high during the connection pulse at a potential greater than or equal to the auxiliary voltage Vh due to the large load current and the voltage of

saturation du transistor Tl, de sorte que l'auto- saturation of transistor Tl, so that the auto-

entretien ne peut plus être activé et que l'étage final maintenance can no longer be activated and the final floor

reste débranché.remains unplugged.

Si le court-circuit vers U+ apparaît pendant l'état de branchement, le potentiel à la borne Cl de collecteur monte, du fait du grand courant de charge et de la tension de saturation du transistor Tl à la tension If the short circuit to U + appears during the connection state, the potential at the collector terminal Cl rises, due to the large load current and the saturation voltage of the transistor Tl at the voltage

auxiliaire Vh, ce qui désactive l'auto-entretien et débranche l'étage final. auxiliary Vh, which disables self-maintenance and disconnects the final stage.

Cela se traduit par le fait que le transistor Tl de commutation n'est soumis en cas de court-circuit qu'à une charge impulsionnelle, qui, en fonction du20 transistor de commutation utilisé, peut être plusieurs fois supérieure à la charge permanente admissible. Il ne faut donc pas que le transistor de commutation soit surdimensionné, comme c'était le cas jusqu'à présent, pour la protection contre les courts-circuits.25 On a également la possibilité, en changeant la tension Vh auxiliaire, que l'on suppose fixée dans This results in the fact that the switching transistor T1 is subjected in the event of a short circuit only to a pulse load, which, depending on the switching transistor used, may be several times greater than the permissible permanent load. It is therefore not necessary that the switching transistor be oversized, as was the case hitherto, for protection against short circuits. 25 It is also possible, by changing the auxiliary voltage Vh, that the we assume fixed in

l'exemple de réalisation suivant la figure 1 par exemple à Vh = +3 V (0 < Vh < Vcc), de changer le seuil de coupure du courant de court- circuit dans certaines limites. the exemplary embodiment according to FIG. 1 for example at Vh = +3 V (0 <Vh <Vcc), to change the cut-off threshold for the short-circuit current within certain limits.

La figure 3 est le schéma du circuit d'un étage final à transistor bipolaire High-Side, dont le mode de fonctionnement correspond au circuit suivant la figure 1 mais dont la charge RL et le transistor Tl de commutation ont été permutés par rapport au circuit suivant la figure35 1, dont le transistor Tl de commutation est un transistor pnp et dont le transistor T2 de commande est un transistor npn. Le principe de l'invention repose sur le fait que l'étage final est branché par de courtes impulsions, reste branché par une fonction d'auto-entretien et est désactivé par une impulsion de débranchement ou par l'apparition de défauts, les signaux de branchement et de diagnostic empruntant la même voie de transmission de signaux.10 Le circuit électronique constitué de composants électriques/électroniques, suivant la figure 1 ou 3 peut aussi bien être remplacé par un circuit hydraulique ou pneumatique à composants hydrauliques ou pneumatiques, les impulsions de tension pouvant être représentées par15 des impulsions de pression et les divers potentiels pouvant être représentés par exemple par des positions de vérins hydrauliques ou pneumatiques. Les signaux de sortie du microprocesseur doivent alors être convertis en signaux hydrauliques ou pneumatiques correspondants20 (inversement les signaux d'entrée hydrauliques ou pneumatiques doivent être convertis en signaux électriques) et il faut former les fonctions nécessaires du microprocesseur par des circuits hydrauliques ou pneumatiques. FIG. 3 is the diagram of the circuit of a final stage with a high-side bipolar transistor, the operating mode of which corresponds to the circuit according to FIG. 1 but the load RL and the switching transistor Tl of which have been exchanged with respect to the circuit according to FIG. 35 1, whose switching transistor T1 is a pnp transistor and whose control transistor T2 is an npn transistor. The principle of the invention is based on the fact that the final stage is connected by short pulses, remains connected by a self-maintenance function and is deactivated by a disconnection pulse or by the appearance of faults, the signals connection and diagnostics using the same signal transmission path.10 The electronic circuit made up of electrical / electronic components, according to FIG. 1 or 3 can also be replaced by a hydraulic or pneumatic circuit with hydraulic or pneumatic components, the pulses of voltage which can be represented by pressure pulses and the various potentials which can be represented for example by positions of hydraulic or pneumatic cylinders. The microprocessor output signals must then be converted into corresponding hydraulic or pneumatic signals20 (conversely, the hydraulic or pneumatic input signals must be converted into electrical signals) and the necessary microprocessor functions must be formed by hydraulic or pneumatic circuits.

Claims

1. A load switching method (RL), in which a final switching stage is protected by a microprocessor (iP) protected from a short circuit and from an interruption and comprising a control transistor (T2) and a switching transistor (T1), characterized in that the final switching stage is connected and disconnected by switching pulses (E, A) produced by the microprocessor (gP) and supplied via an access (P) input / output of the microprocessor and the final switching stage remains connected in the connection state by a self-maintenance circuit, we configure the access (P) input / output of the microprocessor ( kP) a) during the supply of connection pulses (E) at "output", and the connection pulses are terminated by reconfiguration as "input", b) it is configured as "input" during the connection state and the access can interrogate in this state the output potential of the final switching stage, e tc) it is configured as an "output" during the disconnection state and the access provides a lasting disconnection pulse (A), which can be interrupted by reconfiguration as an "input", for the duration of an interrogation of the output potential of the final switching stage, and the self-maintenance function of the self-maintenance circuit does not appear or is terminated in the event of a short circuit or a line interruption of the load (RL) or of the switching transistor (T1) of the final switching stage.

2. Method according to claim 1, characterized in that one carries out cyclically, when the state of connection or disconnection lasts longer, the interrogation of the output potential of

the final switching stage at prescribed intervals.

3. Final switching stage intended for implementing the method according to claim 1, comprising a series circuit of the load (RL) with the switching transistor (T1), located between the plus pole (U +) and the minus pole (GND) of a working voltage source and which can be controlled by the microprocessor (gP), and comprising a control transistor (T2), characterized in that a first resistor (Ri) connected to the access (P) microprocessor input / output (tP) is connected to the collector terminal (Ci) of the switching transistor (T1) and a second resistor (R2) also connected to the input / output (P) output is connected to the base terminal (B2) of the control transistor (T2), the collector terminal (C2) of the control transistor (T2) is connected to the base terminal (B1) of the switching transistor (T1) and the emitter terminal (E2) of the control transistor (T2)

is connected to an auxiliary voltage source (Vh).