DE10222175A1

DE10222175A1 - Car electrical supply electronic voltage monitor, compares buffered and Un-buffered voltages to detect supply interruptions

Info

Publication number: DE10222175A1
Application number: DE2002122175
Authority: DE
Inventors: Klaus Miekley; Johannes Schier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-05-18
Filing date: 2002-05-18
Publication date: 2003-11-27

Abstract

A car electrical supply electronic voltage monitor compares the buffered ((Vz, AD1) and Un-buffered (Ubatt, AD2) values of a voltage source using the buffer diode (D1) and capacitor (C1), extra buffer diode (D2), and voltage dividers (R3, R4), (R1, R2), using a processor to signal an alarm if the Un-buffered value falls below the buffered or a threshold for a set time.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft eine elektronische Spannungsüberwachungsschaltung, insbesondere für Versorgungsnetze mit Batterien oder Akkumulatoren, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. The invention relates to an electronic Voltage monitoring circuit, in particular for supply networks with Batteries or accumulators, according to the generic term of Main claim.

Beispielsweise werden bei Kraftfahrzeugen viele elektronische Baugruppe am sog. Bordnetz des Kraftfahrzeuges betrieben, das über eine aufladbare Batterie bzw. einen Akkumulator mit der notwendigen Spannung versorgt wird. Aus der DE 197 51 429 A1 ist zum Beispiel bekannt, dass zur Spannungsüberwachung einer geregelten Spannung in einem solchen Bordnetz die Regelung der Spannung mit einer ersten Referenzspannung und eine Überwachung des Über- oder Unterschreitens der Versorgungsspannung mit einer zweiten Referenzspannung erfolgt. For example, many are in motor vehicles electronic assembly on the so-called vehicle electrical system operated that via a rechargeable battery or Accumulator is supplied with the necessary voltage. Out DE 197 51 429 A1, for example, discloses that for Voltage monitoring of a regulated voltage in one such on-board electrical system regulating the voltage with a first reference voltage and monitoring the over or Falling below the supply voltage with a second Reference voltage takes place.

Außerdem werden einige dieser Baugruppen in den erwähnten Bordnetzen auch häufig über ein spezifisches Bussystem wie z. B. einen sog. CAN-Bus (CAN = Controller Area Network) vernetzt und darüber nicht nur hinsichtlich der Datensignale sondern auch hinsichtlich der Betriebsspannung versorgt. Üblich ist es auch, wenn im Rahmen von Fehlerüberwachungen, z. B. in Sensoren oder anderen Komponenten in sicherheitskritischen Systemen, die Versorgungsspannung im Prinzip wie oben erwähnt überwacht wird, um bei Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten definierte Fehlerzustände zu erkennen und gegebenenfalls nach außen zu signalisieren oder in einen Fehlerspeicher eintragen zu können. In addition, some of these assemblies are mentioned in the On-board networks also often have a specific bus system such as B. a so-called CAN bus (CAN = Controller Area Network) and not just about the Data signals but also with regard to the operating voltage provided. It is also common if within the scope of Error monitoring, e.g. B. in sensors or other components in safety-critical systems that Supply voltage is monitored in principle as mentioned above Defined exceeding or falling below limit values Detect fault conditions and, if necessary, to the outside signal or enter in a fault memory can.

Zur Überbrückung kurzzeitiger Bordnetzeinbrüche kommen häufig, in an sich bekannter Weise, Pufferkondensatoren zum Einsatz, die über eine Entkoppeldiode am Bordnetz angeschlossen werden. Die Dioden haben zusätzlich die Funktion eines Verpolschutzes der nachgeschalteten elektronischen Baugruppe vor einer Verpolung der Batteriespannung, so dass mit der gepufferten Spannung die nachgeschalteten Spannungsregler versorgt werden können. Problematisch ist bei diesen Schaltungen, dass eine möglichst schnelle Erkennungen von Abweichungen in der Bordnetzspannung gewährleistet werden soll. To bridge short-term on-board drops frequently, in a manner known per se, buffer capacitors are used via a decoupling diode on the vehicle electrical system be connected. The diodes also have the Function of reverse polarity protection of the downstream electronic assembly before polarity reversal of the battery voltage, so that with the buffered voltage the downstream Voltage regulators can be supplied. Is problematic with these circuits that as fast as possible Detection of deviations in the vehicle electrical system voltage should be guaranteed.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine elektronische Schaltung der eingangs beschriebenen Art ist mit den erfindungsgemäßen Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruchs dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die elektronische Spannungsüberwachungsschaltung so aufgebaut ist, dass zwei elektrische Größe abnehmbar sind, wobei die eine Größe einer ungepufferten Spannung und eine andere Größe einer gepufferten Spannung der Spannungsversorgungsquelle entspricht. In einem gebräuchlichen Anwendungsfall ist die Spannungsversorgungsquelle eine aufladbare Batterie im Bordnetz eines Kraftfahrzeuges. An electronic circuit of the initially described Art is with the features of the invention Characteristic of the main claim thereby advantageous trained that electronic Voltage monitoring circuit is constructed so that two electrical size are removable, one size being an unbuffered Voltage and another size of a buffered voltage corresponds to the voltage supply source. In one common use case is A rechargeable battery in the on-board electrical system Motor vehicle.

Zur Pufferung der Spannung der Spannungsversorgungsquelle ist auch hier zum Beispiel eine Reihenschaltung aus Diode und Pufferkondensator parallel zu den Ausgängen der Spannungsversorgungsquelle geschaltet. Erfindungsgemäß wird dann zum schnelleren Reagieren auf mögliche Versorgungsspannungseinbrüche zusätzlich zur gepufferten Spannung auch die Bordnetzspannung direkt an der Batterie beobachtet. Bei einer im Stand der Technik üblichen Überwachung erfolgt dies häufig nur durch eine Überwachung allein der gepufferten Spannung. For buffering the voltage of the voltage supply source is also here, for example, a series connection of a diode and buffer capacitor in parallel with the outputs of the Power supply source switched. According to the invention then to react faster to possible ones Supply voltage drops in addition to the buffered voltage also the vehicle electrical system voltage directly at the battery observed. In the case of monitoring customary in the prior art this is often done only by monitoring the buffered voltage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Spannungsteilerschaltung mit einem Ausgangskondensator zur Erzeugung der Größe, die der ungepufferten Spannung entspricht, vorhanden. Der Ausgangskondenstor hinreichend kleiner Kapazität ist lediglich zur Kompensation parasitärer Effekte eingefügt. Eine andere Spannungsteilerschaltung ist mit einem Ausgangskondensator zur Erzeugung der Größe, die der gepufferten Spannung der Spannungsversorgungsquelle entspricht, versehen. Der Ausgangskondenstor hinreichend kleiner Kapazität ist auch hier lediglich zur Kompensation parasitärer Effekte eingefügt. According to an advantageous embodiment, a Voltage divider circuit with an output capacitor for Generation of the size of the unbuffered voltage corresponds, available. The exit condenser is sufficient small capacity is only for compensation parasitic effects added. Another Voltage divider circuit has an output capacitor for generation the size of the buffered voltage of the Corresponds to the voltage supply source. The The output capacitor is also of sufficiently small capacity here, too added to compensate for parasitic effects.

Bei einer an sich bekannten Ausführungsform von elektronischen Baugruppen mit sogenannten Mikrocontrollern sind bereits integrierte Analog-Digital-Wandler oder separate Analog-Digital-Wandler mit nachgeschaltetem Mikrocontroller vorhanden, so dass das Abtasten der Spannungen über einen Spannungsteiler und die anschließende Wandlung in einen digitalen Wert und ein Vergleich mit digitalen Referenzwerten auf einfache Weise durchführbar ist. In einer vereinfachten Form kann die Funktion des Vergleichens der beiden Größen mit einem jeweiligen Referenzwert auch durch zwei Komparatoren wahrgenommen werden, die jeweils ein digitales Hardwaresignal an einen Mikrocontroller oder eine andere Auswerteschaltung weitergeben. Für den Vergleich der gepufferten Batteriespannung mit einem Grenzwert können auch spezielle Spannungsregler mit einer sog. Early Warning Funktion eingesetzt werden, die einen Einbruch der gepufferten Batteriespannung mittels eines Hardwaresignals an den Mikrocontroller oder eine andere Auswerteschaltung weitergeben. In a known embodiment of electronic assemblies with so-called microcontrollers Analog-digital converter already integrated or separate Analog-digital converter with downstream Microcontrollers in place, so that the sensing of the voltages over a voltage divider and the subsequent conversion into a digital value and a comparison with digital Reference values can be carried out in a simple manner. In A simplified form can be the function of comparing of the two quantities with a respective reference value too be perceived by two comparators, each a digital hardware signal to a microcontroller or pass on another evaluation circuit. For the Comparison of the buffered battery voltage with one Special voltage regulators with a so-called early warning function are used, the one Drop in the buffered battery voltage using a Hardware signal to the microcontroller or another Pass on the evaluation circuit.

Um einen vorteilhaften Betrieb der elektronische Schaltung zur Überwachung einer Spannung durchzuführen, werden die beiden elektrischen Größen im Betrieb, beispielsweise mittels eines Softwareprogrammmoduls in einem Mikrocontroller oder einer anderen Auswerteschaltung, ständig überwacht und für den Fall, dass zum Beispiel die ungepufferte Spannung eine vorgegebenen Zeitspanne unterhalb der gepufferten Spannung der Spannungsversorgungsquelle liegt, erfolgt eine Signalisierung und/oder das Einleiten von Schutzmaßnahmen, bevor es zu Fehlfunktionen durch einen Spannungseinbruch kommt. To ensure advantageous operation of the electronic Circuit to monitor a voltage the two electrical variables in operation, for example by means of a software program module in one Microcontroller or another evaluation circuit, constantly monitored and in the event that, for example, the unbuffered voltage a specified time below buffered voltage of the power supply source is signaled and / or initiated of protective measures before causing malfunctions there is a voltage dip.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung können Spannungseinbrüche im Bordnetz eines Kraftfahrzeuges wesentlich früher erkannt werden, als dies bei einer alleinigen Beobachtung der gepufferten Spannung möglich ist. Dadurch bleibt der mit der Schaltung verbundenen Auswerteschaltung, z. B. ein Mikrocontroller oder eine vergleichbare Schaltung, mehr Zeit, um beispielsweise bei einer Unterspannung wichtige Daten zu sichern, bevor das System in den Resetzustand geht. In Kombination mit der bisher üblichen Überwachung der gepufferten Versorgungsspannung lassen sich mit Hilfe eines einfachen Softwareprogrammmoduls im Mikrocontroller oder einer vergleichbaren Hardware-Auswerteschaltung zum Beispiel Fehleingriffe durch sehr kurze Spannungseinbrüche im Bordnetz vermeiden. Außerdem ist nur ein geringer zusätzlicher Bauteilelaufwand zur Realisierung erforderlich. With the circuit according to the invention Voltage drops in the electrical system of a motor vehicle are essential be recognized earlier than with a single Observation of the buffered voltage is possible. Thereby remains the one connected to the circuit Evaluation circuit, e.g. B. a microcontroller or a comparable Circuit, more time, for example at a Back up important data before backing up the system the reset state goes. In combination with the previously usual monitoring of the buffered supply voltage can be done with a simple Software program module in the microcontroller or a comparable Hardware evaluation circuit, for example, due to incorrect interventions Avoid very short voltage dips in the vehicle electrical system. In addition, there is only a small additional component effort required for realization.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektronischen Spannungsüberwachungsschaltung wird anhand eines Schaltungsbildes in der einzigen Figur der Zeichnung erläutert. An embodiment of the invention electronic voltage monitoring circuit is based on a Circuit diagram in the single figure of the drawing explained.

Description of the embodiment

In der Figur ist ein Prinzipschaltbild einer elektronischen Spannungsüberwachungsschaltung für das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges gezeigt, bei der eine ungepufferte Versorgungsspannung U_Batt durch einen geeigneten Spannungsteiler aus Widerständen R3 und R4 auf einen für die folgende Auswerteschaltung geeignete Spannungsgröße AD2 geteilt wird. Ein Ausgangskondenstor C3 mit hinreichend kleiner Kapazität ist hier zur Kompensation parasitärer Effekte eingefügt. The figure shows a basic circuit diagram of an electronic voltage monitoring circuit for the on-board electrical system of a motor vehicle, in which an unbuffered supply voltage U _{Batt is divided} by a suitable voltage divider consisting of resistors R3 and R4 to a voltage variable AD2 suitable for the following evaluation circuit. An output capacitor C3 with a sufficiently small capacitance is inserted here to compensate for parasitic effects.

Über eine Koppeldiode D1 ist ein Pufferkondensator C1 angeschaltet, der zur Überbrückung kurzzeitiger Bordnetzeinbrüche eine ausreichende Speicherkapazität aufweist. Die somit gepufferte Spannung V_z wird ebenfalls durch einen geeigneten Spannungsteiler aus Widerständen R1 und R2 auf eine für die folgende Auswerteschaltung geeignete Spannungsgröße AD1 geteilt. Ein Ausgangskondenstor C2 mit hinreichend kleiner Kapazität ist auch hier zur Kompensation parasitärer Effekte eingefügt. A buffer capacitor C1 is connected via a coupling diode D1 and has a sufficient storage capacity for bridging short-term on-board power drops. The voltage V _z thus buffered is also divided by a suitable voltage divider comprising resistors R1 and R2 to a voltage variable AD1 suitable for the following evaluation circuit. An output capacitor C2 with a sufficiently small capacitance is also inserted here to compensate for parasitic effects.

Die Spannungsteiler sind hierbei hinreichend hochohmig auszulegen, um eine reibungslose Funktionsweise jeweils eines hier nicht dargestellten Analog-Digital-Wandlers oder einer Komparatorschaltung, die jeweils Bestandteil eines hier ebenfalls nicht dargestellten Mikrocontrollers oder einer anderen Auswerteschaltung sein kann, in allen spezifizierten Betriebszuständen zu gewährleisten. Eine Alternative beinhaltet eine optionale Einfügung einer zusätzlichen Diode D2 zur Entkopplung des Spannungsteilers R3 und R4 von der ungepufferten Versorgungsspannung. The voltage dividers are sufficiently high-impedance to interpret to ensure smooth operation in each case of an analog-digital converter, not shown here or a comparator circuit, each part of a microcontroller, also not shown here or another evaluation circuit, in all to ensure specified operating states. A Alternative includes an optional insertion of a additional diode D2 for decoupling the voltage divider R3 and R4 from the unbuffered supply voltage.

In einem Softwareprogrammmodul des Mikrocontrollers bzw. in der Logikschaltung einer Auswerteschaltung werden die beiden momentanen Abbildungen bzw. Werte der gepufferten Spannung V_z und der ungepufferte Versorgungsspannung U_Batt anhand der Werte von AD1 und AD2 ständig miteinander verglichen. Kurze Spannungseinbrüche am Bordnetz und somit an der ungepufferte Versorgungsspannung U_Batt, die vom Kondensator C1 gepuffert werden, sollen hier jedoch zu keiner Unterspannungserkennung führen. Sobald die ungepufferte Versorgungsspannung U_Batt jedoch für eine längere Zeitspanne t_max unterhalb des Wertes von V_z oder unterhalb des Grenzwertes für die Versorgungsspannung U_Batt liegt und damit der Pufferkondensator C1 teilweise entladen wurde, ist mit einem möglichen Spannungseinbruch von V_z < V_z,min zu rechnen. In a software program module of the microcontroller or in the logic circuit of an evaluation circuit, the two current images or values of the buffered voltage V _z and the unbuffered supply voltage U _{Batt are} constantly compared with one another using the values of AD1 and AD2. Short voltage dips in the vehicle electrical system and thus in the unbuffered supply voltage U _Batt , which are buffered by capacitor C1, should not lead to undervoltage detection here. However, as soon as the unbuffered supply voltage U _Batt is below the value of V _z or below the limit value for the supply voltage U _Batt for a longer period of time t _max and the buffer capacitor C1 has thus been partially discharged, a possible voltage drop of V _z <V _{z min} to calculate.

Je länger die durch die Größe des Kondensators C1 vorgegebene Pufferzeit ist, desto früher lässt sich hier ein mögliches Absinken der gepufferten Spannung V_z sicher erkennen. Diese Spannungsüberwachungsschaltung signalisiert damit schneller als bisherige Konzepte das mögliche Auftreten von Unterspannungen und es können schneller Schutzmaßnahmen eingeleitet werden. The longer the buffer time specified by the size of the capacitor C1, the earlier a possible drop in the buffered voltage V _z can be reliably recognized here. This voltage monitoring circuit thus signals the possible occurrence of undervoltage faster than previous concepts and protective measures can be initiated more quickly.

Claims

1. Electronic voltage monitoring circuit, with
a circuit arrangement for providing at least one electrical variable (AD1, AD2) which corresponds to the voltage (U _Batt , V _z ) of a voltage supply source, for comparison with at least one reference variable, characterized in that
the circuit arrangement is constructed in such a way that two electrical quantities (AD1, AD2) can be removed, one quantity (AD2) corresponding to an unbuffered voltage (U _Batt ) and another quantity (AD1) corresponding to a buffered voltage (V _z ) of the voltage supply source.

2. Electronic circuit according to claim 1, characterized in that for buffering the voltage (U _Batt ) of the voltage supply source, a series circuit comprising a diode (D1) and a buffer capacitor (C1) is connected in parallel to the outputs of the voltage supply source.

3. Electronic circuit according to claim 1 or 2, characterized in that a voltage divider circuit (R3, R4) for generating the size (AD2), which corresponds to the unbuffered voltage (U- _Batt ), and another voltage divider circuit (R1, R2) Generation of the size (AD2), which corresponds to the buffered voltage (V _z ) of the voltage supply source, is present.

4. Electronic circuit according to claim 3, characterized characterized that the voltage divider circuits (R3, R4) and (R1, R2) one output capacitor each (C3) and (C2) sufficiently small capacity for compensation more parasitic effects is added.

5. Electronic circuit according to claim 3 or 4, characterized in that an additional diode (D2) is connected as reverse polarity protection between the unbuffered voltage (U _Batt ) and the voltage divider circuit (R3, R4).

6. Electronic circuit according to one of the preceding Claims, characterized in that the analog variables (AD1, AD2) using an analog Digital converter as a digital variable with the respective reference values can be evaluated.

7. Electronic circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the analog variables (AD1, AD2) using two Comparators as a digital variable with the respective Reference values can be evaluated.

8. Electronic circuit claim 6, characterized in that
the analog-digital converters are part of a microcontroller with which the voltage monitoring of the voltage supply source can be carried out or
the analog-digital converters are constructed as a separate component, the data of which are used by a downstream microcontroller to monitor the voltage of the voltage supply source.

9. A method of operating an electronic circuit for monitoring a voltage according to one of the preceding claims, characterized in that the two electrical variables / AD1, AD2) are continuously monitored during operation and that in the event that the variable (AD2), the corresponds to the unbuffered voltage (U _Batt ), a predetermined time period (t _max ) below the size (AD2), which corresponds to the buffered voltage (U _Batt ) of the voltage supply source, or below a limit value (U _{Batt, min} ) for the unbuffered supply voltage ( U _Batt ), signaling and / or switching off of the voltage supply source takes place.

10. The method according to claim 9, characterized in that the comparison of the variables (AD1, AD2), the measurement of the predetermined time period (t _max ) and the signaling, the initiation of protective measures, the storage of an error code and / or shutdown by means of a software program module is carried out in a microcontroller.

11. The method according to claim 9, characterized in that 9 the comparison of the variables (AD1, AD2), the measurement of the predetermined time period (t _max ) and the signaling, the initiation of protective measures, the storage of an error code and / or shutdown by means of a Hardware evaluation circuit is performed.

12. Application of the electronic circuit or the Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the power supply source is a rechargeable Battery is in the electrical system of a motor vehicle.