Immer startbereit – Batterieüberwachung im Kfz
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Genauigkeit steuerbar
Die hohe Genauigkeit und Flexibilität des Bausteins wird im Wesentlichen von den Sigma-Delta-A/DWandlern bestimmt. Sie bieten eine auf die Systemfrequenzen einstellbare Datenrate, wodurch sich entweder schnell ein ungenaueres Messergebnis ermitteln oder bei einer langsamen Messung durch das geringere Rauschen die Messgenauigkeit erhöhen lässt. Fehler in der Verstärkung oder durch einen Offset können gemessen und automatisch kompensiert werden. Zusätzlich lässt sich durch das zyklische Umkehren der Polarität am ADC-Eingang (Chopping) der Fehler durch einen Offset weiter verringern, was vor allem beim Messen von kleinen Eingangsgrößen einen entscheidenden Genauigkeitsvorteil bietet. S?- ADCs verfügen über integrierte, digitale Filter. Diese können so optimiert werden, dass die größten Dämpfungen der Eingangssignale im Bereich von System- Störfrequenzen liegen. Externe Anti-Aliasing-Filter sind damit überflüssig.
Der ARM7-Mikrocontroller (MCU) hat die nötige Leistungsfähigkeit, um die gemessenen Batteriekenngrößen mit Hilfe eines Batteriealgorithmus zu verarbeiten und dann an die übergeordnete ECU (Electronic Control Unit) mittels LINoder BSD-Schnittstelle weiterzuleiten. Sowohl die MCU als auch die ADCs lassen sich im Normalbetrieb oder in einem flexiblen Stromsparmodus betreiben. Im Normalbetrieb läuft der Controller indirekt über den integrierten Präzisionsoszillator und die PLL mit einer maximalen Taktrate von 20,48 MHz. Dieser dient zur kontinuierlicher Erfassung und Verarbeitung der Messgrößen Strom, Spannung und Temperatur.
Im Stromsparmodus wird die MCU abgeschaltet und der Datenwandler für die Strommessung (I-ADC) direkt mit dem etwas ungenaueren Low-Power-Oszillator mit 131 kHz getaktet. Dabei misst der I-ADC kontinuierlich den Stromfluss, sodass zum Beispiel auch bei ausgeschaltetem Motor das Laden der Fahrzeugbatterie über ein externes Ladegerät oder der Anschluss eines Verbrauchers (z.B. einer Taschenlampe an der 12-VSteckdose) erkannt wird. Zusätzlich kommen ein Integrator und ein Zähler zur Strombilanzierung bei abgestelltem Fahrzeug zum Einsatz. Die MCU wird wieder aufgeweckt, wenn der ADC ein kritisches Messergebnis vorliegen hat, beispielsweise der digitale Komparator einen Überstrom meldet, der Wake-up-Timer abgelaufen ist, ein Reset oder ein externes Wake-up-Signal ausgelöst oder der Baustein über die serielle Schnittstelle angesprochen wird. So lässt sich bei längerem Parken eines Fahrzeugs der Stromverbrauch reduzieren, indem der Wake-up-Timer nur in Abstand von einer Sekunde bis zu einer Stunde einen Messwert von der MCU anfordert und danach automatisch wieder in den Stromsparmodus geht.
Zum Selbsttest des IBS hat der Hersteller verschiedene Diagnosefunktionen in den Baustein integriert. So kann er unter anderem einen Kurzschluss auf dem LIN-Bus erkennen oder auch, ob ein Leitungsbruch am Eingang eines ADCs vorliegt.
Der »ADuC7030« und »ADuC7033« sind von -40 °C bis +115 °C spezifiziert, der »ADuC7032« von -40 °C bis +105 °C. Alle Bausteine lassen sich bei etwas geringerer Genauigkeit auch bis +125 °C betreiben. Es soll an dieser Stelle auch nicht verschwiegen werden, dass ein Halbleiterhersteller nur im Fertigungsprozess prüfbare Größen testen und garantieren kann. Das bedeutet, dass bei der Systemintegration durch den Zulieferer die Eigenschaften des ADuC703x durch eine Fehlertoleranzanalyse auf das Endprodukt zu übertragen sind. Ralf Higgelke
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Eigenschaften des ADuC703x
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Autor:
Uwe Bröckelmann ist FAE Manager Central Europe bei Analog Devices
Analog Devices
Telefon 089/76 90 30
www.analog.com
| Baustein | Schnittstelle | ADC | Flash | SRAM | Timer | Gehäuse | Sonstiges |
ADuC7030 BCP48 | LIN 2.0/BSD | 2 | 32 KByte | 4 KByte | 5 | 48LFCSP 7mm x 7mm | STI |
ADuC7032 LFQP48 | LIN 1.2,1.3,2.0 | 3 | 96 KByte | 6 KByte | 4 | 48LQFP 7mm x 7mm | FIFO |
ADuC7033 BCP48 | LIN 2.0/BSD | 2 | 96 KByte | 6 Kbyte | 5 | 48LFCSP 7mm x 7mm | STI |
| Tabelle 1. Die ADuC703x Familie | |||||||
Um den Stromverbrauch und auch die Störausstrahlung zu begrenzen, wird die maximale Taktfrequenz des AMR7-Kerns auf 20,48 MHz reduziert. Das Versorgungskonzept des Bausteins wird an die unterschiedlichen Betriebsmodi angepasst. Beispielsweise wecken beim geparkten Fahrzeug die internen Timer den Baustein nur zyklisch auf, und dieser geht nach dem Messen von unkritischen Werten wieder automatisch in den Powerdown- Modus. Der geringe Stromverbrauch wirkt sich auch positiv auf den Temperaturhaushalt des Bausteins aus.
Da sich die Anforderungen des Marktes trotz der gemeinsamen Spezifikation in einigen Details unterscheiden, hat Analog Devices eine Familie von zunächst drei Varianten entwickelt. Unterschiedliche Batteriealgorithmen machen verschiedene Speichergrößen nötig und auch die Anzahl der ADCs variiert, je nachdem ob die Daten eines externen Temperatursensors simultan mit Strom und Spannung oder asynchron über einen Multiplexer erfasst werden sollen. Auch unterstützt die Bausteinfamilie sowohl die reine LINKommunikation als auch die Übertragung mit BSD (Bit- Serielle-Datenschnittstelle). Es werden zwei unterschiedliche Gehäusevarianten angeboten. In Tabelle 1 ist eine Übersicht der kompletten Bausteinfamilie ADuC703x und deren Unterscheidungsmerkmale aufgelistet. Mit Hilfe des ADuC703x ist die Messgenauigkeit des IBS im Vergleich zu den Vorgängerversionen deutlich höher, und die Baugröße ist auch kleiner (siehe Kasten »Eigenschaften des ADuC703x«). Damit bietet der ADuC703x (Bild 2) eine komplette Systemlösung für 12-V-Autobatterien und lässt sich mit einem externen Spannungsteiler auch für LKW-Batterien beziehungsweise in Hybridfahrzeugen einsetzen. Es sind nur wenige externe passive Komponenten zum Betrieb nötig.
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