PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10129550A1 16.01.2003
Titel Elektronische Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Schutz einer Elektronik gegen Verpolung und Bordnetzwelligkeiten
Anmelder Hella KG Hueck & Co., 59557 Lippstadt, DE
Erfinder Sebastian, Helmut, 33104 Paderborn, DE
DE-Anmeldedatum 19.06.2001
DE-Aktenzeichen 10129550
Offenlegungstag 16.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.01.2003
IPC-Hauptklasse H02H 3/18
IPC-Nebenklasse H02H 3/50   
Zusammenfassung Beschrieben wird eine elektronische Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Schutz einer Elektronik gegen Verpolung und Bordnetzwelligkeiten,
wobei die Elektronik mit der Source-Drain-Strecke eines MOS-Transistors in Reihe an der Bordnetzspannung anliegt, und wobei bei korrekt gepolt anliegender Bordnetzspannung der MOS-Transistor über ein Signal an dessen Gate-Anschluß durchgeschaltet ist, und wobei mit dem Source-Anschluß und dem Drain-Anschluß des MOS-Transistors jeweils ein Eingang eines Komparators verbunden ist und der Komparatorausgang auf den Gate-Anschluß des MOS-Transistors geführt ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Schutz einer Elektronik gegen Verpolung und Bordnetzwelligkeiten, wobei die Elektronik mit der Source-Drain-Strecke eines MOS-Transistor in Reihe an der Bordnetzspannung anliegt, und wobei bei korrekt gepolt anliegender Bordnetzspannung der MOS-Transistor über ein Signal an dessen Gate-Anschluß durchgeschaltet ist.

Als Schutzmaßnahme gegen Verpolung einer Elektronik kann im einfachsten Fall eine zwischen Spannungsquelle und Elektronik geschaltete Verpolschutzdiode vorgesehen werden. Nachteilig ist, daß sich ein relativ hoher Spannungsabfall an der Diode ergibt, der zudem bei größeren Strömen zu einer hohen Verlustleistung führt.

Bei größeren Strömen ist es daher vorteilhafter, der Elektronik statt der Verpolschutzdiode einen MOS-Transistor vorzuschalten, der bei korrekter Polung durchschaltet und die Elektronik mit der Bordnetzspannung verbindet. Hierzu ist der Gate-Anschluß des MOS-Transistors einfach mit einem Schaltungspunkt der Elektronik verbunden, der bei polrichtigem Anschluß ein den MOS-Transistor durchsteuerndes Potential aufweist. Eine solche Schaltung eignet sich aufgrund ihrer Niederohmigkeit für sehr hohe Ströme bei kleiner Verlustleistung des MOS- Transistors. Nachteilig hierbei ist allerdings, im Gegensatz zu einer Schaltungsanordnung mit einer Verpolschutzdiode, daß kleinere Spannungsschwankungen, im folgenden als Bordnetzwelligkeiten bezeichnet, ungehindert auf die Elektronik einwirken können.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine kostengünstige Schaltungsanordnung zu schaffen, die die Vorteile der vorgenannten Schaltungsanordnungen miteinander verbindet und deren Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Source-Anschluß und dem Drain-Anschluß des MOS-Transistors jeweils ein Eingang eines Komparators verbunden ist, und daß der Komparatorausgang auf den Gate- Anschluß des MOS-Transistors geführt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine erste Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine zweite Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik.

Um eine elektronische Schaltung gegen Verpolung und Bordnetzwelligkeit zu schützen wird als einfachste Möglichkeit, die in der Fig. 2 dargestellt ist, eine Verpolschutzdiode (D2) in die Spannungsversorgungsleitungen der Elektronik eingefügt. Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß sich an der Verpolschutzdiode (D2) je nach Typ ein Spannungsabfall zwischen 0,4 V und 1 V einstellt und der volle Laststrom über die Verpolschutzdiode (D2) fließt. Bei größeren Strömen entstehen große Verlustleistungen.

Die in der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ist bei größeren Lastströmen vorteilhaft. Verwendung findet ein N-Kanal-MOS-Transistor (T1) in inverser Schaltung. Bei richtiger Polung wird die Elektronik mit der Bordnetzspannung versorgt, wobei diese im ersten Moment um die Durchflußspannung der parasitären Diode (D1) des MOS-Transistors (T1) vermindert wird. Wenn die Elektronik in Funktion ist, wird dann das Gate (G) des MOS-Transistors (1) über einen Schaltungspunkt der Elektronik mit einem geeigneten Potential aktiviert; der MOS- Transistor (T1) wird leitend und überbrückt niederohmig mit seiner Kanalstrecke die interne Diode (D1). Bei üblicher Dimensionierung beträgt der Spannungsabfall am MOS-Transistor (T1) weniger als 0,1 V. Die Schaltung eignet sich aufgrund ihrer Niederohmigkeit für sehr hohe Ströme bei kleiner Verlustleistung im MOS-Transistor (T1). Als Nachteil gegenüber der Schaltungsanordnung der Fig. 2 ist zu nennen, daß Bordnetzwelligkeiten ungehindert auf die Elektronik einwirken können.

Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erweitert die in der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung mittels einer den MOS-Transistor steuernden Komparatorschaltung. Durch diese einfache und kostengünstige Erweiterung schützt diese Schaltungsanordnung die Elektronik zusätzlich vor Bordnetzwelligkeiten sowie auch vor allgemeinen Entladevorgängen z. B. von Pufferkondensatoren der Elektronik, die Rückströme in das Bordnetz einspeisen.

Die anhand der Fig. 3 bereits beschriebene Schaltungsanordnung ist in der Fig. 1 durch einen Komparator (IC1) ergänzt worden, wobei mit dem Source-Anschluß (S) und dem Drain-Anschluß (D) des MOS-Transistors (T1) jeweils ein Eingang eines Komparators (IC1) verbunden ist, und wobei der Komparatorausgang auf den Gate- Anschluß (G) des MOS-Transistor (IC1) geführt ist. Ein mit dem Komparatorausgang verbundener Widerstand (R) dient als Pull-up-Widerstand zur Anpassung des am Gate-Anschluß (G) anliegenden Potentials.

Rein beispielhaft ist die zu schützende Elektronik hier um einen zusätzlichen Kondensator (C1) ergänzt worden. Dieses Bauteil steht stellvertretend für Bauelemente (z. B. Pufferkondensatoren, Batterie-/Akkupacks), welche Rückströme in das Fahrzeugbordnetz einspeisen können.

Der Komparator (IC1) prüft den Stromfluß im MOS-Transistor (T1). Im "Normalfall" weist der Source-Anschluß (S) des MOS-Transistors (T1) ein höheres Potential als der Drain-Anschluß (D) auf; dadurch ist das Ausgangssignal des Komparators (IC1) positiv und das Gate (G) des MOS-Transistors (T1) wird angesteuert und damit der MOS-Transistor (T1) durchgeschaltet.

Sinkt die Bordnetzspannung (Ub1), beispielsweise durch eine Bordnetzwelligkeit, ab, würde sich im Normalfall der Kondensator (C1) über den Kanalwiderstand des MOS- Transistors (T1) zurück ins Bordnetz entladen. Die Meßschaltung (hier durch IC1 stilisiert) registriert den sich umkehrenden Stromfluß durch den Entladestrom des Kondensators (C1) im MOS-Transistor (T1) und schaltet diesen ab. Am MOS- Transistor (T1) stellt sich eine negative Spannung ein; die parasitäre Diode (D1) liegt in Sperrichtung. Steigt die Bordnetzspannung (Ub1) wieder an, oder entlädt sich der Pufferkondensator (C1), so daß die Bordnetzspannung (Ub1) mindestens so groß wie die Spannung am Kondensator (UC1) ist, so schaltet der Komparator (IC1) den MOS-Transistor (T1) wieder ein.

Zu ergänzen bleibt, daß die in der Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung die Erfindung sehr schematisch darstellt. Eine Realisierung dieser Schaltung wird zur geeigneten Dimensionierung der Potentiale möglicherweise weitere, insbesondere passive Bauelemente enthalten, wobei aber das erfinderische Grundprinzip, nämlich die Rückführung eines zur Spannungsdifferenz zwischen dem Source- (S) und dem Drain-Anschluß (D) proportionalen Signals auf das Gate (G) des MOS-Transistors, erhalten bleibt. Bezugszeichen C1 (Puffer-)Kondensator

D Drain-Anschluß (des MOS-Transistors)

D1 parasitäre Diode (des MOS-Transistors)

D2 Verpolschutzdiode

G Gate-Anschluß (des MOS-Transistors)

IC1 Komparator

R Widerstand

S Source-Anschluß (des MOS-Transistors)

T1 MOS-Transistor

Ub1 Bordnetzspannung

UC1 Spannung am Kondensator


Anspruch[de]
  1. Elektronische Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Schutz einer Elektronik gegen Verpolung und Bordnetzwelligkeiten

    wobei die Elektronik mit der Source-Drain-Strecke eines MOS-Transistor in Reihe an der Bordnetzspannung anliegt,

    und wobei bei korrekt gepolt anliegender Bordnetzspannung der MOS-Transistor über ein Signal an dessen Gate-Anschluß durchgeschaltet ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß mit dem Source-Anschluß (S) und dem Drain-Anschluß (D) des MOS- Transistors (T1) jeweils ein Eingang eines Komparators (IC1) verbunden ist, und daß der Komparatorausgang auf den Gate-Anschluß (G) des MOS-Transistors (IC1) geführt ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com