PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19959402B4 06.07.2006
Titel Treiberschaltung
Anmelder Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 München, DE
Erfinder Bögl, Thomas, 86179 Augsburg, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 09.12.1999
DE-Aktenzeichen 19959402
Offenlegungstag 13.06.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.07.2006
IPC-Hauptklasse H03K 17/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H03K 17/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H02H 7/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H03K 19/003(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung zum Betreiben einer niederohmigen Last.

Treiberschaltungen über welche im Normalbetrieb niederohmige Lasten betrieben werden, sind bekannt. Sie sind im Falle eines Kurzschlusses gefährdet, da die in diesem Fall hohen Ströme leicht zu einer Zerstörung der meist als Transistoren ausgebildeten Schalter führen können. Ein Schutz der Treiberschaltung durch Serienwiderstände zur Begrenzung des Maximalstromes besitzt den Nachteil, daß der für den Normalfall nötige Widerstandswert solcher Serienwiderstände sehr hohe Verlustleistungen aufweist, die nach kurzer Zeit zu einer thermischen Überlastung führen können.

Aus der EP 0 083 504 A1 ist eine Treiberschaltung mit zwei elektronischen Schaltern bekannt, über die zwei unterschiedliche Logikzustandspegel einer Last zugeführt werden. Es ist ein Schwellwertkomparator vorhanden, welcher bei dem spannungsseitigen der beiden Schalter einen Ist-Logikzustandspegel mit einem Referenzpegel vergleicht, wobei im Falle eines sich aus dem Vergleich ergebenden Fehlers der spannungsseitige Transistor zum Schutz geöffnet wird. Ein Schutz des masseseitigen Transistors ist dort nicht vorgesehen.

Aus der DE 39 37 447 A1 ist eine Schutzeinrichtung mit zwei elektronischen Schaltern bekannt, über die zwei unterschiedliche Spannungspegel einer Last zugeführt werden. Es ist ein Vergleicher vorhanden, welcher einen Ist-Spannungspegel mit einem Soll-Spannungspegel auf Übereinstimmung überprüft, und bei einer festgestellten Abweichung ein Fehlersignal ausgibt. Dort ist auch eine Abschaltung der Leistungsschalter im Überstromzustand vorgesehen. Diese erfolgt jedoch nicht aufgrund des Fehlersignals, sondern gemäß Spalte 1, Zeilen 26–31, innerhalb von Ansteuerungen, welche über Überwachungsfunktionen verfügen, die auf einer UCE- bzw. UDS-Messung beruhen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Treiberschaltung aufzuzeigen, die mit geringster Verlustleistung gegen Kurzschlüsse geschützt ist, aber dennoch hohe Ausgangsströme liefern kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Treiberschaltung wird gewährleistet, daß sofort nach Feststellung eines Kurzschlusses der entsprechende Schalterzweig wieder abgeschaltet wird. Damit werden große Kurzschlußströme mit Sicherheit vermieden und die Schaltung kann trotzdem in sehr gedrungener Weise aufgebaut werden, da die im Kurzschlußfall auftretende Verlustleistung extrem gering gehalten wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Treiberschaltung, die nach dem HCMOS-Standard arbeitet und zwischen den beiden Logikzustandspegeln 5 V und 0 V umschaltbar ist. Die beiden Pegel von 5 V und 0 V werden über eine Steuerschaltung S und zwei voneinander unabhängige Schalter T1 und T2 dem Steueranschluß P der niederohmigen Last Z zugeführt. Wenn über die Steuerschaltung S der im allgemeinen als Transistor ausgebildete elektronische Schalter T1 geschlossen ist, wird aus einer Spannungsquelle der Pegel von 5 V dem Anschluß P zugeführt, wenn der Schalter T1 offen ist und dafür der Transistorschalter T2 geschlossen ist, wird der 0-V-Pegel dem Anschluß P zugeführt. Sind beide Schalter T1 und T2 abgeschaltet, dann ist der Anschluß P hochohmig. Über den Schwellwertkomparater K kann der Logikzustand am Anschluß P rückgelesen werden.

Wenn der Anschluß P niederohmig betrieben ist, einer der Schalter T1 bzw. T2 also geschlossen ist, wird nach einer gewissen Wartezeit, die zum Einschwingen benötigt wird, der Ist-Zustand des Anschlusses mit dem gewünschten Soll-Ausgangszustand verglichen. Stimmen diese beiden Logikzustände nicht überein, dann wird der entsprechende Schalter T1 bzw. T2 über die Steuerschaltung S wieder abgeschaltet. Anschließend wird der jeweilige Schalter T1 bzw. T2 über die Steuerschaltung S in regelmäßigen kurzen Zeitabständen wieder aktiviert und der festgestellte Rücklesezustand im Komparator K erneut ausgewertet. Wenn die Unregelmäßigkeit noch immer vorliegt, wird wieder für eine bestimmte Wartezeit ausgeschaltet usw. Liegt keine Unregelmäßigkeit mehr vor, dann kann der entsprechende Schalter T1 bzw. T2 geschlossen bleiben und die Treiberschaltung normal arbeiten, d.h. der niederohmigen Last Z den gewünschten Logikzustandspegel 5 V bzw. 0 V zuführen.

Eine Unregelmäßigkeit liegt immer dann vor, wenn der jeweils gegensätzliche Zustand über den Komparator K zurückgelesen wird. Wird also ein 5-V-Logikzustandspegel über den Schalter T1 ausgegeben und gleichzeitig über den Komparator K ein niedrigerer Logikzustandpegel am Anschluß P zurückgelesen, dann wird der Schalter T1 wieder abgeschaltet. Ebenso wird abgeschaltet, wenn bei der Ausgabe eines niedrigen Pegels ein entsprechend hoher Pegel rückgelesen wird. Wird während der Ausgabe eines 5-V-Logikzustandpegels der Anschluß P extern noch weiter in's Positive gezogen, beispielsweise auf 28 V, dann wird durch die zusätzliche in Serie geschaltete Diode D1 zwischen dem Schalter T1 und dem Anschluß P der Treiber geschützt. Wird umgekehrt während der Ausgabe eines 0-V-Logikzustandpegels der Anschluß P in's Negative gezogen, dann wird der Schalter T2 durch die Seriendiode D2 geschützt, während der abgeschaltete Schalter T1 automatisch geschützt ist.

Die erwähnte Wartezeit, während welcher der Schalter T1 bzw. T2 zum Einschwingen geschlossen bleibt, und auch die regelmäßige Wiederholzeit zur wiederholten Aktivierung der Schalter erfolgt durch einen entsprechenden Zeitgeber in der Steuerschaltung S. Da durch das Verhältnis zwischen Wartezeit zum Einschwingen und Wartezeit im Fehlerfall zwischen zwei neuen Einschaltversuchen bestimmt werden kann, welche mittlere thermische Verlustleistung in den Widerständen der Schaltung auftritt, ist diese Schaltung sehr gut geeignet, in integrierte Schaltkreise implementiert zu werden. Durch geeignete Wahl der Wartezeiten kann die tatsächliche Verlustleistung auf einen absolut unkritischen Wert herabgesetzt werden. Ein Wert von etwa einem Promille der statisch zulässigen Verlustleistung ist problemlos erreichbar.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Treiber schematisch mit elektronischen Schaltern T1 und T2 dargestellt, diese sind in der Praxis meist als empfindliche Transistorschalter ausgeführt.

Die Erfindung ist für alle üblichen Treiberschaltungen geeignet, beispielsweise auch für solche, die nach der bekannten RS232-Norm mit plus oder minus 12 V Logikpegel arbeiten. Auch solche mit drei oder mehr unterschiedlichen Logikzustandspegeln arbeitende Treiberschaltungen können gemäß der Erfindung auf einfache Weise gegen Überlastung geschützt werden, im letzteren Falle ist es nur erforderlich, im Schwellwertkomparator entsprechend mehrere Schwellwertpegel einzustellen, bei deren Überschreitung beim Sollwert-Istwert-Vergleich automatisch die Abschaltung erfolgt.


Anspruch[de]
  1. Treiberschaltung zum Betreiben einer niederohmigen Last (Z) mit

    zwei elektronischen Schaltern (T1, T2), die über eine Steuerschaltung (S) so gesteuert sind, dass wahlweise entweder über den einen geschlossenen Schalter (T1) ein erster Logikzustandspegel (0V) oder über den anderen geschlossenen Schalter (T2) ein vom ersten Logikzustandspegel unterschiedlicher zweiter Logikzustandspegel (5V) der Last (Z) zugeführt wird,

    und einem Schwellwertkomparator (K), der mit der Last (Z) verbunden ist und in welchem der Ist-Logikzustandspegel an der Last (Z) mit dem Soll-Logikzustandspegel verglichen wird und durch den über die Steuerschaltung (S) von den beiden Schaltern (T1, T2) der jeweils geschlossene Schalter (T1 oder T2) automatisch geöffnet wird, wenn die miteinander verglichenen Logikzustandspegel innerhalb einer vorgegebenen Schwelle nicht übereinstimmen.
  2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über einen in der Steuerschaltung (S) vorgesehenen Zeitgeber der zugehörige Schalter (T1, T2) erst nach einer vorbestimmten Einschwing-Wartezeit abgeschaltet wird.
  3. Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über einen in der Steuerschaltung (S) vorgesehenen Zeitgeber nach einer Abschaltung der Schalter (T1, T2) periodisch wieder aktiviert wird, bis die verglichenen Logikzustandspegel übereinstimmen.
  4. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem integrierten Schaltkreis implementiert ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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