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Dokumentenidentifikation DE102006034780A1 18.10.2007
Titel Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs
Anmelder Mitsubishi Electric Corp., Tokyo, JP
Erfinder Suetake, Naruki, Tokyo, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 27.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006034780
Offenlegungstag 18.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse H02H 9/04(2006.01)A, F, I, 20060727, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60R 16/03(2006.01)A, L, I, 20060727, B, H, DE   H02H 11/00(2006.01)A, L, I, 20060727, B, H, DE   G05F 1/56(2006.01)A, L, I, 20060727, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs zum Schützen einer Energieversorgung einer zu schützenden Schaltung, die in der elektronischen Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs installiert ist, wird zur Verfügung gestellt, welche Schutzschaltung eine Batterie-Energieversorgung für die elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs enthält, eine Diode, deren Anodenanschluss damit verbunden ist, einen Transistor, dessen Kollektoranschluss mit einem Kathodenanschluss der Diode verbunden ist und dessen Emitteranschluss mit einem Energieversorgungsspannungs-Zufuhranschluss der zu schützenden Schaltung verbunden ist, und eine Zenerdiode, die zwischen der Batterie-Energieversorgung und einem Erdungsanschluss derart vorgesehen ist, dass sie in Reihe zu einem Widerstand geschaltet ist, die einen Anodenanschluss hat, der mit dem Erdungsanschluss verbunden ist, und einen Kathodenanschluss, der mit dem Widerstand und einem Basisanschluss des Transistors verbunden ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs und insbesondere eine Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs, die auf geeignete Weise auf einen thermischen Durchflussmesser zum Erfassen einer Durchflussrate eines Fluids unter Verwendung eines thermischen Widerstands anwendbar ist, wobei eine zu schützende Schaltung einen CMOS-Prozess-IC verwendet.

Eine Batterie eines Kraftfahrzeugs hat normalerweise eine Spannung von etwa 12 V bis 16 V. Jedoch kann eine so genannte anormale Spannung, wie beispielsweise eine hohe Spannung oder eine negative Spannung, durch einen Generatorreglerfehler, einen Überbrückungsstart unter Verwendung von zwei verbundenen Batterien, eine Erzeugung von Rauschsignalen, ein Anlegen einer Sperrspannung, was durch Handhaben zur Zeit eines Kundendienstes verursacht wird, oder ähnliches erzeugt werden.

Im Allgemeinen wird eine Energieversorgungsspannung eines thermischen Durchflussmessers, die für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs verwendet wird, von einer Batterie zugeführt, so dass der Durchflussmesser in einer Umgebung ist, in welcher die anormale Spannung daran angelegt ist. Daher ist es nötig, ein Zerstören oder eine Fehlfunktion des Durchflussmessers zu verhindern.

Andererseits wird normalerweise ein IC für eine elektronische Vorrichtung des Durchflussmessers verwendet. Insbesondere kann für ein Hinzufügen einer Speicherfunktion und eine Reduzierung bezüglich einer IC-Chipgröße ein CMOS-Prozess-IC verwendet werden. Zu dieser Zeit hat der CMOS-Prozess-IC eine Spannungsfestigkeit, die niedriger als diejenige eines bipolaren Prozess-IC ist, so dass allgemein eine Schutzschaltung zum Begrenzen einer Energieversorgungsspannung des IC erforderlich ist.

Bis jetzt enthält die oben angegebene Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs eine Energieversorgungs-Schutzschaltung zum Zuführen einer Energieversorgungsspannung einer Schaltungs-Energieversorgung einer zu schützenden Schaltung von einer Batterie-Energieversorgung über eine in Durchlassrichtung angeschlossene Diode (siehe beispielsweise JP 2002-159136 A).

In einer solchen Energieversorgungs-Schutzschaltung wird dann, wenn eine Energieversorgungsspannung der Batterie-Energieversorgung durch Vbat ausgedrückt wird, die Energieversorgungsspannung der Schaltungs-Energieversorgung durch Vdd ausgedrückt wird und eine Abfallspannung in Durchlassrichtung der Diode durch Vf2 ausgedrückt wird, die Energieversorgungsspannung Vdd der Schaltungs-Energieversorgung wie folgt.

  • A1) Wenn Vbat ≤ Vf2, Vdd = 0.
  • A2) Wenn Vbat > Vf2, Vdd = Vbat – Vf2.

Das bedeutet, dass eine negative Spannung durch eine Beziehung zwischen der Energieversorgungsspannung Vbat der Batterie-Energieversorgung und der Energieversorgungsspannung Vdd der Schaltungs-Energieversorgung begrenzt werden kann.

Zusätzlich enthält bis jetzt eine weitere Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs eine Energieversorgungs-Schutzschaltung zum Zuführen einer Energieversorgungsspannung einer Schaltungs-Energieversorgung einer zu schützenden Schaltung von einer Batterie-Energieversorgung über einen Widerstand, wobei eine Zenerdiode zum Begrenzen einer Versorgungsspannung zu der zu schützenden Schaltung parallelgeschaltet ist (siehe beispielsweise JP 2003ö-121230 A).

In einer solchen Energieversorgungs-Schutzschaltung wird dann, wenn eine Energieversorgungsspannung der Batterie-Energieversorgung durch Vbat ausgedrückt wird, die Energieversorgungsspannung der Schaltungs-Energieversorgung durch Vdd ausgedrückt wird, ein Widerstandswert des Widerstands durch R2 ausgedrückt wird, ein Verbrauchsstrom des Widerstands durch I2 ausgedrückt wird, eine Zenerspannung der Zenerdiode durch Vz2 ausgedrückt wird und eine Abfallspannung der Zenerdiode in Durchlassrichtung durch Vzf2 ausgedrückt wird, die Energieversorgungsspannung Vdd der Schaltungs-Energieversorgung wie folgt.

  • B1) Wenn Vbat ≤ –Vzf2, Vbat = –Vzf2.
  • B2) Wenn Vbat > –Vzf2 und Vdd < Vz2, Vdd = Vbat – R2 × I2.
  • B3) Wenn Vbat > –Vzf2 und Vdd ≥ Vz2, Vdd = Vz2.

Das bedeutet, dass eine Überspannung und eine negative Spannung gleich oder niedriger als –Vzf2 durch eine Beziehung zwischen der Energieversorgungsspannung Vbat der Batterie-Energieversorgung und der Energieversorgungsspannung Vdd der Schaltungs-Energieversorgung begrenzt werden kann.

Jedoch wird in Bezug auf die herkömmlichen Techniken in dem Fall der in JP 2002-159136 A beschriebenen Erfindung nur die negative Spannung begrenzt, und somit kann eine Überspannung nicht begrenzt werden, so dass eine zusätzliche Überspannungs-Schutzschaltung erforderlich ist. In dem Fall der in JP 2003-121230 A beschriebenen Erfindung können die Überspannung und die negative Spannung begrenzt werden. Jedoch ist es zum Unterdrücken eines Spannungsabfalls, der durch den Verbrauchsstrom verursacht wird, der durch den Widerstand fließt, nötig, den Widerstandswert R2 des Widerstands auf einen kleinen Wert einzustellen. Als Ergebnis ist erforderlich, dass der Widerstand und die Zenerdiode Hochspannungsfestigkeits-Spezifikationen werden und insbesondere die Zenerdiode eine Leistungs-Zenerdiode wird.

Wenn die zu schützende Schaltung den Bipolar-Prozess-IC enthält, ist es relativ einfach, einen IC-Chip mit einer Schutzfunktion entsprechend derjenigen der Leistungs-Zenerdiode zu realisieren. Jedoch ist es in dem Fall eines CMOS-Prozess-IC schwierig, dass der IC-Chip die Schutzfunktion hat, so dass die Leistungs-Zenerdiode als ein Teil erforderlich ist, der unterschiedlich von dem IC ist.

Zu dieser Zeit ist die Leistungs-Zenerdiode allgemein bezüglich der Größe größer, so dass der Freiheitsgrad einer Entwicklung insbesondere in dem Fall eines Produkts, wie beispielsweise eines Durchflussmessers, für welches eine Reduzierung bezüglich seiner Größe in den letzten Jahren erforderlich geworden ist, signifikant reduziert wird. Im Allgemeinen ist die Leistungs-Zenerdiode teuer, so dass es ein derartiges Problem gibt, dass die Kosten mit einem Erhöhen bezüglich der Größe eines Verstärkergehäuses höher werden, das die Leistungs-Zenerdiode abdeckt.

Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben angegebenen Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Erhalten einer Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs, bei welcher eine Reduzierung bezüglich der Größe eines Schaltungsteils realisiert werden kann und welche nicht teuer ist, ohne dass eine Leistungs-Zenerdiode verwendet wird.

Eine Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Energieversorgungs-Schutzschaltung zum Schützen einer Energieversorgung einer zu schützenden Schaltung, die in der elektronischen Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs installiert ist. Die Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs enthält folgendes: eine Diode, deren Anodenanschluss mit der Energieversorgung der elektronischen Vorrichtung innerhalb des Fahrzeugs verbunden ist; einen Transistor, dessen Kollektoranschluss mit einem Kathodenanschluss der Diode verbunden ist und dessen Emitteranschluss mit einem Energieversorgungsspannungs-Zuführanschluss der zu schützenden Schaltung verbunden ist; einen Widerstand, dessen eines Ende mit der Energieversorgung der elektronischen Vorrichtung innerhalb des Fahrzeugs verbunden ist; und eine Zenerdiode, die zwischen einem anderen Ende des Widerstands und einem Erdungsanschluss vorgesehen ist, um in Reihe zu dem Widerstand geschaltet zu sein, und die einen Anodenanschluss enthält, der mit dem Erdungsanschluss verbunden ist, und einen Kathodenanschluss, der mit dem Widerstand und einem Basisanschluss des Transistors verbunden ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb des Fahrzeugs aus kleinen Leistungsteilen ohne Verwendung einer Leistungs-Zenerdiode zum Begrenzen von sowohl einer Überspannung als auch einer negativen Spannung aufgebaut. Daher ist es möglich, eine Schutzfunktion zu verbessern und eine Reduzierung bezüglich der Größe eines Schaltungsteils zu realisieren und eine billige Energieversorgungs-Schutzschaltung auszubilden.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, wobei:

1 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Struktur einer Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und

2 eine Kurve ist, die eine Kennlinie zwischen einer Energieversorgungsspannung Vbat einer Batterie-Energieversorgung 1 und einer Energieversorgungsspannung Vdd einer zu schützenden Schaltung 3, wie sie in 1 gezeigt ist, zeigt.

Hierin nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben werden. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Struktur einer Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine zu schützende Schaltung, für welche ein Energieversorgungsspannungsschutz nötig ist, ist ein CMOS-Prozess-IC für einen thermisches Durchflussmesser.

Die Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs, wie sie in 1 gezeigt ist, enthält eine Diode 2, deren Anodenanschluss mit einer Batterie-Energieversorgung 1 für die elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs verbunden ist, einen Transistor 4, dessen Kollektoranschluss mit einem Kathodenanschluss der Diode 2 verbunden ist und dessen Emitteranschluss mit einem Energieversorgungsspannungs-Zufuhranschluss einer zu schützenden Schaltung 3 verbunden ist, und eine Zenerdiode 6, die zwischen der Batterie-Energieversorgung 1 und einem Erdungsanschluss vorgesehen ist, um zu einem Widerstand 5 in Reihe geschaltet zu werden, der einen Anodenanschluss mit dem Erdungsanschluss verbunden hat und einen Kathodenanschluss mit dem Widerstand 5 und einem Basisanschluss des Transistors 4 verbunden hat.

Bei der Energieversorgungs-Schutzschaltung für die elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs, wie sie in 1 gezeigt ist, soll angenommen sein, dass eine Energieversorgungsspannung der Batterie-Energieversorgung 1 durch Vbat ausgedrückt wird, eine Abfallspannung in Durchlassrichtung der Diode 2 durch Vf1 ausgedrückt wird, eine Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors 4 und eine Basis-Emitter-Spannung jeweils durch Vce(sat) und Vbe ausgedrückt werden, eine Energieversorgungsspannung der zu schützenden Schaltung 3 durch Vdd ausgedrückt wird, ein widerstandswert des Widerstands 5 und sein Verbrauchsstrom jeweils durch R1 und I1 ausgedrückt werden und eine Zenerspannung einer Zenerdiode 6 durch Vz1 ausgedrückt wird. Dann ist die Energieversorgungsspannung Vdd der zu schützenden Schaltung 3 wie folgt.

  • 1) Wenn Vbat ≤ 0 V, Vdd = 0 V.
  • 2) Wenn 0 < Vbat ≤ Vz1:
  • i) in einem Fall, in welchem R1 × I1 + Vbe > Vf1 + Vce(sat), Vdd = Vbat – R1 × I1 – Vbe; und
  • ii) in einem Fall, in welchem R1 × I1 + Vbe < Vf1 + Vce(sat), Vdd = Vbat – Vf1 – Vce(sat).
  • 3) Wenn Vbat > Vz1, Vdd = Vz1 – Vbe.

Zu dieser Zeit ist eine Beziehung zwischen der Energieversorgungsspannung Vbat der Batterie-Energieversorgung 1 und der Energieversorgungsspannung Vdd der zu schützenden Schaltung 3, wie es in 2 gezeigt ist.

Daher wird die Energieversorgungsspannung Vdd der zu schützenden Schaltung 3 auf einen Spannungsbereich von 0 V bis (Vz1 – Vbe) begrenzt. Zu dieser Zeit kann dann, wenn die Zenerspannung Vz1 der Zenerdiode 6 derart ausgewählt ist, dass sie eine Spannungsfestigkeit des CMOS-Prozess-IC erfüllt, welcher die zu schützende Schaltung 3 ist, eine Energieversorgungs-Schutzschaltung für den IC aufgebaut werden.

Zu dieser Zeit ist der Verbrauchsstrom, der durch den Widerstand 5 fließt, ausreichend kleiner als ein Schaltungsstrom, der in die zu schützende Schaltung 3 über die Diode 2 und den Transistor 4 fließt. Daher ist es unnötig, den Widerstand 5 und die Zenerdiode 6 auf Hochspannungsfestigkeitsspezifikationen einzustellen. Andererseits erfordert der Transistor 4 eine Spannungsfestigkeit. Jedoch ist seine Größe kleiner als diejenige einer herkömmlichen Leistungs-Zenerdiode, so dass ein billiger Transistor verwendet werden kann.

Wie es oben beschrieben ist, ist die Energieversorgungs-Schutzschaltung für die elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs, wie es in 1 gezeigt ist, aus kleinen Leistungsteilen ohne ein Verwenden einer teuren Leistungs-Zenerdiode aufgebaut. Zusätzlich ist, wie es in 2 gezeigt ist, die Energieversorgungsspannung Vdd der zu schützenden Schaltung 3 auf einen Bereich von einer minimalen Spannung von 0 V bis zu einer maximalen Spannung von (Vz1 – Vbe) begrenzt, um sowohl eine Überspannung als auch eine negative Spannung zu begrenzen, wie in einem herkömmlichen Fall. Somit ist es möglich, eine Schutzfunktion zu verbessern und eine Reduzierung bezüglich der Größe eines Schaltungsteils zu realisieren, mit dem Ergebnis, dass eine billige Energieversorgungs-Schutzschaltung zur Verfügung gestellt werden kann.

Insbesondere können dann, wenn der Vergleich mit Spezifikationen unter Verwendung der Leistungs-Zenerdiode durchgeführt wird, die Herstellungskosten um etwa das 1/2-fache reduziert werden. Zusätzlich ist es möglich, einen Bereich, der zum Anbringen nötig ist, um etwa das 1/2-fache zu verkleinern und eine Montagehöhe um etwa das 1/2-fache zu erniedrigen, um dadurch eine Reduzierung bezüglich der Größe zu realisieren.

Der Spannungsabfall Energieversorgungs-Schutzschaltung ist gering. Daher ist es selbst dann, wenn die Energieversorgungsspannung Vbat der Batterie-Energieversorgung 1 eine niedrigere Spannung wird, vorteilhaft, die Schaltungs-Energieversorgungsspannung sicherzustellen. Das bedeutet, dass dann, wenn die Energieversorgungsspannung Vbat der Batterie-Energieversorgung 1 die niedrigere Spannung wird, die Energieversorgungsspannung Vdd der zu schützenden Schaltung 3 von einem von

(Vf1 + Vce(sat)) und (R1 × I1 + Vbe)

mit einer höheren Spannung abhängt und nicht ein Wert wird, der durch Addieren von beiden Spannungswerten erhalten wird. Somit ist es selbst dann, wenn die Energieversorgungsspannung Vbat der Batterie-Energieversorgung 1 die niedrigere Spannung wird, vorteilhaft, die Schaltungs-Energieversorgungsspannung sicherzustellen.


Anspruch[de]
Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs zum Schützen einer Energieversorgung einer zu schützenden Schaltung, die in der elektronischen Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs installiert ist, welche Energieversorgungs-Schutzschaltung folgendes aufweist:

eine Diode (2), deren Anodenanschluss mit der Energieversorgung der elektronischen Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs verbunden ist;

einen Transistor (4), dessen Kollektoranschluss mit einem Kathodenanschluss der Diode verbunden ist und dessen Emitteranschluss mit einem Energieversorgungsspannungs-Zufuhranschluss der zu schützenden Schaltung verbunden ist;

einen Widerstand (5), dessen eines Ende mit der Energieversorgung der elektronischen Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs verbunden ist; und

eine Zenerdiode (6), die zwischen einem anderen Ende des Widerstands und einem Erdungsanschluss derart vorgesehen ist, dass sie in Reihe zu dem Widerstand geschaltet ist, und die einen Anodenanschluss enthält, der mit dem Erdungsanschluss verbunden ist, und einen Kathodenanschluss, der mit dem Widerstand und einem Basisanschluss des Transistors verbunden ist.
Energieversorgungs-Schutzschaltung für eine elektronische Vorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei:

die zu schützende Schaltung (3) einen CMOS-Prozess-IC aufweist; und

die Zenerdiode (6) eine Zenerspannung enthält, die auf einen Wert eingestellt ist, der eine Spannungsfestigkeit des IC erfüllt.






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