DE102006033925A1 - Circuit arrangement for protecting electronic component i.e. motor vehicle controller, of electronic system from overvoltage, has voltage limiting unit e.g. zener diode, and capacitive unit i.e. capacitor, connected in series - Google Patents

Circuit arrangement for protecting electronic component i.e. motor vehicle controller, of electronic system from overvoltage, has voltage limiting unit e.g. zener diode, and capacitive unit i.e. capacitor, connected in series Download PDF

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Volker Uebele
Michael Kunz
Erich Mok
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device

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Abstract

The circuit arrangement (100) has two connecting terminals (100a, 100b) provided, where an electronic component (200) i.e. motor vehicle controller, to be protected is connected at the two connecting terminals. A voltage limiting unit (110) e.g. zener diode, and a capacitive unit (120) i.e. capacitor, are connected in series with respect to the two connecting terminals. The circuit arrangement is connected with connecting terminals (300a, 300b) of an electronic system (300) in a parallel manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz vor Überspannungen mit mindestens einem spannungsbegrenzenden Bauelement, das eine nichtlineare Strom-/Spannungskennlinie aufweist, und mit mindestens zwei Anschlussklemmen, an die eine zu schützende Vorrichtung anschließbar ist.The The invention relates to a circuit arrangement for protection against overvoltages with at least one voltage-limiting component, the one Non-linear current / voltage characteristic has, and with at least two terminals to which a device to be protected can be connected.

Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt und werden üblicherweise parallel geschaltet zu einem Eingang der vor Überspannung zu schützenden Vorrichtung. Das spannungsbegrenzende Bauelement der Schaltungsanordnung besitzt aufgrund seiner nichtlinearen Strom- /Spannungskennlinie einen spannungsabhängigen Widerstand, der sich bei steigenden Spannungen verringert und somit in verstärktem Maß elektrische Ladungen ableitet, die ansonsten zu unzulässig hohen Spannungen an der zu schützenden Vorrichtung führen würden. Die technisch nutzbare Verringerung des Widerstands des spannungsbegrenzenden Bauelements findet üblicherweise ab einer für das betreffende Bauelement typischen Schwellspannung statt. Unterhalb dieser Schwellspannung ist das spannungsbegrenzende Bauelement hochohmig und hat somit keinen Einfluss auf die Funktion der Vorrichtung.such Circuit arrangements are known and are usually connected in parallel with an input of overvoltage to be protected Contraption. The voltage-limiting component of the circuit arrangement has a voltage-dependent resistance due to its non-linear current / voltage characteristic which decreases with increasing voltages and thus more electrical Discharges discharges, otherwise to impermissibly high voltages at the to be protected Guide device would. The technically usable reduction of the resistance of the voltage-limiting Component usually finds from one for the component concerned typical threshold voltage instead. Below this Threshold voltage is the voltage limiting device high impedance and thus has no influence on the function of the device.

Da die bekannten spannungsbegrenzenden Bauelemente allerdings keine ideal rechteckförmige Strom-/Spannungskennlinie mit einem Knick in dem Bereich der Schwellspannung aufweisen, sondern vielmehr eine Kennlinie mit einem Übergangsbereich zwischen dem hochohmigen Zustand und dem niederohmigen, zur Ableitung von überschüssigen Ladungen geeigneten Zustand, muss für einen vorgegebenen Anwendungszweck ein spannungsbegrenzendes Bauelement mit einer Schwellspannung ausgewählt werden, die deutlich höher ist, als die Nennspannung der vor Überspannung zu schützenden Vorrichtung. Ansonsten würde die Schaltungsanordnung aufgrund ihres bei der Nennspannung nicht mehr ideal hochohmigen Zustands den Betrieb der Vorrichtung beeinflussen. Nachteilig an einer derartigen Überdimensionierung der Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements ist die sich hieraus ergebende relativ große Klemmspannung, das heißt diejenige Spannung, bei der das spannungsbegrenzende Bauelement hinreichend niederohmig wird, um eine effektive Ableitung von Ladungen und damit eine Spannungsbegrenzung zu gewährleisten. Bei ordnungsgemäßer Dimensionierung der Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements ist die Klemmspannung somit häufig deutlich größer als die maximal für die zu schützende Vorrichtung zulässige Spannung, so dass kein effektiver Überspannungsschutz mehr gegeben ist.There However, the known voltage-limiting components no ideal rectangular current / voltage characteristic with a kink in the range of threshold voltage, but rather a characteristic with a transition range between the high-impedance state and the low-impedance, for the discharge of excess charges suitable condition, must be for a predetermined application a voltage-limiting device selected with a threshold voltage be that much higher is, as the rated voltage of the device to be protected against overvoltage. Otherwise would the circuit arrangement is no longer due to its at the rated voltage ideal high-impedance state affect the operation of the device. A disadvantage of such oversizing the threshold voltage of the voltage limiting device is the resulting relatively large clamping voltage, that is, the voltage, in which the voltage-limiting component sufficiently low impedance is to effectively dissipate charges and thus a voltage limit to ensure. With proper dimensioning of the Threshold voltage of the voltage limiting device is the clamping voltage thus often clear greater than the maximum for the device to be protected allowed Voltage, so that no more effective surge protection is given is.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass ein besserer Schutz vor Überspannungen gegeben ist, und dass ferner ein besonders sicherer Betrieb der Schaltungsanordnung gewährleistet ist.Accordingly, it is Object of the present invention, a circuit arrangement of to improve the above-mentioned type so that a better Protection against overvoltages is given, and that further a particularly safe operation of the circuit arrangement guaranteed is.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein kapazitives Bauelement vorgesehen ist, und dass das spannungsbegrenzende Bauelement und das kapazitive Bauelement bezüglich der Anschlussklemmen der Schaltungsanordnung hintereinandergeschaltet sind.These Task is in a circuit arrangement of the aforementioned Type according to the invention thereby solved, that at least one capacitive component is provided, and that the voltage-limiting component and the capacitive component in terms of the terminals of the circuit arrangement connected in series are.

Die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung des kapazitiven Bauelements und des spannungsbegrenzenden Bauelements bewirkt Untersuchungen der Anmelderin zufolge vorteilhaft eine Entkopplung der Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements von der Betriebsspannung der zu schützenden Vorrichtung, die an den Anschlussklemmen der Schaltungsanordnung anliegt. Das heißt, die Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung deutlich niedriger gewählt werden als bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen, so dass auch die von der Schwellspannung abhängige Klemmspannung ebenfalls deutlich kleiner und somit ein verbesserter Schutz gegen Überspannungen gegeben ist.The inventive series connection the capacitive component and the voltage-limiting component Investigations according to the applicant advantageously leads to a decoupling the threshold voltage of the voltage limiting device of the Operating voltage of the protected Device attached to the terminals of the circuit is applied. This means, the threshold voltage of the voltage-limiting device can at the circuit arrangement according to the invention much lower be considered conventional Circuitry, so that also from the threshold voltage dependent Clamping voltage also much smaller and thus an improved Protection against overvoltages given is.

Besonders vorteilhaft kann demnach das spannungsbegrenzende Bauelement allein in Abhängigkeit der geforderten Schwellspannung beziehungsweise der Klemmspannung gewählt werden, das heißt, ohne die zu einem normalen Betrieb der vor Überspannung zu schützenden Vorrichtung erforderliche Nennbeziehungsweise Betriebsspannung zu berücksichtigen.Especially Advantageously, therefore, the voltage-limiting component alone dependent on the required threshold voltage or the clamping voltage chosen be, that is, without the to be protected from overvoltage for normal operation Device required Nennbeziehungsweise operating voltage too consider.

Die durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorteilhaft realisierte Schutzwirkung vor Überspannungen kann sowohl zur Begrenzung von Spannungspulsen eingesetzt werden, mit denen die Schaltungsanordnung beziehungsweise die Vorrichtung von außen beaufschlagt wird, als auch zur Begrenzung von Spannungsspitzen, die von der zu schützenden Vorrichtung an die Anschlussklemmen abgegeben werden.The by the circuit arrangement according to the invention Advantageously realized protection against overvoltages can be both for Limitation of voltage pulses are used, with which the Circuit arrangement or the device acted upon from the outside is used, as well as to limit voltage spikes, by the to be protected Device are delivered to the terminals.

Ein weiterer bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Hintereinanderschaltung des spannungsbegrenzenden Bauelements und des kapazitiven Bauelements ergibt sich bei einem Kurzschluss des spannungsbegrenzenden Bauelements, beispielsweise aufgrund thermischer Zerstörung. Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen führt ein derartiger Kurzschluss des defekten spannungsbegrenzenden Bauelements zu einem stationären Kurzschlussstrom zwischen den Anschlussklemmen, der je nach Nennspannung beziehungsweise Nennleistung des betreffenden elektronischen Systems zu einer Brandgefahr führt. Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorteilhaft vermieden, weil die Serienschaltung des kapazitiven Bauelements einen derartigen stationären Kurzschlussstrom, wie er bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen möglich ist, wirkungsvoll verhindert. Dadurch wird vorteilhaft eine thermische Überlastung des elektronischen Systems beziehungsweise ein Brand des Systems oder einzelner Komponenten, wie beispielsweise einer zugehörigen Verkabelung oder dergleichen ausgeschlossen.Another significant advantage of the series connection of the voltage-limiting component according to the invention and of the capacitive component results in a short circuit of the voltage-limiting component, for example due to thermal destruction. In conventional circuit arrangements, such a short circuit of the defective voltage-limiting component leads to a stationary short-circuit current between the terminals, which leads to a fire hazard depending on the rated voltage or rated power of the relevant electronic system. This disadvantage is advantageously avoided by the circuit arrangement according to the invention, because the series connection of the capacitive component effectively prevents such a stationary short-circuit current as is possible with conventional circuit arrangements. As a result, a thermal overload of the electronic system or a fire of the system or individual components, such as an associated wiring or the like is advantageously excluded.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass das kapazitive Bauelement als Kondensator ausgebildet ist. Das spannungsbegrenzende Bauelement kann vorteilhaft als Varistor ausgebildet sein.at a very advantageous embodiment of the Circuit arrangement according to the invention it is provided that the capacitive component is designed as a capacitor is. The voltage-limiting component can advantageously be designed as a varistor be.

Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, als spannungsbegrenzendes Bauelement auch eine Zenerdiode einzusetzen oder ein sonstiges spannungsbegrenzendes Bauelement, das die erforderliche nichtlineare Strom-/Spannungskennlinie aufweist. Eine mehrere Bauelemente aufweisende Baugruppe mit einer nichtlinearen Strom- /Spannungskennlinie ist ebenfalls verwendbar zur Bildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.Further it is possible according to the invention as a voltage-limiting Component also use a Zener diode or another voltage-limiting Component that has the required nonlinear current / voltage characteristic having. A multi-component assembly with a non-linear current / voltage characteristic also usable to form the circuit arrangement according to the invention.

Ganz besonders vorteilhaft ist bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen, dass mehrere kapazitive Bauelemente verwendet werden, deren erster Anschluss mit einem ersten Anschluss des spannungsbegrenzenden Bauelements verbunden ist, und deren zweiter Anschluss jeweils mit einer Anschlussklemme der Schaltungsanordnung verbunden ist beziehungsweise diese Anschlussklemme bildet. Das heißt, jedes einzelne der mehreren kapazitiven Bauelemente bildet zusammen mit dem spannungsbegrenzenden Bauelement eine Serienschaltung im Sinne der vorliegenden Erfindung. Vorteilhaft können an die zweiten Anschlüsse der kapazitiven Bauelemente jedoch jeweils unterschiedliche zu schützende Vorrichtungen beziehungsweise Komponenten angeschlossen werden.All is particularly advantageous in a further embodiment the circuit arrangement according to the invention provided that a plurality of capacitive components are used their first connection with a first terminal of the voltage-limiting Component is connected, and whose second terminal each with a terminal of the circuit arrangement is connected or this terminal forms. That is, each one of the several capacitive components forms together with the voltage-limiting Component a series circuit according to the present invention. Can be advantageous to the second ports However, the capacitive components each have different devices to be protected or components are connected.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kapazitive Bauelemente zueinander parallel geschaltet sind. Diese Parallelschaltung ist unter Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips wiederum in Serie geschaltet zu dem spannungsbegrenzenden Bauelement. Hierdurch ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, gleichzeitig mehrere Kondensatoren mit z.B. unterschiedlichem Aufbau bzw. mit unterschiedlichen Dielektrika einzusetzen, die dementsprechend unterschiedliche Ansprechzeiten beziehungsweise Zeitkonstanten oder auch dielektrische Verluste aufweisen. Dadurch kann ein noch wirksamerer Schutz der Vorrichtung vor Überspannungspulsen mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgen.A further advantageous embodiment of the Circuit arrangement according to the invention is characterized in that a plurality of capacitive components are connected in parallel to each other. This parallel connection is in realization of the principle of the invention again in series switched to the voltage-limiting device. This is advantageous the possibility given at the same time several capacitors with e.g. different Use structure or with different dielectrics, accordingly different response times or time constants or also have dielectric losses. This can be an even more effective Protection of the device from overvoltage pulses done with different frequencies.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches System mit einer Vorrichtung, insbesondere einer elektronischen Baugruppe, vorgeschlagen, das mindestens eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Schutz der elektronischen Baugruppe vor Überspannungen aufweist.When another solution The object of the present invention is an electronic system with a device, in particular an electronic assembly, proposed that at least one circuit arrangement according to the invention for protection the electronic module has overvoltages.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Further Features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features form for themselves or in any combination, the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency as well as independently from their formulation or presentation in the description or in the drawing.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 1 a block diagram of a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention,

2a eine Detailansicht der Schaltungsanordnung aus 1, 2a a detailed view of the circuit arrangement 1 .

2b eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. 2 B a detailed view of another embodiment of the circuit arrangement according to the invention.

1 zeigt ein elektronisches System 300, das eine elektronische Baugruppe 200 aufweist, die über die Anschlussklemmen 300a, 300b mit einer Versorgungsspannung bzw. einer entsprechenden, nicht abgebildeten, Spannungsquelle verbindbar ist. Bei der elektronischen Baugruppe 200 kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen handeln. 1 shows an electronic system 300 that is an electronic assembly 200 has, via the terminals 300a . 300b with a supply voltage or a corresponding, not shown, voltage source is connectable. In the electronic module 200 it may be, for example, a control unit of a motor vehicle or the like.

Zum Schutz der Baugruppe 200 vor einer Überspannung zwischen den Anschlussklemmen 300a, 300b ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 100 vorgesehen, die über ihre Anschlussklemmen 100a, 100b mit den Anschlussklemmen 300a, 300b der elektronischen Baugruppe 200 verbunden und damit parallel zu dieser geschaltet ist.To protect the assembly 200 before an overvoltage between the terminals 300a . 300b is the circuit arrangement according to the invention 100 provided by their terminals 100a . 100b with the terminals 300a . 300b the electronic module 200 connected and thus connected in parallel to this.

Zur Realisierung eines Überspannungsschutzes insbesondere vor pulsförmigen Überspannungen weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 100 ein spannungsbegrenzendes Bauelement 110 auf. Vorteilhaft ist dem spannungsbegrenzenden Bauelement 110 bezüglich der Anschlussklemmen 100a, 100b der Schaltungsanordnung 100 ein kapazitives Element 120 zugeordnet, das mit diesem eine Serienschaltung zwischen den Anschlussklemmen 100a, 100b bildet.To realize an overvoltage protection, in particular against pulse-shaped overvoltages, the circuit according to the invention order 100 a voltage-limiting component 110 on. Advantageous is the voltage-limiting component 110 regarding the terminals 100a . 100b the circuit arrangement 100 a capacitive element 120 associated with this a series connection between the terminals 100a . 100b forms.

Bei dem spannungsbegrenzenden Bauelement 110 handelt es sich beispielsweise um einen Varistor, und bei dem kapazitiven Bauelement 120 handelt es sich bevorzugt um einen Kondensator.In the voltage-limiting device 110 For example, it is a varistor, and in the capacitive device 120 it is preferably a capacitor.

Sobald eine pulsförmige Überspannung zwischen den Anschlussklemmen 300a, 300b des elektronischen Systems 300 auftritt, verändert sich der Widerstand des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 aufgrund seiner nichtlinearen Strom-/Spannungskennlinie, so dass die mit dem Überspannungspuls korrespondierenden Ladungen durch einen gleichermaßen pulsförmigen Ausgleichsstrom I3 ausgeglichen werden. Durch den Ausgleichsstrom I3 wird die Überspannung dementsprechend verringert beziehungsweise völlig abgebaut, wodurch sich ein effektiver Schutz der elektronischen Baugruppe 200 vor der Überspannung ergibt.Once a pulse-shaped overvoltage between the terminals 300a . 300b of the electronic system 300 occurs, the resistance of the voltage limiting device changes 110 due to its non-linear current / voltage characteristic, so that the charges corresponding to the overvoltage pulse are compensated by an equally pulse-shaped compensating current I3. By the compensating current I3, the overvoltage is correspondingly reduced or completely degraded, resulting in effective protection of the electronic module 200 before the overvoltage results.

Durch die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung des Kondensators 120 und des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 ist vorteilhaft eine Entkopplung der Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 von der während des Normalbetriebs des elektronischen Systems 300 zwischen den Anschlussklemmen 300a, 300b anliegenden Betriebsspannung gegeben.By the inventive series connection of the capacitor 120 and the voltage limiting device 110 is advantageous decoupling of the threshold voltage of the voltage-limiting device 110 from during normal operation of the electronic system 300 between the terminals 300a . 300b applied operating voltage.

Das heißt, das spannungsbegrenzende Bauelement 110 kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 so gewählt werden, dass seine Schwellspannung nur geringfügig über der Betriebsspannung des elektronischen Systems 300 bzw. der Baugruppe 200 liegt, ohne dass hierbei aufgrund einer nichtidealen Kennlinie und eines dementsprechend nicht vernachlässigbar großen Widerstands des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 bereits ein störender Strom durch die Schaltungsanordnung 100 fließt. Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass die von der Schwellspannung abhängige Klemmspannung, bei der das spannungsbegrenzende Bauelement 110 in der gewünschten Art und Weise leitend wird und damit überspannungsbegrenzend wirkt, möglichst gering ist, so dass sich ein effektiver Schutz der elektronischen Baugruppe 200 vor Überspannungen einstellt.That is, the voltage limiting device 110 can in the circuit arrangement according to the invention 100 be chosen so that its threshold voltage only slightly above the operating voltage of the electronic system 300 or the module 200 lies without this due to a non-ideal characteristic and a correspondingly not negligible resistance of the voltage-limiting component 110 already a disturbing current through the circuit 100 flows. This ensures advantageous that the voltage dependent on the threshold voltage, in which the voltage-limiting device 110 in the desired manner becomes conductive and thus over-voltage limiting acts, is as low as possible, so that an effective protection of the electronic module 200 against overvoltages.

Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen, die keine Entkopplung der Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements vorsehen, wie sie durch die erfindungsgemäße Serienschaltung mit dem Kondensator 120 realisiert ist, muss eine Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements so hoch gewählt werden, dass dieses bei einer Betriebsspannung des elektronischen Systems 300 hinreichend hochohmig ist, wodurch sich nachteilig eine entsprechend hohe Klemmspannung ergibt, die üblicherweise im Bereich einer maximal zulässigen Überspannung für die elektronische Baugruppe 200 oder sogar darüber liegt.In conventional circuit arrangements which do not provide for decoupling of the threshold voltage of the voltage-limiting component, as is achieved by the series connection according to the invention with the capacitor 120 is realized, a threshold voltage of the voltage-limiting device must be selected so high that this at an operating voltage of the electronic system 300 is sufficiently high impedance, which is disadvantageous results in a correspondingly high clamping voltage, usually in the range of a maximum allowable overvoltage for the electronic module 200 or even above it.

Im Unterschied hierzu kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 die Schwellspannung des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 vorteilhaft unabhängig von der Betriebsspannung des elektronischen Systems 300 und damit möglichst niedrig gewählt werden, so dass durch eine geringe Klemmspannung ein entsprechend guter Überspannungsschutz gewährleistet ist.In contrast, in the circuit arrangement according to the invention 100 the threshold voltage of the voltage-limiting device 110 advantageous independent of the operating voltage of the electronic system 300 and thus be chosen as low as possible, so that a correspondingly good overvoltage protection is ensured by a low clamping voltage.

Die vorteilhafte überspannungsbegrenzende Wirkung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 gilt nicht nur für Spannungspulse, mit denen die elektronische Baugruppe 200 beziehungsweise das elektronische System 300 von außen, beispielsweise an den Anschlussklemmen 300a, 300b, beaufschlagt wird. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 100 auch durch die elektronische Baugruppe 200 erzeugte Spannungsspitzen in derselben Art und Weise abbauen.The advantageous overvoltage limiting effect of the circuit arrangement according to the invention 100 not only applies to voltage pulses with which the electronic module 200 or the electronic system 300 from the outside, for example at the terminals 300a . 300b , is charged. Rather, the circuit arrangement according to the invention 100 also through the electronic assembly 200 reduce generated voltage spikes in the same way.

Die Strompfeile I1, I2, I3 aus 1 veranschaulichen die sich im Normalbetrieb des elektronischen Systems 300 beziehungsweise während einer Ableitung von Überspannung einstellenden Ströme.The current files I1, I2, I3 off 1 illustrate in normal operation of the electronic system 300 or during a derivative of overvoltage adjusting currents.

Während eines Normalbetriebs des elektronischen Systems 300 liegt keine Überspannung vor, und das spannungsbegrenzende Bauelement 110 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 ist hochohmig, so dass der Strom I3 durch die erfindungsgemäße Serienschaltung 110, 120 verschwindet. Das heißt, während eines normalen Betriebszustands fließt kein Strom durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 100. Es fließt vielmehr nur der Betriebsstrom I1 in das elektronische System 300, der mit dem von der elektronischen Baugruppe 200 aufgenommenen Strom I2 identisch ist.During normal operation of the electronic system 300 there is no overvoltage, and the voltage limiting device 110 the circuit arrangement according to the invention 100 is high impedance, so that the current I3 through the series connection according to the invention 110 . 120 disappears. That is, no current flows through the circuit arrangement according to the invention during a normal operating state 100 , Rather, only the operating current I1 flows into the electronic system 300 that with the of the electronic assembly 200 absorbed current I2 is identical.

Im Falle einer Überspannung ergibt sich durch die spannungsbegrenzende Wirkung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 ein entsprechender, nichtverschwindender Strom I3 durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 100 mit dem nunmehr verhältnismäßig niederohmigen spannungsbegrenzenden Bauelement 110, während die elektronische Baugruppe 200 nach wie vor mit ihrem Betriebsstrom I2 versorgt wird. Das heißt, in diesem Fall gilt für den an den Anschlussklemmen 300a, 300b entnommenen Gesamtstrom: I1 = I2 + I3, wobei der durch die Schaltungsanordnung 100 fließende Strom I3 einen pulsförmigen Zeitverlauf aufweist, der der pulsförmigen Überspannung entspricht.In the case of overvoltage results from the voltage-limiting effect of the circuit arrangement according to the invention 100 a corresponding, non-disappearing current I3 through the circuit arrangement according to the invention 100 with the now relatively low-voltage voltage-limiting component 110 while the electronic assembly 200 is still supplied with their operating current I2. That is, in this case applies to the at the terminals 300a . 300b taken total current: I1 = I2 + I3, where by the circuit arrangement 100 flowing Current I3 has a pulse-shaped time course, which corresponds to the pulse-shaped overvoltage.

Eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 ist in 2a angegeben.A detailed view of the circuit arrangement according to the invention 100 is in 2a specified.

2b zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100. Wie aus 2b ersichtlich ist, sind bei dieser Ausführungsform insgesamt drei Kondensatoren 120a, 120b, 120c vorgesehen, die mit ihrem ersten Ende jeweils mit einem ersten Ende des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 verbunden sind. Dadurch realisiert jeder der Kondensatoren 120a, 120b, 120c für sich in Kombination mit dem spannungsbegrenzenden Bauelement 110 eine erfindungsgemäße Serienschaltung, vergleiche 2a. 2 B shows a further advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention 100 , How out 2 B can be seen, in this embodiment, a total of three capacitors 120a . 120b . 120c provided, with their first end in each case with a first end of the voltage-limiting component 110 are connected. As a result, each of the capacitors realized 120a . 120b . 120c for itself in combination with the voltage-limiting component 110 a series connection according to the invention, cf. 2a ,

Die jeweils zweiten Anschlüsse der Kondensatoren 120a, 120b, 120c bilden vorteilhaft separate Anschlussklemmen 100a, 100b, 100c der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100, während das zweite Ende des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 eine weitere Anschlussklemme 100d der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 bildet.The respective second connections of the capacitors 120a . 120b . 120c form advantageous separate terminals 100a . 100b . 100c the circuit arrangement according to the invention 100 while the second end of the voltage-limiting device 110 another connection terminal 100d the circuit arrangement according to the invention 100 forms.

Dadurch ermöglicht die in 2b abgebildete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100, mehrere elektronische Baugruppen 200 (nicht gezeigt) gleichzeitig vor Überspannungen zu schützen. Hierzu ist lediglich jede der mehreren elektronischen Baugruppen mit einer der mehreren Anschlussklemmen 100a, 100b, 100c zu verbinden, während ein zweiter Anschluss jeder elektronischen Baugruppe mit dem zweiten Anschluss 100d des spannungsbegrenzenden Bauelements 110 verbunden wird.This allows the in 2 B illustrated embodiment of the circuit arrangement according to the invention 100 , several electronic assemblies 200 (not shown) at the same time to protect against surges. For this purpose, only each of the plurality of electronic modules with one of the several terminals 100a . 100b . 100c while a second connector of each electronic module connects to the second connector 100d of the voltage-limiting component 110 is connected.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 kann anstelle eines Varistors 110 auch eine Zenerdiode oder ein sonstiges spannungsbegrenzendes Bauelement eingesetzt werden, das die hierfür erforderliche nichtlineare Strom-/Spannungskennlinie aufweist.In a further very advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention 100 can instead of a varistor 110 Also, a Zener diode or other voltage-limiting device can be used, which has the required non-linear current / voltage characteristic.

Besonders vorteilhaft können anstelle eines einzelnen Kondensators 120, vergleiche 2a, auch mehrere, zueinander in Parallelschaltung angeordnete Kondensatoren vorgesehen sein, die zusammen mit dem spannungsbegrenzenden Bauelement 110 eine Serienschaltung bilden. Durch die Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, unterschiedliche Zeitkonstanten für das Pulsspannungsableitvermögen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 zu definieren. Beispielsweise kann ein erster Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum sowie ein zweiter Kondensator mit einem Polypropylen aufweisenden Dielektrikum in Parallelschaltung vorgesehen sein, wodurch das unterschiedliche zeitliche Betriebsverhalten der beiden Materialien vorteilhaft in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 kombiniert wird.Particularly advantageous may be instead of a single capacitor 120 , compare 2a , Be provided a plurality of capacitors arranged in parallel to each other, which together with the voltage-limiting component 110 form a series connection. The parallel connection of a plurality of capacitors advantageously provides the possibility of different time constants for the pulse voltage derivation capability of the circuit arrangement according to the invention 100 define. For example, a first capacitor with a ceramic dielectric as well as a second capacitor with a polypropylene-containing dielectric may be provided in parallel, whereby the different temporal performance of the two materials advantageous in the circuit arrangement according to the invention 100 combined.

Durch die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung eines kapazitiven Bauelements 120 mit dem spannungsbegrenzenden Bauelement 110 ist ferner sehr vorteilhaft das Risiko eines statischen Kurzschlussstroms vermieden, das sich bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen zum Schutz gegen Überspannungen dann ergibt, wenn das spannungsbegrenzende Bauelement beispielsweise aufgrund einer thermischen Zerstörung einen Kurzschluss repräsentiert und eine dementsprechend große Leistung aufnimmt beziehungsweise umsetzt, wodurch eine erhebliche Brandgefahr gegeben ist. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines kapazitiven Bauelements 120 in Serienschaltung zu dem spannungsbegrenzenden Bauelement 110 wird ein derartiger statischer Kurzschlussstrom vermieden, so dass eine thermische Überlastung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 beziehungsweise ein hieraus resultierender Brand des elektronischen Systems 300 oder einer zugeordneten Verkabelung ausgeschlossen ist.By the series connection according to the invention of a capacitive component 120 with the voltage-limiting component 110 Furthermore, the risk of a static short-circuit current is advantageously avoided, which results in conventional circuit arrangements for protection against overvoltages when the voltage-limiting component represents a short circuit due to, for example, thermal destruction and accordingly absorbs or converts a large amount of power, resulting in a considerable risk of fire , By the inventive use of a capacitive component 120 in series with the voltage-limiting component 110 If such a static short-circuit current is avoided, so that a thermal overload of the circuit arrangement according to the invention 100 or a resulting fire of the electronic system 300 or associated cabling is excluded.

Claims (7)

Schaltungsanordnung (100) zum Schutz vor Überspannungen mit mindestens einem spannungsbegrenzenden Bauelement (110), das eine nichtlineare Strom-/Spannungskennlinie aufweist, und mit mindestens zwei Anschlussklemmen (100a, 100b), an die eine zu schützende Vorrichtung (200) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein kapazitives Bauelement (120) vorgesehen ist, und dass das spannungsbegrenzende Bauelement (110) und das kapazitive Bauelement (120) bezüglich der Anschlussklemmen (100a, 100b) hintereinandergeschaltet sind.Circuit arrangement ( 100 ) for protection against overvoltages with at least one voltage-limiting component ( 110 ), which has a non-linear current / voltage characteristic, and with at least two terminals ( 100a . 100b ) to which a device to be protected ( 200 ), characterized in that at least one capacitive component ( 120 ), and that the voltage-limiting component ( 110 ) and the capacitive component ( 120 ) with respect to the terminals ( 100a . 100b ) are connected in series. Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Bauelement als Kondensator (120, 120a, 120b, 120c) ausgebildet ist.Circuit arrangement ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the capacitive component as a capacitor ( 120 . 120a . 120b . 120c ) is trained. Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsbegrenzende Bauelement (110) als Varistor ausgebildet ist.Circuit arrangement ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage-limiting component ( 110 ) is designed as a varistor. Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsbegrenzende Bauelement (110) als Zenerdiode ausgebildet ist.Circuit arrangement ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage-limiting component ( 110 ) is designed as a zener diode. Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kapazitive Bauelemente (120a, 120b, 120c) vorgesehen sind, deren erster Anschluss mit einem ersten Anschluss des spannungsbegrenzenden Bauelements (110) verbunden ist, und deren zweiter Anschluss jeweils mit einer Anschlussklemme (100a, 100b, 100c) der Schaltungsanordnung (100) verbunden ist beziehungsweise diese Anschlussklemme (100a, 100b, 100c) bildet.Circuit arrangement ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized that several capacitive components ( 120a . 120b . 120c ) whose first connection to a first terminal of the voltage-limiting component ( 110 ), and whose second connection is in each case connected to a connection terminal ( 100a . 100b . 100c ) of the circuit arrangement ( 100 ) is connected or this terminal ( 100a . 100b . 100c ). Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kapazitive Bauelemente zueinander parallel geschaltet sind.Circuit arrangement ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of capacitive components are connected in parallel to each other. Elektronisches System (300) mit einer Vorrichtung (200), insbesondere einer elektronischen Baugruppe (200), gekennzeichnet durch mindestens eine Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Electronic system ( 300 ) with a device ( 200 ), in particular an electronic assembly ( 200 ), characterized by at least one circuit arrangement ( 100 ) according to any one of the preceding claims.
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