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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät mit Mitteln zur Erhöhung der
Störfestigkeit
des Steuergeräts,
insbesondere der Festigkeit gegenüber elektrostatischen Entladungspulsen,
die über
einen Eingang und/oder Ausgang des Steuergeräts in das Steuergerät gelangen.
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Das
Steuergerät
umfasst eine Parallelschaltung eines spannungsabhängigen Schutzelements und
eines Kondensators, über
die der Eingang und/oder Ausgang des Steuergeräts an Masse anliegt.
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Steuergeräte werden
im Bereich von Kraftfahrzeugen zur Steuerung und/oder Regelung verschiedener
Kraftfahrzeugfunktionen eingesetzt. Die zu steuernden bzw. zu regelnden
Kraftfahrzeugfunktionen gehen von reinen Komfortfunktionen (z.B.
Klimaanlage, elektrische Fensterheber, elektrische Schiebedachbetätigung,
etc.) über
Funktionen zum Betrieb des Kraftfahrzeugs (z.B. einer Brennkraftmaschine,
einer Abgasreinigungsanlage, eines Getriebes, etc.) bis hin zu sicherheitsrelevanten
Funktionen (z.B. einer Bremsanlage (Antiblockiersystem, ABS), der
Fahrdynamik (Fahrdynamikregelung, FDR), X-By-Wire-Anwendungen (elektronische
Bremse, elektronische Lenkung), etc.).
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Die
Sicherstellung einer elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) spielt in Kraftfahrzeugen eine
zunehmend wichtige Rolle. Kraftfahrzeugsteuergeräte müssen derart ausgelegt werden,
dass sie eine hohe Festigkeit gegenüber Störgrößen haben. Störgrößen sind
elektromagnetische Größen, bspw. Strom-
oder Spannungsimpulse mit nieder- oder hochfrequentem Charakter,
die in einem Steuergerät eine
unerwünschte
Beeinflussung hervorrufen können.
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Das
Auftreten von Störgrößen in elektrischen Netzen
innerhalb eines Kraftfahrzeugs als Folge von elektrischen Schaltvorgängen ist
bekannt. Die früher eingesetzten
elektrischen Bauteile waren gegenüber diesen Störgrößen weitgehend
unempfindlich. Für die
in neuerer Zeit zunehmend eingesetzten elektronischen Bauteile können solche
impulsförmigen
Vorgänge
im Netz Störgrößen darstellen,
d.h. die Geräte können in
ihrer Funktion gestört
oder gar zerstört werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, die Störfestigkeit
eines Kraftfahrzeugsteuergeräts
dadurch zu erhöhen,
dass elektronische Bauelemente mit einer hohen eigenen ESD (Electrostatical
Discharge)-Festigkeit verwendet werden. Zwischen den Eingängen und/oder
Ausgängen
des Steuergeräts
(Pins an der Steckerleiste des Steuergeräts) werden EMV (Elektromagnetische
Verträglichkeit)-Kondensatoren
bis zu einer Kapazität
von einigen nF angeordnet. Durch eine zusätzliche kapazitive Bestückung zwischen
den Eingängen
und/oder Ausgängen
des Steuergeräts
bis zu einer Kapazität von
etwa 100 nF wird bei empfindlicheren Eingängen und/oder Ausgängen eine
höhere
ESD-Festigkeit erreicht.
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Kommunikationsleitungen,
die zum Informationsaustausch zwischen mehreren Steuergeräten eines
Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, verfügen in der Regel über Bauelemente,
die eine genügend
große
eigene ESD-Festigkeit nicht besitzen. Diese Kommunikationsleitungen
können
nicht ausreichend kapazitiv geschützt werden, da eine hohe Kommunikationsgeschwindigkeit
dies verbietet. Sie müssen
deshalb zusätzlich
mit sog. Varistoren geschützt
werden. Ein Varistor ist ein spannungsabhängiger Widerstand mit symmetrischer
Strom-Spannungs-Kennlinie. Ab einem bestimmten Spannungsbetrag wird
der Varistor niederohmig und verhindert dadurch einen weiteren Spannungsanstieg.
Ein Varistor schneidet Spannungen beider Polaritäten von einem vorgebbaren Spannungsgrenzwert
an scharf ab. Es ist bekannt, solche Varistoren auch als Überspannungsschutz von
Halbleiterschaltungen einzusetzen.
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Aus
der
US 5,581,104 ist
es bekannt, eine Halbleiterschaltung mittels einer Entladeschaltung vor
Spannungsimpulsen, insbesondere vor elektrostatischen Entladungspulsen,
zu schützen.
Die Entladeschaltung ist zwischen einem Eingang und/oder Ausgang
eines IC-Bausteins, auf dem die zu schützende Schaltung realisiert
ist, und der zu schützenden
Schaltung selbst angeordnet. Die Entladeschaltung umfasst zwei Widerstände, eine
Diode und einen Transistor, die je nach Ausführungsform auf unterschiedliche
Weise miteinander verschaltet sind.
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Ein
Steuergerät
der eingangsgenannten Art ist aus der
DE 32 15 551 C2 bekannt. Aus der
US 5,654,862 ist eine Schaltung
zum Schutz eines Schaltkreises von elektrostatischen Entladungspulsen
(ESD) bekannt.
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Aus
der
DE 196 54 901
A1 ist ebenfalls eine Schutzschaltung zum Schutz von Schaltkreisen
vor elektrostatischen Entladungspulsen bekannt.
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Die
beschriebene Schutzschaltung ist für den Einsatz in Rechnern,
insbesondere im Personal Computer ausgelegt. Da in diesem Bereich
Kosten nur eine untergeordnete Rolle spielen, ist die Schutzschaltung
dementsprechend aufwendig ausgebildet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders
gute Störfestigkeit
eines Steuergerätes
zu erzielen, dass in einem Kraftfahrzeug zur Steuerung und/oder
Regelung einer Kraftfahrzeugfunktion eingesetzt wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die vorliegende Erfindung ausgehend von dem Steuergerät der eingangs
genannten Art vor, dass das Steuergerät zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug
zur Steuerung und/oder Regelung einer Kraftfahrzeugfunktion dient
und die Parallelschaltung ihrerseits über eine Reihenschaltung einer
in Sperrrichtung geschalteten ersten Diode und eines ersten Widerstands
an eine Versorgungsspannung des Steuergeräts angeschlossen ist und dass
ein der Parallelschaltung parallel zu dem Spannungsabhängigen Schutzelement und
dem Kondensator ein zweiter Widerstand angeordnet ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Schaltung kann das Steuergerät
vor positiven ESD (Electrostatic Discharge)-Pulsen geschützt werden. Die Schaltung umfasst
eine Parallelschaltung eines spannungsabhängigen Schutzelements, das beispielsweise
als ein schneller Varistor ausgebildet ist, und eines Kondensators,
insbesondere eines Keramikkondensators. Diese Parallelschaltung
wird über
eine in Sperrrichtung geschaltete erste Diode gegen eine Versorgungsspannung
des Steuergeräts geschaltet
und somit stationär
auf die Versorgungsspannung vorgespannt. Um störende Induktionen zu vermeiden,
sollte der Anschluss von Masse an die Parallelschaltung über eine
möglichst
kurze Anschlussleitung erfolgen.
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Das
spannungsabhängige
Schutzelement weist innerhalb eines vorgebbaren Spannungsbereichs
einen bestimmten Widerstand auf. Wenn sich die an dem Schutzelement
anliegende Spannung außerhalb
dieses Spannungsbereichs bewegt, wird das Schutzelement niederohmig
und verhindert einen weiteren Spannungsanstieg. Es werden also Spannungen
beider Polaritäten
ab einem vorgebbaren Spannungsgrenzwert an scharf abgeschnitten.
Das spannungsabhängige
Schutzelement kann als ein Varistor realisiert werden. Alternativ
kann es auch als eine Diode oder als mehrere in Reihe geschaltete
Dioden ausgebildet sein. Darüber
hinaus ist es denkbar, dass in Zukunft andere elektronische Bauelemente
verfügbar
sind, welche die an das spannungsabhängige Schutzelement gestellten
Anforderungen erfüllen
und mit deren Hilfe die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schutzschaltung
ebenfalls realisiert werden kann.
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Über die
Kombination des spannungsabhängigen
Schutzelements und des Kondensators wird der Strom einer positiven
elektrostatischen Entladung, der über den Eingang und/oder Ausgang
des Steuergeräts
zugeführt
wird, so weit gegen Masse abgeleitet, dass keine den zu schützenden
Eingang und/oder Ausgang zerstörende Überspannung
auftritt. Mit Hilfe des Kondensators werden die ersten Spitzen eines
ESD-Pulses gedämpft.
Die Dämpfung über den
Kondensator ist empfehlenswert, da das spannungsabhängige Schutzelement
unter Umständen
eine gewisse Zeit bis zum Durchbruch benötigt.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Parallelschaltung des spannungsabhängigen Schutzelements
und des Kondensators über
eine Reihenschaltung der in Sperrrichtung geschalteten ersten Diode und
eines ersten Widerstands an die Versorgungsspannung des Steuergeräts angeschlossen
ist. Der seriell geschaltete erste Widerstand dient dazu, das spannungsabhängige Schutzelement
vor Zerstörung durch Überspannungspulse,
wie sie bspw. bei einem sog. Load Dump oder Jump Start auftreten
können, zu
schützen.
Der erste Widerstand sollte derart dimensioniert werden, dass er
bei einem definierten Überspannungspuls
der Versorgungsspannung den Strom auf die für das spannungsabhängige Schutzelement
zulässige
Höhe begrenzt.
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Es
wird weiter vorgeschlagen, dass in der Parallelschaltung parallel
zu dem spannungsabhängigen
Schutzelement und dem Kondensator ein zweiter Widerstand angeordnet
ist. Durch geeignete Wahl des ersten und des zweiten Widerstandes
kann die Spannung, auf die die Parallelschaltung vorgespannt wird,
eingestellt werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,
dass das Steuergerät
eine erste Anschlussklemme aufweist, die zwischen der Parallelschaltung
einerseits und der ersten Diode bzw. der Reihenschaltung der ersten
Diode und des ersten Widerstands andererseits angeordnet ist, wobei
der Eingang und/oder Ausgang des Steuergeräts über eine in Durchflussrichtung
geschaltete zweite Diode an der ersten Anschlussklemme angeschlossen
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst das Steuergerät einen weiteren Eingang und/oder
Ausgang, der über eine
in Durchflussrichtung geschaltete dritte Diode an die erste Anschlussklemme
angeschlossen ist. Die zweite und die dritte Diode dienen zur Ankopplung
der Eingänge
und/oder Ausgänge
des Steuergeräts
an die oben beschriebene Schutzschaltung über die erste Anschlussklemme
und schützen
das Steuergerät
vor positiven ESD-Pulsen. Sofern an den Ausgängen keine höheren Spannungen
als an der ersten Anschlussklemme (gleich der Versorgungsspannung,
wenn der erste Widerstand nicht bestückt ist) anliegen, wird über die
gesperrten Dioden der Eingang und/oder Ausgang niederkapazitiv geschützt.
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Vorzugsweise
sind die zweite und die dritte Diode zu einer Doppeldiode zusammengefasst.
Eine solche Doppeldiode ist beispielsweise unter der Bezeichnung
BAV70 von verschiedenen Herstellern erhältlich. Die Doppeldiode kann
in einer sog. Common Cathode-Bauweise ausgebildet sein. Die parasitären Effekte
dieser Bauweise tragen zu einem Selbstschutz der Doppeldiode bei
negativen ESD-Pulsen bei.
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Gemäß noch einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät eine zweite Anschlussklemme
aufweist, die an Masse anliegt, wobei der Eingang und/oder Ausgang
des Steuergeräts über eine
in Sperrrichtung geschaltete vierte Diode an der zweiten Anschlussklemme
angeschlossen ist. Vorteilhafterweise ist die zweite Anschlussklemme über ein
weiteres spannungsabhängiges Schutzelement
an Masse angelegt. Das weitere spannungsabhängige Schutzelement ist vorzugsweise
als ein weiterer Varistor oder als eine Diode bzw. als mehrere in
Reihe geschaltete Dioden ausgebildet.
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Der
weitere Eingang und/oder Ausgang des Steuergeräts ist vorzugsweise über eine
in Sperrrichtung geschaltete fünfte
Diode an der zweiten Anschlussklemme angeschlossen. Die vierte Diode
und die fünfte
Diode dienen zur Ankopplung der Eingänge und/oder Ausgänge des
Steuergeräts über die
zweite Anschlussklemme an den Teil der Schutzschaltung, der das
Steuergerät
vor negativen ESD-Pulsen schützt.
Sofern an den Ausgängen
keine höheren Spannungen
als Null Volt anliegen, werden die Ausgänge über die gesperrten vierte und
fünfte
Dioden niederkapazitiv geschützt.
Tritt z. B. während
des Betriebs des Steuergeräts
ein Masseversatz auf, so dass eine kleinere Spannung als Null Volt
an einem Ausgang des Steuergeräts
anliegt, wird die Kapazität des
weiteren spannungsabhängigen
Schutzelements quasi dauerhaft auf dieses negative Potential geladen,
da die Ladung über
die vierte und die fünfte
Diode nicht mehr abfließen
kann (oder nur sehr langsam). Somit stellt sich effektiv nach diesem
einmaligen Ladevorgang wieder eine besonders kleine Kapazität an den
Eingängen
und/oder Ausgängen
des Steuergeräts
ein. Der einmalige Ladevorgang wirkt sich in der Praxis bspw. auf
eine CAN (Controller Area Network)-Kommunikation nicht störend aus.
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Zeichnungen
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind.
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Es
zeigt:
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1 eine
Schutzschaltung zur Erhöhung der
Störfestigkeit
eines erfindungsgemäßen Steuergeräts gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Steuergerät in seiner
Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Steuergerät wird bspw.
in Kraftfahrzeugen zur Steuerung und/oder Regelung verschiedener
Kraftfahrzeugfunktionen eingesetzt. Die zu steuernden bzw. zu regelnden
Kraftfahrzeugfunktionen gehen von reinen Komfortfunktionen (z.B.
Klimaanlage, elektrische Fensterheber, elektrische Schiebedachbetätigung,
etc.) über
Funktionen zum Betrieb des Kraftfahrzeugs (z.B. einer Brennkraftmaschine, einer
Abgasreinigungsanlage, eines Getriebes, etc.) bis hin zu sicherheitsrelevanten
Funktionen (z.B. einer Bremsanlage (Antiblockiersystem, ABS), der Fahrdynamik
(Fahrdynamikregelung, FDR), X-By-Wire-Anwendungen (elektronische
Bremse, elektronische Lenkung), etc.).
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Bei
Kraftfahrzeugsteuergeräten
spielt eine gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Steuergeräte 1 eine
immer größere Rolle.
Als elektromagnetische Verträglichkeit
wird die Fähigkeit
einer elektrischen Einrichtung (z.B. des Steuergeräts 1) bezeichnet,
in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren,
ohne dabei diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu
beeinflussen. Das erfindungsgemäße Steuergerät 1 weist
eine besonders hohe Störfestigkeit,
insbesondere gegenüber
elektrostatischen Entladungspulsen auf. Diese Entladungspulse werden
auch als ESD (Electrostatical Discharge)-Pulse bezeichnet.
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Während des
Betriebs des Steuergeräts 1 kann
es in Einrichtungen, die über
Eingänge und/oder
Ausgänge
(E/A) 2, 2' an
das Steuergerät 1 angeschlossen
sind, zu elektrostatischen Entladungspulsen kommen. Diese Pulse
werden über
die Eingänge
und/oder Ausgänge 2 in
das Steuergerät 1 geleitet
und können
dort zu einer Funktionsstörung, einer
Funktionsminderung, einer Fehlfunktion oder gar zu einem Funktionsausfall
des Steuergeräts 1 führen.
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Erfindungsgemäß wird eine
Schutzschaltung für
das Steuergerät 1 vorgeschlagen,
die aus vier Teilen 1A, 1B, 2A und 2B besteht.
Die Aufteilung der Schutzschaltung dient einer vereinfachten Beschreibung
der Funktion der Schutzschaltung. Die Teile 1A und 1B der
Schutzschaltung sind über
Anschlussklemmen UK+, UK– mit
den Teilen 2A und 2B der Schutzschaltung verbunden.
Die Teile 1A und 1B bilden den zentralen Teil
der ESD-Schutzschaltung des Steuergeräts 1. Sie müssen in
dem Steuergerät 1 nur einmal
realisiert werden, selbst wenn das Steuergerät mehr als die in 1 dargestellten
zwei Eingänge und/oder
Ausgänge 2, 2' aufweist. Die
Teile 2A und 2B der Schutzschaltung leiten einen
störenden ESD-Puls
von den Eingängen
und/oder Ausgängen 2, 2' an die Teile 1A bzw. 1B weiter.
Die Teile 2A und 2B sollten für jeden zu schützenden
Eingang und/oder Ausgang 2, 2' realisiert werden.
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Der
Teil 1A der Schutzschaltung umfasst eine Parallelschaltung
eines spannungsabhängigen Schutzelements
R1, das bspw. als ein schneller Varistor ausgebildet ist, und eines
Kondensators C1, der bspw. als ein Keramikkondensator ausgebildet ist.
Der Varistor ist bspw. vom Typ V18MLE0805 mit 500 pF für 12V-Systeme. Der Keramikkondensator ist
bspw. vom Typ X7R Keramik mit 100 nF. Die Eingänge und/oder Ausgänge 2, 2' des Steuergeräts 1 liegen über die
Parallelschaltung an Masse GND an. Die Parallelschaltung ist ihrerseits über eine
Reihenschaltung einer in Sperrrichtung geschalteten ersten Diode
D1 und eines ersten ohmschen Widerstands R3 an eine Versorgungsspannung
V1 des Steuergeräts 1 angeschlossen.
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Mit
Hilfe dieses Teils 1A der Schutzschaltung kann das Steuergerät 1 vor
positiven ESD (Electrostatic Discharge)-Pulsen geschützt werden. Die Parallelschaltung
ist über
die Reihenschaltung stationär auf
die Versorgungsspannung V1 vorgespannt. Um störende Induktionen zu vermeiden,
sollte der Anschluss von Masse GND an die Parallelschaltung über eine
möglichst
kurze Anschlussleitung erfolgen. Aus dem gleichen Grund sollten
die Verbindungsleitungen zwischen den verschiedenen Teilen 1A, 1B, 2A und 2B der
Schutzschaltung möglichst
kurz sein.
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Das
spannungsabhängige
Schutzelement R1 weist innerhalb eines vorgebbaren Spannungsbereichs
einen bestimmten Widerstandswert auf. Wenn sich die an dem Schutzelement
R1 anliegende Spannung außerhalb
dieses Spannungsbereichs bewegt, wird das Schutzelement R1 niederohmig
und verhindert so einen weiteren Spannungsanstieg. Von dem Schutzelement
R1 werden also Spannungen beider Polaritäten ab einem vorgebbaren Spannungsgrenzwert
an scharf abgeschnitten. Das spannungsabhängige Schutzelement R1 kann
als ein Varistor realisiert werden. Alternativ kann es aber auch
als eine Diode oder als mehrere in Reihe geschaltete Dioden ausgebildet
sein. Darüber
hinaus ist es denkbar, dass in Zukunft andere elektronische Bauelemente
verfügbar sind,
welche die an das spannungsabhängige
Schutzelement R1 gestellten Anforderungen erfüllen und mit deren Hilfe die
Schutzschaltung des erfindungsgemäßen Steuergeräts 1 ebenfalls
realisiert werden kann.
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Über die
Kombination des spannungsabhängigen
Schutzelements R1 und des Kondensators C1 wird der Strom einer positiven
elektrostatischen Entladung, der über den Eingang und/oder Ausgang 2, 2' des Steuergeräts 1 zugeführt wird,
so weit gegen Masse GND abgeleitet, dass keine den zu schützenden
Eingang und/oder Ausgang 2, 2' zerstörende Überspannung auftritt. Mit Hilfe
des Kondensators C1 werden die ersten Spitzen eines ESD-Pulses gedämpft. Die
Dämpfung über den
Kondensator C1 ist empfehlenswert, da das spannungsabhängige Schutzelement
R1 unter Umständen
eine gewisse Zeit bis zum Durchbruch benötigt.
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Die
erste Diode D1 der Reihenschaltung verhindert in einem Fehlerfall,
bei dem ein Kurzschluss eines Eingangs und/oder Ausgangs 2, 2' gegen die Versorgungsspannung
V1 bei ausgeschaltetem Steuergerät 1 vorliegt,
eine Versorgung des Steuergeräts 1 über den
kurzgeschlossenen Eingang und/oder Ausgang 2, 2'.
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Der
in der Reihenschaltung mit der ersten Diode D1 angeordnete erste
Widerstand R3 dient dazu, das spannungsabhängige Schutzelement R1 vor Zerstörung durch Überspannungspulse,
wie sie bspw. bei einem sog. Load Dump oder Jump Start auftreten
können,
zu schützen.
Der erste Widerstand R3 ist derart dimensioniert, dass er bei einem
definierten Überspannungspuls
der Versorgungsspannung V1 den Strom auf die für das spannungsabhängige Schutzelement
R1 zulässige
Höhe begrenzt.
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In
der Parallelschaltung umfassend das Spannungsabhängige Schutzelement R1 und
den Kondensator C1 ist zusätzlich
ein zweiter ohmscher Widerstand R4 angeordnet. Durch geeignete Wahl des
ersten Widerstands R3 und des zweiten Widerstandes R4 kann die Spannung,
auf die die Parallelschaltung vorgespannt wird, eingestellt werden.
Der optionale Widerstand R4 dient zur individuellen Anpassung des
Löschverhaltens
von evtl. an die Ausgänge 2, 2' geschalteten
niederinduktiven Lasten sowie zur Optimierung der Schutzschaltung
bzgl. EMV. Bei Einsatz des Widerstands R4 verringert sich je nach
dessen Wert das stationäre
Potential an der ersten Anschlussklemme UK+ aufgrund des Spannungsabfalls über die
erste Diode D1.
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Die
erste Anschlussklemme UK+ des Steuergeräts 1 ist zwischen
dem Teil 1A und dem Teil 2A der Schutzschaltung
angeordnet. Der eine Eingang und/oder Ausgang 2 des Steuergeräts 1 ist über eine in
Durchflussrichtung geschaltete zweite Diode 3 an der ersten
Anschlussklemme UK+ angeschlossen. Der andere Eingang und/oder Ausgang 2' ist über eine
ebenfalls in Durchflussrichtung geschaltete dritte Diode 4 an
der ersten Anschlussklemme UK+ angeschlossen. Die zweite Diode 3 und
die dritte Diode 4 dienen zur Ankopplung der Eingänge und/oder Ausgänge 2, 2' des Steuergeräts 1 an
der Teil 1A der Schutzschaltung über die erste Anschlussklemme UK+
und schützen
das Steuergerät 1 vor
positiven ESD-Pulsen. Die zweite Diode 3 und die dritte
Diode 4 können
zu einer Doppeldiode 5 zusammengefasst werden. Eine solche
Doppeldiode 5 ist bspw. unter der Bezeichnung BAV70 von
verschiedenen Herstellern erhältlich.
Die Doppeldiode 5 kann in einer sog. Common Cathode-Bauweise
ausgebildet sein. Die parasitären
Effekte dieser Bauweise tragen zu einem Selbstschutz der Doppeldiode 5 bei
negativen ESD-Pulsen bei. Sofern an den Ausgängen keine höheren Spannungen
als an der ersten Anschlussklemme UK+ (gleich der Versorgungsspannung
V1, falls der erste Widerstand R3 nicht bestückt wäre) anliegen, werden über die
gesperrten Dioden 3, 4 die Eingänge und/oder
Ausgänge 2, 2' niederkapazitiv
geschützt.
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Die
zweite Anschlussklemme UK– des
Steuergeräts 1 ist
zwischen dem Teil 1B und dem Teil 2B angeordnet.
Die zweite Anschlussklemme UK– liegt über ein
weiteres spannungsabhängiges
Schutzelement R2 an Masse GND an. Der eine Eingang und/oder Ausgang 2 des
Steuergeräts 1 ist über eine in
Sperrrichtung geschaltete vierte Diode 6 an der zweiten
Anschlussklemme UK– angeschlossen.
Das weitere spannungsabhängige
Schutzelement R2 ist als ein weiterer Varistor oder als eine Diode
bzw. als mehrere in Reihe geschaltete Dioden ausgebildet. Über das
weitere Schutzelement R2 wird der Strom einer negativen elektrostatischen
Entladung, der über
die zweite Anschlussklemme UK– hinzugeführt wird,
so weit gegen Masse abgeleitet, dass keine den zu schützenden
Eingang und/oder Ausgang 2, 2' zerstörende Überspannung auftritt. Der weitere
Eingang und/oder Ausgang 2' des
Steuergeräts 1 ist über eine in
Sperrrichtung geschaltete fünfte
Diode 7 an der zweiten Anschlussklemme UK– angeschlossen.
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Die
vierte Diode 6 und die fünfte Diode 7 dienen
zur Ankopplung der Eingänge
und/oder Ausgänge 2, 2' des Steuergeräts 1 über die
zweite Anschlussklemme UK– an
den Teil 1B der Schutzschaltung, der das Steuergerät 1 vor
negativen ESD-Pulsen schützt.
Sofern an den Eingängen
und/oder Ausgängen 2, 2' keine höheren Spannungen
als Null Volt anliegen, werden die Eingänge und/oder Ausgänge 2, 2' über die
gesperrten vierte Diode 6 und/oder fünfte Diode 7 niederkapazitiv
geschützt.
Tritt z. B. während
des Betriebs des Steuergeräts 1 ein
Masseversatz auf, so dass eine kleinere Spannung als Null Volt an
einem Eingang und/oder Ausgang 2, 2' des Steuergeräts 1 anliegt, wird
die Kapazität
des weiteren spannungsabhängigen
Schutzelements R2 quasi dauerhaft auf dieses negative Potential
geladen, da die Ladung über
die vierte Diode 6 und die fünfte Diode 7 nicht
mehr abfließen
kann (oder nur sehr langsam). Somit stellt sich effektiv nach diesem
einmaligen Ladevorgang wieder eine besonders kleine Kapazität an den
Eingängen
und/oder Ausgängen 2, 2' des Steuergeräts 1 ein.
Der einmalige Ladevorgang wirkt sich in der Praxis bspw. auf eine
CAN (Controller Area Network)-Kommunikation nicht störend aus.
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Zur
sicheren Funktion des ESD-Schutzes müssen die Komponenten der Teile 1A, 1B, 2A und 2B nahe
beieinander und möglichst
nah an den zu schützenden
Eingängen
und/oder Ausgängen 2, 2' mit möglichst
kurzer Masseanbindung angeordnet sein. Der Widerstand R3 kann weggelassen
werden, sofern die Versorgungsspannung V1 bereits derart spannungsbegrenzt
ist (Versorgungsspannung V1 ⇐ 27
Volt für
ein Schutzelement R1 vom Typ V18MLE0805), damit das spannungsabhängige Schutzelement
R1 bei ESD-Pulsen, wie sie bspw, beim sog. Load Dump oder Jump Start
auftreten, nicht zerstört
wird. Besitzen die Eingänge
und/oder Ausgänge 2, 2' eines 60 Volt
Systems bereits genügend
Schutz gegenüber
negativen ESD-Pulsen, kann der Teil 1B und 2B der
Schutzschaltung entfallen. Der Teil 2A wird in diesem Fall
dann von dem Bauelement selber vor negativen ESD-Pulsen geschützt.