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Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung zum Schutz von mindestens einer elektronischen Baugruppe und eine eine solche Schutzschaltung aufweisende Schaltungsanordnung.
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Schutzschaltungen, die in dem Fall, dass eine Gleichspannungsquelle falscher Polarität angeschlossen wird, eine nachgeschaltete Baugruppe vor Schäden schützen, sind allgemein bekannt. Solche Schutzschaltungen werden auch als Verpol- oder Verpolungsschutz bezeichnet.
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Beispielsweise werden derartige Schutzschaltungen in der Automobilindustrie in Fahrzeugen verbaut, um Steuergeräte sowie andere Baugruppen des Fahrzeuges in dem Fall zu schützen, dass eine beispielsweise als Starthilfe vorgesehene Spenderbatterie falsch an das Starthilfe benötigende Fahrzeug angeschlossen wird.
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Bisher ist im Stand der Technik bei Fahrzeugen eine solche Schutzschaltung durch die Dioden eines Dreiphasengleichrichters, der den von einer Drehstrom-Lichtmaschine gelieferten Dreiphasenwechselstrom in einen Gleichstrom wandelt, verwirklicht worden. An den entsprechenden Dioden des Dreiphasengleichrichters liegt die Gleichspannung falscher Polarität der Spenderbatterie in Durchlassrichtung an, weshalb der von der falsch angeschlossenen Spenderbatterie gelieferte Strom aufgrund des sehr geringen differenziellen Widerstandes der Dioden hauptsächlich über diese fließt und somit andere in dem Fahrzeug verbaute Baugruppen vor Schäden geschützt werden.
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Allerdings können die Dioden des Dreiphasengleichrichters nur begrenzt als Schutzschaltung bzw. Verpolungsschutz dienen, da diese unter Umständen aufgrund der falsch angeschlossenen Spenderbatterie selbst Schaden nehmen.
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In Fahrzeugen, die keine Lichtmaschine aufweisen, beispielsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, ist ein Dreiphasengleichrichter zwangsläufig nicht notwendig, weshalb keine entsprechenden Dioden vorhanden sind, die als Schutzschaltung fungieren bzw. die den Verpolungsschutz übernehmen könnten. In solchen Fahrzeugen wird oftmals ein eigens nur als Schutzschaltung fungierendes Diodenpaket verbaut, was einerseits aus wirtschaftlicher Sicht gesehen aufgrund der hohen Kosten ungünstig ist und außerdem keinen Schutz aller Komponenten sicherstellen kann. In Hybrid- oder Elektrofahrzeugen stellt nämlich ein DC/DC-Wandler, meist in Form eines stromgespeisten Gegentaktwandlers, die Versorgungsspannung für die Steuergeräte und Baugruppen zur Verfügung. Solche stromgespeisten Gegentaktwandler weisen auf ihrer Primärseite Feldeffekttransistoren auf, deren intrinsischen Dioden eine so geringe Durchlassspannung haben, dass die Feldeffekttransistoren im Falle des Anschlusses einer Gleichspannungsquelle falscher Polarität durch das zentrale für den Verpolungsschutz vorgesehene Diodenpaket nicht geschützt werden.
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Aus diesem Grund wird in den DC/DC-Wandler noch zusätzlich ein Serienschalter integriert, der eigens den Schutz des DC/DC-Wandlers übernimmt.
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Der Serienschalter bedarf allerdings einer gesonderten Ansteuerung und darüber hinaus tritt in einem solchen Serienschalter im normalen Betrieb permanent eine nicht zu vernachlässigende Verlustleistung auf.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache Schutzschaltung zu schaffen, die eine zentrale Schutzfunktion von Baugruppen in dem Fall des Anschlusses einer Gleichspannungsquelle falscher Polarität gewährleisten kann.
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Diese Aufgabe wird mit einer Schutzschaltung zum Schutz von mindestens einer elektronischen Baugruppe gelöst, die hierfür derart eingerichtet ist, dass sie Energie, die von der Gleichspannungsquelle falscher Polarität zugeführt wird, zur Auslösung und Aufrechterhaltung der Schutzfunktion speichert.
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Bei der zu schützenden Baugruppe kann es sich um einzelne elektronische Bauelemente oder auch um beispielsweise in einem Fahrzeug verbaute Steuergeräte handeln. Die Schutzschaltung ist in Abhängigkeit von der zu schützenden Baugruppe so dimensioniert, dass sie bei angeschlossener Gleichspannungsquelle falscher Polarität arbeitet und zugeführte Energie speichert. Dies ermöglicht es, dass die erfindungsgemäße Schutzschaltung aktiv Bauelemente ansteuert, die eine Auslösung der Schutzfunktion bewirken, und die Auslösung aufrechterhält.
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Hierdurch kann die erfindungsgemäße Schutzschaltung eine zentrale Schutzfunktion übernehmen und einzelne Baugruppen müssen nicht durch separate Schutzschaltungen geschützt werden.
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Die gespeicherte Energie wird zur Auslösung und Aufrechterhaltung der Schutzfunktion verwendet. Da die Schutzfunktion durch die zugeführte Energie ausgelöst und aufrechterhalten wird, ist es auch beispielsweise nicht notwendig, eine zusätzliche Steuerung für die Auslösung der Schutzfunktion vorzusehen.
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Unter Schutzfunktion ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Schutzschaltung die Baugruppe vor Strömen, die zur Schädigung der Baugruppe führen können, schützt. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet sein, dass nach angeschlossener Gleichspannungsquelle falscher Polarität durch die zu schützende Baugruppe kein Strom, nur ein Strom unkritischer Stärke oder ein zu hoher Strom über eine unkritische Zeitdauer fließt.
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In Abhängigkeit von der zu erfüllenden Schutzfunktion ist die Schutzschaltung derart dimensioniert, dass sie in einer ausreichend schnellen Zeit die zur Auslösung und Aufrechterhaltung der Schutzfunktion notwendige Energie speichert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schutzschaltung umfasst diese eine Schaltvorrichtung, über der nach Anschluss der Gleichspannungsquelle falscher Polarität eine Gleichspannung abfällt, und eine Ansteuerschaltung, an der die Gleichspannung als eine Eingangsspannung anliegt. Die Ansteuerschaltung ist so eingerichtet, dass sie die Energie speichert und die Schaltvorrichtung schaltet, derart, dass die Schutzfunktion ausgelöst und für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wird.
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In Abhängigkeit von der zu schützenden Baugruppe wird die Schaltvorrichtung so dimensioniert, dass eine das Arbeiten der Ansteuerschaltung sicherstellende Gleichspannung über der Schaltvorrichtung abfällt. Hierdurch speichert die Ansteuerschaltung die zur Auslösung und Aufrechterhaltung der Schutzfunktion notwendige Energie. Die Ansteuerschaltung wird bevorzugt so dimensioniert, dass die vorbestimmte Zeit, für die die Schutzfunktion ausgelöst wird, ausreichend lang ist, damit das falsche Anschließen der Gleichspannungsquelle von einem Anwender erkannt werden kann.
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Bevorzugt ist die Schutzschaltung derart eingerichtet, dass es erst nach dem Anschließen der Gleichspannungsquelle falscher Polarität zu einem Stromfluss durch die Schaltvorrichtung kommt, und die Ansteuerschaltung die Schaltvorrichtung derart schaltet, dass sich der Stromfluss durch die Schaltvorrichtung erhöht.
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D. h. die Schutzschaltung ist bevorzugt bei bestimmungsgemäßer Verwendung parallel zu der/den Baugruppe(n) geschaltet. Da die Schaltvorrichtung bei Anschließen einer Gleichspannungsquelle richtiger Polarität so geschaltet ist, dass es zu keinem Stromfluss durch die Schaltvorrichtung kommt, entsteht in der Schutzschaltung in diesem Fall keine Verlustleistung.
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Bevorzugt ist die Schaltvorrichtung allerdings so ausgestaltet, dass es bei Anschließen einer Gleichspannungsquelle falscher Polarität bereits vor dem für die Auslösung der Schutzfunktion notwendigen Schalten zu einem Stromfluss durch die Schaltvorrichtung kommt, wodurch die Baugruppe(n) bereits vor dem Schalten der Schaltvorrichtung „entlastet” und damit geschützt werden.
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Allgemein eignet sich insbesondere jede Schaltvorrichtung, die in Bezug auf eine von einer Gleichspannungsquelle richtiger Polarität angelegte Gleichspannung keinen Stromfluss zulässt (d. h. sperrt), in Bezug auf eine von einer Gleichspannungsquelle falscher Polarität angelegte Gleichspannung einen noch nicht maximalen Stromfluss zulässt (d. h. begrenzt bzw. wenig sperrt) und durch das Schalten einen vollen bzw. maximalen Stromfluss zulässt. Beispiele hierfür sind wie im Folgenden noch erläutert MOS-Feldeffekttransistoren (Enhancement bzw. Anreicherungstyp) oder IG-Bipolar-Transistoren mit paralleler Diode.
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Weiterhin bevorzugt umfasst die Ansteuerschaltung eine Speichervorrichtung zur Speicherung der Energie, wobei die Speichervorrichtung durch die als Eingangsspannung anliegende Gleichspannung geladen wird. Die Speichervorrichtung ist derart mit der Schaltvorrichtung verbunden ist, dass sie die Auslösung der Schutzfunktion für die vorbestimmte Zeit aufrechterhält.
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Die Speichervorrichtung, die beispielsweise in Form von mindestens einem Kondensator ausgebildet sein kann, ist insoweit so dimensioniert, dass sie die Auslösung der Schutzfunktion für die vorbestimmte Zeit aufrechterhält. In einer weiteren Ausgestaltung der Schutzschaltung ist die Schaltvorrichtung durch mindestens einen Transistor ausgebildet, über dem die an der Ansteuerschaltung als Eingangsspannung anliegende Gleichspannung abfällt und der nach der Ladezeit der Speichervorrichtung derart in einen Schaltzustand umschaltet, dass er die Schutzfunktion auslöst. Zur Aufrechterhaltung der Schutzfunktion bzw. des Schaltzustandes des Transistors ist die Speichervorrichtung mit diesem verbunden.
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Bei einer so gearteten Schaltvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen MOS-Feldeffekttransistor (NMOS, PMOS Anreicherungstyp) mit intrinsischer Diode oder auch um einen Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT) mit paralleler Diode handeln. Liegt in diesem Fall eine Gleichspannung richtiger Polarität an der Schutzschaltung an, arbeitet die Ansteuerschaltung nicht und der Transistor befindet sich in einem nicht geschalteten Zustand, d. h. es kommt zu keinem Stromfluss durch den Transistor. Insoweit tritt im Normalfall keine Verlustleistung in der Schutzschaltung auf.
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Liegt nunmehr eine Gleichspannungsquelle falscher Polarität an der Schutzschaltung an, kommt es zu einem Stromfluss über die intrinsische oder parallele Diode über der die an der Ansteuerschaltung anliegende Spannung abfällt. Da ein hoher Strom über die intrinsische oder parallele Diode fließt bzw. deren differentieller Widerstand sehr gering ist, wird/werden die Baugruppe(n) bereits in dem nicht geschalteten Zustand des Transistors gut geschützt. Die Ansteuerschaltung ist so dimensioniert, dass sie bei einer solchen sehr geringen Eingangsspannung arbeitet und die Schaltvorrichtung bzw. den Transistor nach Laden der Speichervorrichtung umschaltet, wodurch es zu einem (erhöhten) Stromfluss durch den Transistor kommt, d. h. durch den entsprechenden Drain-Source-Kanal bzw. über den Emitter und Kollektor.
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Hierdurch wird ersichtlich, dass auch Baugruppen, die in dem Fall des Anschließens einer Gleichspannungsquelle falscher Polarität einen sehr geringen differentiellen Widerstand haben, ebenfalls gut geschützt werden. Insoweit kann die Schutzschaltung auch für solche Baugruppen eine zentrale Schutzfunktion übernehmen.
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Die Speichervorrichtung hält den Transistor für die vorbestimmte Zeit in diesem Schaltzustand. Anders ausgedrückt ist die Speichervorrichtung mit dem Transistor bzw. dessen Gateanschluss/Basisanschluss verbunden, sodass der Transistor lang in diesem Schaltzustand verbleibt und die Schutzfunktion damit aufrechterhält. Da es sich insbesondere bei MOS-Feldeffekttransistoren (NMOS, PMOS Anreicherungstyp) und IGBT (Insultated Gate Bipolar Transistor) um spannungsgesteuerte Bauelemente handelt, bei denen zwischen Gate und Source bzw. Basis und Emitter nur geringe Leckströme auftreten, kann die Aufrechterhaltung der Schutzfunktion bereits bei einer geringen gespeicherten Energiemenge für eine ausreichend lange Zeit aufrechterhalten werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schutzschaltung weist die Ansteuerschaltung einen DC/DC-Wandler auf, der die an der Ansteuerschaltung als Eingangsspannung anliegende Gleichspannung in eine die Speichervorrichtung ladende Ladegleichspannung wandelt.
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Hierdurch wird sichergestellt, dass nach dem Laden der Speichervorrichtung eine ausreichend hohe Spannung an dem Transistor anliegt, damit dieser in den Schaltzustand umschaltet und die Speichervorrichtung diesen Schaltzustand für die vorbestimmte Zeit aufrechterhält.
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Weiterhin bevorzugt weist die Ansteuerschaltung eine Schwellenschaltung auf, die eingerichtet ist, wenn die Ladegleichspannung einen bestimmten Gleichspannungswert erreicht, die Ladespannung an die Speichervorrichtung anzulegen.
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Hierdurch wird erreicht, dass die den Transistor ansteuernde Spannung so hoch ist, dass der Transistor sofort in einem entsprechenden Sättigungsbereich kommt und für die Schutzfunktion ausreichend schaltet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Ansteuerschaltung eine Kippschaltung auf, die derart eingerichtet ist, dass sie die an der Ansteuerschaltung als Eingangsspannung anliegende Gleichspannung in einer bestimmten Schaltfrequenz an den DC/DC-Wandler anliegt.
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Bevorzugt ist der Transistor derart dimensioniert, dass die an der Ansteuerschaltung als Eingangsspannung anliegende Gleichspannung kleiner/gleich 0,8 Volt beträgt und die Kippschaltung eine astabile Kippschaltung ist.
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Dies ist insbesondere für Automobilanwendungen vorteilhaft, da die astabile Kippschaltung bereits bei geringen Spannungen wie 0,8 Volt arbeitet und der Transistor zum Auslösen der Schutzfunktion entsprechend angesteuert werden kann.
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Insoweit können empfindliche Bauteile, wie Feldeffekttransistoren mit intrinsischen Dioden oder auch Dioden, der Baugruppe(n) effektiv geschützt werden.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Schaltungsanordnung aus mindestens einer Baugruppe und einer im Vorhergehenden erläuterten Schutzschaltung, wobei die Schaltvorrichtung eine von der Baugruppe und der Schutzschaltung gemeinsam genutzte Schaltvorrichtung ist.
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Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Feldeffekttransistor handeln, der einerseits von der Schutzschaltung als die Schaltvorrichtung verwendet wird und andererseits eine Funktion in einem die Versorgungsspannung liefernden DC/DC-Wandler übernimmt.
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Die einzige beigefügte Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung, wobei eine Spenderbatterie falsch gepolt angeschlossen ist.
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Unter Bezug auf die beigefügte Figur wird nunmehr eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung erläutert, die bevorzugt in Kraftfahrzeugen den Verpolungsschutz bildet.
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Die in der Figur gezeigte Schutzschaltung 1 ist zum Schutz von mindestens einer elektronischen Baugruppe (nicht gezeigt) vorgesehen. Die Schutzschaltung 1 wird bevorzugt in einem Fahrzeug als Verpolungsschutz eingesetzt.
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Wie in der Figur gezeigt, wird die Schutzschaltung 1 an einen Pluspol (+) und einen Minuspol (–) einer Fahrzeugbatterie FB angeschlossen. Aufgrund dieser Anschlussweise der Schutzschaltung 1 an die Fahrzeugbatterie FB liegt der Knoten K1 der Schutzschaltung 1 auf positivem Potential und der Knoten K2 auf negativem Potential bzw. Massepotential.
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An dem Pluspol und dem Minuspol der Fahrzeugbatterie FB sind darüber hinaus nicht gezeigte Baugruppen, wie z. B. DC/DC-Wandler, Steuergeräte und dergleichen, angeschlossen und werden von der Fahrzeugbatterie FB mit Spannung versorgt. Insoweit ist die Schutzschaltung 1 zu den in dem Fahrzeug verbauten Baugruppen bestimmungsgemäß parallel geschaltet.
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In dem Fall, dass die Fahrzeugbatterie FB entladen ist und dem Fahrzeug Starthilfe gegeben werden muss, wird eine Spenderbatterie SB parallel zu der Fahrzeugbatterie FB angeschlossen. Fahrzeuge haben im Allgemeinen hierfür zumindest für den Pluspol speziell gekennzeichnete Anschlusspunkte.
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In der Figur ist ein sogenannter Verpolungsfall gezeigt, in dem die Spenderbatterie SB falsch an die Fahrzeugbatterie FB bzw. an das Fahrzeug angeschlossen wird. Damit die in dem Fahrzeug verbauten Baugruppen aufgrund des falschen Anschlusses der Spenderbatterie SB bzw. des Anschlusses einer Gleichspannungsquelle falscher Polarität keinen Schaden nehmen, löst die Schutzschaltung 1 die im Folgenden noch erläuterte Schutzfunktion aus und bildet daher einen Verpolungsschutz.
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(Aufbau der Schutzschaltung)
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Die Schutzschaltung 1 umfasst eine Schaltvorrichtung 2 sowie eine die Schaltvorrichtung 2 schaltende/ansteuerende Ansteuerschaltung 3.
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Die Schaltvorrichtung 2 ist in dieser Ausführungsform durch einen Widerstand 21 und einen MOS-Feldeffekttransistor 22 (NMOS) aufgebaut. Der MOS-Feldeffekttransistor 22 ist vom Anreicherungstyp (Enhancement) und so angeschlossen, dass er mit seinem Drainanschluss D22 mit dem Knoten K1 bzw. dem Pluspol der Fahrzeugbatterie FB verbunden und mit seinem Sourceanschluss S22 mit dem Knoten K2 bzw. dem Minuspol der Fahrzeugbatterie FB verbunden ist. Zwischen dem Source- und Drainanschluss S22, D22 befindet sich noch die intrinsische Diode 23 des MOS-Feldeffekttransistors 22.
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Der Widerstand 21 befindet sich zwischen einem Knoten K3 und dem Gateanschluss G22 des Feldeffekttransistors 22.
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Die Ansteuerschaltung 3 umfasst mehrere im Folgenden erläuterte Unterschaltungen. Zu diesen zählen eine Speichervorrichtung 4, eine Schwellenschaltung 5, ein DC/DC-Wandler 6 und eine astabile Kippschaltung 7.
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Die Speichervorrichtung 4 ist in dieser Ausführungsform durch einen Kondensator 41 (bevorzugt 10 μF) ausgebildet. Der Kondensator 41 ist einerseits mit dem Knoten K3 und andererseits mit dem Knoten K2 verbunden. Der Kondensator 41 ist folglich so mit dem MOS-Feldeffekttransistor 22 verbunden, dass er im geladenen Zustand den MOS-Feldeffekttransistor 22 schaltet, d. h. dass der Drain-Source-Kanal des MOS-Feldeffekttransistors 22 leitend wird, und diesen Schaltzustand des MOS-Feldeffekttransistors 22 aufrechterhält.
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Die Schwellenschaltung 5 weist einen Widerstand 51 (bevorzugt 1 MΩ) auf, der einerseits mit dem Knoten K1 bzw. dem Pluspol der Fahrzeugbatterie FB und andererseits mit einem Knoten K4 verbunden ist. Zwischen den Knoten K1, K4 befinden sich noch ein Widerstand 52 (bevorzugt 10 kΩ) und ein erster Bipolar-Transistor 53 (NPN), wobei der Widerstand 52 mit der Basis B53 des Bipolar-Transistors 53 und dem Knoten K4 und der Emitter E53 des Bipolar-Transistors 53 mit dem Knoten K1 verbunden ist. Der Kollektoranschluss K53 des ersten Bipolar-Transistors 53 ist über einen weiteren Widerstand 54 (bevorzugt 110 kΩ) mit der Basis B55 eines zweiten Bipolar-Transistors 55 (PNP) verbunden. Der Kollektor K55 des zweiten Bipolar-Transistors 55 ist mit dem Knoten K3 und der Emitter E55 des zweiten Bipolar-Transistors 55 über einen Widerstand 56 (bevorzugt 10 Ω) mit einem Knoten K5 verbunden. Die Basis B55 und der Emitter E55 des zweiten Bipolar-Transistors 55 sind noch über einen Widerstand 57 verbunden. Letztendlich umfasst die Schwellenschaltung noch eine Zenerdiode 58, die sich zwischen den Knoten K4 und K5 befindet und die, wie im Folgenden noch erläutert wird, ab einer Zenerspannung von ungefähr 20 Volt durchbricht.
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An die Schwellenschaltung 5 ist ein DC/DC-Wandler 6, der in dieser Ausführungsform als Inverswandler ausgestaltet ist, angeschlossen. Am Eingang des DC/DC-Wandlers 6 befindet sich ein Bipolar-Transistor 61 (NPN), der mit seinem Emitter E61 an den Knoten K1 bzw. den Pluspol der Fahrzeugbatterie FB angeschlossen ist. Der entsprechende Kollektor K61 des Bipolar-Transistors 61 ist mit einem Knoten K6 verbunden. An dem Basisanschluss B61 des Bipolar-Transistors 61 ist ein Widerstand 62 angeordnet.
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Zwischen dem Knoten K6 und K2 befindet sich eine Induktivität 63 (bevorzugt 1,25 mH), die bevorzugt als Speicherdrossel ausgebildet ist. Am Ausgang des DC/DC-Wandlers 6, d. h. zwischen dem Knoten K5 und dem Knoten K2 befindet sich ein Kondensator 64 (bevorzugt 10 μF). Die Knoten K5 und K6 sind über eine Diode 65 verbunden. Der Ausgang des DC/DC-Wandlers 6 ist folglich mit der Schwellenschaltung 5 verbunden.
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Letztendlich umfasst die Ansteuerschaltung 3 noch eine astabile Kippschaltung 7. Die astabile Kippschaltung 7 umfasst einen ersten Bipolar-Transistor 71 (NPN) und einen zweiten Bipolar-Transistor 72 (NPN), die mit ihren Emitteranschlüssen E71, E72 mit dem Knoten K1 verbunden sind. Die jeweiligen Kollektoranschlüsse sind über entsprechende Widerstände 73 und 74 mit dem Knoten K2 verbunden. Die Basis B71 des Bipolar-Transistors 71 ist darüber hinaus über einen Kondensator 75 (bevorzugt 100 nF) mit einem Knoten K7 verbunden, der sich zwischen dem Kollektor K72 und dem entsprechenden Widerstand 74 des Bipolar-Transistors 72 befindet.
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Gleichermaßen ist die Basis B72 des Bipolar-Transistors 72 über einen Kondensator 76 mit einem Knoten K8, der sich zwischen dem Kollektor K71 und dem Widerstand 73 des Transistors 71 befindet, verbunden.
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Zwischen den Basisanschlüssen B71, B72 der Transistoren 71, 72 und dem Knoten K2 befindet sich letztendlich noch jeweils ein Widerstand 77, 78.
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(Funktionsweise der Schutzschaltung)
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Im Folgenden wird noch die Funktionsweise der im Vorhergehenden beschriebenen Schutzschaltung 1 erläutert.
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In dem Fall, dass lediglich die Fahrzeugbatterie FB an die Schutzschaltung 1 angeschlossen ist, befindet sich der MOS-Feldeffekttransistor 22 in einem nichtgeschalteten Schaltzustand, d. h. der Drain-Source-Kanal des MOS-Feldeffekttransistors 22 befindet sich in einem nichtleitenden Zustand. Dies deshalb, weil die Ansteuerschaltung 3 nicht arbeitet und den Transistor 22 folglich nicht ansteuert.
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Bezüglich der Polung der in der Figur gezeigten Fahrzeugbatterie FB ist nämlich die astabile Kippschaltung 7 so angeordnet, dass sie bei dieser Polarität der Eingangsspannung nicht arbeitet. Insoweit arbeiten auch der DC/DC-Wandler 6, die Schwellenschaltung 5 und die Speichervorrichtung 4 nicht, weshalb der Transistor 22 nicht angesteuert wird.
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Ist die Fahrzeugbatterie FB nunmehr entladen, besteht die Notwendigkeit, eine Spenderbatterie SB anzuschließen, um die Fahrzeugbatterie zu laden bzw. dem Fahrzeug Starthilfe zu geben. Wird die Spenderbatterie SB richtig gepolt angeschlossen, ändert sich an dem Arbeitszustand der Schutzschaltung 1 bzw. der Ansteuerschaltung 3 nichts.
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Wird die Spenderbatterie SB allerdings falsch angeschlossen, d. h. sie stellt eine Gleichspannungsquelle falscher Polarität dar, löst die Schutzschaltung 1 eine Schutzfunktion zum Schutz der weiteren in dem Fahrzeug verbauten Baugruppen aus. Diese Schutzfunktion wird dadurch erreicht, dass der Transistor 22 angesteuert wird bzw. schaltet und dessen Drain-Source-Kanal leitend wird. Durch dieses Schalten des Transistors 22 nimmt der Drain-Source-Kanal des Transistors einen sehr geringen Widerstand an, weshalb über ihn der hauptsächliche von der Spenderbatterie SB gelieferte Strom geleitet wird und somit die anderen in dem Fahrzeug verbauten Baugruppen geschützt werden.
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Bei Anlegen der Spenderbatterie mit falscher Polarität, fließt Strom über die intrinsische Diode 23 des Transistors 22. In diesem Zustand fallen über der intrinsischen Diode ungefähr die gezeigten 0,8 Volt ab, die gleichzeitig als Eingangsspannung der Ansteuerschaltung 3 der Schutzschaltung 1 dient. Da die intrinsische Diode 23 des MOS-Feldeffekttransistors 22 in diesem Zustand einen sehr geringen (differentiellen) Widerstand aufweist, fließt über sie Strom und – selbst wenn in den zu schützenden Baugruppen Bauelemente mit sehr geringen Widerständen vorhanden sind – beginnt die Ansteuerschaltung 3 zu arbeiten. Insoweit kann die Schutzschaltung 1 auch in Schaltungsanordnungen die zentrale Schutzfunktion übernehmen, in denen empfindlichen Bauelemente mit sehr geringen (differentiellen) Widerständen vorhanden und zu schützen sind.
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Da die 0,8 Volt nunmehr an der astabilen Kippschaltung 7 richtig anliegen, d. h. der Knoten K2 liegt gegenüber dem Knoten K1 auf einem Potential von 0,8 Volt, fängt diese an zu arbeiten. Die astabile Kippstufe 6 bzw. deren Transistoren 71, 72 werden wechselseitig so angesteuert, dass die Transistoren 71, 72 in einer bestimmten Schaltfrequenz schalten. Die Schaltfrequenz hängt insbesondere von der Dimensionierung der Widerstände 77, 78 und der Kondensatoren 75, 76 ab.
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Durch das frequente Schalten des Transistors 72 kommt es auch zu einem frequenten Schalten des Transistors 61, weshalb der DC/DC-Wandler 6 zu arbeiten beginnt.
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In dem geöffneten Zustand des Transistors 61 fließt Strom durch die Induktivität 63.
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Schaltet der Transistor 61 in seinen Sperrzustand, versucht die Induktivität 63 den Stromfluss aufrechtzuerhalten, wodurch es zu einem Ladevorgang des Kondensators 64 kommt. Die Schaltfrequenz der Kippschaltung 7 und damit des Transistor 61 ist so bemessen, dass die Eingangsspannung von 0,8 V des DC/DC-Wandlers auf ca. 20 Volt gewandelt wird.
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Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei dem DC/DC-Wandler 6 um einen Inverswandler, der die am Eingang anliegenden 0,8 Volt auf ca. 20 Volt inverser Polarität wandelt, d. h. nach mehreren Schaltvorgängen des Transistors 61 bzw. nach einer gewissen Zeitdauer liegt eine Spannung von ca. 20 Volt an dem Knoten K5 an, wobei der Knoten K5 auf dem Potential von 20 Volt gegenüber dem Knoten K2 liegt.
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Die Schwellenschaltung 5 ist so dimensioniert, dass die Zenerdiode ab Erreichen von ca. 20 Volt an dem Knoten K5 durchbricht.
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Dies hat zur Folge, dass der Transistor 55 schaltet und es zu einer Ladungsverteilung zwischen dem Kondensator 64 des DC/DC-Wandlers 6 und dem Kondensator 41 der Speichervorrichtung 4 kommt. Mit anderen Worten wird die Speichervorrichtung 4 bzw. ihr Kondensator 41 ab Erreichen einer bestimmten Schwellspannung an dem Knoten K5 geladen.
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Das Laden des Kondensators 41 bewirkt, dass in einer sehr kurzen Zeitspanne eine Spannung von ca. 3 bis 10 Volt zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors 22 anliegt und der Transistor 22 damit in den leitenden Zustand des Drain-Source-Kanales schaltet. Die Spannung über den MOS-Feldeffekttransistor 22 bricht hierdurch auf ungefähr 0,1 Volt zusammen und die astabile Kippschaltung 7 und damit die Ansteuerschaltung 3 hört auf zu arbeiten.
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Der Schaltzustand des MOS-Feldeffekttransistors 22 wird so lange aufrechterhalten, bis die über den Kondensator 41 abfallende Spannung unter eine für das Schalten des Transistors 22 ausreichende Spannung fällt. Da es sich bei dem Feldeffekttransistor 22 um ein spannungsgesteuertes Bauelement handelt und über den Kondensator 41 und die Gate-Source-Verbindung des Feldeffekttransistors 22 nur Leckströme fließen, kann der Schaltzustand des Transistors 22 auch bei Speicherung nur einer geringen Energiemenge aufrechterhalten werden.
