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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Sicherung für eine elektrische Last in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Lasten in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs erläutert. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung aber in jeder Anwendung eingesetzt werden kann, in der elektrische Verbindungen abgesichert werden sollen.
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Zur Absicherung von elektrischen Leitungen und Schaltungen vor Überlast in einem Kraftfahrzeug werden in der Regel Schmelzsicherungen verwendet. Hierfür sind insbesondere Schmelzsicherungen bekannt, bei denen ein Spalt zwischen zwei Leiterbahnen mit Hilfe eines aufgeschmolzenen Metallkörpers z.B. aus Zinn überbrückt wird. Eine derartige Sicherungseinrichtung wird beispielsweise in der
DE 10 2014 115 588 offenbart.
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Alternativ kommen elektronische Sicherungen zum Einsatz, die derart ausgelegt sind, dass diese auslösen, wenn eine Sicherungsbedingung erfüllt ist. Die Sicherungsbedingung kann von dem Signal auf der abzusichernden Leitung oder einem anderen Ereignis abhängig sein, sodass eine Überlastungssituation oder Beschädigung einer Last verhindert wird. Ein Beispiel für eine Sicherungsbedingung ist, dass das Signal einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet (oder unter diesen Schwellenwert fällt). So können eine unsichere Erhöhung des Stroms (oder der Spannung oder Temperatur) erkannt werden und das Sicherungsereignis ausgelöst werden.
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Ein intelligentes Bordnetz mit Stromverteilern muss zwei wesentliche Aufgaben erfüllen: zum einen den Verbraucher über ein Schaltelement auf der Hochspannungsseite (Highside) versorgen und abschalten und zum zweiten den Verbraucher gegen schleichende Überströme und harte Kurzschlüsse abzusichern. Für die Absicherung gegen harte Kurzschlüsse ist eine Erfassung des Stromes erforderlich. Die herkömmlichen Methoden basieren auf einer Shuntstrommessung unter Anwendung spezieller, integrierter Schaltungen. Dafür gibt es auf dem Markt etliche integrierte Bausteine wie LT6108 oder INA200. Diese Methode ist meistens für genauere Strommessung leider mit relativ hohen Kosten, benötigten Versorgungsspannungen und im On-Zustand relativ hoher Stromaufnahme verbunden.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 121 850 A1 wird ein Stromkreisunterbrecher beschrieben mit einer Schalteinheit, welche dazu ausgebildet ist einen Stromkreis zu unterbrechen, einer Sensoreinheit, welche dazu ausgebildet ist, den Wert einer Größe zu erfassen, welche einen im Stromkreis fließenden Strom charakterisiert, und einer Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, die Schalteinheit in Abhängigkeit des erfassten Wertes so anzusteuern, dass diese den Stromkreis unterbricht, sowie einer Selbsterhaltungsschaltung, welche dazu ausgebildet ist, nach einer Unterbrechung des Stromkreises durch die Schalteinheit einen Schaltzustand der Schalteinheit beizubehalten bis ein Signal der Steuereinheit die Schalteinheit so ansteuert, dass diese die Stromkreisunterbrechung aufhebt.
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Die amerikanische Patentanmeldung
US 2005/0135034 A1 beschreibt einen rückstellbaren Leistungsschalter umfassend eine Stromüberwachungs- und Unterbrechungsschaltung mit einer elektrisch leitenden Leitung, die einen Strom leitet. Ein Sensor gibt einen Spannungspegel aus, der die Größe des Stroms anzeigt. Ein Komparator vergleicht den Spannungspegel mit einem Bezugspotential und erzeugt ein Schaltungsanzeigesignal. Ein logisch basierter Stromunterbrecher steuert den Strom in der Leitung als Reaktion auf das Schaltungsanzeigesignal.
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Die amerikanische Patentschrift
US 6 594 129 B1 offenbart ein Halbleiterrelaisystem zur Versorgung einer Lampenlast mittels Ein- /Aus-Steuerung durch einen Mikrocomputer unter Verwendung eines Halbleiterrelais.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2011 057 002 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Betriebszustandsüberwachung einer zwischen einer Spannungsquelle und einer Last vorgesehenen Verpolungsschutzvorrichtung, die eine als Reaktion auf ein Gate-Ansteuersignal von Steuermitteln in einen Durchgangszustand ihres Kanals aktivierbare MOSFET-Schalteinheit aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass der MOSFET-Schalteinheit Mittel zur Erfassung eines Spannungsabfalls über dem Kanal zugeordnet sind, die so ausgebildet sind, dass bei einer unverpolten Polarität der Spannungsquelle die Erfassungsmittel ein einem Aktivierungszustand der MOSFET-Schalteinheit entsprechendes Detektionssignal erzeugen.
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Nachteil einer elektronischen Sicherung kann sein, dass diese die überwachte Leitung wieder frei schaltet, sobald die Sicherungsbedingung nicht mehr erfüllt ist. Ein weiterer Nachteil kann sein, dass diese wie eine elektrische Sicherung nicht zurückgestellt werden kann. Ein anderer Nachteil ist eine relativ hohe Ruhestromaufnahme.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel die beschriebenen Nachteile zu überwinden und eine Sicherung zu schaffen, die nach einem Auslösen im ausgelösten Zustand verbleibt (einrastet). Eine weitere Aufgabe ist es, die Ruhestromaufnahme im Vergleich zu den bekannten Lösungen zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Eine erfindungsgemäße elektronische Sicherung umfasst einen Shunt-Widerstand, ein steuerbares Schaltelement, einen Spannungsdetektor sowie ein Halteglied. Die elektronische Sicherung ist insbesondere geeignet, eine elektrische Last in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs abzusichern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um ein 12-V-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
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Ein Eingang der elektronischen Sicherung ist über den Shunt-Widerstand und das steuerbare Schaltelement mit einem Ausgang der elektronischen Sicherung verbunden. Der Eingang ist mit einem Energiespeicher oder einer sonstigen Spannungsquelle verbindbar, der Ausgang ist mit der abzusichernden Last elektrisch verbindbar. Weiterhin weist das steuerbare Schaltelement einen Steuereingang auf. Dieser wird auch mit dem englischen Begriff als Gate bezeichnet.
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Der Spannungsdetektor ist ausgebildet, eine über den Shunt-Widerstand abfallende Spannung zu erfassen und ein Steuersignal bereitzustellen, wenn die über dem Shunt-Widerstand abfallende Spannung einen Schwellwert übersteigt. Ein Steuersignalausgang des Spannungsdetektors ist mit dem Steuereingang des steuerbaren Schaltelements verbunden. Das Steuersignal ist eingerichtet, das steuerbare Schaltelement zu schalten. Dabei schaltet das steuerbare Schaltelement aus, wenn der Schwellwert überschritten wird. Somit wird keine den Schwellwert übersteigende Spannung von der elektronischen Sicherung weitergeleitet. Der Spannungsdetektor ist also eingerichtet, ein Steuersignal zum Abschalten der elektrischen Last an den Steuereingang des steuerbaren Schaltelements bereitzustellen, wenn die abfallende Spannung den Schwellwert übersteigt.
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Das Halteglied ist mit dem Spannungsdetektor gekoppelt und ausgebildet, das Steuersignal in einem Abschaltzustand (Off) zu halten, wenn das steuerbare Schaltelement auf keinen Durchgang geschaltet ist und somit eine mit der elektronischen Sicherung verbundene elektrische Last abgeschaltet hat.
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Aufgrund des einfachen Schaltungsaufbaus lässt sich kosteneffizient eine schnelle Detektion eines Überstroms realisieren, wobei mit der Detektion ein Abschalten verbunden ist.
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In einer günstigen Ausführungsform ist das schaltbare Steuerelement als Halbleiterschaltelement realisiert. Bei dem Halbleiterschaltelement kann es sich insbesondere um einen Leistungstransistor handeln. Günstig ist es auch, wenn der Spanungsdetektor und das Halteglied als Halbleiterbauelemente realisiert sind. So ist die elektronische Sicherung einfach auf einer Leiterplatte realisierbar.
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Bevorzugt ist das schaltbare Steuerelement als ein MOSFET, insbesondere als p-Kanäler ausgeführt. Im Gegensatz zu einem n-Kanal-MOSFET ist so keine Ladungspumpe notwendig und die Schaltung kann mit wenigen Bauteilen und mit keiner bis geringer Verlustleistung beziehungsweise Stromaufnahme realisiert werden.
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Der Spannungsdetektor kann als Transistor, insbesondere als pnp-Transistor ausgeführt werden. Dabei kann der Schwellwert der Basis-Emitter-Spannung des pnp-Transistors entsprechen. Somit schaltet der pnp-Transistor, wenn die über den Shunt-Widerstand abfallende Spannung der Schaltschwelle des pnp-Transistors entspricht. So kann effizient in einem elektronischen Bauteil eine Schwellwertüberwachung und ein Schaltvorgang realisiert werden.
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Der mit dem Eingang der elektronischen Sicherung verbundene Kontakt des Shunt-Widerstands kann als Eingang und der weitere Kontakt des Shunt-Widerstands kann als Ausgang des Shunt-Widerstand bezeichnet werden – in Anlehnung an die Richtung des Stromflusses. In einer Ausführungsform ist der Emitter des pnp-Transistors mit dem Eingang der elektronischen Sicherung (entspricht dem Eingang des Shunt-Widerstands) und die Basis mit dem Ausgang des Shunt-Widerstands gekoppelt.
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Zwischen der Basis des pnp-Transistors und dem Ausgang des Shunt-Widerstands kann ein erster Widerstand angeordnet sein. Wenn der Spannungsabfall über den ersten Widerstand größer der Basis-Emitter-Spannung des pnp-Transistors ist wird der OFF-Zustand des MOSFETs gehalten, beziehungsweise der pnp-Transistor bleibt durchgeschaltet.
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Der erste Widerstand zusammen mit dem zweiten Widerstand dienen dem Halten im OFF-Zustands, damit der pnp-Transistor durchgeschaltet bleibt.
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Zum Schutz des Leistungstransistors, insbesondere des Gates des Leistungstransistors, vor transienten Überspannungen ist eine erste Diode vorteilhaft zwischen zwischen Gate und Source des MOSFETs angeordnet. Bei der ersten Diode kann es sich insbesondere um eine Z-Diode, auch als Zenerdiode bezeichnet, handeln. Die Durchlassrichtung der ersten Diode ist in Richtung von Source, d.h. dem Eingang des steuerbaren Schaltelements.
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Ferner weist das Halteglied einen npn-Transistor auf. Dabei ist die Basis des npn-Transistors über eine zweite Diode mit dem Kollektor des pnp-Transistors elektrisch gekoppelt. Die Durchlassrichtung der Diode ist in Richtung der Basis des npn-Transistors. Der Kollektor des npn-Transistors ist über einen zweiten Widerstand mit der Basis des pnp-Transistors elektrisch gekoppelt. Der Emitter des npn-Transistors ist mit Masse elektrisch gekoppelt. Die Anordnung des npn-Transistors schafft ein Einrasten des Leistungstransistors im ausgeschalteten, nicht-leitendem Zustand nach einem Aktivieren der elektronischen Sicherung. Somit löst die elektronische Sicherung aus, wenn die über den Shunt-Widerstand abfallende Spannung einen Schwellwert übersteigt und verbleibt dann in diesem Zustand.
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Ferner kann Gate des Leistungstransistors über einen Widerstand mit Masse elektrisch gekoppelt sein. Dies gilt bei der bevorzugten Ausführungsform beim Einsatz von einem P-Kanal-MOSFET. Die alternative Lösung mit einem n-Kanal-MOSFET erfordert zusätzlich zumindest eine Ladungspumpe sowie anstelle des hier genannten Widerstands einen Treiber.
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Es ist eine Rücksetzfunktion und ergänzend oder alternativ ein Auslösen über ein externes Steuersignal in die elektronische Sicherung integriert. Dies kann über einen zweiten npn-Transistor in Verbindung mit einer Steuereinrichtung oder alternativ über zwei (manuelle oder steuerbare) Taster realisiert werden.
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Die elektronische Sicherung verfügt über einen zweiten npn-Transistor und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, Signalprozessors, FPGA oder ASIC umgesetzt werden. Dabei sind der Kollektor des zweiten npn-Transistors mit der Basis des (ersten) npn-Transistors, der Emitter des zweiten npn-Transistors mit Masse und die Basis des zweiten npn-Transistors mit einem Reset-Ausgang der Steuereinrichtung gekoppelt. Weiterhin ist ein Steuerausgang der Steuereinrichtung mit der Basis des (ersten) npn-Transistors elektrisch gekoppelt und ein Diagnoseeingang der Steuereinrichtung ist mit dem Kollektor des (ersten) npn-Transistors elektrisch gekoppelt. Vorteilhaft ist zwischen dem Steuerausgang und der Basis des (ersten) npn-Transistors eine dritte Diode angeordnet, wobei die Durchlassrichtung in Richtung der Basis des (ersten) npn-Transistors ist.
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Die hier beschriebene Methode ermöglicht eine schnelle Detektion des Überstromes, basierend auf einer Shuntstrommessung, und Abschaltung der Last über einen P-Kanal-MOSFET. Neben der wichtigen Eigenschaft einer Schmelzsicherung, wie dauernd leitender Zustand im Normalbetrieb, verfügt diese Schaltung über Diagnose-, Test- und Resetmöglichkeit.
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Über den Reset-Ausgang kann die elektronische Sicherung nach einer Aktivierung oder Auslösung wieder zurückgesetzt werden, sodass sie wieder leitet. Über den Steuerausgang kann die elektronische Sicherung für Testzwecke oder aufgrund externer Steuersignale ausgelöst werden, um die angeschlossene Last nicht weiter zu versorgen. Hierzu kann die Steuereinrichtung über einen Kommunikationsbus mit einem übergeordneten Steuergerät verbunden sein. Bei dem Kommunikationsbus kann es sich beispielsweise um einen standardisierten Kommunikationsbus wie I2C, LIN oder CAN handeln.
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In einer alternativen Variante verfügt die elektronische Sicherung über zwei Taster, die manuell oder alternativ über eine übergeordnete Steuerlogik ansteuerbar sind. Hierbei sind ein erster Taster zwischen dem Eingang der elektronischen Sicherung und der Basis des (ersten) npn-Transistors und ein zweiter Taster zwischen der Basis des (ersten) npn-Transistors und Masse angeordnet. Zusätzlich kann zwischen dem ersten Taster und der Basis des (ersten) npn-Transistors eine dritte Diode angeordnet sein.
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Kurze Figurenbeschreibung
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektronischen Sicherung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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2 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektronischen Sicherung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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3 einen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels einer elektronischen Sicherung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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4 einen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels einer elektronischen Sicherung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Teilweise werden Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit in nachfolgenden Figuren weggelassen.
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Eine elektronische Sicherung 1 für Lasten 2 in einem Bordnetz 11 eines Kraftfahrzeugs 12 ist in 1 dargestellt. In der einfachsten Ausführung umfasst das Bordnetz 11 eine von einem Energiespeicher 4 über eine elektronische Sicherung 1 versorgte Last 2. Diese stehen stellvertretend für weitere lasten 2 und elektronische Sicherungen 4, sowie Stromverteiler etc. Die elektronische Sicherung 1 umfasst einen Shunt-Widerstand 3, eine steuerbare Schalteinrichtung 7, einen Spannungsdetektor 5 sowie ein Halteglied 6. Weiterhin weist die elektronische Sicherung 1 einen Eingang E und einen Ausgang A auf.
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Der Eingang E ist mit dem Energiespeicher 4, der Ausgang A ist mit der elektrischen Last 2 elektrisch gekoppelt. Die gemeinsame Masse GND wird in der Darstellung in 1 von 4 Masseanschlüssen GND repräsentiert. Der Eingang E ist über den Shunt-Widerstand 3 und das steuerbare Schaltelement 7 mit dem Ausgang A elektrisch gekoppelt. Der Spannungsdetektor 5 ist parallel zum Shunt-Widerstand 3 angeordnet. Weiterhin ist ein Steuereingang GATE des steuerbaren Schaltelements 7 mit dem Spannungsdetektor 5 und Masse elektrisch gekoppelt. Das Halteglied 6 ist mit dem Spannungsdetektor 5, dem Gate des steuerbaren Schaltelements 7 sowie mit Masse verbunden.
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In einer Variante handelt es sich bei dem steuerbaren Schaltelement 7 um einen Halbleiterschalter, insbesondere in Form eines Leistungstransistors.
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2 zeigt ein zweitens Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei das steuerbare Schaltelement 7 als ein MOSFET 7 ausgebildet ist. Der MOSFET 7 wird dabei auch mit P-Ch bezeichnet, da es sich um ein p-Kanal-MOSFET 7 handelt. Dabei umfassen der Spannungsdetektor 5 einen pnp-Transistor pnp und das Halteglied 6 einen npn-Transistor npn-1.
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Source des MOSFET P-CH beziehungsweise steuerbaren Schaltelements 7 ist mit dem Shunt-Winderstand 3 elektrisch gekoppelt, Drain des MOSFET P-CH beziehungsweise steuerbaren Schaltelements 7 ist mit dem Ausgang A der elektronischen Sicherung 1 elektrisch gekoppelt. Der Emitter des pnp-Transistors pnp ist mit dem Eingang der elektronischen Sicherung 1 und die Basis des pnp-Transistors pnp ist über einen ersten Widerstand R1 mit Source des MOSFET P-CH beziehungsweise steuerbaren Schaltelements 7 elektrisch gekoppelt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem p-Kanal-MOSFET ist zwischen Gate und Source des MOSFETs eine erste Diode D1 angeordnet, deren Durchlassrichtung in Richtung Source geschaltet ist. Der Kollektor des pnp-Transistors pnp ist mit Gate des MOSFETs beziehungsweise dem Steuereingang des steuerbaren Schaltelements 7 verbunden.
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Weiterhin ist der Kollektor des pnp-Transistors pnp über eine zweite Diode D2 mit Basis des (ersten) npn-Transistors npn-1 elektrisch gekoppelt. Die Durchlassrichtung der zweiten Diode D2 ist in Richtung des npn-Transistors npn-1. Der Emitter des npn-Transistors ist mit Masse GND verbunden, der Kollektor des npn-Transistors npn-1 ist über einen zweiten Widerstand R2 mit Basis des pnp-Transistors pnp verbunden.
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Die Schaltung der elektronischen Sicherung 1 besteht aus einem Shunt-Widerstand 3 zur Erfassung des fließenden Stromes, einem P-Kanal MOSFET P-Ch als Schaltelement 7, einem pnp-Transistor pnp als Spannungsdetektor 5 und einem npn-Transistor npn-1 als Halteglied 6. Den Kern der Erfindung bildet die einrastende Abschaltung des P-Kanal MOSFETs P-Ch durch den pnp-Transistor pnp beim Erreichen seiner Basis-Emitter-Schwellenspannung. Die Basis und der Emitter des pnp-Transistors pnp sind direkt mit dem Shunt-Widerstand 3 verbunden, damit sind die Basis-Emitter-Spannung und der Shuntwert ausschlaggebend für die Dimensionierung des Kurzschlussstromes. Die einrastende Abschaltung wird erreicht, in dem der zusätzliche npn-Transistor npn-1 die Basis des pnp-Transistors pnp beim Überstrom runterzieht, dessen Basis-Anschluss sowie Gate-Anschluss des P-Kanal MOSFETs aus dem Kollektor des pnp-Transistors pnp angesteuert werden.
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Das in 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer elektronischen Sicherung 1 unterscheidet sich insbesondere von dem zweiten Ausführungsbeispiel durch einem zweiten npn-Transistor npn-2 zum Rücksetzen. Die Ansteuerung und Diagnose wird von einer Steuereinrichtung µC bereitgestellt.
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Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist demnach in 3 um den zweiten npn-Transistor npn-2 sowie die Steuereinrichtung µC erweitert. Der Kollektor des zweiten npn-Transistors npn-2 ist mit der Basis des ersten npn-Transistors npn-1 verbunden. Der Emitter des zweiten npn-Transistors npn-2 ist mit dem Emitter des ersten npn-Transistors npn-1 und mit Masse GND elektrisch gekoppelt. Die Basis des zweiten npn-Transistors npn-2 ist mit einem Resetausgang RESET des Steuerelements µC verbunden.
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Ein Diagnoseeingang 13 der Steuereinrichtung µC ist mit dem Kollektor des (ersten) npn-Transistors npn-1 verbunden, ein TEST- oder OFF-Ausgang der Steuereinrichtung µC ist über eine dritte Diode D3 mit der Basis des ersten Transistors npn-1 beziehungsweise dem Kollektor des zweiten npn-Transistors npn-2 elektrisch gekoppelt.
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Die Steuereinrichtung ist zur Spannungsversorgung mit dem Energiespeicher 4 gekoppelt und weist zusätzlich einen Kommunikationsbusanschluss 14 auf, hier im dritten Ausführungsbeispiel als LIN-Bus implementiert. In Varianten des gezeigten Ausführungsbeispiels ist der Kommunikationsbus als I2C, CAN oder einem anderen Standardbus zur Kommunikation mit einem übergeordneten Steuergerät implementiert.
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Optional ist vor dem Diagnoseeingang eine Schutzschaltung vorgesehen. Standardmäßig liegt hier eine Flanke von 12 V auf 0 V an, sodass ein Spannungsteiler oder Strombegrenzer zum Schutz des Diagnoseeingangs den Signalpegel begrenzen kann.
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Die in 3 dargestellte Schaltung besteht aus einem Shunt-Widerstand 3 (Shunt) zur Erfassung des fließenden Stromes, einem P-Kanal MOSFET P-Ch als Schaltelement 7, einem pnp-Transistor pnp als Spannungsdetektor 5, einem ersten npn-Transistor npn-1 als Halteglied 6 und einem zweiten npn-Transistor npn-2 zum Rucksetzen. Beim Anlegen der Batteriespannung wird die elektronische Sicherung 1 sofort in den leitenden Zustand versetzt, weil das Gate des P-Ch MOSFETs 7 über den Widerstand Rg auf Masse GND hängt. Die Signale der Steuereinrichtung µC sind dabei als logisch Null anzunehmen (wie im Schlafmodus). Die Diode D1 schützt das Gate des Leistungstransistors 7 bei transienten Überspannungen. Außerdem ist diese Diode D1 verantwortlich für die Ruhestromaufnahme, die durch ihren Leckstrom bedingt ist. Zieht der Verbraucher 2 einen Überstrom, so fällt am Shunt-Widerstand 3 eine Spannung ab. Erreicht diese Spannung die Basis-Emitter-Spannung des pnp-Transistors pnp, wird dieser leitend. Daraufhin wird das Gate des Leistungstransistors 7 auf sein Source-Potential hochgezogen und der MOSFET 7 beginnt zu sperren. Da der pnp-Transistor pnp über die Diode D2 auch den ersten npn-Transistor npn-1 versorgt, der wiederum über den zweiten Widerstand R2 an die Basis des pnp-Transistors pnp angeschlossen ist, wirkt sich das als Mitkopplung aus. Der pnp-Transistor pnp bleibt dadurch durchgesteuert. Damit wird die einrastende Abschaltung des P-Kanal-MOSFETs P-Ch/7 erreicht. über die Diagnose-Leitung ist dieser Zustand detektierbar. Der Pegel wechselt dabei von 'high' – typischerweise 12 V – auf 'low' typischerweise 0 V. Um die Schaltung wieder zu aktivieren, muss ein externes RESET-Signal (high-Pegel) eingespeist werden. Dieses Signal steuert den zweiten npn-Transistor npn-2 an, der wiederum die Basis des ersten npn-Transistors npn-1 auf Masse GND zieht. Damit verliert der erste npn-Transistor npn-1 seine Ansteuerung und die Basis des pnp Transistors pnp wird über den ersten Widerstand R1 auf sein Emitter-Potential gezogen. Damit sperrt er und der MOSFET P-Ch / 7 wird wieder leitend. Für den Test der Schaltung kann auch ein externes Signal über die dritte Diode D3 eingespeist werden. Damit wird der erste npn-Transistor npn-1 angesteuert und zieht die Basis des pnp Transistors pnp auf Masse GND. Daraufhin schaltet der MOSFET P-Ch / 7 ab. Dies simuliert den Überstromfall.
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Die gezeigte Schaltung ist für Signalpegel von im Wesentlichen 12 V ausgelegt. Selbstverständlich kann der Fachmann die Schaltung für 24 V oder 48 V anpassen. Dann sind jedoch eine zusätzliche Gate-Schaltung und ergänzend oder alternativ ein Treiber anstelle des Widerstands Rg einzuplanen.
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Sowohl die RESET-Funktion (Zurücksetzen) als auch eine Test-Funktion des manuellen Auslösens lassen sich alternativ über je einen Taster realisieren. Ein entsprechendes viertes Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt. Ein erster Taster 9 zwischen dem Eingang E der elektronischen Sicherung und der Basis des npn-Transistors npn-1 ermöglicht ein manuelles Auslösen. Ein zweiter Taster 10 ersetzt den zweiten npn-Transistor des dritten Ausführungsbeispiels, um die Schaltung zurücksetzten zu können.
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Somit entspricht das vierte Ausführungsbeispiel dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich zwischen dem Eingang der elektronischen Sicherung 1 und der Basis des npn-Transistors npn-1 ein erster Taster 9 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Taster und der Basis des npn-Transistors npn-1 sind ein Widerstand und eine dritte Diode D3 angeordnet. Die Durchlassrichtung der dritten Diode D3 ist in Richtung des npn-Transistors npn-1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronische Sicherung
- 2
- elektrische Last
- 3
- Shunt-Widerstand
- 4
- Energiespeicher, Batterie
- 5
- Spannungsdetektor
- 6
- Halteglied
- 7
- steuerbares Schaltelement, Halbleiterschalter
- 8
- Steuersignal
- 9
- erster Taster
- 10
- zweiter Taster
- 11
- Bordnetz
- 12
- Kraftfahrzeug
- 13
- Diagnoseeingang
- 14
- Kommunikationsbusanschluss
- A
- Ausgang
- E
- Eingang
- Gate
- Steuereingang des Halbleiterschaltelements/MOSFET
- GND
- Masse
- µC
- Steuereinrichtung
- D1
- Diode
- D2
- zweite Diode
- D3
- dritte Diode
- npn-1
- npn-Transistor
- npn-2
- zweiter npn-Transistor
- p-ch
- Halbleiterschaltelement/MOSFET
- pnp
- pnp-Transistor
- R1
- erster Widerstand
- R2
- zweiter Widerstand
- R3
- dritter Widerstand
- Rg
- Widerstand
