DE1930753B2

DE1930753B2 - Schaltanordnung zur ueberwachung von gleichstromkreisen

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Publication number: DE1930753B2
Application number: DE19691930753
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-06-18
Filing date: 1969-06-18
Publication date: 1972-01-27
Also published as: SE356264B; FR2040973A5; DE1930753A1; JPS5228468Y1; NL7008858A; GB1314246A; US3604949A; AT306544B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Überwachen von Gleichstromkreisen, insbesondere

des Lampenstromkreises von Blinkanlagen in Kraftfahrzeugen, mittels eines in den Lampenstromkreis eingeschalteten Kontrollwiderstandes.

Beim Betrieb von Blinkanlagen als Richtungsanzeiuer in Kraftfahrzeugen ist es für den Fahrer des Kraftfahrzeuges wichtig zu wissen, oh alle angeschlossenen Blinklampen aufleuchten. Es ist deshalb erforderlich, den Lampenstromkreis zu überwachen.

Bei bekannten Schalteinrichtungen wird hierzu meist ein Stromrelais im Lampenstromkreis verwendet, das die Kontrolleuchte nur aufleuchten läßt, wenn alle Blinkleuchten brennen. Das Relais kann auf den Blinkgeber auch derart einwirken, daß als KiiiHiollsignal die Blinkfiequeriz bei einem Lampenausl.tll deutlich erhöht wird.

Neben einer Kontrollschaltung mit derartigen Str..Viivlais sind auch elektronische Lösuncen bekanntgeworden, die den Spannungsabfall an einem in υ ι Lampenstromkreis eingeschalteten Widerstand als S'.uergröße verwenden. Diesem Widerstand ist die ^;" en erst recke eines Transistors parallel geschaltet, w.ii'.i der Transistor entsprechend der an dem K ·..,irollwiderstand abfallenden Spannung in seinen leiu-suien bzw. nichtleitenden Zustand gesteuert wird urii dabei ein Warnsignal auslöst (Patentschrift 51 2 ι Λ des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in ι '/st-Berlin). Diese Schaltung benötigt zur Anst. ι:. rung des Transistors einen relativ großen Spanivingsahfall an dem Kontrollwiderstand, und Temptir. ureinflüsse wirken sich negativ auf die Schaltgelv.iii'.ukeit der Anordiiung aus.

!in die Warnfunktion der Blinklampen im Vcr· keiir nicht zu beeinträchtigen, darf jedoch der Spannungsabfall an dem Kontrollwiderstand im Lampenstromkreis einen teils vom Fahrzeughersteller, teils vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Höchstwert nicht iibcischreien. Während zum Beispiel bei einem Personenkraftwagen normalerweise zur Fahrtrichtungsanzeige nur jeweils zwei zur gleichen Fahrzeugseite gehörende Blinkleuchten gleichzeitig betrieben werden, können es im Warnblinkfall bei angekoppeltem Anhänger bis zu sechs Blinkleuchten sein, die gleichzeitig ausleuchten. Auch in diesem Fall gilt der Höchstwert für den Spannungsabfall an dem Kontrollwiderstand. Will man im Warnblinkfalle einen Sehalter zum Überbrücken des Widerstandes einsparen, so sind nur niederohrnige Kontrollwiderstände zulässig. Ferner sollen der Blinkgeber und seine Kontrolleinrichtungcn in einem weiten Temperatur- und Spannungsbereich sicher funktionieren. Darüber hinaus sollen auch noch die Fcrtigungstolcranzen rLi Glühlampen und der Elemente der Schaltung ueiücksichtigt werden. Ferner ist darauf zu achten, daß in europäischen Kraftfahrzeugen in der Regel der Minuspol mit der Karosserie eines Fahrzeuges verbunden ist. so daß der Kontrollwiderstand in die Plusleitung des Lampensttomkreises eingefügt sein muß.

Um die genannten Forderungen erfüllen zu können, wäre in diskreter Bauweist: eine Vielzahl von Bauelementen erforderlich, wodurch die Schaltung aufwendig und teuer würde. Weiterhin wären wegen der Streuung der Kenndaten und der unterschiedlichen Tcmperaturkeniilinien diskreter Halbleiterbauelemente umfangreiche und teure Abgleicharbeiten notwendig. Es sind deshalb nur einfache Schaltanordnungen bfkanntgewoden, die aber unerwünscht große Kontrollwiderstände benötigen, so daß im Warnhlinkfall zusätzliche Schaltkontakte erforderlich werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der geschilderten, an Blinks schaltungen und Kontrolleinrichtiingen gestellten Forderungen eine Schaltanordnung zu schaffen, die die obengenannten Nachteile, insbesondere Abgleicharbeiten, durch eine Ausführung in monolithisch integrier'er Schaltungstechnik vermeidet.

ία Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die an dem Kontrollwiderstand im Lampenstromkreis abgegriffenen Potentiale über wenigstens je eine Diode den Basisanschlüssen eines wenigstens zwei Transistoren, einen gemeinsamen

Emitterwiderstand und zwei Basiswiderstände aufweisenden Differenzverstärkers zugeführt werden und einer der Kollektoren der Transistoren über Schaltmittel, beispielsweise einen Wk^; -rstand mit parallelgeschalteter Basis-Emitter-Strecke eines komplementären Koppeltransistors, der andere Kollektor direkt an das positive Potential angelegt ist.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß die Schalteinrichtung zuverlässig sehr kleine Spannungsabfälle an dem Kontrollwiderstand auswertet, wobei auch der Durchschaltbereich des Differenzverstärkers nur wenige Millivolt groß ist. Es können also Schakvorgänge bei niedrigen und eng buieinanderliegenden Spannungswerten ausgeführt werden. Dies ist mit der oben als bekannt geschilderten elektronischen Überwachungseinrichtung nicht möglich, da hier mit der Schleusenspannung des Transistors in Höhe von 500 bis 700 mV bereits eine Grenze für noch auszuwertende Spannungsabfälle an dem Kontrollwiderstand festgesetzt ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unterafisprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 die Grundform einer Schaltanordnung mit einem Differenzverstärker und die Einkopplung der arn Kontrollwiderstand im Lampenstrumkreis abgegriffenen Potentiale.

Fig. 2 eine Weiterbildung der Schaltanordnung nach Fig. 1.

Fig. 3 eine Weiterbildung der Schaltanordnung nach F i g. 2.

Fig. 4 eine vorteilhafte Schallanordnung zur Erzielung der gewünschten Spannungsabhängigkeit des Schaltbcreiches der Schaltanordnung,

5c Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispie! der Schaltanordnung, das besonders günstig im Hinblick auf eine monolithisch integrierte Herstellung der Schaltanordnung ist.

In F i g. I ist in der Pluszulcitung 10 zu einem LastwiderstarK¹ II ein Kontrollwiderstand 12 vorgesehen. Der Lastwiderstand 11. der einseitig mit einer Minusleitung 13 verbunden ist, die in einem Kraftfahrzeug in der Regel mit Masse verbunden ist, kann z. B. durch die Blinklampen des Kraftfahrzeuges ge-

bildet werden. Die beiden, jeweils an einem Ende des Kontrollwiderslandes anliegenden Potentiale A und B sind über Dioden 14 und 15 an die Basen von Transistoren 16 und 17 angelegt. Die Transistoren 16 und 17 bilden mit einem gemeinsamen Emitterwider-

stand 18 einen Differenzverstärker. An die Basen der Transistoren 16 und 17 ist je einer von zwei Basiswiderständen 19 und 20 angeschlossen, die zum Einstellen der Ruheströme durch die Dioden 14 und 15

Jienen. In der Kollektorleitung des Transistors 17 ist ein Widerstand 21 vorgesehen, dem die Basis-Emitter-Strecke eines zu dem Transistor 17 komplementären Transistors 22 parallel geschaltet ist, an dessen Kollektor das verstärkte Ausgangssignal anliegt und zur Anzeige des ordnungsgemäßen Betriebszustandes einem sichtbaren oder höhrbaren Anzeigegerät, beispielsweise einer Kontrollampe, zugeführt werden kann.

Die Wirkungsweise dieser Schaltanordnung ist folgende: Im Ruhezustand, el. h.. wenn noch kein Laststrom über den Lastwiderstand 11 fließt, sind die Kollektorströme der Transistoren 16 und 17 gleich. Der Widerstand 21 ist so dimensioniert, daß die an dem Widerstand 21 abfallende Spannung den komplementären Koppeltransistor 22 leitend steuert. Wenn jedoch ein Laststrom durch den Lastwiderstand 11 zu fließen beginnt, fällt das Potential R gegenüber A ab. der Koflektorstrom des Transistors 17 wird geringer, der Spannungsabfall am Widerstand 21 nimmt ab. bis schließlich der Koppeltransistor 22 sperrt.

Diese Schaltung arbeitet dort befriedigend, wo auf einen weiten Bereich der Betriebsspannung und auf besondere Temperaturstabilität verzichtet werden kann. Um jedoch eine besonders gute Temperaturstabilität zu erreichen und gleichzeitig die Abhängigkeit des Schaltbereiches der Schaltanordnung unabhängig von der Betriebsspannung zu machen, ist eine Schaltung nach F i g. 2 besonders günstig.

In Fig. 2 ist der Schaltbereich der Schaltanordnung mittels eines Widerstandes 23 in Reihe zu der Diode 14 in den Bereich gleichen Kollektorstroms der beiden Transistoren 16 und 17 verschoben. Der Schaltbereich liegt jetzt dort, wo das Verhältnis der Widerstände 19 zu 23 etwa gleich ist dem Verhältnis des Lastwiderstandes 11 zum Kontrollwiderstand 12. L:m die Spannungsabhängigkeit des Schaltbereichs zu beseitigen und die Temperaturstabilität zu verbessern, ist der Differenzverstärker mit konstantem Strom gespeist. Hierzu dient ein Transistor 24 mit einem Fmitterwiderstand 29 in der gemeinsamen Emitterzuieitung zu den Transistoren 16 und 17. Die Basis des Transistors 24 ist einerseits an den Widerstand 20 aneeschlossen und andererseits über Dioden 25 und 26 mit der Minusleitung 13 verbunden. Eine besonders gute Temperaturstabilität wird erreicht, wenn die eine der beiden Dioden 25.26 in ihrer Kennlinie der Emitterdiode des Transistors 24. und die andere in ihrer Kennline der Emitterdiode des Transistors 22 entspricht. Ferner wird die Temperaturstabilität der Schaltung weiter verbessert, wenn der Widerstand der Parallelschaltung des Widerstandes 21 mit dem Gleichstrorneingangswideritand des Transistors 22 etwa gleich dem doppelten Wert des Widerstandes 29 ist. Dabei wird diiich geeichte Wahl des Arbeitspunktes der Gleichstromeingangswiderstand des Transistors 22 in vorteilhafter Weise groß gegenüber dem Widerstand 21 gewählt. Obwohl die Schaltanordnung nach F i g. 2 eine große Stabilität d-s Schaltbereiches gegenüber Änderungen von Temperatur und Betriebsspannung aufweist kann es erforderlich sein, den Schaltbereich spannungsabhängig geringfügig zu verschieben und zwar dann, wenn der Lastvviderstand eine Kaltleiter-Kennlinie aufweist, wie es z. B. bei den Bünklampen einer Blinkanlage der Fall ist.

In Fis. 3 wird ein: jerartige spannungsabhängige Verschiebung des Schaltbereichjs dadurch erreicht, daß die als Betriebsspannung für den Schaltverstärker dienende Differenz der Potentiale A und C mittels einer Zenerdiode 27 stabilisiert wird, die über einen Widerstand 28 mit der Minusleitung 13 verbunden ist. Der Grad der Verschiebung läßt sich durch einen Widerstand 30 einstellen, der zwischen die Minusleitung und die Basis des Transistors 16 geschaltet ist. Insbesondere bei monolithisch integrierter Herstellung der Schaltanordnung kann es vorteilhaft sein, den Widerstand 30 nicht direkt an die Basis, sondern an einen Abgriff des Basiswiderstandes 19 anzuschließen.

In F i g. 4 ist eine andere Möglichkeit zur Anpassung des Schaltbereiches an die Spannungsabhängigkeit des Lastwiderstandes (Blinklampen) mittels eines Widerstandes 31 in Reihe zur Zenerdiode 27 dargestellt. Soll der Schaltverstärker in einem weiten Bereich der Betriebsspannung sicher funktionieren, so kann in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.? und 4 der Strom durch den Widerstand 28 bzw. durch die Widerstände 28 und 31 und die Zenerdiode 27 besonders an der oberen Grenze der Betriebsspannung sehr groß werden. Dadurch wird auch die Verlustleistung besonders groß, was bei Anordnungen in monolithisch integrierter Technik wegen der damit verbundenen hohen Wärmestromdichte zu unzulässig hohen Kristalltemperaturen und damit zur Zerstörung der Schaltung führen kann. In F i g. 5 wird deshalb das Potential C dem Schaltverstärker über einen Stromverstärker, bestehend aus einem pnp-Transistor 32 und einem npn-Transistor 33. zugeführt. Hierdurch läßt sich der Strom und die Verlustleistung in diesem Zweig stark reduzieren. Außerdem ist bei dem Au^- führungsbeispiel gemäß F i g. 5 der Kollektor dr-Transistors 22 mit der Basis eines Transistors 34 verbunden, der die eigentliche Schaltlunktion auslö-t. Ein Widerstand 35. der der Basis-Emitler-Strecke de·* Transistors 34 parallel geschaltet ist. ergibt einen l· ■-sonders engen Schaltbereich von wenigen MillivoM Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß F i g ^s ist folgende: Besteht der Lastwiderstand 11 beispielweise aus der Parallelschaltung von zwei Glühlampen, so ist der Spannungsabfall am Widerstand 12 »πιΓ ' als der an dem Widerstand 23. Dadurch ist der Kc!- lektorstrom des Transistors 17 kleiner als der d Transistors 16. Die Transistoren 22 und 34 sind infolgedessen gesperrt. Leuchtet dagegen nur ίίικ Blinklampe auf. so ist der Spannungsabfall an den Widerstand 12 kleiner als der an dem Widerstand 2^ der Strom durch den Transistor 17 ist dann «ro!· als der durch den Transistor 16. der Transistor 2. und der Transistor 34 werden deshalb leitend. Da durch wird das gewünschte Kontrolisignal aussei.

Soll dagegen das Kontrollsignal bei gesperrtem Tm: sister 34 ausgelöst werden, so ist die Kombin.;· des Widerstandes 21 mit dem Transistor 22 in J., Kollektorkreis des Transistors 16 zu schalten.

Die Anordnung des Widerstandes 23 in Reihe ■ der Diode 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel n<u^; F i g. 2. sowie die in den F i g. 3. 4 und 5 beschnei-: nen zusätzlichen Maßnahmen lassen sich auch bei de einfachen Schaltung gemäß F i g. 1 anwenden.

Bei einer Ausführung des Schaltverstärker i monolithisch integrierter Technik ist es vorteilhaf einander zugehörige Elemente, wie etwa das Trar sistorenpaar 16. 17. das Diodenpaar 14.15. de Transistor 24 mit der Diode 25. ferner verhältnisbi

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rstände, wie etwa die Widerstände 19,20 '. 28 und 31 oder 29 und 21 im Layout thisch integrierten Schaltung möglichst auf Isothermen des Halbleiterkristallnzuordnen.

Falls der Blinkgeber für die Blinkanlage des fahrzeuges in monolithisch inteigrierter Teclin geführt wird, ist es zweckmäßig, die Schaltano zur Überwachung des Lampenstromkreises al selben Halbleiterkristall anzuordnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

I. Schaltanordnung zur Überwachung \on Gleichstromkreisen, insbesondere des Lampenstromkreises von Blinkanlagen in Kraftfahrzeugen, mittels eines in den Lampenstromkreis eingeschalteten Kontrollwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Kontrollwiderstand (12) im Lampenstromkreis abgegriffenen Potentiale (A, B) über wenigstens je eine Diode (14, 15) den Basisanschlüssen eines wenigstens zwei Transistoren (16, 17), einen gemeinsamen Emitterwiderstand (18) und zwei Basiswiderstände (19. 20) aufweisenden Differenzverstärkers zugeführt werden und einer der Kollektoren der Transistoren (16, 17) über Schaltmittei, beispielsweise einen Widerstand (21) mit parallelgeschalteter Basis-Emitter-Strecke eines komplementären Koppeltransistors (22). der andere Kollektor direkt an das positive Potential angelegt ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Emitter-Feitung des Differenzverstärkers (16 bis 20) eine wenigstens einen Transistor (24), einen Widerstand (29) und zwei Dioden (25. 26) aufweisende Konstantstromq¹ -He vorgesehen ist.
3. Schaltanordnuni! nach einem der An-Sprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Kontroliwiderstnnd (11) abgegriffene Potential (w) über eine Reihenschaltung wenigstens einer Diode (14) mit einem Widerstand (23) an die Basis des Transistors (16) angelegt ist.
4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im gewünschten Schaltbcreich der Schaltanordnung das Verhältnis des ßasiswiderstancls (23) zum Widerstand (19) etwa gleich ist dem Verhältnis eines stromdurchflosse- 4^ nen Lastwiderstandes (11) zu dem im Lampenstromkreis angeordneten Kontrollwiderstand (12).
5. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Widerstand im Kollektorkreis eines der Transistoren (16 bzsv. 17) des Differenzverstärkers. beispielsweise bestehend aus der Parallelschaltung des Widerstands (21). mit dem Glcichstromeingangswidcrsiand des Transistors (22). etwa gleich dem doppelten Wert des Widerstandes (29) der Konstantstromquclle des Differenz*, erstiirkers ist.
(>. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche I bis ?. dadurch gekennzeichnet, daß eine tier Dioden (25. 26) der Konstantstromquelle des Differenzverstärkers durch die Emitterdiode eines Transistors vom gleichen Typ wie der Transistor (24) die andere Diode durch die Emitterdiode eines Transistors vom gleichen Typ wie der komplementäre Koppcltransistor (22) im Kollektorkreis mindestens eines der Transistoren (16, 17) des Differenzverstärkers gebildet ist. wobei der Stromfluß durch die Dioden (25. 26) etwa gleich dem Stromfluß durch die entsprechenden Transistoren (22, 24) ist.
7. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltbercich der Schaltungsanordnung spannungsabhängig verschiebbar ist, wobei die al Betriebsspannung für den Schaltverstärker die nende Spannung zwischen den Abgriffen (A, C mit Hilfe einer über einen Widerstand mit de Minusleitung (13) verbundenen Zenerdiode (27 stabilisiert ist.
8. Schaltanordnung nach Anspruch 7, riadurci gekennzeichnet, daß der Grad der Verschiebuni des Schaltpunktes der Schaltanordnung mit Hill, eines Widerstandes (30) einstellbar ist, der zwischen die Windleitung (13) und die Basis bzu den Abgriff eines Basiswiderstandes eines cki Transistoren (16, 17) des Differenzverstärkers geschaltet ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Verschiebung des Schaltpunktes der Schaltanordnung mit Hilfe eines Widerstandes (31) in Reihe zu der Zenerdiode (27) einstellbar ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 8 oder 9, insbesondere in monolithisch integrierter Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential (C) des Schaltverstärkers über einen Stromverstärker, beispielsweise bestehend aus einem komplementären Transistorpaar (32, 33), erzeugt ist.
11. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zur Auskopplung des verstärkten Signals aus dem Differenzverstärker dienenden komplementären Transistors (22) mit der Basis eines weiteren Transistors (34) und einem Widerstand (35), dessen anderes Ende am Emitter des Transistors (34) liegt, verbunden ist.
12. Schaltanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteiememe der Schaltung des Sclnltverstärkers wenigstens teilweise in monolithisch integrierter Schaltungstechnik ausgeführt sind.
13. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Temperaturstabilität des Schaltverstärkers einander zugehörige Elemente, wie etwa die Transistoren (16. 17) des Differenzvcrslärkers. die Dioden (14. 15) zum Einkoppeln der Potentiale (A bzw. B). der Transistor (24) und die Diode (25), ebenso wie der Transistor (22) und die Diode (26) der Konstantstromquelle, ferner verhältnisbiklendc Widerstandswerte im Layout, der monolithisch integrierten Schaltung wenigstens annähernd auf isothermen des HaIbleiterkristallplättchens angeordnet sind.
14. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die intcgrationsfähigcn Elemente dieser Schaltanordnung gemeinsam mit den integrationsfähigen Elementen der Schaltung eines Blinkgebers auf einem einzigen Halbleiterkristatl monolithisch integriert sind.