DE19501985A1

DE19501985A1 - Verpolschutz

Info

Publication number: DE19501985A1
Application number: DE1995101985
Authority: DE
Inventors: Michael Zydek; Tibor Toth; Andreas Heise
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1996-07-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schutz einer gleichspannungsversorgten, elektronischen Schaltung, die über eine Sicherung, insbesondere Schmelzsicherung, an eine Versorgungsquelle angeschlossen ist, vor Beschädigung durch Falschpolung der Versorgungsanschlüsse.

Ein solcher Verpolschutz wird z. B. für den Betrieb von elektronischen Reglern und anderen elektronischen Schaltungen in einem Kraftfahrzeug als notwendig angesehen. Ein Vertauschen der Batterieanschlüsse würde sonst unweigerlich zur Zerstörung der elektronischen Schaltungen führen.

Üblicherweise wird heute in Kraftfahrzeugen eine in Reihe zu der Elektronik geschaltete Verpolschutzdiode, nämlich eine übliche Schottky-Diode, eingefügt. Bei richtiger Polung fällt über dieser Diode lediglich die Durchlaßspannung ab, während diese Diode bei Verpolung als hochohmige Sperre wirkt.

Ferner sind im Kraftfahrzeug die einzelnen Stromkreise üblicherweise durch Schmelzsicherungen - oder auch durch Sicherungsautomaten - geschützt. Diese Kraftfahrzeug-Schmelz sicherungen haben jedoch prinzipbedingt einen sehr großen Toleranzbereich. Eine 10 A Kfz-Flachsicherung heutiger Bauart benötigt z. B. bis zur sicheren Auslösung

- für 100 Stunden den 1,1fachen Nennstrom oder
- für 1800 Sekunden den 1,35fachen Nennstrom oder
- für 5 Sekunden den 2fachen Nennstrom oder
- für 0,5 Sekunden den 3,5fachen Nennstrom.

Wollte man diese Schmelzsicherung im Falle der Falschpolung durch einen über einen Schalter, ein Relais oder über ein Halbleiter-Bauteil geführten Strom mit Sicherheit zum Aus lösen bringen, um die Elektronik zu schützen, wäre es erforderlich, ein hochbelastbares und damit teueres Bauele ment, insbesondere Halbleiter-Bauelement, zu verwenden; dies gilt vor allem bei Berücksichtigung der in der Kraftfahrzeugtechnik üblichen hohen Toleranzen der Versor gungs- bzw. Batteriespannung. Aus Kostengründen scheidet eine solche technische Lösung aus.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Verpolschutz der eingangs genannten Art zu entwickeln, der einerseits einen zuverlässigen Schutz der Elektronik auch in ungünstigen Toleranzfällen gewährleistet und der andererseits mit geringem Kostenaufwand zu realisieren ist.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch die in dem Patentanspruch beschriebene Anordnung gelöst werden kann. Die Besonderheit der Erfindung besteht also darin, daß - anstelle der in Reihe geschalteten Verpolschutzdiode - den Versor gungseingängen der elektronischen Schaltung eine bei ordnungsgemäßer Polung der Anschlüsse in Sperrichtung beaufschlagte Diode parallel geschaltet ist und daß als Diode eine Suppressordiode gewählt wird, die der maximalen thermischen Belastung, die bis zum Ansprechen der Sicherung auftreten kann, standhält und die bei ordnungsgemäßer Polung der Anschlüsse in an sich bekannter Weise als Überspan nungsschutz wirkt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildung hervor, die die Zusammenschaltung der wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung wiedergibt.

In der Abbildung sind die Eingangsklemmen zum Anschluß der Versorgungsquelle U_B mit +K, -K bezeichnet. Über eine Sicherung, hier eine Schmelzsicherung 1, führt die positive Versorgungsleitung zu einem Eingang E₁, der hier den Anschluß eines Verbrauchers bzw. einer elektronischen Schaltung 2 an den positiven Pol einer Gleichspannungs-Versorgungsquelle symbolisiert. E₂ ist der zweite Anschluß des Verbrauchers 2, der mit der Klemme -K in Verbindung steht. Dem Verbraucher 2 liegen in aller Regel weitere Verbraucher 3, wie in der Ab bildung angedeutet ist, parallel.

Die Versorgungsquelle, hier eine Batterie mit der Spannung U_B oder, bei einem Kraftfahrzeug, üblicherweise ein Batterie- Generator-Aggregat, ist an den Klemmen +K, -K angeschlossen.

Zum Schutz der Verbraucher bzw. Schaltungen 2, 3 vor Be schädigung als Folge einer (versehentlichen) Verpolung ist erfindungsgemäß eine Suppressordiode 4 den Verbraucher-Ein gängen E₁, E₂ parallel geschaltet. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Diode überraschenderweise ein für einen derartigen Einsatzzweck ideales Verhalten zeigt. Auch bei sehr hoher Überlastung der Suppressordiode gegenüber den angegebenen Nennwerten infolge eines hohen Stromes in Durchlaßrichtung wird die Diode nicht zerstört, sondern sie wird hochleitfähig. Mit steigender Temperatur, verursacht durch den in Durchlaßrichtung fließenden Strom, sinkt sogar der Innenwiderstand der Diode, so daß nur ein sehr geringer Spannungsabfall in Durchlaßrichtung über dieser Diode festzustellen ist, der höchstens minimale Ströme über die Verbraucher 2, 3 hervorruft. Folglich können auch empfindliche elektronische Schaltungen nicht beschädigt werden. Es hat sich gezeigt, daß weder die kurzzeitigen, sehr hohen Impuls ströme, die bis zum sicheren Auslösen der Sicherung 1 fließen können, noch hohe Leistungen über längere Zeitspannen - ent sprechend der Schmelzcharakteristik der Sicherung 1 - der Suppressordiode 4 nichts anhaben können.

Erfindungsgemäß werden also handelsübliche, als Überspan nungsschutz dienende Suppressordioden verwendet und als Verpolschutz eingesetzt. Eine solche Diode ist ein Halbleiter-Bauteil. Es ist darauf zu achten, daß die Kon taktflächen an das Halbleiter-Bauteil großflächig ausgebildet sind, damit an den elektrischen Anschlüssen in ausreichendem Maße Wärme abgeführt werden kann. Selbst eine deutliche Überschreitung der üblicherweise zulässigen Siliziumtem peraturen infolge eines durch Falschpolung hervorgerufenen hohen Stromes führt zu keiner Beeinflussung der Funktion dieser Suppressordiode. Eine extreme thermische Überlastung der Diode hat höchstens als Schädigung einen annähernden Kurzschluß über dieses Bauteil 4 zur Folge, nicht jedoch eine Leitungsunterbrechung.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung handelsüblicher Sup pressordioden eine Überschreitung der angegebenen maximalen Leistungswerte von z. B. 500% keinerlei negative Auswirkungen auf die Schutzfunktion dieser Diode gegen Verpolungen mit sich brachte.

Die Suppressordiode dient in der dargestellten, erfin dungsgemäßen Anordnung außerdem bei ordnungsgemäßer Polung zum Schutz der Verbraucher 2, 3 gegen Überspannungen.

Claims

Anordnung zum Schutz einer gleichspannungsversorgten elektronischen Schaltung, die über eine Sicherung, ins besondere Schmelzsicherung, an eine Versorgungsquelle angeschlossen ist, vor Beschädigung durch Falschpolung der Versorgungsanschlüsse, dadurch gekennzeichnet, daß den Versorgungseingängen (E₁, E₂) der Schaltung (2, 3) eine bei ordnungsgemäßer Polung der Anschlüsse in Sperrichtung beaufschlagte Diode (4) parallel geschaltet ist und daß als Diode eine Suppressordiode (4) gewählt wird, die der maxi malen thermischen Belastung, die bis zum Ansprechen der Sicherung (1) auftreten kann, standhält und die bei ordnungsgemäßer Polung der Anschlüsse in an sich bekannter Weise als Überspannungsschutz wirkt.