DE19511930C2 - Überlastgeschützte Ansteuerschaltung für eine elektrische Last - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine überlastgeschützte Ansteuerschaltung für eine elektrische Last mit einem elektronischen Lastschalter.

Bei solchen Ansteuerschaltungen, wie sie insbesondere bei Steuergeräten in Kraftfahrzeugen Anwendung finden, kann ein Fehler im Lastkreis zur Zerstörung des relativ kostspieligen elektronischen Lastschalters führen.

Solche Fehler sind neben Kurzschlüssen im Lastkreis, die zu einer Zerstörung des elektronischen Lastschalters in relativ kurzer Zeit führen, auch zu niederohmiger Lasten, die längerfristig zu einer thermischen Überlastung und damit zu einem Ausfall des Lastschalters führen.

Aus der DE 32 38 899 A1 ist eine überlastgeschützte Ansteuerschaltung für eine elektrische Last mit einem elektronischen Lastschalter und einem Operationsverstärker bekannt, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des elektronischen Lastschalters verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingang an ein konstantes Potential angeschlossen ist, wobei das Potential am Verbindungspunkt von dem elektronischen Lastschalter und einem Meßwiderstand auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geführt ist und wobei der elektronische Lastschalter über ein an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegtes Potential gesteuert wird.

Die Wirkungsweise der bekannten Schaltung beruht darauf, daß bei Auftreten eines Kurz- oder Nebenschlusses im Lastkreis die Endstufe periodisch immer wieder eingeschaltet wird, in der Hoffnung, daß der aufgetretene Fehler wieder verschwindet und ein Wiedereinschalten der Last möglich wird.

Die so bewirkte Kurzschlußstrombegrenzung bzw. Regelung des mittleren Kurzschlußstromes führt aber bei einem langandauernden Fehler zu einer starken thermischen Belastung und eventuell sogar zu einer Überlastung des elektronischen Lastschalters.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Ansteuerschaltung für eine elektrische Last zu schaffen, die den genannten Nachteil vermeidet, sowie einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist und den elektronischen Lastschalter wirkungsvoll gegen Überlastung schützt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung zeichnet sich durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau aus. Als Treiberbaustein zur Ansteuerung des elektronischen Lastschalters ist ein Operationsverstärker vorgesehen, der gleichzeitig zur Erkennung eines Kurzschlusses oder Überlastzustandes im Lastkreis dient und in diesen Fällen auch die Abschaltung der Last bewirkt.

Gleichzeitig ermöglicht der integrierte Baustein über seinen Port die Überwachung des Potentials am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und kann so einen Wegfall des im Lastkreis aufgetretenen Fehlers erkennen. Da der Port des integrierten Bausteins sowohl als Ein- als auch als Ausgang schaltbar ist, kann dieser nach Wegfall des Fehlers die Last auch wieder erneut einschalten.

Darüber hinaus kann der integrierte Baustein durch die Überwachung des Potentials am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers auch Fehler im Lastkreis (z. B. eine zu geringe Last) erkennen, die noch unterhalb der dem Operationsverstärker vorgegebenen Ansprechschwelle liegt und in diesem Fall selbständig eine Abschaltung der Ansteuerung des Lastschalters ausführen. Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung ist trotz ihres sehr einfachen Aufbaues daher in ihrer Funktion sogar flexibler als die vorbekannte Ansteuerschaltung, wobei von besonderem Vorteil ist, daß im Fehlerfall die sich andauernd wiederholende Ansteuerung des Lastschalters, welche diesen mit einer hohen Verlustleistung belastet, hier unterbleibt. Dieser Vorteil wirkt sich überdies vorteilhaft auf die Kosten der erfindungsgemäßen Schaltung aus, da durch die geringere Belastung des Lastschalters ein kostengünstigerer Lastschalter mit einer geringeren zulässigen Verlustleistung verwendet werden kann.

Neben dem Lastschalter, dem Operationsverstärker und dem integrierten Baustein werden zur Realisierung der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung nur noch einige wenige passive elektronische Bauelemente benötigt, die zudem recht kostengünstig sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

So ist es vorteilhaft, daß das konstante Potential am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers durch eine einfache, aus zwei Widerständen bestehende Spannungsteileranordnung festgelegt wird. Durch das Verhältnis der Werte dieser beiden Widerstände, kann dem Operationsverstärker auf einfache Weise die Ansprechschwelle zur Kennung eines Überlastzustandes vorgegeben werden.

Vorteilhaft ist auch, daß sowohl am nichtinvertierenden als auch am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers jeweils ein Kondensator gegen Masse geschaltet ist. Diese beiden Kondensatoren filtern Störspannungen an den Eingängen des Operationsverstärkers, die sonst zu einem unkontrollierten Schalten des Lastschalters führen könnten.

Dies ist auch insofern vorteilhaft, als das steuernde Potential nicht ständig am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers anliegt.

Da die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung den jeweiligen Schaltzustand beibehält, kann die Last vorteilhafterweise durch kurze Impulse ein- oder ausgeschaltet werden.

Da zum Einschalten der Last nur ein kurzer Einschaltimpuls an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gelegt wird, kann die Ansteuerschaltung im Kurzschlußfall ein Signal zum Abschalten der Last erzeugen und auf den gleichen Eingang geben.

Als steuernde Bausteine eignen sich besonders gut digitale Schaltkreise mit sogenannten Tristate-Ausgängen, die neben der Abgabe von low- oder high-Signalen auch einen hochohmigen Schaltzustand einnehmen können.

Noch vorteilhafter ist es, als steuernden Baustein einen Mikrocomputer vorzusehen, der einen Port aufweist, welcher sowohl als Ausgang als auch als Eingang geschaltet werden kann. Zur Ansteuerung des Operationsverstärkers ist der Port zunächst als Ausgang geschaltet; nach Einschalten der Last überwacht der als Eingang geschaltete Port das Potential am Verbindungspunkt zwischen Lastschalter und Last. Vorteilhafterweise wird hierzu ein spannungsdetektierendes Bauteil (z. B. ein Analog-Digital-Wandler) vorgesehen, der vorzugsweise in dem Mikrocomputer integriert ist.

Das Potential am Verbindungspunkt zwischen dem Lastschalter und der Last kann so sehr genau überwacht werden und es kann vorgesehen werden, daß der Mikrocomputer im Fehlerfall den Operationsverstärker zur Abschaltung der Last ansteuert.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung ist in der Zeichnung dargestellt und soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt einen Operationsverstärker (OV), der über einen Vorwiderstand (R5) den Steuereingang des elektronischen Lastschalters (T) ansteuert.

Am nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers (OV) liegt über die aus den Widerständen (R1, R2) bestehende Spannungsteileranordnung ein konstantes Potential an, dessen Wert zwischen den zur Ansteuerung des invertierenden Eingangs (-) verwendeten logischen Potentialen (+ 5 Volt, Massepotential) liegt.

Zum Ein- und Ausschalten der Last (L) steuert ein Port (P) eines integrierten Bausteines (MC) (hier als Mikrocomputer ausgebildet) den invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers (OV) entweder mit Massepotential oder mit einem Potential von + 5 Volt an.

Solange kein Umsteuern der Last (L) erforderlich ist, ist der Port (P) als Eingang geschaltet und mit einem Analog-Digital-Wandler (ADW) verbunden, der das am Port (P) anliegende Potential überwacht.

Der invertierende Eingang (-) des Operationsverstärkers (OV) ist weiterhin über den Widerstand (R4) mit dem Verbindungspunkt (V) zwischen dem Lastschalter (T) und der Last (L) verbunden. Weiterhin ist die Last (L) mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannung (UBat) verbunden. Der Lastschalter (T) schaltet die mit ihm verbundene Last gegen Nassepotential. Zu erwähnen sind noch zwei Kondensatoren (C1, C2) einer an jedem der Eingänge (+, -) des Operationsverstärkers (OV), die den Operationsverstärker (OV) gegen Störspannungen schützen.

Zur Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung:
Zum Einschalten der Last (L) schaltet der integrierte Baustein (MC) seinen Port (P) nach Masse, so daß das Potential am invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers (OV) kleiner ist als am nichtinvertierenden Eingang (+) und der Operationsverstärker (OV) den Lastschalter (T) einschaltet. Nach einer kurzen Einschaltzeit schaltet der integrierte Baustein (MC) den Port (P) als Eingang. Das Potential am Verbindungspunkt (V) zwischen Lastschalter (T) und Last (L) wird über den Widerstand (R4) auf den invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers geführt. Liegt das Potential am Verbindungspunkt (V) über der von der Spannungsteileranordnung (R1, R2) eingestellten Schwelle, so schaltet der Operationsverstärker den Lastschalter (T) ab. Das Potential am Verbindungspunkt (V) steigt auf den Wert von UBat an, wodurch das Potential am invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers (OV) noch mehr ansteigt und der Lastschalter (T) sicher abgeschaltet bleibt. Bleibt das Potential am Verbindungspunkt (V) unterhalb der durch die Spannungsteileranordnung (R1, R2) eingestellten Schwelle, so kann dieses Potential auch durch den als Eingang geschalteten Port (P) überwacht werden, wobei der integrierte Baustein (MC) bei einer ihm vorgegebenen Schwelle eine Überlastabschaltung vornehmen kann.

Abgeschaltet wird die Last (L) wenn der Port (P) des integrierten Bausteines (MC) als Ausgang nach + 5 Volt schaltet. Würde der Port (P) danach wieder als Eingang geschaltet, so würde die Last (L) abgeschaltet bleiben, da über den Widerstand (R4) der invertierende Eingang (-) des Operationsverstärkers (OV) auf high-Potential gehalten wird.

Bezugszeichenliste

ADW Analog-Digital-Wandler
C1, C2 Kondensatoren
L (elektrische) Last
MC integrierter Baustein (Mikrocomputer)
OV Operationsverstärker
P Port
R1, R2, R3, R4, R5 Widerstände
R1, R2 Spannungsteileranordnung
R5 Vorwiderstand
T (elektronischer) Lastschalter
V Verbindungspunkt zwischen Lastschalter (T) und Last (L)
+ nichtinvertierender Eingang (des Operationsverstärkers (OV))
- invertierender Eingang (des Operationsverstärkers (OV))

Claims (7)

1. Überlastgeschützte Ansteuerschaltung für eine elektrische Last (L) mit

• - einem elektronischen Lastschalter (T),
• - einem Operationsverstärker (OV), dessen Ausgang mit einem Steuereingang des elektronischen Lastschalters verbunden ist, an dessen nichtinvertierenden Eingang (+) eine konstantes Potential anliegt und zu dessen invertierenden Eingang (-) das Potential an einem Verbindungspunkt (V) von dem elektronischen Lastschalter und der elektrischen Last geführt ist, sowie
• - einem integrierten Baustein (MC), dessen Port (P) mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, wobei der Port als Ausgang geschaltet ist zur Steuerung des elektronischen Lastschalters, und ansonsten als Eingang geschaltet ist zur Überwachung des Potentials am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers.

2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungsteileranordnung (R1, R2), die das konstante Potential am nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers (OV) festlegt.

3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers (OV) und Massepotential sowie zwischen dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers (OV) und Massepotential jeweils ein Kondensator (C1, C2) geschaltet ist.

4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ausgang geschaltete Port (P) drei Schaltzustände (high, low, hochohmig) annehmen kann.

5. Ansteuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Baustein (MC) den Lastschalter (T) durch Ansteuerung des invertierenden Eingangs (-) des Operationsverstärkers (OV) abschaltet, sobald das überwachte Potential eine vorgegebene Schwelle überschreitet.

6. Ansteuerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Baustein (MC) ein Mikrocomputer ist.

7. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Lastschalter (T) ein Leistungs-MOS-Transistor ist.