DE19524718C2 - Schutzschaltung für Sensoren - Google Patents
Schutzschaltung für SensorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung zum Schutz eines gleichspannungsver
sorgten Sensors gegen fehlerhafte Spannungsversorgung, insbesondere für den Bereich
der Fahrzeugelektronik.
Sensoren dienen zum Umsetzung einer physikalischen - oft nicht elektrischen - Größe
in eine elektrische Größe. Im Kraftfahrzeugbereich gehören sie zur Schnittstelle zwi
schen dem Fahrzeug und einer digitalen Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
(Steuergerät).
Aus der US 5 410 441 ist es bekannt, ein gleichspannungsbetriebenes elektrisches Ge
rät über gegensinnig geschaltete Feldeffekttransistoren zu versorgen.
Schutzschaltungen für Sensoren sind aus der DE 43 42 053 A1 und der DE 42 41 822 A1
bekannt.
Die DE 43 42 053 A1 zeigt eine kurzschlußfeste Verpolschaltung mit geringer tempe
raturabhängiger Spannungsdrift für einen Kfz-tauglichen Geber, insbesondere für ei
nen Beschleunigungsgeber, wobei in der parallel zum Eingang der Geberelektronik
zwischen den beiden Versorgungsleitungen angeordnete Steuerleitung eines invers
aktiv betriebenen Transistors, der keine parasitäre Dioden aufweisen darf, eine Diode
und ein ohmscher Widerstand vorgesehen sind, wobei die Anode der Diode mit der
Basis des Transistors verbunden ist.
Aus der DE 42 41 822 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Sensors
gegen Überspannung bekannt, bei welcher der Sensor eine Brückenschaltung aus vier
Widerständen ist, der über einen temperaturabhängigen Widerstand zwischen der Ver
sorgungsspannung und Masse liegt und dessen Ausgangssignal über einen Operations
verstärker verstärkt wird. Das so verstärkte Signal wird über eine Stromspiegelschal
tung und eine Widerstandskombination weiterverstärkt, wobei die Stromspiegelschal
tung eine Entkopplung zwischen dem Operationsverstärker und dem Ausgang bewirkt.
Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß eine Verpolung der Versorgungs
spannung nicht zur Zerstörung des Sensors führt und daß bei einem Kurzschluß des
Ausgangs der Schaltungsordnung nach der Versorgungsspannung ebenfalls ein Schutz
des Sensors gewährleistet ist.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Schutzschaltung für Sensoren zu schaffen, die den
Sensor auf einfache Weise gegen die wichtigsten Fehlerfälle, insbesondere gegen feh
lerhafte Spannungsbeschaltung schützt.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand des Anspruches 1.
Vorteilhafte Varianten der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Zusammengefaßt schafft die Erfindung eine Schutzschaltung, mit der in vorteilhafter
Weise Problemfälle, wie "Überspannung", "Unterspannung", "Masseabriß" erkannt
werden und Beschädigungen vermieden werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schutzschaltung zum Schutz des Sensors mit
vorgegebener Versorgungsspannung in einem Netz mit höherer Versorgungsspannung
ausgelegt ist.
Ein Vorteil der Schutzschaltung ergibt sich dadurch, daß die Schutzschaltung auch die
Versorgungsspannung für den Sensor erzeugt, d. h. die Schutzschaltung erzeugt in Be
zug auf den Sensor in der zu messenden Größe keinen nennenswerten Fehler (< 1%
Fehler).
Schließlich ist es besonders vorteilhaft, daß dem Sensor (bis auf einige mV, d. h. ein
kleiner Betrag) die volle vorgesehene Versorgungsspannung zugeführt wird. Die
Funktion des Sensors wird daher durch die Schutzschaltung nicht beeinträchtigt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert, wobei auch weitere Vorteile der Erfindung deutlich
werden. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung;
Fig. 2 einen Schaltplan zur Realisierung des
Ausführungsbeispiels aus Fig. 1.
Zunächst sei das Blockschaltbild der Fig. 1 beschrieben.
Ein Sensor S1 wird über gegensinnig geschaltete MOS-Fet's M1, M1'
M2, M2' in der Versorgungsleitung VL und in der Masseleitung ML
versorgt. Die Gatespannung der MOS-Fet's M1, M1', M2, M2' wird durch
eine Ladungspumpe erzeugt. Die Schutzschaltung weist
Schaltungsabschnitte zum Schutz gegen Überspannung an UB,
Unterspannung, Masseabriß, Verpolung Masse gegen UB, Uout <
UB, Verpolung Masse gegen UOUT und Überspannung an OUT auf.
Die Schutzschaltung wirkt bei Fehlerfällen - z. B. bei
fehlerhafter Beschaltung - derart auf die Spannungsversorgung
des Sensors ein, daß Beschädigungen vermieden werden.
Die Ladungspumpe ist verpolsicher und abschaltbar ausgeführt.
Die Fehlerfälle Überspannung an der Versorgung, Überspannung
am Sensorausgang, Unterspannung, Masseabriß, Vertauschung der
Masse mit der Versorgung, Vertauschung des Sensorausgangs mit
der Versorgung und Vertauschen des Sensorausgangs mit der
Masse werden erkannt und die Gatespannung der MOS-Fet's wird zum
jeweils niedrigsten Potential geschaltet. Die Gatespannung ist
so begrenzt, daß sie in keinem Fall einen zu großen Wert gegen
einen der drei Potentialpunkte annehmen kann.
Die Schutzschaltung schützt z. B. einen Sensor, der für eine
niedere Versorgungsspannung (z. B. 5 V) ausgelegt ist derart,
daß er in einem Netz mit höherer oder gleicher Spannung, als
der spezifizierten Betriebsspannung, gegen alle möglichen
Verpolungs- und Vertauschungsfehler geschützt ist.
Die Schaltung ist dabei derart ausgelegt, daß an einem
definierten Lastwiderstand im Fehlerfall keine im Meßbereich
(z. B. 1 V . . 4 V) liegende Spannung anliegen kann.
Nachfolgend sei der Schaltplan der Fig. 2 beschrieben.
Hier bezeichnen einfache Ziffern den Schaltungabschnitt, dem
das entsprechende Bauteil - bezeichnet mit Kennbuchstaben +
Ziffer - zuzuordnen ist.
Schaltungsabschnitt 1: Dieser Schaltungsabschnitt bezeichnet
die Ladungspumpe, welche einen Oszillator OSZ aufweist und die
zur Erzeugung einer Steuerspannung für die MOS-Fet's M1, M1' und M2, M2'
dient. Im vorliegenden Fall ist die Ladungspumpe lediglich
exemplarisch dargestellt, sie ist natürlich auch in anderer
Weise realisierbar: so kann z. B. der Oszillator OSZ mit
Invertern realisiert werden.
Schaltungsabschnitt 2: Die Verpolschutzdiode D1
(Schaltabschnitt 2) verhindert bei einer Verpolung den
Stromfluß durch die Ladungspumpe 1.
Schaltabschnitt 3: Der Entladekreis für die Ladungspumpe
besteht aus einem Entladewiderstand R1 und einer Diode D2
gegen Verpolung. Der Entladekreis entlädt die Ladungspumpe, um
im Fehlerfall die Gatespannung der MOS-Fet's M1, M1' und M2, M2'
schneller abzuschalten.
Schaltabschnitt 4: Der Anschaltkreis für die Ladungspumpe
versorgt die Ladungspumpe bei fehlerfreiem Betrieb. Die
Ladungspumpe wird von einem PNP-Transistor T1 geschaltet. Ein
NPN-Transistor T2 ist zur logisch richtigen Anbindung der
Fehlererkennung an die Abschaltung erforderlich. Im Fehlerfall
von Masseabriß, Unterspannung, Überspannung an der Versorgung
und Überspannung am Sensorausgang wird die Ladungspumpe durch
den Anschaltkreis gesperrt. Die Diode D3 dient zum Schutz der
Transistoren gegen Verpolungen.
Schaltungsabschnitt 5: Dieser Schaltungsteil ist derart
ausgelegt, daß der Anschaltkreis erst freigegeben wird, wenn
genügend Spannung vorhanden ist. Der Spannungspegel wird durch
die Z-Diode Z1 und den Widerstand R2 gegen Masse festgelegt.
Der Transistor T3 schaltet erst durch, wenn die
Versorgungsspannung einen vorgegebenen Pegel überschreitet.
Damit werden Unterspannung und Masseabriß sensiert. Die Dioden
D4, D5 dienen dem Verpolschutz dieses Schaltungsteils.
Schaltungsabschnitt 6: Dieser Schaltungsabschnitt - der
Abschaltkreis für Unterspannung und Masseabriß - sperrt bei
diesen Fehlern den Transistor T4 und somit auch den
Anschaltkreis. Die Diode D6 dient dem Verpolungsschutz.
Schaltungsabschnitt 7: Eine Z-Diode Z2 und ein Widerstand R3
legen die Schaltschwelle für einen Transistor T5 (in Abschnitt
8) fest. Bei Überspannung an der Versorgung und/oder am
Sensorausgang werden die Z-Dioden leitend und schalten den
Transistor T5. Die Dioden D7 und D8 dienen dem Verpolschutz.
Schaltungsabschnitt 8: Der Transistor T5 schaltet bei
Überspannung an der Versorgung und/oder am Sensorausgang die
Gatespannung gegen Masse.
Schaltungsabschnitt 9: Ein Transistor T6 sperrt bei
Überspannung an der Versorgung und/oder am Sensorausgang den
Anschaltkreis und schaltet somit die Ladungspumpe ab.
Schaltungsabschnitt 10: mit einem Widerstand R4 und Dioden D9,
D10 ist die Gatespannung verpolsicher an die
Überspannungsabschaltung angebunden.
Schaltungsabschnitt 11: Bei einer Verpolung des Sensorausgangs
und/oder der Masse mit der Versorgung wird ein Transistor T7
über eine entsprechende Diode D11 und einen Widerstand R5
leitend und schaltet die Gatespannung gegen Versorgung, d. h.
die MOS-Fet's M1, M2 werden abgeschaltet, da in diesem Fall am
Versorgungspin das niedrigste Potential anliegt.
Schaltungsabschnitt 12: Dieser Abschnitt realisiert mittels
Dioden D12 und D13 und einen Widerstand R6 eine verpolsichere
Anbindung der Gatespannung an die Abschaltung bei einer
Verpolung gegen die Versorgung.
Schaltungsabschnitt 13: Bei einer Verpolung von Masse und
Sensorausgang wird ein Transistor T8 über eine Diode D14 und
einen Widerstand R7 leitend und schaltet die Gatespannung
gegen den Sensorausgang, der in diesem Fall das niedrigste
Potential ist.
Schaltungsabschnitt 14: Mittels dieses Abschnittes wird über
Dioden D15 und D16 sowie den Widerstand R9 eine verpolsichere
Anbindung der Gatespannung an die Abschaltung bei einer
Verpolung von Masse und Sensorausgang realisiert.
Schaltungsabschnitt 15: Hier wird die Gatespannung durch den
Widerstand R8 (zur Strombegrenzung beim Leitendwerden der
Dioden) und die Z-Dioden Z3, Z4 und Z5 auf einen Wert
unterhalb der maximalen Gate-Source-Spannung begrenzt. Die
Begrenzung ist gegen jeden der drei möglichen Potentialpunkte
ausgeführt. Dioden D17, D18 und D19 dienen zum Schutz im Falle
von Verpolungen.
Schaltungsabschnitt 16: die gegensinnig geschalteten MOS-Fet's
M1, M1' und M2, M2' dienen zur Abschaltung der Sensorspannung
bei Auftreten eines Fehlers. Die gegensinnige Auslegung
verhindert einen Stromfluß durch die parasitäre Diode der
MOS-Fet's bei Verpolung. Im Fehlerfall wird die Gatespannung
der Fet's immer gegen das niedrigste Potential geschaltet.
Claims (7)
1. Schutzschaltung zum Schutz eines gleichspannungsversorgten Sensors (S1)
gegen fehlerhafte Spannungsversorgung, insbesondere für den Bereich der
Fahrzeugelektronik,
wobei der Sensor (S1) drei Anschlüsse (UB1, GND, OUT) aufweist, von denen einer eine Ausgangsspannung abgibt und von denen die weiteren über eine Versorgungsleitung (VL) und eine Masseleitung (ML) mit Spannung versorgt werden,
wobei der Sensor (S1) über gegensinnig geschaltete MOSFETs (M1, M1', M2, M2') versorgt wird, die jeweils in die Versorgungsleitung (VL) und die Masseleitung (ML) geschaltet sind und
wobei Schaltungsabschnitte zum Detektieren der fehlerhaften Span nungsversorgung vorgesehen sind, denen als Eingangsgrößen die Masse (GND), die Versorgungsspannung (UB) und die Ausgangs spannung (OUT) zugeführt werden und die eine Gateschaltung an steuern, welche die Gate-Spannung der MOSFETs (M1, M1', M2, M2') im Fehlerfall zum Anschluß mit dem jeweilig niedrigsten Po tential schalten.
wobei der Sensor (S1) drei Anschlüsse (UB1, GND, OUT) aufweist, von denen einer eine Ausgangsspannung abgibt und von denen die weiteren über eine Versorgungsleitung (VL) und eine Masseleitung (ML) mit Spannung versorgt werden,
wobei der Sensor (S1) über gegensinnig geschaltete MOSFETs (M1, M1', M2, M2') versorgt wird, die jeweils in die Versorgungsleitung (VL) und die Masseleitung (ML) geschaltet sind und
wobei Schaltungsabschnitte zum Detektieren der fehlerhaften Span nungsversorgung vorgesehen sind, denen als Eingangsgrößen die Masse (GND), die Versorgungsspannung (UB) und die Ausgangs spannung (OUT) zugeführt werden und die eine Gateschaltung an steuern, welche die Gate-Spannung der MOSFETs (M1, M1', M2, M2') im Fehlerfall zum Anschluß mit dem jeweilig niedrigsten Po tential schalten.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß
die Gatespannung der MOSFET's (M1, M1'; M2, M2') durch eine Ladungspumpe erzeugt wird, und
die Ladungspumpe verpolsicher und abschaltbar ausgeführt ist.
die Gatespannung der MOSFET's (M1, M1'; M2, M2') durch eine Ladungspumpe erzeugt wird, und
die Ladungspumpe verpolsicher und abschaltbar ausgeführt ist.
3. Schutzschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltungsabschnitte die Fehlerfälle "Überspannung an der
Versorgung", "Überspannung am Sensorausgang", "Unterspannung", "Mas
seabriß", "Vertauschung der Masse mit der Versorgung", "Vertauschung des
Sensorausgangs mit der Versorgung" und "Vertauschen des Sensorausgangs
mit der Masse" detektieren.
4. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Gatespannung derart begrenzt ist, daß sie in keinem
Fall einen zu großen Wert gegen einen der drei Potentialpunkte annimmt.
5. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Entladekreis für die Ladungspumpe aus einem Entla
dewiderstand (R1) und einer Diode (D2) gegen Verpolung besteht.
6. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Anschaltkreis zur Versorgung der Ladungspumpe bei
fehlerfreiem Berieb vorgesehen ist, wobei die Ladungspumpe im Fehlerfall
durch den Anschaltkreis gesperrt ist.
7. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß dem Sensor nahezu die volle vorgesehene Versorgungs
spannung zugeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995124718 DE19524718C2 (de) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | Schutzschaltung für Sensoren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995124718 DE19524718C2 (de) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | Schutzschaltung für Sensoren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19524718A1 DE19524718A1 (de) | 1997-02-13 |
DE19524718C2 true DE19524718C2 (de) | 2003-02-27 |
Family
ID=7766218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1995124718 Expired - Fee Related DE19524718C2 (de) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | Schutzschaltung für Sensoren |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19524718C2 (de) |
Families Citing this family (3)
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WO2001018931A1 (en) * | 1999-09-10 | 2001-03-15 | Intra International Ab | System and method for providing surge, short and reverse polarity connection protection |
DE10347118B3 (de) * | 2003-10-10 | 2005-02-24 | Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH | Elektronische Schaltungsanordnung zum Anschluss mindestens eines aktiven Drehzahlsensors, insbesondere bei Nutzfahrzeugen |
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1995
- 1995-07-12 DE DE1995124718 patent/DE19524718C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE19524718A1 (de) | 1997-02-13 |
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