DE19609219A1 - Semiconductor diode circuit arrangement as wrong-polarity protection stage for electronic circuits e.g. for vehicle airbag system - Google Patents

Semiconductor diode circuit arrangement as wrong-polarity protection stage for electronic circuits e.g. for vehicle airbag system

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DE19609219A1
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Bernhard Mattes
Ralf Henne
Bernd Saeufferer
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Morton International LLC
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Robert Bosch GmbH
Morton International LLC
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection
    • H02H11/003Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection using a field effect transistor as protecting element in one of the supply lines

Abstract

The circuit (1) has a MOSFET (T2) for the polarity protection stage, its drain coupled to the positive input (2) of the circuit, its source coupled to the positive output of the circuit and its gate connected to earth. The circuit may have a pair of transistors (T1,T3) providing a comparator, the emitter of one coupled to the drain of the MOSFET and the emitter of the other coupled to the MOSFET source, their collectors coupled to earth via respective resistors (R1,R2).

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, elektronische Bauelemente mit Ventilwirkung, insbesondere Halbleiterdioden, als Verpolschutz in elektronischen Schaltungen einzusetzen. Siehe zum Beispiel die Firmendruckschrift "Voltage Regulator Handbook 1982", Seite 7-39, der Firma National Semiconductor Corporation. Der Verpolschutz schützt die elektronische Schaltung bei einer Verpolung der Versorgungsspannung vor Zerstörung.It is known to use electronic components with valve action, especially semiconductor diodes, as reverse polarity protection in use electronic circuits. See for example the company publication "Voltage Regulator Handbook 1982", Page 7-39, National Semiconductor Corporation. The reverse polarity protection protects the electronic circuit polarity reversal of the supply voltage before destruction.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Neben einem sicheren Verpolschutz bietet die erfindungsgemäße Lösung insbesondere den Vorteil eines geringen Spannungsabfalles an dem für den Verpolschutz vorgesehenen Bauelement. Dies ist bei elektronischen Schaltungen von besonderer Bedeutung, die mit einer geringen Versorgungsspannung versorgt werden müssen. Dies ist beispielsweise bei einem Airbagsystem der Fall, das bei einer Zerstörung oder einem Abriß der Batterie mit einer begrenzten Energiemenge aus einem als Reserveenergiequelle vorgesehenen Speicherkondensator versorgt werden muß.In addition to safe reverse polarity protection, the solution according to the invention in particular the advantage of a low voltage drop at the for reverse polarity protection provided component. This is electronic Circuits of particular importance with a low Supply voltage must be supplied. This is for example, in the case of an airbag system that a destruction or demolition of the battery with a  limited amount of energy from a reserve energy source provided storage capacitor must be supplied.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 einen Stromlaufplan der elektronischen Schaltungsanordnung und Fig. 2 die Anwendung der elektronischen Schaltungsanordnung bei einem als Blockschaltbild dargestellten Airbagsystem.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in the following description. Here, FIG. 1 shows a circuit diagram of the electronic circuit arrangement, and Fig. 2, the application of the electronic circuitry shown in a block diagram form the airbag system.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Fig. 1 zeigt den Stromlaufplan eines Ausführungsbeispiels der elektronischen Schaltungsanordnung 1. Die Schaltungsanordnung 1 hat zwei Eingangsanschlüsse 2, 3, die mit dem positiven Anschluß +UBAT der Fahrzeugbatterie 14 (Fig. 2) beziehungsweise mit dem negativen Pol (-Masse) der Fahrzeugbatterie verbunden sind. Mit dem Eingangsanschluß 2 ist der Emitteranschluß eines ersten Transistors T1 verbunden, dessen Kollektoranschluß über einen Widerstand R1 mit dem Anschluß 3 verbunden ist. Der Basisanschluß des Transistors T1 ist mit seinem Kollektoranschluß verbunden. Der Drainanschluß eines MOS-FET-Transistors T2 ist mit dem Eingangsanschluß 2 verbunden. Der Gateanschluß des Transistors T2 liegt über einen Widerstand R2 an Masse. Der Sourceanschluß des Transistors T2 ist mit einem Ausgangsanschluß 5 der elektronischen Schaltungsanordnung 1 verbunden, der über einen Widerstand R3 an Masse liegt. Parallel zu dem Widerstand R3 ist ein Kondensator C geschaltet. Ein Anschluß eines Widerstandes R4 ist mit dem Basisanschluß des Transistors T1 verbunden. Der zweite Anschluß des Widerstandes R4 ist mit dem Basisanschluß eines dritten Transistors T3 verbunden, dessen Kollektoranschluß mit dem Gateanschluß des Transistors T2 verbunden ist. Der Emitteranschluß des Transistors T3 ist mit dem Sourceanschluß des Transistors T2 verbunden. Zwischen den Sourceanschluß des Transistors T2 und dem Kollektoranschluß des Transistors T3 ist eine Zenerdiode D1 geschaltet. Mit Bezugsziffer 4 ist ein zweiter Ausgangsanschluß der elektronischen Schaltungsanordnung 1 bezeichnet, der parallel zu dem Ausgangsanschluß 5 geschaltet ist. Fig. 1 shows the circuit diagram of an embodiment of the electronic circuit assembly 1. The circuit arrangement 1 has two input connections 2 , 3 , which are connected to the positive connection + UBAT of the vehicle battery 14 ( FIG. 2) or to the negative pole (ground) of the vehicle battery. The emitter terminal of a first transistor T1 is connected to the input terminal 2 , the collector terminal of which is connected to the terminal 3 via a resistor R1. The base terminal of transistor T1 is connected to its collector terminal. The drain of a MOS-FET transistor T2 is connected to the input terminal 2 . The gate of transistor T2 is connected to ground via a resistor R2. The source terminal of the transistor T2 is connected to an output terminal 5 of the electronic circuit arrangement 1 , which is connected to ground via a resistor R3. A capacitor C is connected in parallel with the resistor R3. A terminal of a resistor R4 is connected to the base terminal of the transistor T1. The second connection of the resistor R4 is connected to the base connection of a third transistor T3, the collector connection of which is connected to the gate connection of the transistor T2. The emitter terminal of transistor T3 is connected to the source terminal of transistor T2. A Zener diode D1 is connected between the source terminal of transistor T2 and the collector terminal of transistor T3. Reference number 4 denotes a second output connection of the electronic circuit arrangement 1 , which is connected in parallel to the output connection 5 .

Um auch noch bei einer vergleichsweise niedrigen Eingangsspannung an den Eingangsanschlüssen 2, 3 der Schaltungsanordnung 1 einen Spannungsregler betreiben zu können, dessen Regelspannung sich nur wenig von der Eingangsspannung unterscheidet, darf an dem für den Verpolschutz vorgesehenen Bauelement nur ein sehr geringer Spannungsabfall entstehen. Nach der erfindungsgemäßen Lösung wird ein derartiger Verpolschutz durch die Drain-Source-Strecke des Transistors T2 realisiert. Der P-Kanal MOSFET-Transistor T2 wird dabei mit verpolten Drain-Source-Anschlüssen betrieben. Die Zenerdiode D1 schützt die Gate-Source-Strecke des Transistors T2 vor Überspannungen und klemmt die Gate-Source-Spannung auf einen Spannungswert in Höhe der vollen Einschaltspannung. Die Transistoren T1 und T3 bilden einen Komparator. Wird die Drain-Source-Spannung des Transistors T2 negativ, zum Beispiel einem Spannungseinbruch, bei einem Kurzschluß gegen Masse oder bei einer Verpolung der Spannungsversorgung, dann leitet der Transistor T3. Dies hat wiederum eine Sperrung des Transistors T2 zur Folge. Die in C enthaltene Ladung bleibt dabei im wesentlichen erhalten. In order to be able to operate a voltage regulator whose control voltage differs only slightly from the input voltage even at a comparatively low input voltage at the input connections 2 , 3 of the circuit arrangement 1, only a very small voltage drop may occur at the component provided for reverse polarity protection. According to the solution according to the invention, such reverse polarity protection is implemented by the drain-source path of transistor T2. The P-channel MOSFET transistor T2 is operated with reverse-polarity drain-source connections. The Zener diode D1 protects the gate-source path of the transistor T2 against overvoltages and clamps the gate-source voltage to a voltage value equal to the full switch-on voltage. The transistors T1 and T3 form a comparator. If the drain-source voltage of the transistor T2 becomes negative, for example a voltage dip, a short circuit to ground or a polarity reversal of the voltage supply, the transistor T3 conducts. This in turn results in the transistor T2 being blocked. The charge contained in C is essentially retained.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konnte bei einer Eingangsspannung von nur 6 Volt ein Spannungsregler sicher betrieben werden, der eine stabilisierte Spannung von 5 Volt bereitstellte. Dabei entstand an dem für den Verpolschutz vorgesehenen Transistor T2 der elektronischen Schaltungsanordnung 1 bei einem Strom IDS von etwa 100 mA lediglich ein Spannungsabfall UDS von etwa 50 mV.In one exemplary embodiment of the invention, a voltage regulator that provided a stabilized voltage of 5 volts could be operated safely with an input voltage of only 6 volts. In this case, only a voltage drop UDS of approximately 50 mV occurred at the transistor T2 of the electronic circuit arrangement 1 provided for reverse polarity protection at a current IDS of approximately 100 mA.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete elektronische Schaltungsanordnung 1 läßt sich vorteilhaft bei einem Airbagsystem 10 einsetzen, das in Fig. 2 als Blockschaltbild dargestellt ist. Das Airbagsystem 10 umfaßt mindestens einen beschleunigungsempfindlichen Sensor 11, der mit einem Steuergerät 12 verbunden ist. Das Steuergerät 12 ist mit mindestens einem Airbag 13 verbunden. Das Airbagsystem 10 wird im Normalfall von der Batterie 14 des Fahrzeugs mit Energie versorgt. Parallel zu der Batterie 14 ist ein Kondensator 15 geschaltet, der als Energiereserve für den Fall dient, daß die Batterie während eines Unfalls von dem Airbagsystem abgetrennt wird. Die Batterie 14 ist mit der dem Verpolschutz dienenden elektronischen Schaltungsanordnung 1 verbunden, die ausgangsseitig mit einem Spannungsregler 16 verbunden ist.The electronic circuit arrangement 1 designed according to the invention can advantageously be used in an airbag system 10 , which is shown in FIG. 2 as a block diagram. The airbag system 10 comprises at least one acceleration-sensitive sensor 11 , which is connected to a control unit 12 . The control unit 12 is connected to at least one airbag 13 . The airbag system 10 is normally powered by the battery 14 of the vehicle. A capacitor 15 is connected in parallel with the battery 14 and serves as an energy reserve in the event that the battery is disconnected from the airbag system during an accident. The battery 14 is connected to the electronic circuit arrangement 1 which serves to reverse polarity protection and is connected on the output side to a voltage regulator 16 .

Der Sensor 11 liefert der Beschleunigung des Fahrzeuges entsprechende Ausgangssignale, die von dem Steuergerät 12 ausgewertet werden. Im Falle einer Gefahr für den Fahrzeuginsassen steuert das Steuergerät 12 den Airbag 13 an, der sich zum Schutz des Fahrzeuginsassen entfaltet. Falls die Batterie von dem Airbagsystem abgetrennt wird, kann das Airbagsystem nur noch durch den zuvor aufgeladenen Kondensator 15 mit Energie versorgt werden. Der mit der Erfindung erzielbare geringe Spannungsabfall in der für den Verpolschutz vorgesehenen elektronischen Schaltungsanordnung 1 stellt sicher, daß der im Stromlaufplan folgende Spannungsregler 16 mit einer möglichst hohen Eingangsspannung versorgt wird.The sensor 11 supplies output signals corresponding to the acceleration of the vehicle, which are evaluated by the control unit 12 . In the event of a danger to the vehicle occupant, the control unit 12 controls the airbag 13 , which deploys to protect the vehicle occupant. If the battery is disconnected from the airbag system, the airbag system can only be supplied with energy by the previously charged capacitor 15 . The low voltage drop achievable with the invention in the electronic circuit arrangement 1 provided for reverse polarity protection ensures that the voltage regulator 16 following in the circuit diagram is supplied with the highest possible input voltage.

Claims (3)

1. Elektronische Schaltungsanordnung mit Verpolschutz, dadurch gekennzeichnet, daß für den Verpolschutz ein MOS-Feldeffekttransistor (T2) vorgesehen ist, dessen Drainanschluß mit dem positiven Eingangsanschluß (2) der Schaltungsanordnung, dessen Sourceanschluß mit dem positiven Ausgangsanschluß der Schaltungsanordnung (1) und dessen Gateanschluß mit dem Masseanschluß verbunden ist.1. Electronic circuit arrangement with reverse polarity protection, characterized in that for the reverse polarity protection a MOS field effect transistor (T2) is provided, the drain connection with the positive input connection ( 2 ) of the circuit arrangement, the source connection with the positive output connection of the circuit arrangement ( 1 ) and its gate connection is connected to the ground connection. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einen Komparator bildende Transistoren (T1, T3) vorgesehen sind, wobei der Emitteranschluß des Transistors (T1) mit dem Drainanschluß des Transistors (T2), der Emitteranschluß des Transistors (T3) mit dem Sourceanschluß des Transistors (T2), der Kollektoranschluß des Transistors (T1) über einen Widerstand (R1) mit Masse, der Kollektoranschluß des Transistors (T3) mit dem Gateanschluß des Transistors (T2) und über einen Widerstand (R2) mit Masse, und schließlich der Basisanschluß des Transistors (T3) über einen Widerstand (R4) mit dem Basisanschluß des Transistors (T1) und mit dessen Kollektoranschluß verbunden sind. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that two forming a comparator Transistors (T1, T3) are provided, the Emitter connection of the transistor (T1) with the Drain connection of the transistor (T2), the emitter connection of the transistor (T3) with the source terminal of the Transistor (T2), the collector terminal of the transistor (T1) through a resistor (R1) with ground, the Collector connection of the transistor (T3) with the Gate connection of the transistor (T2) and via a Resistor (R2) with ground, and finally the Base connection of the transistor (T3) via a resistor (R4) with the base connection of the transistor (T1) and with whose collector connection are connected.   3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem Airbagsystem (10).3. Circuit arrangement according to one of claims 1, 2, characterized by its use in an airbag system ( 10 ).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017221718A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Continental Automotive Gmbh Circuit for an active diode for use in on-board networks of vehicles
WO2021058141A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01 Continental Automotive Gmbh Digital input humidity countermeasure

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