DE19927389A1 - Schaltung zum Detektieren eines unzulässig hohen Stromes in einer Endstufe - Google Patents
Schaltung zum Detektieren eines unzulässig hohen Stromes in einer EndstufeInfo
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Abstract
Es wird eine Schaltung zum Detektieren eines unzulässig hohen Stroms in einer Endstufe (10) vorgeschlagen, die zwei in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung angeordnete Transistoren (T1, T2) enthält. Ein Vergleicher (18) vergleicht die am Verbindungspunkt der beiden Transistoren (T1, T2) auftretende Spannung mit der Spannung, die am Mittenabgriff (20) eines an die Stromversorgungsanschlüsse (11, 12) angeschlossenen Spannungsteilers (21) auftritt. In Abhängigkeit vom Schaltsignal (15, 16) eines der Transistoren (T1, T2) schaltet ein Schalttransistor (T3) das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers (21) um.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zum Detektieren
eines unzulässig hohen Stroms in einer Endstufe nach der
Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der DE-A 43 29 919 ist eine Endstufe zum Betreiben eines
in einem Kraftfahrzeug angeordneten Verbrauchers bekannt,
die zwei zwischen einem ersten und zweiten
Stromversorgungsanschluß liegende Serienschaltungen jeweils
eines ersten mit einem zweiten Transistor enthält. Die vier
Endstufentransistoren bilden eine Brückenschaltung, in deren
Diagonale der elektrische Verbraucher angeordnet ist. Der
durch jeden der vier Endstufentransistoren fließende Strom
wird jeweils von einem Stromsensor erfaßt und in einem
Vergleicher mit einem vorgegebenen Maximalwert verglichen.
Bei einer Schwellenüberschreitung wird der entsprechende
Endstufentransistor abgeschaltet. Bei einem Einsatz von
preisgünstigen Stromsensoren, die keine Potentialtrennung
ermöglichen, werden bei der vorbekannten Schaltung vier auf
jeweils unterschiedlichen Potentialen liegende Komparatoren
benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum
Detektieren eines unzulässig hohen Stroms in eine Endstufe
anzugeben, die mit möglichst wenigen und einfachen
elektronischen Bauelementen auskommt.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch
angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung sieht eine zwischen einem ersten und zweiten
Stromversorgungsanschluß liegende Serienschaltung eines
ersten Transistors mit einem zweiten Transistor vor, wobei
ein Eingang eines Vergleichers am Verbindungspunkt der
beiden Transistoren angeschlossen ist. Der andere Eingang
des Vergleichers liegt am Mittenabgriff eines zwischen den
beiden Stromversorgungsleitungen liegenden Spannungsteilers.
Vorgesehen sind Umschaltmittel zum Umschalten des
Spannungsteilerverhältnisses, die vom Schaltsignal eines der
beiden Transistoren angesteuert werden.
Die erfindungsgemäße Schaltung erfaßt den an der
Schaltstrecke der Transistoren auftretenden Spannungsabfall
im eingeschalteten Zustand an der Schaltstrecke. Die beiden
Transistoren sind beispielsweise in einer Halb- oder
Vollbrückenschaltung angeordnet. Beide Transistoren sind
wechselweise ein- oder ausgeschaltet. Ein Eingangssignal
eines Transistors kann deshalb herangezogen werden zum
Betätigen der Umschaltmittel, welche das
Spannungsteilerverhältnis umschalten. Durch die Umschaltung
ist eine Anpassung der Schaltschwelle des Vergleichers
entweder für den ersten oder für den zweiten Transistor
möglich. Im Normalbetrieb wechselt das Ausgangssignal des
Vergleichers in den jeweils anderen Zustand beim Wechsel des
Eingangssignals eines der beiden Transistoren. Ausgehend von
diesem Ausgangssignal des Vergleichers findet bei einem
Überstrom ebenfalls ein Wechsel in den anderen Signalzustand
statt, der in einer weitergehenden, nicht dargestellten
Schaltung, detektiert und beispielsweise zum Abschalten des
einen oder sämtlicher Transistoren herangezogen werden kann.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung
liegt darin, daß kein zusätzlicher Stromsensor und lediglich
ein Vergleicher für die beiden Transistoren benötigt wird.
Die an die verwendeten elektronischen Bauteile zu stellenden
Anforderungen sind relativ gering, so daß diese
kostengünstig sind.
Die erfindungsgemäße Schaltung eignet sich insbesondere zur
Verwendung in einer Halbbrückenschaltung, bei der der andere
Brückenzweig durch zwei Kondensatoren gebildet wird.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Schaltung geeignet zur
Verwendung in einer Vollbrückenschaltung bei der die
Kondensatoren der Halbbrückenschaltung ersetzt sind durch
Endstufentransistoren. Auch in diesem weiteren Brückenzweig
kann die erfindungsgemäße Schaltung eingesetzt werden, so
daß für eine Vollbrückenschaltung insgesamt zwei Vergleicher
sowie zwei Umschaltmittel erforderlich sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben
sich aus abhängigen Ansprüchen.
Das im Normalbetrieb in Abhängigkeit von den
Eingangssignalen wechselnde Ausgangssignal des Vergleichers
wird vorteilhafterweise einer Logik-Auswahlschaltung
zugeführt, die in Abhängigkeit von dem Eingangssignal eines
der beiden Transistoren dafür sorgt, daß ein Signalwechsel
am Ausgang der Logik-Auswahlschaltung nur dann auftritt,
wenn ein unzulässig hoher Strom in einem der beiden
Transistoren auftritt. Eine besonders einfache Realisierung
der Logik-Auswahlschaltung ist durch eine Exklusiv-Oder-
Anordnung (EXOR) möglich.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung betrifft die
Umschaltmittel, die vorzugsweise einen Schalttransistor
enthalten, der einem Widerstand des Spannungsteilers einen
Parallelwiderstand hinzuschaltet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Schaltung ergeben sich aus der
Beschreibung.
Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Schaltung zum Detektieren eines unzulässig
hohen Stroms in einer Endstufe.
Die Figur zeigt eine Endstufe 10, die beispielsweise als
Halbbrückenschaltung ausgestaltet ist. Zwischen einem ersten
und zweiten Stromversorgungsanschluß 11, 12 liegt eine
Serienschaltung eines ersten Transistors T1 mit einem
zweiten Transistor T2. Die Transistoren T1, T2 bilden einen
ersten Brückenzweig der Halbbrückenschaltung der Endstufe
10. Im zweiten Brückenzweig sind der erste und der zweite
Kondensator C1, C2 enthalten. Die mit elektrischer Energie zu
versorgende Last 13 liegt in der Brückendiagonale.
Eine Steuerschaltung 14 gibt an den Transistor T1 ein erstes
Schaltsignal 15 und an den Transistor T2 ein zweites
Schaltsignal 16 ab. Das zweite Schaltsignal 16 wird
weiterhin einem Schalttransistor T3 sowie einer Logik-
Auswahlschaltung 17 zugeführt.
Ein Vergleicher 18 vergleicht die am Verbindungspunkt 19 der
beiden Transistoren T1, T2 auftretende Spannung mit der am
Mittenabgriff 20 eines zwischen den beiden
Stromversorgungsanschlüsse 11, 12 geschalteten
Spannungsteilers 21. Der Spannungsteiler 21 enthält die
Widerstände R1, R2, wobei der Widerstand R2 vom
Mittenabgriff 20 zum zweiten Stromversorgungsanschluß 12
führt. Der Schalttransistor T3, der allgemein als
Umschaltmittel bezeichnet wird, kann zum Widerstand R2 einen
Parallelwiderstand R3 parallel schalten.
Der Vergleicher 18 gibt ein Ausgangssignal 22 an die Logik-
Auswahlschaltung 17 ab, die an ihrem Ausgang ein
Überstromsignal 23 bereitstellt.
Die erfindungsgemäße Schaltung zum Detektieren eines
unzulässig hohen Stroms in der Endstufe 10 arbeitet
folgendermaßen:
Ein Überstrom in einem der Transistoren T1, T2 wird durch eine Überwachung des an der Schaltstrecke der Transistoren T1, T2 auftretenden Spannungsabfalls erkannt. Die Transistoren T1, T2 können auch andere Halbleiter- Bauelemente sein, bei denen der an der Schaltstrecke auftretende Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand ein Maß für den Strom durch das Halbleiterbauelement fließende ist.
Ein Überstrom in einem der Transistoren T1, T2 wird durch eine Überwachung des an der Schaltstrecke der Transistoren T1, T2 auftretenden Spannungsabfalls erkannt. Die Transistoren T1, T2 können auch andere Halbleiter- Bauelemente sein, bei denen der an der Schaltstrecke auftretende Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand ein Maß für den Strom durch das Halbleiterbauelement fließende ist.
Der Spannungsabfall wird vom Vergleicher 18 überwacht. Die
Vergleichsspannung tritt am Mittenabgriff 20 des
Spannungsteilers 21 auf. Von den beiden Transistoren T1, T2
ist stets nur einer eingeschaltet. Entsprechend gibt die
Steuerschaltung 14 entweder nur das erste Steuersignal 15
zum Einschalten des Transistors T1 oder das zweite
Steuersignal 16 zum Einschalten des Transistors T2 aus. Wenn
demnach der Transistor T1 eingeschaltet ist, bleiben der
Transistor T2 sowie das beispielsweise als Schalttransistor
T3 realisierte Umschaltmittel abgeschaltet. Der
Parallelwiderstand R3 ist in diesem Betriebszustand
wirkungslos, sodaß die Vergleichsspannung am Mittenabgriff
20 allein von den Widerständen R1, R2 festgelegt ist. Die
Widerstände R1, R2 sind derart zu dimensionieren, daß am
Mittenabgriff 20 eine Spannung auftritt, die auf den im
Normalbetrieb durch den Transistor T1 maximal fließenden
Strom abgestimmt ist. Ein im Transistor auftretender
Überstrom verursacht über der Schaltstrecke des Transistors
T1 einen Spannungsabfall, der so groß ist, daß die
Vergleichsspannung unterschritten wird. Bei der in der Figur
eingetragenen Schaltlogik des Vergleichers 18, bei der das
Ausgangssignal 22 des Vergleichers 18 auf einen logischen
Low-Pegel geht, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 19 ein
geringeres Potential als am Mittenabgriff 20 aufweist, tritt
demnach bei einem Überstrom im Transistor T1 ein
Ausgangssignal 22 mit Low-Pegel auf.
Die gegebenenfalls vorhandene Logik-Auswahlschaltung 17, die
vorzugsweise als Exklusiv-Oder-Anordnung (EXOR) realisiert
ist, gibt als Überstromsignal 23 ebenfalls einen Low-Pegel
ab, da der Exklusiv-Oder-Anordnung 17 das zweite
Schaltsignal 16 ebenfalls als Low-Pegel, bei dem die
Transistoren T2, T3 jeweils abgeschaltet sind, zugeführt
wird.
Tritt ein normaler Strom im Transistor T1 auf, so reicht der
Spannungsabfall am Transistor T1 nicht aus, den Vergleicher
18 umzuschalten. Das Ausgangssignal 22 des Vergleichers
liegt in diesem Betriebszustand auf einem logischen High-
Pegel, der gleichfalls am Ausgang der Logik-Auswahlschaltung
17 auftritt. Ein High-Pegel als Überstromsignal 23 bedeutet,
daß kein Überstrom vorliegt.
Nach einem Umschalten der Steuerschaltung 14, wenn also das
erste Steuersignal 15 entfällt und statt dessen das zweite
Steuersignal 16 zum Einschalten des Transistors T2 und des
Transistors T3 auftritt, überwacht der Vergleicher 18 den
Spannungsabfall am Transistor T2 überwachen. Der
Schalttransistor T3 greift in den Spannungsteiler 21 ein
durch die Parallelschaltung des Widerstands R3 zum
Widerstand R2. Der Widerstand R3 ist derart zu
dimensionieren, daß die am Mittenabgriff 20 des
Spannungsteilers 21 auftretende Vergleichsspannung auf den
maximal zulässigen, am Transistor T2 auftretenden
Spannungsabfall festgelegt wird. Bei einem zulässigen Strom
durch den Transistor T2 ist dieser Spannungsabfall kleiner
als die Vergleichsspannung, sodaß der Vergleicher 18 ein
Ausgangssignal mit Low-Pegel ausgibt. Die Logik-
Auswahlschaltung 17 gibt ein Ausgangssignal mit einem High-
Pegel aus, da das zweite Schaltsignal 16 jetzt einen High-
Pegel aufweist. Überschreitet der durch den Transistor T2
fließende Strom das vorgegebenen Maß, dann springt das
Ausgangssignal 22 des Vergleichers 18 auf einen High-Pegel,
der bei einem gleichzeitig vorliegenden zweiten Schaltsignal
16 auf High-Pegel zu einem Überstromsignal 23 mit logischem
Low-Pegel führt.
Das Überstromsignal 23 am Ausgang der Logik-Auswahlschaltung
17 kann dazu verwendet werden, die Endstufe 10 vollständig
oder zumindest teilweise abzuschalten. Insbesondere kann der
jeweilige Transistor, in dem der Überstrom aufgetreten ist,
mittels der Steuerschaltung 14 einzeln abgeschaltet werden.
Die Logik-Auswahlschaltung 17 sorgt dafür, daß bei einem
Überstrom das Überstromsignal 23 stets den selben logischen
Pegel aufweist. Da die beiden Schaltsignale 15, 16 stets
bekannt sind, ist die Logik-Auswahlschaltung 17 nicht
erforderlich. Der bei einem Wechsel der Schaltpegel der
beiden Schaltsignale 15, 16 auftretende Signalwechsel im
Ausgangssignal 22 des Vergleichers 18 im Rahmen eines
normalen Betriebszustands ohne Überstrom kann innerhalb der
nicht näher beschriebenen Abschalteanordnung für die gesamte
Endstufe 10 oder für den jeweils betroffenen Transistor T1,
T2 enthalten sein.
Die in der Figur gezeigte Halbbrückenschaltung kann durch
Verdopplung der erfindungswesentlichen Komponenten ohne
Weiteres zu einer Vollbrückenschaltung ergänzt werden.
Anstelle der beiden Kondensatoren C1, C2 sind weitere
Transistoren vorzusehen. Weiterhin erforderlich ist ein
weiterer umschaltbarer Spannungsteiler 21 sowie ein weiterer
Vergleicher 18.
Die erfindungsgemäße Schaltung kann insbesondere für
hochfrequent getaktete Endstufen 10 eingesetzt werden. Bei
einer Reduzierung der Taktfrequenz können zur weiteren
Kostenreduzierung die Bauteilekosten weiterhin dadurch
reduziert werden, daß ein Mikroprozessor mit integrierten
A/D-Wandlern und einer digitalen Signalverarbeitung
eingesetzt wird.
Claims (4)
1. Schaltung zum Detektieren eines unzulässig hohen Stroms
in einer Endstufe (10), die eine zwischen einem ersten
und zweiten Stromversorgungsanschluß (10, 12) liegende
Serienschaltung eines ersten Halbleiterbauelements (T1)
mit einem zweiten Halbleiterbauelement (T2) enthält, mit
einem Vergleicher (18), der den an einem
Halbleiterbauelement (T1, T2) auftretenden
Spannungsabfall mit einem vorgegebenen Schwellenwert
vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang des
Vergleichers (18) am Verbindungspunkt des ersten
Halbleiterbauelements (T1) mit dem zweiten
Halbleiterbauelements (T2) angeschlossen ist, daß der
andere Eingang des Vergleichers (18) am Mittenabgriff
(20) eines zwischen den beiden
Stromversorgungsanschlüssen (11, 12) liegenden
Spannungsteilers (21) angeschlossen ist, daß
Umschaltmittel (T3) zum Umschalten des
Spannungsteilerverhältnisses vorgesehen sind und daß die
Umschaltmittel (T3) vom Schaltsignal (15, 16) eines der
Halbleiterbauelemente (T1, T2) gesteuert sind.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Logik-Auswahlschaltung (17) vorgesehen ist, der das
Ausgangssignal (22) des Vergleichers (18) und das
Schaltsignal (15, 16) zugeführt sind.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Logik-Auswahlschaltung (17) als Exklusiv-Oder-
Anordnung realisiert ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Umschaltmittel (T3) ein Schalttransistor vorgesehen
ist, der einem Widerstand (R1, R2) des Spannungsteilers
(21) einen Parallelwiderstand (R3) parallel schaltet.
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