DE19960597A1 - Protection unit for device connected to electric circuit arrangement e.g. for starter in motor vehicle; has electrically triggered ignition element to separate supply line for device when monitoring device detects fault in circuit - Google Patents
Protection unit for device connected to electric circuit arrangement e.g. for starter in motor vehicle; has electrically triggered ignition element to separate supply line for device when monitoring device detects fault in circuitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung mit den im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a safety device with the Preamble of independent claim 1 specified Characteristics.
Eine derartige Sicherheitseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 29 35 196 C2 bekannt. Als Überwachungseinrichtung ist ein RC-Glied vorgesehen, welches den Stromfluß in einer Versorgungsleitung des Verbrauchers erfaßt. Mit dem Ausgangssignal des RC-Gliedes wird ein Sicherheitsrelais- Kontaktpaar angesteuert, wobei in Abhängigkeit von bestimmten Betriebskenngrößen, beispielsweise einer zu hohen Stromstärke in der Versorgungsleitung, der Stromfluß durch den Verbraucher unterbrochen wird. Andere Schaltungsanordnungen zur Ansteuerung von Aktuatoren verwenden zwei in Reihe geschaltete Leistungstransistoren. So sind beispielsweise Schaltungsanordnungen bekannt, die den Versorgungsstrom eines Aktuators über zwei sich gegenseitig überwachende MOSFET-Transistoren schalten. Fällt einer der Leistungstransistoren aus und wird beispielsweise dauerhaft leitend, so kann über den zweiten Leistungstransistor der Stromfluß unterbrochen werden. Aus einer Fehlansteuerung des Aktuators durch einen durchlegierten Transistor resultierende Schäden können so vermieden werden.Such a safety device is, for example, from known from DE 29 35 196 C2. As a monitoring device an RC element is provided, which the current flow in a Supply line of the consumer detected. With the Output signal of the RC element is a safety relay Contact pair controlled, depending on certain operating parameters, for example too high Amperage in the supply line, the current flow through the consumer is interrupted. Other Circuit arrangements for controlling actuators use two power transistors connected in series. For example, circuit arrangements are known which the supply current of one actuator over two itself switch mutually monitoring MOSFET transistors. Falls one of the power transistors and for example permanently conductive, so can over the second Power transistor the current flow can be interrupted. Out incorrect control of the actuator by a alloyed transistor resulting damage can so be avoided.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist, daß der für die Sicherheitseinrichtung erforderliche Schaltungsaufwand recht groß ist und zusätzliche teure Leistungstransistoren oder platzraubende Relais benötigt werden, wodurch sich die Herstellungskosten stark vergrößern. Insbesondere für preiswerte Systeme sind die bekannten Lösungen daher nicht akzeptabel. Außerdem entstehen an den Leistungstransistoren Verluste, die in Form von Wärme abgegeben werden. Diese Verluste verdoppeln sich durch die Verwendung eines als Schutzschalter dienenden zweiten Leistungstransistors.A disadvantage of the known solutions is that for Security device required circuitry right is large and additional expensive power transistors or bulky relays are required, which makes the Increase manufacturing costs significantly. Especially for The known solutions are therefore not inexpensive systems acceptable. In addition, power transistors are created Losses given off in the form of heat. This Losses double by using an as Circuit breaker serving second power transistor.
Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung nach dem Anspruch 1 der Anmeldung ermöglicht es, auf sehr preiswerte und trotzdem zuverlässige Weise die Versorgungsleitung eines Verbrauchers im Falle einer festgestellten Fehlfunktion der den Verbraucher ansteuernden Schaltungsanordnung dauerhaft zu unterbrechen. Vorteilhaft wird die Versorgungsleitung des Verbrauchers im Auslösefall zuverlässig durch ein benachbart zu der Versorgungsleitung angeordnetes elektrisch auslösbares Zündelement durchtrennt.The security device according to the invention 1 of the registration allows to very inexpensive and nevertheless reliable way the supply line one In the event of a malfunction of the the circuitry controlling the consumer permanently interrupt. The supply line of the Reliable consumer in the event of a trigger by a neighboring electrically triggerable arranged to the supply line Ignition element severed.
Weiterentwicklungen der Erfindung und vorteilhafte Ausführungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht. Vorteilhaft kann das Zündelement als Zündpille ausgebildet sein, wie sie beispielsweise in Rückhaltesystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Die Zündpillen sind sehr viel preiswerter als ein zweiter Leistungstransistor und nicht weniger zuverlässig. Im Auslösefall wird die Versorgungsleitung des Verbrauchers durch die Zündpille explosionsartig durchtrennt. Further developments of the invention and advantageous Comments are given by the in the subclaims allows specified characteristics. This can be advantageous Ignition element can be designed as a squib as they for example in restraint systems of motor vehicles be used. The squibs are much cheaper than a second power transistor and nothing less reliable. In the event of a trigger, the supply line of the Consumer explosively severed by the squib.
In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß ein zu dem Zündelement benachbarter Abschnitt der Versorgungsleitung aus einem leicht brennbaren Material gefertigt ist und das Zündelement als Zündstoff ein Oxidationsmittel enthält. Im Auslösefall beschleunigt das Oxidationsmittel den Verbrennungsprozeß, so daß nach Zündung des Zündelementes der brennbare Abschnitt der Versorgungsleitung rasch verbrennt und die Stromzufuhr unterbrochen wird.In another advantageous embodiment provided that a section adjacent to the ignition element the supply line made of an easily flammable material is made and the ignition element as an igniter Contains oxidizing agents. In the event of a trigger, this speeds up Oxidizer the combustion process, so after ignition of the igniter the combustible section of the Supply line burns quickly and the power supply is interrupted.
Vorteilhaft kann ein zu dem Zündelement benachbarter Abschnitt der Versorgungsleitung auch aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt gefertigt sein und das Zündelement als Zündstoff ein Oxidationsmittel und Reduktionsmittel enthalten. Durch die im Falle der Zündung stark exotherme chemische Reaktion des Zündstoffs und die daraus resultierende Temperaturerhöhung wird dann die Stromversorgung des Verbrauchers durch Schmelzen der Versorgungsleitung an der dafür vorgesehenen Stelle unterbrochen.One adjacent to the ignition element can be advantageous Section of the supply line also made of one material low melting point and the ignition element an oxidizing agent and reducing agent as the primer contain. Due to the strongly exothermic in the event of ignition chemical reaction of the explosive and the resultant resulting temperature increase will then be the Power supply to the consumer by melting the Supply line at the designated place interrupted.
Besonders vorteilhaft ist es, als Überwachungseinrichtung und Steuereinrichtung ein gemeinsames elektronisches Schaltungsteil vorzusehen, welches die an einem in die Versorgungsleitung des Verbrauchers eingesetzten Transistor anliegende Spannung überwacht und bei einem durch eine Fehlfunktion des Transistors verursachten Spannungsabfall dem Unterbrecher ein elektrisches Signal übermittelt, welches das Zündelement auslöst.It is particularly advantageous as a monitoring device and control device a common electronic To provide circuit part, which the one in the Supply line of the transistor used consumer applied voltage is monitored and by a Malfunction of the transistor caused voltage drop transmits an electrical signal to the interrupter, which triggers the ignition element.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawings shown and explained in the following description. It shows
Fig. 1 ein stark vereinfachtes Schaltbild für eine Schaltungsanordnung mit einem Verbraucher und mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, Fig. 1 is a highly simplified circuit diagram of a circuit arrangement with a consumer and having an inventive security device,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines im Versorgungsstromkreis angeordneten Unterbrechers, Fig. 2 shows a first embodiment of a arranged in the supply circuit breaker,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Unterbrechers, Fig. 3 shows a second embodiment of the interrupter,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem der Unterbrecher und ein Leistungstransistor in ein gemeinsames Bauelement integriert sind, Fig. 4 shows a third embodiment in which the breaker and a power transistor are integrated in a common component,
Fig. 5, ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem durch das Zündelement durchtrennbaren Bonddraht. Fig. 5, a fourth embodiment with a bond wire that can be cut through the ignition element.
Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers 5, insbesondere eines Aktuators, beispielsweise für den Starter eines Kraftfahrzeugmotors. Die Schaltungsanordnung 1 kann beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Der Verbraucher 5 ist über eine Versorgungsleitung 10 an eine Energieversorgung 6, beispielsweise eine Batterie angeschlossen. Ein elektronisches Schaltungsteil 2 steuert einen Leistungstransistor 8, insbesondere einen MOSFET, der in die Versorgungsleitung 10 integriert ist. In dem hier dargestellten Beispiel dient der Leistungs-transistor 8 zur Steuerung des Versorgungsstromes des Verbrauchers 5. An Stelle des Leistungstransistors kann aber auch ein anderes elektrisches oder elektronisches Bauteil verwandt werden, beispielsweise ein Relais. Bei einem Defekt des Leistungstransistors 8, falls dieser beispielsweise dauerhaft durchschaltet oder durchlegiert, wird der Verbraucher 5 mit einem hohen Strom fehlerhaft angesteuert, so daß erhebliche Schäden nicht ausgeschlossen werden können. Aus diesem Grund ist eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz des Verbrauchers vorgesehen. Die Sicherheitseinrichtung umfaßt einen Unterbrecher 7 der zwischen den Abschnitten 10a und 10b in die Versorgungsleitung 10 eingebaut ist und bei Betätigung die Stromzufuhr zum Verbraucher 5 unterbricht. Der Unterbrecher 7 ist über Leitungsverbindungen 11 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 3 verbunden. Weiterhin ist eine elektronische Überwachungseinrichtung 4 vorgesehen, welche die an den mit der Versorgungsleitung 10 verbundenen Kontakten des Leistungstransistors 8 anliegende Spannung überwacht. Zu diesem Zweck ist die Überwachungseinrichtung 4 über Leitungsverbindungen 12 mit dem Kollektor und Emitter des Leistungstransistor 8 verbunden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Überwachungseinrichtung 4 und die Steuereinrichtung 3 in ein gemeinsames elektronisches Schaltungsteil 2 integriert, welches zugleich den Leistungstransistor 8 ansteuert. Aber auch andere Ausführungen sind denkbar, bei denen die Überwachungseinrichtung räumlich getrennt von der Steuereinrichtung angeordnet sind. Bei einem Defekt des Leistungstransistors 8, bei dem dieser durchlegiert oder dauerhaft leitend wird, sinkt die an den Leitungsverbindungen 12 anliegende Spannung stark ab. Dies wird von der elektronischen Überwachungseinrichtung 4 als Fehler erfaßt. Ein entsprechendes an die Steuereinrichtung 3 übermitteltes Signal veranlaßt diese, dem Unterbrecher 7 über die Leitungsverbindungen 11 ein elektrisches Signal zu übermitteln, daß zur Auslösung eines in den Unterbrecher 7 integrierten Zündelementes führt. Dieses Zündelement kann beispielsweise eine Zündpille sein, wie sie in Rückhaltesystemen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Gurtstraffern oder Airbags eingesetzt wird. Fig. 1 shows a circuit arrangement 1 for controlling an electrical load 5, in particular an actuator, such as for the starter of an automobile engine. The circuit arrangement 1 can be arranged, for example, on a printed circuit board. The consumer 5 is connected via a supply line 10 to an energy supply 6 , for example a battery. An electronic circuit part 2 controls a power transistor 8 , in particular a MOSFET, which is integrated in the supply line 10 . In the example shown here, the power transistor 8 is used to control the supply current of the consumer 5 . Instead of the power transistor, another electrical or electronic component can also be used, for example a relay. In the event of a defect in the power transistor 8 , for example if it permanently switches through or is alloyed, the consumer 5 is incorrectly controlled with a high current, so that considerable damage cannot be ruled out. For this reason, a safety device is provided to protect the consumer. The safety device comprises an interrupter 7 which is installed between the sections 10 a and 10 b in the supply line 10 and interrupts the power supply to the consumer 5 when actuated. The interrupter 7 is connected to an electronic control device 3 via line connections 11 . Furthermore, an electronic monitoring device 4 is provided, which monitors the voltage present at the contacts of the power transistor 8 connected to the supply line 10 . For this purpose, the monitoring device 4 is connected to the collector and emitter of the power transistor 8 via line connections 12 . In the exemplary embodiment shown here, the monitoring device 4 and the control device 3 are integrated in a common electronic circuit part 2 , which at the same time drives the power transistor 8 . However, other designs are also conceivable in which the monitoring device is arranged spatially separate from the control device. In the event of a defect in the power transistor 8 , in which it becomes alloyed or becomes permanently conductive, the voltage applied to the line connections 12 drops sharply. This is detected by the electronic monitoring device 4 as an error. A corresponding signal transmitted to the control device 3 causes the latter to transmit an electrical signal to the interrupter 7 via the line connections 11 , which leads to the triggering of an ignition element integrated in the interrupter 7 . This ignition element can be, for example, a squib, as is used in restraint systems of motor vehicles, for example in belt tensioners or airbags.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Unterbrechers 7 mit Zündelement ist in Fig. 2 dargestellt. Der Unterbrecher 7 umfaßt eine elektrisch leitende Metallbrücke 10c, welche mit zwei Anschlüssen 10a und 10b der Versorgungsleitung 10 elektrisch verbunden ist. Die Metallbrücke 10c ist in dem hier gezeigten Beispiel aus einem leicht brennbaren Material, beispielsweise aus Magnesium gefertigt. In unmittelbarer Nachbarschaft zu der Metallbrücke 10c ist ein Zündelement 7a angeordnet, welches als Zündstoff ein Oxidationsmittel enthält. Als Oxidationsmittel kann beispielsweise Kaliumpermanganat dienen. Ein an die Leitungsverbindungen 11 angeschlossener Heizdraht 13 ist in die Zündstoffmasse des Zündelementes 7a eingebettet. Zur Auslösung des Zündelementes 7a wird der Heizdraht 13 durch einen Stromstoß erhitzt, wobei die zugeführte Wärme den Zündstoff auslöst mit der Folge, daß eine rasch ablaufende Verbrennungsreaktion die Metallbrücke 10c oxidiert und die Versorgungsleitung 10 durchtrennt. Zur Erzeugung des Stromstoßes kann beispielsweise eine Treiberstufe dienen.An advantageous embodiment of the interrupter 7 with the ignition element is shown in FIG. 2. The interrupter 7 comprises an electrically conductive metal bridge 10 c, which is electrically connected to two connections 10 a and 10 b of the supply line 10 . In the example shown here, the metal bridge 10 c is made of an easily combustible material, for example of magnesium. In the immediate vicinity of the metal bridge 10 c, an ignition element 7 a is arranged, which contains an oxidizing agent as the primer. Potassium permanganate, for example, can serve as the oxidizing agent. A heating wire 13 connected to the line connections 11 is embedded in the ignition substance mass of the ignition element 7 a. To trigger the ignition element 7 a, the heating wire 13 is heated by a current surge, the heat supplied triggers the ignition material, with the result that a rapid combustion reaction oxidizes the metal bridge 10 c and cuts the supply line 10 . A driver stage can be used, for example, to generate the current surge.
In einem anderen Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, die Metallbrücke 10c aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise aus Blei zu fertigen. Das Zündelement 7a enthält in diesem Fall eine Mischung aus einem geeigneten Reduktionsmittel und einem Oxidationsmittel, die bei Zündung über den Heizdraht 13 eine stark exotherme chemische Reaktion hervorrufen, welche die Metallbrücke sehr schnell aufschmilzt.Another exemplary embodiment provides for the metal bridge 10 c to be produced from a material with a low melting point, for example from lead. In this case, the ignition element 7 a contains a mixture of a suitable reducing agent and an oxidizing agent which, when ignited via the heating wire 13, cause a strongly exothermic chemical reaction which melts the metal bridge very quickly.
Aber auch weitere Ausführungsbeispiele sind denkbar, bei denen das Zündelement eine Kapsel mit einer geringen Menge eines explosiven Stoffes wie zum Beispiel TNT aufweist, welche im Auslösefall explodiert und die Versorgungsleitung durchtrennt. But other embodiments are also conceivable which the ignition element is a capsule with a small amount an explosive substance such as TNT, which explodes in the event of a trigger and the supply line severed.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen den Unterbrecher 7 als SMD-Bauelement 15 (surface mounted device) auszubilden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Das Bauelement 15 weist Kontaktelemente 10e und 10f, welche mit den Enden 10a und 10b der Versorgungsleitung 10 verbunden werden. Die Metallbrücke 10c ist an die Kontaktelemente 10e und 10f angeschlossen. An die anderen beiden Kontaktelemente 11a, 11b sind die Anschlüsse 11 des Heizdrahtes 13 angeschlossen, welcher im Inneren des Bauelementes 15 in das Zündelement 7a eingebettet ist. Das Bauelement 15 kann als SMD-Bauelement auf eine Leiterplatte bestückt werden.In one embodiment, the interrupter 7 is designed as an SMD component 15 (surface mounted device), as shown in FIG. 3. The component 15 has contact elements 10 e and 10 f, which are connected to the ends 10 a and 10 b of the supply line 10 . The metal bridge 10 c is connected to the contact elements 10 e and 10 f. To the other two contact elements 11 a, 11 b, the connections 11 of the heating wire 13 are connected, which is embedded in the interior of the component 15 in the ignition element 7 a. The component 15 can be fitted as an SMD component on a printed circuit board.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die in Fig. 2 dargestellte Anordnung zusammen mit einem Leistungstransistor 8 in einem Gehäuse 16 eines elektrischen/elektronischen Bauelementes anzuordnen. Zu diesem Zweck wird der Anschluß 10f des Unterbrechers 7 über einen Bonddraht 17 mit dem Leistungs-transistor 8 verbunden. Der andere Anschluß 10e ist wie die Anschlüsse des Zündelementes 7a aus dem Gehäuse 16 herausgeführt. Die anderen beiden nicht dargestellten Anschlüsse des Leistungstransistors 8 sind ebenfalls von außerhalb des Gehäuses 16 kontaktierbar.Another embodiment is shown in FIG. 4. In this embodiment it is provided to arrange the arrangement shown in FIG. 2 together with a power transistor 8 in a housing 16 of an electrical / electronic component. For this purpose, the terminal 10 f of the interrupter 7 is connected to the power transistor 8 via a bonding wire 17 . The other connection 10 e is led out of the housing 16 like the connections of the ignition element 7 a. The other two connections, not shown, of the power transistor 8 can also be contacted from outside the housing 16 .
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Bauelement mit einem Gehäuse 18 vorgesehen, in dem ein von außen kontaktierbares Kontaktelement 10e über einen Bonddraht 17 mit einem hochstromführenden Anschluß des Leistungstransistors 8 verbunden ist. Der andere nicht dargestellte hochstromführende Anschluß des Leistungstransistors 8 und das Kontaktelement 10e werden mit den Anschlüssen 10a, 10b der Versorgungsleitung verbunden. Das Zündelement 7a ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Nachbarschaft zum Bonddraht 17 angeordnet. Bei der Auslösung des Zündelementes 7a über die Leitungsverbindungen 11 wird die Verbindung zischen dem Bonddraht 17 und dem Kontaktelement 10e und damit die Stromversorgungsleitung des Verbrauchers unterbrochen.In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, a component is provided with a housing 18 , in which a contact element 10 e, which can be contacted from the outside, is connected via a bonding wire 17 to a high-current connection of the power transistor 8 . The other high-current connection, not shown, of the power transistor 8 and the contact element 10 e are connected to the connections 10 a, 10 b of the supply line. The ignition element 7 a is arranged in this embodiment in the vicinity of the bond wire 17 . When the ignition element 7 a is triggered via the line connections 11 , the connection between the bond wire 17 and the contact element 10 e and thus the power supply line of the consumer is interrupted.
Die hier dargestellte Sicherheitseinrichtung ist nicht auf die Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Leistungstransistors beschränkt. Die Sicherheitseinrichtung kann vielmehr in beliebigen Schaltungsanordnungen verwandt werden, um im Falle einer Fehlfunktion mittels des Zündelementes durch Auslösen einer chemischen Reaktion des Zündstoffes den jeweiligen Verbraucher von der Stromversorgung zu trennen.The safety device shown here is not on monitoring the functionality of a Power transistor limited. The security device can rather be used in any circuit arrangement in the event of a malfunction using the Ignition element by triggering a chemical reaction of the Of the respective consumer from the Disconnect power supply.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |