DE2327543A1

DE2327543A1 - Ueberlastungsschutz von der stromstabilisierung von kfz-anzeige-instrumenten dienenden halbleiterschaltungen

Info

Publication number: DE2327543A1
Application number: DE19732327543
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hoehn
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1973-05-30
Filing date: 1973-05-30
Publication date: 1974-12-12
Also published as: FR2232002A1; FR2232002B3; IT1025014B; DE2327543B2; DE2327543C3

Description

Deutsche ITT Industries Gmrrf W. Hoehn 6

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Mo/kn

29. Mai 1973

DEUTSCHE ITT. INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBÜRG I. BR.

Überlastungsschutz von der Stromstabilisierung von Kfz-Anzeige-Instrumenten dienenden Halbleiterschaltungen

Die in Kraftfahrzeugen gewöhnlich verwendeten Anzeige-Instrumente für beispielsweise den Tankinhalt sind üblicherweise Effektivwertmesser/ bei denen die Durchbiegung eines beheizten Bimetallstreifens zur Anzeige gebracht wird. Als Meßwertgeber dient im allgemeinen ein durch die Meßgröße veränderbarer, zum Anzeige-Instrument in Serie liegender und einseitig geerdeter Meßwiderstand. Die aus dem Bordnetz abgeleitete Versorgungsspannung für diese Anzeige-Einheit wird mittels eines ebenfalls nach dem Bimetallprinzip arbeitenden sogenannten Spannungsreglers stabilisiert. Dieser Bimetallregler arbeitet nach dem Prinzip des Wagnerschen Hammers, wobei die dauernde Erwärmung und Abkühlung zur Öffnung und Schließung des im Hauptstromweg liegenden Kontaktes herangezogen wird.

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Die während des Fahrens auftretenden Beschleunigungen und Verzögerungen können nun dazu führen, daß es zu Kontaktprellungen im Bimetallregler kommt, was wiederum starke hochfrequente Störspannungen zur Folge hat, die den Betrieb eines Rundfunkgerätes im Kraftfahrzeug erheblich stören können.

Man hat daher bereits auf die Idee zurückgegriffen, diese mechanischen Bimetallregler durch handelsübliche Halbleiterschaltungen zu ersetzen, wobei man insbesondere an handelsübliche monolithisch integrierte Serienregelschaltungen gedacht hat, da diese ebenfalls wie die Bimetallregler ein dreipoliges Bauelement darstellen und somit ohne Schwierigkeiten am vorgesehenen Einbauort untergebracht werden können.

Es hat sich nun jedoch gezeigt, daß diese Halbleiterschaltungen gegen die in Kraftfahrzeugbordnetzen auftretenden Störspannungen, die insbesondere beim Abschalten des Motors durch die hohe Rückschlagspannung der Zündspule entstehen, sehr empfindlich sind und von diesen sogar sofort zerstört werden können.

Ein möglicher Schutz durch eine der Serienregelschaltung parallelgeschaltete Z-Diode, deren Abbruchspannung größer als die höchste auftretende Batteriegleichspannung, aber kleiner als die Abbruchspannung der integrierten Schaltung ist, verbietet sich ebenfalls, da die Z-Diode dann eine so große Kristallfläche und somit Wärmekapazität besitzen müßte, daß sie die Energie der Spannungsspitzen aufnehmen kann. Diese Energie ist jedoch so beträchtlich, beispielsweise fließt unter ungünstigen Bedingungen beim erwähnten Abschalten der Zündung für einige Millisekunden ein Strom von etwa 4 A in Sperrichtung oder 15 A in Flußrichtung, daß eine solche Z-Diode herstellungsmäßig unwirtschaftlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine andere Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz von der Stromstabilisierung

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von Kfz-Anzeige-Instrumenten dienenden Halbleiterschaltungen anzugeben, die insbesondere auch keinen Mehraufwand hinsichtlich der Montage im Kraftfahrzeug erfordert, d.h. die ohne weiteres mit den vorhandenen Bauelementen und Anschlußstützpunkten auskommt. Diese Aufgabe wird von der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzschaltung,

Fig. 2 zeigt ein erweitertes Prinzipschaltbild, in dem die

wesentlichen Teile der integrierten Halbleiterschaltung gezeigt sind,

Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schutzschaltung und

Fig. 4 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Prinzipschaltung nach Fig. 1.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke ist anhand des Prinzipschaltbildes der Fig. 1 klar erkennbar und besteht darin, daß das Anzeige-Instrument IN bezüglich der Batteriespannung U_ der integrierten Halbleiterschaltung IC zu deren Schutz vorgeschaltet wird, während der Meßwiderstand zwischen dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 also mit dem Schaltungsnullpunkt, der mit dem Minuspul der Batterie U identisch ist, und der Halbleiterschaltung IC angeordnet ist. Dadurch wirkt der Innenwiderstand des Anzeige-Instrumentes IN als Vorwiderstand für die Halbleiterschaltung und schützt diese vor den erwähnten eine Zerstörung herbeiführenden großen Strömen. Zur erfindungsgemäßen Ausbildung der Halbleiterschaltung IC als Konstantstromquelle ist diese mit einem Anschluß für den Meßwiderstand R versehen. ■ , ■

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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Halbleiterschaltung mit einer einfachen Realisierung des erfindungsgemäßen Konstantstromquellenverhaltens gezeigt. Innerhalb der Halbleiterschaltung IC ist zwischen dem batterieabgewandten Anschluß des Anzeige-Instrumentes IN und dem nullpunktabgewandten Ende des Meßwiderstandes R die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T angeordnet, dessen Basis mit der Kathode der als Referenzspannungsquelle dienenden Z-Diode Z verbunden ist, deren Anode am Schaltungsnullpunkt liegt. Zwischen Kollektor und Basis des Transistors T ist eine Konstantstromanordnung IK angeordnet, die beispielsweise durch einen hochohmigen Widerstand in einfacher Weise realisiert werden kann.

Bei monolithischer Integration der innerhalb der Umrandung der Halbleiterschaltung IC gezeigten Bauelemente werden zwangsläufig sogenannte Isolierwannen erforderlich, d.h. die einzelnen Bauelemente sind durch in Sperrichtung gepolte pn-übergänge voneinander isoliert. In diesem Falle weist die Halbleiterschaltung IC in beiden Stromflußrichtungen des über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T fließenden Meßstromes spannungsbegrenzende Eigenschaften auf, da einerseits der die Isolierwanne bildende pn-übergang und andererseits die Kollektor-Basis-Abbruchspannung des Transistors T die Spannung begrenzen.

In Fig. 3 ist eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 2 gezeigt, bei der der Basis des Transistors T der Operationsverstärker OA vorgeschaltet ist. Als Versorgungsspannung des Operationsverstärkers OA dient die am Kollektor des Transistors T anliegende Spannung, während er andererseits auf den Schaltungsnullpunkt bezogen ist. Dem nichtinvertierenden Eingang 1 des Operationsverstärkers OA wird die Referenzspannung U ^, die wiederum durch die Z-Diode Z erzeugt wird, zugeführt, während der invertierende Eingang 2 mit dem Emitter des Transistors T verbunden ist. Dadurch ist die Stromquelle der Schaltung nach Fig. 2 zu einer geregelten Stromquelle ergänzt.

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Bei den Anordnungen nach den Fig. 2 und 3 erzeugt der als Stromquelle dienende, gesteuerte Transistor T den Strom durch das Anzeige-Instrument IN₇ der vom Meßwiderstand R gesteuert wird. Der zur Erzeugung der Referenzspannung U- erforderliche Strom wird vom Anzeige-Instrumentenstrom abgezweigt. Der dadurch bedingte Anzeigefehler ist jedoch vernachlässigbar, da sich die Schaltung so dimensionieren läßt, daß dieser Strom etwa 1 bis 2 % des Anzeigestroms beträgt und die Anzeige des Bimetall-Anzeige-Instrumentes proportional dem Quadrat der Stromstärke ist.

In Fig. 4 ist schließlich eine Ausführungsform für die Halbleiterschaltung nach der Erfindung gezeigt, bei der die andere Alternative des im Anspruch 1 angegebenen Gegenstandes der Erfindung zur Anwendung gelangt. Hierbei ist die Halbleiterschaltung IC so ausgebildet, daß sie ohne die erwähnten Isolierwannen auskommt. In diesem Falle liegt der Serienschaltung aus der Halbleiterschaltung IC und dem Meßwiderstand R der Kondensator C parallel, während diese aus den beiden eine Darlington-Schaltung bildenden Transistoren T^f, dem Widerstand R' und dem als Z-Diode Z¹ geschalteten Transistor besteht.

Im einzelnen ist der Emitter des Transistors Z¹ mit der Basis des ersten der Darlington-Transistoren T¹ verbunden, während der Kollektor des Transistors Z·¹ mit den Kollektoren der Darlington-Transistoren verbunden ist. Die Basis des Transistors Z¹ liegt am Schaltungsnullpunkt.

Durch die Erfindung ist somit ein ausreichender Schutz der ±n Kraftfahrzeugen zur Spännungsstabilisierung für Meßinstrumente verwendeten Halbleiterschaltungen möglich, ohne daß ein weiterer Stützpunkt für zusätzliche Bauelemente oder sonstige verteuernde Maßnahmen erforderlich wären.

5 Patentansprüche

2 Blatt Zeichnungen mit 4 Fig.

— C. mm

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Claims

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Patentansprüche

Schaltungsanordnung zum überlastungsschutz von der Stromstabilisierung von Kfz-Anzeige-Instrumenten dienenden Halbleiterschaltungen, wobei die Anzeige von einem durch die Meßgröße veränderbaren, in Serie zum Anzeige-Instrument liegenden und einpolig mit dem Schaltungsnullpunkt verbundenen Meßwiderstand bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die der Stromstabilisierung dienende Halbleiterschaltung (IC) als vom Widerstandswert des Meßwiderstandes (R) gesteuerte Konstantstromquelle ausgebildet ist und einerseits über das Anzeige-Instrument am spannungsführenden Pol der Batterie (ü_,) und andererseits am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist und daß die Halbleiterschaltung bezüglich ihrer am Schaltungsnullpunkt und am Anzeige-Instrument liegenden beiden Anschlüsse in beiden Stromflußrichtungen spannungsbegrenzend ist oder daß die Serienschaltung aus Halbleiterschaltung und Meßwiderstand von einem Kondensator (C) überbrückt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung (IC) eine Referenzspannungsquelle (U -) enthält, an die die Basis eines vom Meßstrom durchflossenen Transistors (T) gelegt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis des Transistors (T) und die Referenzspannungsquelle (U _f) ein Operationsverstärker (OA) geschaltet ist, dessen nichtinvertierender Eingang (1) mit der Referenzspannungsquelle und dessen invertierender Eingang (2) mit dem Emitter des Transistors verbunden ist.

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4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsquelle (U J) eine' Z-Diode (Z) dient.
5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und A_r dadurch gekennzeichnet , daß die Z-Diode (Z) als weiterer Transistor (Z¹) ausgebildet ist, daß der Transistor (T) nach Art einer Darlington-Schaltung (T') ergänzt ist und daß alle Bauelemente der Halbleiterschaltung (IC) in einem wannenlosen Halbleiterkörper monolithisch integriert sind.

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