DE2327543B2 - Schaltungsanordnung zum Schutz von der Stromstabilisierung von Kfz-Anzeige-Instrumenten dienenden Halbleiterschaltungen - Google Patents

Description

sen, und Es hat sich nun jedoch gezeigt, daß diese Halblei-

- die Halbleiterschaltung (IC) ist bezüglich ih- terschaltungen gegen die in Kraftfahrzeugbordnetzen rer am Schaltungsnullpunkt und am An- auftretenden Störspannungen, die insbesondere beim zeige-Instrument liegenden beiden An- Abschalten des Motors durch die hohe Rückschlagschlüsse in beiden Stromflußrichtungen mit 25 spannung der Zündspule entstehen, sehr empfindlich Spannungsbegrenzenden Mitteln versehen. sind und von diesen sogar sofort zerstört werden kön-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- nen.

durch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung Ein möglicher Schutz durch eine der Serienregel-

aus Halbleiterschaltung (/C) und Meßwiderstand schaltung parallelgeschaltete Z-Diode, deren Ab-

(R) von einem Kondensator (C) überbrückt ist. 30 bruchspannung größer als die höchste auftretende

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Batteriegleichspannung, aber kleiner als die Ab-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter- bruchspannung der integrierten Schaltung ist, verbieschaltung (/C) eine Referenzspannungsquelle tet sich ebenfalls, da die Z-Diode dann eine so große (U_rej) enthält, an der die Basis eines vom Meß- Kristallfläche und somit Wärmekapazität besitzen strom durchf!ossenen Transistors (F) liegt. 35 müßte, daß sie die Energie der Spannungsspitzen auf-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- nehmen kann. Diese Energie ist jedoch so beträchtdurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis des lieh, beispielsweise fließt unter ungünstigen Bedin-Transistors(T)und die Refcenzspannungsquelle gungen beim erwähnten Abschalten der Zündung (Uref) ein Operationsverstärker (OA) geschaltet für einige Millisekunden ein Strom von etwa 4 A in ist, dessen nichtinvertierender Eingang (2) mit 40 Sperrichtung oder 15 A in Flußrichtung, daß eine soldem Emitter des Transistors verbunden ist. ehe Z-Diode herstellungsmäßig unwirtschaftlich

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder ist.

4, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspan- Die Erfindung geht somit von einer Schaltungsan-

nungsquelle (U_ref) eine Z-Diode (Z) dient. Ordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus,

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, da- 45 und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Schaldurch gekennzeichnet, daß die Z-Diode (Z) als tungsanordnung zum Schutz von der Stromstabilisieweiterer Transistor (Z') ausgebildet ist, daß der rung von Kfz-Anzeige-Instrumcnten dienenden Transistor (T) nach Art einer Darlington-Schal- Halbleiterschaltung gegen Überspannungen anzugetung (T") ergänzt ist und daß alle Bauelemente ben, bei deren Ansprechen die erwähnten hohen der Halbleiterschaltung (/C) in einem wannenlo- 50 Ströme nicht auftreten können. Diese Aufgabe wird sen Halbleiterkörper monolithisch integriert sind. durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung hat u. a. den Vorteil, daß sich ein

dreipoliges Bauelement ergibt, das keinen Mehrauf-

55 wand hinsichtlich der Montage im Kraftfahrzeug erfordert, d. h. das ohne weiteres mit den vorhandenen

Die in Kraftfahrzeugen gewöhnlich verwendeten Anschlußstützpunkten auskommt. Anzeige-Instrumente für beispielsweise den Tankin- Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren

halt sind üblicherweise Eifektivwertmesser, bei denen der Zeichnung dargestellten Ausführungsncispielc die Durchbiegung eines beheizten Bimetallstreifens r,o näher erläutert.

zur Anzeige gebracht wird. Als Meßwertgeber dient Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild der crfindungsge-

im allgemeinen ein durch die Meßgröße veränderba- mäßen Schutzschaltung;

rer, zum Anzeige-Instrument in Serie liegender und Fig. 2 zeigt ein erweitertes Prinzipschaltbild, in

einseitig geerdeter Meßwiderstand. Die aus dem dem die wesentlichen Teile der integrierten Halblci-Bordnetz abgeleitete Versorgungsspannung für diese μ terschaltung gezeigt sind;

Anzeige-Einheit wird mittels eines ebenfalls nach dem Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsge-

Bimetallprinzip arbeitenden sogenannten Span- mäßen Schutzschaltung, und nungsreglers stabilisiert. Dieser Bimetallregler arbei- Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform 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 Batteriespan nung U_B der integrierten Halbleiterschaltung Ia zu deren Schutz vorgeschaltet wird, während der Meßwiderstand zwischen dem anderen Pol der Betriebsspanmmgsquolle, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 also mit dem Schaltung^ uillpunkt, der mit dem Minuspcl der Batterie U_B 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 Ausbildung der Halbleiterschaltung IC als vom Widerstandswert des Meßwiderstandes gesteuerte Konstantstromquelle ist diese mit einem Anschluß für den Meßwiderstand R verseuen.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Halbleiterschaltung mit einer einfachen Realisierung der Erfindung 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 Refert nzspannungsquelle 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 gepoltc 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 spannungsbegrenzcnde 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 vies Transistors T anliegende Spannung, während er andererseits auf den Schaltungsnullpunkt bezogen ist. Dem nichtinvertierenden Eingang 1 des Operationsverstärkers OA wird die Referenzspannung U_rel, 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 Strom-

. quelle, ergänzt.

Bei den Anordnungen nach den Fig. 2 und 3 erzeugt der als Stromquelle dienende, gesteuerte Transistor T den Strom durch das Anzeigerlnstrument IN, der vom Meßwiderstand R gesteuert wird. Der zur Erzeugung der Referenzspannung U_rcf erforderliche Strom wird vom Anzeige-Instrumentenstrom abgezweigt. Der dadurch bedingte Anzeigefehlerist 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 weitere Ausführungsform für die Halbleiterschaltung nach der Erfindung gezeigt, die so ausgebildet ist. daß sie ohne die erwähnten Isolierwannen auskommt. In diesem Falle

Mi 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, dem Widerstand R' und dem als Z-Diode Z' geschalteten Transits stör besteht.

Im einzelnen ist der Emitter des Transistors Z' mit der Basis des ersten der Darlington-Transistoren T verbunden, während der Kollektor des Transistors Z' mit den Kollektoren der Darlington-Transistoren verbunden ist. Die Basis des Transistors Z' liegt am Schaltungsnullpunkt.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 tet nach dem Prinzip des Wagnerschen Hammers, wo-Patentansprüche: bei die dauernde Erwärmung und Abkühlung zur öffnung und Schließung des im Hauptstromweg lie-

1. Schaltungsanordnung zum Schutz von der genden Kontaktes herangezogen wird. Stromstabilisierung von Kfz-Anzeige-Instrumen- s Die während des Fahrens auftretenden Beschleuniten dienenden Halbleiterschaltungen gegen Über- gungen und Verzögerungen können nun dazu führen, spannungen, wobei die Anzeige von einem durch daß es zu Kontaktprellungen im Bimetallregler die Meßgröße veränderbaren, in Serie zum An- kommt, was wiederum starke hochfrequente Störzeige-Instrument liegenden, einpoligen, mit dem spannungen zur Folge hat, die den Betrieb eines Schaltungsnullpunkt verbundenen Meßwider- io Rundfunkgerätes im Kraftfahrzeug erheblich stören stand bestimmt wird, gekennzeichnet durch können,
die Kombination folgender Merkmale: Man hat daher bereits auf die Idee zurückgegriffen,

- die der Stromstabilisierung dienende Halb- diese mechanischen Bimetallregler durch handelsübleiterschaltung (/C) ist als vom Widerstands- liehe Halbleiterschaltungen zu ersetzen, wobei man wert des Meßwiderstandes (R) gesteuerte 15 insbesondere an handelsübliche monolithisch inte-Konstantstromquelle ausgebildet, grierte Serienregelschaltungen gedacht hat, da diese

- die Halbleiterschaltung (/C) ist einerseits ebenfalls wie die Bimetallregler ein dreipoliges Bauüber das Anzeige-Instrument am spannungs- element darstellen und somit ohne Schwierigkeiten führenden Pol der Batterie (U_B) und ande- am vorgesehenen Einbauort untergebracht werden rerseits am Schaltungsnullpunkt angeschlos- 20 können.