DE2532629A1

DE2532629A1 - Ueberspannungsschutzschaltung fuer in einem kraftfahrzeug vorhandene elektronische systeme, insbesondere kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2532629A1
Application number: DE19752532629
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Drews; Dieter Siebert; Peter Dipl Ing Werner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-07-22
Filing date: 1975-07-22
Publication date: 1977-02-03
Also published as: FR2319229A1; JPS5213646A; FR2319229B3

Description

Dipl. Ing. Peter Otto λ 7 STUTTGART 80 (Vaihlngen)

Patentanwalt Waldburgstraße 48

Telefon (0711) 734627

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2.7.1975

Firr.ii

Robert Bosch GmbH

7 Stuttgart

Überspannungsschutzschaltung für in einem Kraftfahrzeug vorhandene elektronische Systeme, insbesondere Kraftstoffeinspritzanlage

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzschaltung'für in einem Kraftfahrzeug vorhandene elektronische Systeme, insbesondere elektronische, integrierte Schaltungen enthaltende Kraftstoffeinspritzanlage, mit einer Zenerdiode.

Mberspannungsschutzschaltungen, auch solche, die ZenerdioSen 7V^ Schutz gegen unzulässige Spannungnspitzcn auf v/eisen, sind für sich gesehen bekannt. Solche Schutzschaltungen bestehen häufig darin, daß die Ausgangsspannung durch die Anordnung einer Zenerdiode auf die Zenerspannung stabilisiert ist, so daß Spannungsschwankungen verhindert v/erden.

Bei elektronischen Kraftstoffeinspritzanlagen, die in einem Kraftfahrzeug für die ordnungsgemäße Aufbereitung des den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoff-Luftgemisches sorgen, erfolgt die Stromversorgung durch bordeigene Mittel, also üblicherweise entweder aus der Batterie, beispielsweise während des Anlaßvorganges, oder während des Be-

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triebs durch die Lichtmaschine, die noch durch andere ständig oder nur zeitweise eingeschaltete Verbraucher belastet ist.

Es ist bekannt, daß aus diesem Grunde auch im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs, der vom Anlaßvorgang bis zur Höchstdrehzahl der Lichtmaschine reicht, beachtliche SpannungsSchwankungen auftreten. Diese Spannungsschwankungen des, wenn man so sagen soll, Normalbetriebs dürfen oder werden üblicherweise nicht stabilisiert, sondern gelangen unverfälscht zu den verbrauchenden Elementen der Kraftstoffeinspritzanlage, also zu den Steuerwicklungen der Einspritzventile sowie zu den elektronischen Schaltungselementen, die im weitestgehenden Maße auch integrierte Schaltungen umfassen. In der Regel ist die Kraftstoff einspritzanlage eines Kraftfahrzeugs dann so ausgelegt, daß die Normalbetriebs-Spannungsschwankungen als Informationsträger dienen und von der Schaltung selbst zur Kompensation ausgewertet werden.

Andererseits treten im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs jedoch beim Ein- und Ausschalten der verschiedenen elektrischen Verbraucher auch Überspannungen auf, die nicht mehr als normale Spannungsschwankungen angesehen werden können und im übrigen zumeist kurzzeitiger Natur sind. Eiese Überspannungen können Werte öis zu ν Volt erreichen und führen zur Zerstörung elektronischer Schaltungen. Eine ständige Quelle für solche Überspannungen stellt beispielsweise die Zündanlage dar. Auf den Sekundärleitungen der Zündanlage ergeben sich beim Funkenüberschlag sehr hohe und steile Spannungssprünge, die als Störwellen auf alle elektrischen Leitungen im Kraftfahrzeug übergekoppelt v/erden können.

Auch können beim Fahren ohne Batterie sehr starke Überhöhungen der von derLichtmaschine abgegebenen Spannung auftreten, wenn ein Verbraucher mit hoher Stromaufnähme wieder abgeschaltet

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wird. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß die magnetische Feldstärke des Erregerfeldes der Lichtmaschine nicht rechtzeitig und schnell genug abgebaut werden kann. Bei

in einem Kraftfahrelektronischen Schaltungen mit diskreten Bauelementen, die sonstV zeug zum Einsatz kommen, beispielsweise den Steuerschaltungen für eine Benzineinspritzung, der Zündung, der Getriebesteuerung und dergleichen, die im wesentlichen aus diskreten Halbleiterbauelementen bestehen, läßt sich durch eine entsprechende Schaltungsauslegung und durch Auswahl entsprechend robuster und spannungsfester Bauelemente ein ausreichender Schutz gegen diese Art von Überspannungen erzielen. Dies ist jedoch bei Verwendung von integrierten Schaltungen nicht mehr möglich, da die maximal dort zulässigen Durchbruchsspannungen technologisch bedingt sind und nicht dem Anwendungsfall entsprechend ausgewählt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Uberspannungsschutzschaltung für in einem Kraftfahrzeug angeordnete integrierte elektronische Systeme, insbesondere bei einer Kraftstoffeinspritzanlage mit integrierten Schaltungen zu schaffen, durch die die natürliche Kompensation von im Normalfall auftretenden Spannungsschwankungen nicht beeinträchtigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der eingangs genannten ffberspannungsschutzschaltung und besteht erfindungsgemäß darin, daß die Zenerdiode und ein Kondensator parallel zu den Eingangsklemmen der zu schützenden integrierten Schaltung hinter einem Vorwiderstand angeordnet sind und daß die Durchbruchsspannung der Zenerdiode so bemessen ist, daß sie oberhalb der im Normalbetrieb der Kraftstoffeinspritzanlaqe auftretenden Spannungsschwankungen, jedoch unterhalb der für die integrierten Schaltungen maßgebenden Durchbruchsspannung liegt.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß der Informationsgehalt der im Normalbetrieb auftretenden Spannungsschwankungen, den

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die elektronische Kraftstoffeinspritzanlage benötigt, um durch entsprechend eingebaute Kompensationsschaltungen den der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoff einwandfrei bemessen zu können, ungehindert zur Kraftstoffeinspritzanlage gelangt, andererseits jedoch die für die integrierten Schaltungen äußerst gefährlichen, sporadisch und störend auftretenden Überspannungen sicher abgefangen werden.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird im folgenden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen näher erläutert.

Der Block S stellt die elektronische Kraftstoffeinspritzanlage, einen Teil derselben oder mindestens den Teilbereich oder Unter teilbereich von mehreren Teilbereichen dar, der integrierte Schaltungen enthält und gegen den Einfluß von Überspannungen geschützt werden muß: Parallel zu den Eingangsklemmen E_v

des Schaltungsteils liegt ein Kondensator C sowie eine Zenerdiode D; in Reihe zu den Eingangsklemmen und unmittelbar mit einem Anschluß an der Versorgungsspannung U„ liegt noch ein Vorwiderstand R^.

Auf diese Weise ergibt sich ein wirkungsvoller Schutz der integrierten Schaltungsteile, da für den Block S die Überspannungsspitzen, die in der Versorgungsspannung enthalten sind, auf die Größe der Zenerspannung begrenzt werden. Die Zenerspannung ist so gewählt, daß ein ausreichender Sicherheitsabstand zu der Spannungshöhe eingehalten wird, der den in dem Schaltungsteil S enthaltenden integrierten Schaltungen gefährlich werden könnte. Andererseits ist die Zenerspannung jedoch so bemessen, daß sie höher liegt als die höchste im Normalbetrieb vorkommende Schwankung der Versorgungsspannung U_v, so daß die zu schützende elektronische Schaltung mit integrierten Schaltungselementen im Normalbetrieb keine stabilisierte Span- ·

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nung erhält und die Versorgungsspannung als Information unverfälscht übertragen wird. Der Vorwiderstand R^ dient zur Begrenzung des Stroms durch die Zenerdiode D während des Auftretens von überSpannungsimpulsen, die oberhalb der Normalspannungsschwankungen, zum Teil weit über diesen liegen.

Durch den Kondensator wird in Verbindung mit dem Vorwiderstand Ry schließlich noch eine Tiefpaßwirkung auch für solche Störspannungsimpulse erreicht, die zwar unterhalb der Zenerspannung bleiben, auf welche die Zenerdiode D also nicht anspricht, die jedoch infolge des steilen Spannungsanstiegs zu Funktionsstörungen innerhalb der elektronischen Schaltung führen können, beispielsweise eine Fehltriggerung vorhandener Kippstufen verursachen könnten.

Schließlich bietet eine solche Schaltungsanordnung noch einen Schutz des elektronischen Schaltungsteils und insbesondere der darin enthaltenen integrierten Schaltungen gegen eine Verpolung der Versorgungsspannung U , die zum Beispiel versehentlich beim Versuch der Starthilfe bei leerer Batterie auftreten kann.

Bei einer ümpolung der Versorgungsspannung wird die der elektronischen Schaltung zugeführte negative Spannung auf die Flußspannung der Zenerdiode D (beispielsweise auf ca. 0,7 V) begrenzt.

Bei Baugruppen, deren Stromaufnahme je nach Schaltzustand zeitlich stark schwankt, kann es infolge des Spannungsabfalls am Vorwiderstand R^. zu einer gegenseitigen Beeinflussung kommen;

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in diesem Falle wird jede der betreffenden Baugruppen der elektronischen Schaltung mit einer eigenen Schutzschaltung ausgestattet. Es versteht sich, daß eine solche Schutzschaltung für alle Arten von elektronischen Geräten im Kraftfahrzeug geeignet ist, mindestens soweit sie integrierte Schaltungen (ICs) einsetzen und die Versorgungsspannung unstabilisiert bleiben muß.

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Claims

Patentanspruch:

Überspannungsschutzschaltung für in einem Kraftfahrzeug vorhandene elektronische Systeme, insbesondere für eine elektronische, integrierte Schaltungen enthaltende Kraftstoffeinspritzanlage, mit einer Zenerdiode, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (D) und ein Kondensator (C) parallel zu den Eingangsklemmen (E_xJ der zu schützenden integrierten Schaltung (S) hinter einem Vorwiderstand (R-J angeordnet sind und daß die Durchbruchsspannung der Zenerdiode (D) so bemessen ist, daß sie oberhalb der im Normalbetrieb der Kraftstoffeinspritzanlage auftretenden Spannungsschwankungen, jedoch unterhalb der für die integrierten Schaltungen maßgebenden Durchbruchsspannung liegt.

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L e e r s e i f e