DE2638179A1

DE2638179A1 - Schaltungsvorrichtung zur ableitung des abschaltstroms von induktiven verbrauchern

Info

Publication number: DE2638179A1
Application number: DE19762638179
Authority: DE
Inventors: Hartmut Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-08-25
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1978-03-09

Description

sich die Basis-Emitter-Spannung des Freilauftransistors in
Richtung entgegengesetzter Polarität und steuert den Freilauftransistor nach Erreichen seiner Schwellspannung in den stromleitenden Zustand. Der Abschaltstrom des induktiven Verbrauchers fließt dann über den Freilauftransistor ab. Eine entsprechende Wirkungsweise ergibt sich, wenn der Kollektor des Freilauftransistors mit der Basis des Schalttransistors verbunden ist. In diesem Fall steuert der Freilauftransistor beim Abschaltvorgang den Schalttransistor stromleitend und der Abschaltstrom kann über den Schalttransistor selbst abfließen.
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsvorrichtung zur Ableitung des Abschaltstroms von induktiven Verbrauchern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche-- Schaltungsvorrichtung bekannt, die aus einer parallel zum induktiven Veruraucher geschalteten Freilaufdiode besteht. Beim Abschalten fließt der Abschalt-strom über diese Freilaufdiode. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Spannung derjenigen Klemme des induktiven Verbrauchers, die nicht mit der Versorgungsspannung verbunden ist, auf dem Potential der Klemme der Versorgungsspannung geklammert wird. Der Freilaufstrom fließt dadurch in diese Klemme hinein. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn die Klemme der Versorgungsspannung, mit der der induktive Verbraucher verbunden ist nicht direkt, sondern nur über eine relativ hochohmige Verbindung zur Verfügung steht und andererseits'die Spannung-der andern Klemme des induktiven Verbrauchers beispielsweise zum Schutze des Schalttransistors möglichst nahe der Betriebsspannung geklammert werden soll. Diese Verhältn;sse liegen vorzugsweise bei integrierten Schaltungen vor.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die nicht mit der Versorgungsspannung verbundene Klemme des induktiven Verbmauchers ungefähr auf dem Potential der Klemme der Betriebsspannung geklammert wird, daß jedoch der Ereilaufstrom in die andere Klemme der Versorgungsspannung abgeführt wird. Die Klemme der Versorgungsspannung, an die der induktive Verbraucher angeschlossen ist, kann über einen verhältnismäßig hochohmigen Widerstand mit der elektronischen Schaltung verbunden sein.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen dei~~im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsvorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, den Emitter des Fre.ilauftransistors an den Verknüpfungspunkt zwischen dem Schalttransistor und dem induktiven Verbraucher anzuschließen und dem Kollektor einen Widerstand nachzuschalten, dessen Wert vorzugsweise dem Gleichstromwiderstand des induktiven Verbrauchers entspricht. Dies hat den Vorteil, daß zum Zeitpunkt der Stromübernahme vom Schalttransistor zum Freilauftransistor dessen Köllektor-Emitter-Spannung nur etwa gleich oder wenig größer als die Sättigungsspannung des Schalttransistors ist und daß die Kollektor-Emitter-Spannung nur in dem Mäße zunimmt, wie der Freilaufstrom abklingt. Die im Freilauftransistor entstehende Abschaltverlustleistung wird durch diese Maßnahme stark verringert und zudem wird seine Kollektorsperrschicht erheblich weniger belastet. Die Gefahr eines Durchbruchs, verbunden mit dem Entstehen eines leitfähigen Kanals in der Sperrschicht, wird dadurch stark verringert.
Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem der induktive Verbraucher an dem positiven Pol der Versorgungsspannung angeschlossen ist und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der ErfindungX bei dem der induktive Verbraucher an dem negativen Pol der Versorgungsspannung angeschlossen ist.
Beschreibung der Erfindung Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt einen vorzugsweisen integrierten Schaltkreis2 der aus einer Vorstufe 10 und einer Endstufe 11 besteht.. Die Vorstufe 10 kann eine beliebige Vorstufe sein und ist nicht näher beschrieben. Als Endstufe 11 ist ein NPN-Transistor vorgesehen, dessen Basis mit der Vorstufe 10 verbunden ist. Der Emitter des Endstufen-Schalttransistors 11 ist an Masse und sein Kollektor über einen induktiven Verbraucher 12, der z.B. die Magnetwicklung- eines Relais sein kann, an dem positiven Pol 13 einer Versorgungsspannungsquelle angeschlossen.
Der positive Pol 13 ist weiterhin über einen Strombegrenzungswiderstand 14 mit dem integrierten Schaltkreis (IC) 1Q bzw. 11 verbunden. Dieser Begrenzungswiderstand 16 ist gewöhnlich nicht in integrierter Form im IC enthalten und ka-nn im Einzelfall auch entfallen.
Da bei integrierten Schaltungen alle Bauelemente zum Substrat hin eine Diode bilden, sind im Ersatzschaltbild die beiden Dioden 110, 111 dargestellt, die jeweils die Vorstufe 10 bzw. die Endstufe 11 überbrücken. Der induktive Verbraucher 12 und der Strombegrenzungswiderstand 14 sind durch die Emitter-Basis-Strecke eines ebenfalls integrierbaren Freilauf-Transistors 15 überbrückt, dessen Kollektor über einen Widerstand 16 mit Masse verbunden ist.
Im leitenden Zustand des Schalttransistors 11 ist der als PNP-Transistor ausgebildete Freilauftransistor 15 gesperrt, da sein Emitterpotential negativer als sein Bacispotential ist. Sperrt der Schalttransistor 11, so steigt das Potential am Emitter des Freilauftransistors 15 an. übersteigt es das Potential an der Klemme 13, so wird der Freilauftransistor 15 stromleitend und der Abschaltstrom des induktiven Verbrauchers 12 fließt über die Schaltstrecke dieses Freilauftransistors 15 und den Widerstand 16 nach Masse hin ab. Es ist bereits ausgeführt, daß dieser Widerstand 16 vorzugsweise gerade so groß oder etwas kleiner als der Gleichstromwiderstand des induktiven Verbrauchers 12 sein soll, um die im Freilauftransistor entstehende Abschaltverlustleistung zu verringern und seine Kollektorsperrschicht weniger zu belasten.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel zeigt prinzipiell denselben Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel, jedoch ist der'induktive Verbraucher 12 und der Schalttransistor 11 bezüglich der Pole der Versorgungsspannungsquelle vertauscht. Dieser Schalttransistor 11 ist jetzt als PNP-Transistor ausgebildet und emitterseitig an die Klemme 13 angeschlossen. Der Strombegrenzungswiederstand 14 ist zwischen Masse und den IC 10 bzw. 11 geschaltet. Der Freilauf-Transistor 15 ist jetzt als NPN-Transistor ausgebildet, jedoch sind seine drei Anschlüsse bezüglich der Bauelemente 12, 1,- 16 unverändert. Dieser Widerstand 16 ist jetzt allerdings an die Basis des Schalttransistors 11 angeschlossen.. Weiterhin ist die Basis des Freilauftransistors 15 über eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung 17 an die Klemme 13 angeschlossen. Diese Spannungsbegrenzungsvorrichtung 17 ist im Ausführungsbeispiel als Zenerdiode dargestellt, es können jedoch beliebige andere Spannungsbegrenzungsvorrichtungen an dieser Stelle vorgesehen sein. Eine Verpolschutzdiode 18, die zum Schutz des IC gegen falsche Polung der Versorgungsspannungsquelle vorgesehen ist, überbrückt die Schaltstrecke des Schalttransistors 11. Die Diode 111 entfällt, bzw.. ist mit der Diode 110 identisch.
Die Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel, d.h.
der Freilauftransistor 15 wird ebenfalls nach Sperren des Schalttransistors stromleitend. Der Abschaltstrom fließt jetzt allerdings nicht mehr über den Freilauftransistor 15, sondern dieser Freilauftransistor 15 steuert wiederum den Schalttransistor 11 stromleitend, und der Abschaltstrom fließt direkt über den Schalttransistor 11 ab. Als zusätzliches Bauelement dient die Spannungsbegrenzungsvorrichtung 17 als Schutz gegen-Überspannungen. Tritt eine Überspannung auf, die größer ist als die Grenzspannung der Spannungsbegrenzungsvorrichtung, also z.B. größer als die Durchbruchspannung der Zenerdiode 17, so wird diese stromleitend, das Potential an der Basis des Freilauftransistors 15 steigt an, wodurch dieser Transistor 15 in den stromleitenden Zustand verstetzt wird. Dadurch wird wiederum der Schalttransistor stromleitend und die Spannung zwischen der Anschlußklemme der positiven Versorgungsspannung 13 und dem Verbindungspunkt der Transistoren 11 und 15 mit dem induktiven Verbraucher wird ebenfalls begrenzt.
Die Bauelemente 17 und 18 können natürlich analog auch im ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche Schaltungsvorrichtung zur Ableitung des Abschaltstroms von von induktiven Verbrauchern, insbesondere für integrierte Schaltungen, mit einem in Reihe zu einem induktiven Verbraucher geschalteten Schalttransistor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Freilauf-Halbleiterschalter (15) vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und dessen Schaltstrecke zwei Anschlüsse des Schalttransistors (11) überbrückt.
2.. Söhaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Freilauf-Halbleiterschalters (15) die Schaltstrecke des Schalttransistors (11) überbrückt.
3.. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Freilauf-Halbleiterschalters (15) die Steuerelektrode und die an dem induktiven Verbraucher (12) angeschlossene Schaltelektrode des Schalttransistors (11) verbindet.
4.. Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf-Halbleiterschalter (15) ein Transistor ist.
5. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Freilauf-Transistors (15) mit dem Verknüpfungspunkt zwischen dem Schalttransistor (il) und dem induktiven Verbraucher (12) verbunden ist.
6. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kollektor des Freilauf-Transistors (15) ein Widerstand (16) nachgeschaltet ist, dessen Wert vorzugsweise dem Gleichstromwiderstand des induktiven Verbrauchers (12) entspricht.
7 Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Steuerelektrode des Freilauf-Halbleiterschalters (15) und denjenigen Pol der Versorgungsspannungsquelle, mit dem diese Steuerelektrode nicht verbunden ist, eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung (17) geschaltet ist.
8 Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichr;et, daß parallel zur Schaltstrecke des Schalttransistors (11) eine Verpolschutzdiode (18) geschaltet ist.