DE3240280C2

DE3240280C2 -

Info

Publication number: DE3240280C2
Application number: DE3240280A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(Grad.) 7141 Schwieberdingen De Borst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-10-30
Filing date: 1982-10-30
Publication date: 1991-03-14
Also published as: DE3240280A1; FR2535539B1; IT8323511A0; JPS5996826A; IT1171787B; FR2535539A1; JPH0446058B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für durch elektrische Signale gesteuerte Geräte, deren Eingang gegen positive und negative Überspannung durch die Schutzschaltung gesichert wird, die zwei Transistoren von zueinander entgegengesetzter Polarität enthält, die zueinander in Reihe liegend an die Betriebsspannung des Geräts an geschlossen und mit ihren miteinander verbundenen Emittern mit dem Eingang des Geräts verbunden sind, wobei von den beiden genannten Transistoren der npn-Transistor und der pnp-Transistor in Stromfluß richtung in der genannten Reihenfolge aufeinanderfolgen (DE-OS 31 25 198).

In elektrischen Steuergeräten, die beispielsweise für die Benzinein spritzung bei Kraftfahrzeugen verwendet werden, werden üblicherweise integrierte Bausteine verwendet, welche enge Betriebsspannungs toleranzen aufweisen. Für die Betriebsspannungen sind Werte von 5 Volt ± 10% üblich. Auch die Signale an den Eingängen der Bausteine müssen in diesem Falle im Bereich von 0 Volt bis 5 Volt liegen, wenn eine einwandfreie Funktion gewährleistet werden soll. Um eine Zer störung der Bauteile zu verhindern, dürfen die Eingangsspannungen meist einen Wert von -0,3 Volt nicht unterschreiten und von +7 Volt nicht überschreiten.

Beim Betrieb in Kraftfahrzeugen treten an den Signalleitungen der Steuergeräte immer wieder hohe positive oder negative Spannungs spitzen auf, die zum Beispiel von der Zündung, vom Abschalten induk tiver Lasten und anderer niederohmiger Verbraucher herrühren können.

Aus der DE-OS 31 25 198 ist bereits eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art bekannt. Von den beiden genannten Transistoren ent gegengesetzter Polarität dient dabei der npn-Transistor zur Ver hinderung der Zerstörung des Geräts durch starke negative Über spannungen und der pnp-Transistor zur Verhinderung der Zerstörung des Geräts durch starke positive Überspannungen. Je nach der erforder lichen Spannungsbegrenzung, die notwendig ist, um die Zerstörung des Geräts zu verhindern, sind hierbei an die Basen der beiden Transistoren entgegengesetzter Polarität entsprechende Bezugsvor spannungen anzulegen.

Aus der DE-PS 11 13 247 ist ferner eine Begrenzerschaltung für die Eingangsspannung eines Verstärkers bekannt, bei der in eine Eingangs leitung des Verstärkers ein erster ohmscher Widerstand und zwischen die beiden Eingangsleitungen des Verstärkers zwei Transistoren von zueinander entgegengesetzter Polarität geschaltet sind. Die Basen der beiden Transistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken zueinander parallel angeordnet sind, sind aneinander angeschlossen und werden über einen zweiten ohmschen Widerstand von der Eingangsspannung des Verstärkers so angesteuert, daß beim Überschreiten eines positiven oder negativen Grenzwertes der Eingangsspannung der eine oder der andere Transistor leitend gesteuert wird und somit die Eingangs spannung einen bestimmten positiven oder negativen Grenzwert nicht überschreiten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für den Schutz von Geräten, die durch Analogsignale angesteuert werden, und für den Schutz von Geräten, die durch Digitalsignale angesteuert werden, gleichermaßen geeignet ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Schutz schaltung nach dem Patentanspruch 1 ergeben sich aus den Unteran sprüchen 2 und 3.

Die Erfindung ist nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert, die in der Zeichnung in ihrem elektrischen Schaltbild wiederge geben sind, nämlich in

Fig. 1 einer Schutzschaltung für Digitalsignale und

Fig. 2 einer Schutzschaltung für Analogsignale.

Schutzschaltung für Digitalsignale nach Fig. 1

Bei digitalen Signalen (z. B. Schalter für Start, Leer lauf usw.) muß nur der logische Zustand 0 = "Low" bzw. 1 = "High" erkannt werden. Üblicherweise erken nen TTL-Schaltkreise Spannungen unter 0,7 V als "Low" und Spannungen über 2,4 V als "High". Daher darf das Eingangssignal auf knapp über 0 V bzw. knapp unter 5 V begrenzt werden.

Die Schaltung nach Fig. 1 begrenzt die Eingangsspan nung U_ein auf einen unteren Wert zwischen 0 V und +0,3 V und einen oberen Wert zwischen U_grenz - 0,3 Volt und U_grenz. Die Variation der Grenzen ist abhängig von der Tempera tur sowie den Strömen durch die Dioden D1 und D2 und dem Strom in die Basis von T1 und T2. U_grenz ist meist die Betriebsspannung U_B der integrierten Bauelemente.

Funktion: Über den Spannungsteiler, bestehend aus D1, R2 und D2 liegt an der Basis von T1 eine Spannung von ca. 0,7 V und an der Basis von T2 eine Spannung von ca. U_grenz - 0,7 V.

Sinkt U_ein auf ca. 0 V, fließt ein Strom in die Basis von T1 und macht diesen leitend. Hierdurch fließt ein Strom durch T1 von U_grenz nach U_ein und läßt in Ver bindung mit dem in die Signalzuleitung zu den beiden Emittern der Transistoren T1 und T2 eingeschalteten Vorwiderstand R_V die Spannung an U_ein nicht mehr tiefer fallen.

Steigt die Spannung an U_ein auf U_grenz, fließt ein Basis strom durch T2 mit der Folge, daß dieser Transistor die Spannung nach oben begrenzt.

Schutzschaltung für Analogsignale nach Fig. 2

Der Unterschied zur Schutzschaltung für Digitalsignale besteht darin, daß ein Analogsignal von 0 V bis U_grenz völlig unverfälscht bleiben muß, während bei Digital signalen der Grenzbereich nahe 0 V bzw. U_grenz unkri tisch ist. Daher darf bei Analogsignalen die Schutzfunk tion erst unterhalb 0 V und oberhalb U_grenz einsetzen. Dadurch ergibt sich eine Begrenzung des Eingangssignals auf Werte von -0,3 V . . . 0 V bzw. U_grenz . . . U_grenz + 0,3 V.

Dies kann erreicht werden durch:

- Verwendung der Schaltung nach Fig. 1 bei Einsatz von Dioden kleinerer Flußspannung für D1 und D2 (z. B. Schottky-Dioden),
- Einstellung der Basis-Vorspannung für die Transistoren T1 und T2 mittels Widerständen (wie in Fig. 2 darge stellt).

Funktion: Wie "Schaltung für Digitalsignale", lediglich mit dem Unterschied, daß die Spannung an der Basis des Transistors T1 durch den Widerstand R3 näher an 0 V ge legt und die Spannung an der Basis des Transistors T2 durch den Widerstand R1 näher an U_grenz herangerückt wird.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Schutzschaltung wird erreicht, daß eine Begrenzung nicht erst dann erfolgt, wenn der Betriebsbereich um eine gewisse Spannung (vor wiegend eine Diodenspannung) über- oder unterschritten ist. Vielmehr kann die Schwelle auf beliebige Werte nahe den Grenzen, auf den Grenzen oder zwischen den Grenzen gelegt werden.

Dadurch wird ein sicherer Betrieb der zu schützenden Schaltkreise auch während des Auftretens von Störspan nungen möglich.

Ein weiterer Vorteil ist, daß bei einer Integration der Schaltung für jede zu schützende Leitung nur ein einziger Anschluß notwendig ist.

Claims

1. Schutzschaltung für durch elektrische Signale gesteuerte Geräte, deren Eingang (E) gegen positive und negative Überspannung durch die Schutzschaltung gesichert wird, die zwei Transistoren (T1, T2) von zueinander entgegengesetzter Polarität enthält, die zueinander in Reihe liegend an die Betriebsspannung des Geräts angeschlossen und mit ihren miteinander verbundenen Emittern mit dem Eingang (E) des Geräts verbunden sind, wobei von den beiden genannten Transistoren (T1, T2) der npn-Transistor (T1) und der pnp-Transistor (T2) in Stromflußrichtung in der genannten Reihenfolge aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß über der Betriebsspannung außerdem ein aus der Reihenschaltung eines ersten Widerstandes (R1), eines zweiten Widerstandes (R2) und eines dritten Widerstandes (R3) bestehender Spannungsteiler liegt, wobei die Widerstände (R1, R2, R3) in Strom flußrichtung in der genannten Reihenfolge aufeinanderfolgen, und daß die Basis des npn-Transistors (T1) an den Verbindungspunkt des zweiten Widerstandes (R2) und des dritten Widerstandes (R3) und die Basis des pnp-Transistors (T2) an den Verbindungspunkt des ersten Widerstandes (R1) und des zweiten Widerstandes (R2) angeschlossen ist.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß anstelle des ersten Widerstandes (R1) und des dritten Widerstandes (R3) je eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode (D1, D2) vorgesehen ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Dioden besonders niedrige Flußspannungen haben, insbesondere sogenannte Schottky-Dioden sind.