DE3425235C1 - Circuit arrangement for protecting electronic circuits against overvoltage - Google Patents
Circuit arrangement for protecting electronic circuits against overvoltageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schütze elektronischer Schaltungen gegen Überspannung, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist (US-PS 35 71 608).The invention relates to a circuit arrangement for protecting electronic circuits against overvoltage, which has the features of the preamble of claim 1 (US-PS 35 71 608).
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zum Überlastschutz (DE-AS 25 29 883) ist unterhalb eines oberen Grenzwertes des durch den Längszweig fließenden Stromes der zusammen mit einem Vorwiderstand im Längszweig liegende Transistor voll aufgesteuert. Wird dieser Grenzwert des Stromes überschritten, dann wird entsprechend dem zunehmenden Spannungsabfall am Vorwiderstand ein in einem Querzweig der Schaltungsanordnung liegender zweiter Transistor mehr und mehr geöffnet, was wiederum ein allmähliches Sperren des im Längszweig liegenden Transistors und damit einen größer werdenden Spannungsabfall im Längszweig zur Folge hat. Die Spannungsbegrenzung ist deshalb mit erheblichen Verlusten verbunden.In a known circuit arrangement for overload protection (DE-AS 25 29 883) is below one upper limit value of the current flowing through the series branch together with a series resistor The transistor in the series branch is fully open. If this limit value of the current is exceeded, then according to the increasing voltage drop at the series resistor a second transistor located in a shunt branch of the circuit arrangement more and more open, which in turn results in a gradual blocking of the transistor lying in the series branch and thus a increasing voltage drop in the series branch. The voltage limitation is therefore associated with considerable losses.
Eine bekannte Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art (US-PS 35 71 608) weist zusätzlich zu einem Widerstand im Längszweig, einem ersten npn-Transistor im Längszweig und einem zweiten npn-Transistor in einem Querzweig einer Zener-Diode im Basisstromkreis des zweiten Transistors auf. Hierdurch wird zwar eine Spannungsbegrenzung nicht nur durch den Spannungsabfall im Längszweig bewirkt, sondern auch dadurch, daß beim Erreichen der Durchbruchspannung der Zener-Diode der im Längszweig liegende erste Transistor gesperrt wird. Für hohe Ströme im Längszweig ist diese Schaltungsanordnung demnach nicht geeignet. :A known circuit arrangement of the type mentioned (US-PS 35 71 608) has in addition to one Resistance in the series branch, a first npn transistor in the series branch and a second npn transistor in a shunt arm of a Zener diode in the base circuit of the second transistor. Through this voltage limitation is not only caused by the voltage drop in the series branch, but rather also in that when the breakdown voltage of the Zener diode is reached, the first in the series branch Transistor is blocked. This circuit arrangement is therefore not suitable for high currents in the series branch. :
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die für wesentlich höhere Ströme im Längszweig verwendbar ist. Diese Aufgabe löst eine Schaltungsanordnung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
Da im Längszweig nur ein V-MOS-Transistor liegtThe invention is therefore based on the object of creating a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning which can be used for significantly higher currents in the series branch. This object is achieved by a circuit arrangement with the characterizing features of claim 1.
Since there is only one V-MOS transistor in the series branch
ίο und dieser im leitenden Zustand einen Widerstand von
wenigen mOhm hat, ist der Durchlaßwiderstand der erfindungsgemäßen
Schutzschaltung sehr gering, was eine entsprechend hohe Strombelastbarkeit ergibt. Im gesperrten
Zustand des im Längszweig liegenden V-MOS-Transistors ist die nachfolgende elektronische Schaltung
abgeschaltet und die Verlustleistung im V-MOS-Transistor
auf Null reduziert. Auch insgesamt ist der Eigenversuch der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
gering. Da die Umsteuerung des im Längszweig liegenden V-MOS-Transistors in den gesperrten Zustand
beim Ansprechen des Schwellenschalters sprunghaft erfolgt, ist die maximale Eingangsspannung, bei der
die Vollabschaltung erfolgt, in einfacher Weise festlegbar.
Vorteilhaft ist ferner die einfache Möglichkeit, die Schaltungsanordnung zwischen die Spannungsquelle
und die zu schützende elektronische Schaltung in deren Versorgungsleitung einzubauen. Hinzu kommt, daß mit
Hilfe einer Diode in der einen Eingangsleitung der Schaltungsanordnung ein Verpolungsschutz realisiert
werden kann. Mit den auf dem Markt befindlichen, als Längsregler in Frage kommenden V-MOS-Transistoren
läßt sich ein Schutz gegen Wechselüberspannungen bis zu 600 Volt und gegen Spannungsspitzen bis etwa 1Ö0Ö
Volt erzielen. Die Anwendungsmöglichkeiten der erf indungsgemäßen Lösung sind deshalb vielseitig. Beispielsweise
lassen sie sich mit Vorteil in der Sensortechnik und in der Kraftfahrzeug-Elektronik sowie im Mobilbereich
zum Schütze aller elektronischer Baugruppen in Fahrzeugen verwenden. Da auch sehr hohe Forderungen
an Sicherheit gegen Spannungsspitzen ohne Schwierigkeiten erfüllt werden können, bestehen außerdem
Anwendungsmöglichkeiten im militärischen Bereich.
Zur Begrenzung der Ausgangsspannung ist vorzugsweise ein Ausgangsspannungsbegrenzer vorgesehen,
der zusammen mit einem Widerstand einen Spannungsteiler für die Eingangsspannung bildet, an dessen Abgriff
das Gate des als Längsregler dienenden V-MOS-Transistors
liegt. Dies trägt zu einem geringen Schaltungsaufwand
für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei.ίο and this has a resistance of a few mOhm in the conductive state, the forward resistance of the protective circuit according to the invention is very low, which results in a correspondingly high current-carrying capacity. In the blocked state of the V-MOS transistor in the series branch, the following electronic circuit is switched off and the power loss in the V-MOS transistor is reduced to zero. Overall, the self-attempt of the circuit arrangement according to the invention is also small. Since the V-MOS transistor located in the series branch is reversed into the blocked state when the threshold switch is triggered, the maximum input voltage at which complete shutdown takes place can be determined in a simple manner. Another advantage is the simple possibility of installing the circuit arrangement between the voltage source and the electronic circuit to be protected in its supply line. In addition, reverse polarity protection can be implemented with the aid of a diode in one input line of the circuit arrangement. With the V-MOS transistors that are available on the market and can be used as series regulators, protection against alternating overvoltages of up to 600 volts and against voltage peaks of up to about 1Ö0Ö volts can be achieved. The possible uses of the solution according to the invention are therefore varied. For example, they can be used with advantage in sensor technology and in motor vehicle electronics as well as in the mobile sector to protect all electronic assemblies in vehicles. Since very high requirements for security against voltage peaks can also be met without difficulty, there are also possible applications in the military sector.
To limit the output voltage, an output voltage limiter is preferably provided which, together with a resistor, forms a voltage divider for the input voltage, at the tap of which the gate of the V-MOS transistor serving as a series regulator is connected. This contributes to a low circuit complexity for the circuit arrangement according to the invention.
Der Ausgangsspannungsbegrenzer, der vorzugsweise durch eine Zener-Diode gebildet ist, aber auch durch einen Varistor oder eine Glimmlampe gebildet sein könnte, ist vorteilhafterweise parallel zu dem vom - Schwellenschalter angesteuerten V-Mos-Transistors geschaltet. Als Schwellenschalter kommen ein Transistor, eine Zener-Diode, ein Diac, eine Glimmröhre oder dergleichen in Frage.The output voltage limiter, which is preferably formed by a Zener diode, but also by a varistor or a glow lamp could be formed, is advantageously parallel to that of the - Threshold switch activated V-Mos transistor switched. A transistor comes as a threshold switch, a Zener diode, a diac, a glow tube or the like.
Sofern der Spannungsabfall störend ist, der für die Erzeugung der Gate-Source-Spannung erforderlich ist und etwa zwischen 3 V und 4 V liegt, kann man diese Spannung in der Schaltungsanordnung erzeugen, was vorzugsweise mittels eines Spannungsverdopplers er-If the voltage drop that is required for generating the gate-source voltage is disruptive and is approximately between 3 V and 4 V, this voltage can be generated in the circuit arrangement, what preferably by means of a voltage doubler
folgt. .follows. .
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigtThe invention is described in detail below with the aid of an exemplary embodiment shown in the drawing explained. It shows
F i g. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels,F i g. 1 shows a block diagram of the exemplary embodiment,
F i g. 2 das Schaltbild des Ausfiihrungsbeispiels in einer Ausführung zum Schütze eines Zweileiterdruckaufnehmers. F i g. 2 shows the circuit diagram of the exemplary embodiment in a Version for protecting a two-wire pressure transducer.
Die als Vierpol ausgebildete Schaltungsanordnung zum Schütze einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung gegen Überspannungen weist, wie Fig. 1 zeigt, in ihrem einen Längszweig eine Diode 1 als Verpolungsschutz und dahinter einen V-Mos-Transistor 2 der Type BUZ 50 auf. An diesen Längszweig ist zwisehen der Diode 1 und dem V-Mos-Transistor 2 ein Querzweig angeschlossen, der andererseits mit dem anderen Längszweig verbunden ist und einen Schwellenschalter 3 enthält, der im Ausführungsbeispiel durch einen Kleinsignaltransistor 4 der Type BC 237 mit einem Arbeitswiderstand 5 gebildet ist.The four-pole circuit arrangement for protecting a downstream electronic As FIG. 1 shows, a circuit against overvoltages has a diode 1 in one of its series branches as protection against polarity reversal and behind it a V-Mos transistor 2 of the type BUZ 50. This branch is in between the diode 1 and the V-Mos transistor 2 is connected to a shunt arm, the other with the other Series branch is connected and contains a threshold switch 3, which in the embodiment by a Small signal transistor 4 of the type BC 237 is formed with a load resistor 5.
Der Schwellenschalter 3 steuert einen elektronischen Schalter 6, der in der Verbindungsleitung vom Gate des V-Mos-Transistors 2 zum anderen Längszweig liegt und, wie F i g. 2 zeigt, im Ausführungsbeispiel durch einen V-Mos-Transistor der Type BSS 100 gebildet ist. Das Gate ist mit dem Abgriff eines parallel zum Arbeitswiderstand 5 liegenden Spannungsteilers angeschlossen, der aus einem mit dem Emitter des Kleinsignaltransistors verbundenen Widerstand 7 und einer Zener-Diode 8 besteht.The threshold switch 3 controls an electronic switch 6, which is in the connection line from the gate of the V-Mos transistor 2 is connected to the other series branch and, as shown in FIG. 2 shows, in the exemplary embodiment by a V-Mos transistor of the type BSS 100 is formed. The gate is with the tap of a parallel to the load resistance 5 lying voltage divider connected, which consists of a with the emitter of the small signal transistor connected resistor 7 and a Zener diode 8 consists.
Das Gate des den Längsregler bildenden V-Mos-Transistors 2 ist ferner mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden, der aus einem Widerstand 9, der andererseits an den einen Längszweig zwischen der Diode 1 und dem V-Mos-Transistor 2 angeschlossen ist, und einem Spannungsbegrenzer 10 gebildet ist, der parallel zum elektronischen Schalter 6 liegt und im Ausführungsbeispiel durch eine Zenerdiode gebildet ist.The gate of the V-Mos transistor 2, which forms the series regulator, is also connected to a voltage divider connected, which consists of a resistor 9, the other hand to the one series branch between the Diode 1 and the V-Mos transistor 2 is connected, and a voltage limiter 10 is formed, which is parallel to the electronic switch 6 and is formed in the exemplary embodiment by a Zener diode.
Bei einer in der vorstehend geschilderten Weise ausgebildeten Schaltungsanordnung könnte die Ausgangsspannung nur auf einen um die Gate-Source-Spannung des V-Mos-Transistors verminderten Wert der vom Spannungsbegrenzer 10 festgelegten Wert ansteigen. Um die Ausgangsspannung bis auf den Wert der durch den Spannungsbegrenzer 10 festgelegten Grenzwert ansteigen lassen zu können, ist ein Spannungsverdoppler 11 vorgesehen, dessen Versorgungsspannung die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung ist. Die vom Spannungsverdoppler 11 gelieferte Spannung liegt über einen Widerstand 12 am Gate des V-Mos-Transislors 2 an.In the case of a circuit arrangement designed in the manner described above, the output voltage could only to a value reduced by the gate-source voltage of the V-Mos transistor of the vom Voltage limiter 10 increase the specified value. To get the output voltage down to the value of through Allowing the voltage limiter 10 to increase the specified limit value is a voltage doubler 11 is provided, the supply voltage of which is the output voltage of the circuit arrangement. the The voltage supplied by the voltage doubler 11 is applied via a resistor 12 to the gate of the V-Mos transistor 2 at.
Wie Fig.2 zeigt, weist der Spannungsverdoppler 11
einen Operationsverstärker 13 auf, der für beide Eingänge eine Rückkopplung hat. Der positive Eingang
liegt am Abgriff eines aus zwei Widerständen 14 und 15 gebildeten Spannungsteilers, der über eine Diode 16
parallel zum Spannungsbegrenzer 10 liegt. Der negative Eingang des Operationsverstärkers 13 ist über einen
kondensator 17 mit dem den V-Mos-Transistor 2 nicht snthaltenden Längszweig verbunden. In dem Pfad zwiichen
dem Ausgang des Operationsverstärkers 13 und lern Gate des V-Mos-Transistors 2 liegen außer dem
Viderstand 12 eine Diode 18 und ein Kondensator 19. "erner ist dieser Pfad unmittelbar vor und hinter der
)iode 18 mit dem den V-Mos-Transistor 2 enthaltenden ,ängszweig über eine Diode 20 und einen Kondensator
1 verbunden, wie F i g. 2 zeigt.
Mit ansteigender Eingangsspannung wird über den Viderstand 9 der V-Mos-Transistor 2 auf gesteuert.
lierdurch erhält der Spannungsverdoppler 11 eine Verargungsspannung,
wodurch seine am Gate des V-Mos-'ransistors 2 anliegende Ausgangsspannung diesen
Transistor noch weiter aufsteuert, bis er vollständig ausgesteuert ist und einen Durchlaßwiderstand von nur
noch wenigen mOhm hat.As FIG. 2 shows, the voltage doubler 11 has an operational amplifier 13 which has feedback for both inputs. The positive input is at the tap of a voltage divider formed from two resistors 14 and 15, which is parallel to the voltage limiter 10 via a diode 16. The negative input of the operational amplifier 13 is connected via a capacitor 17 to the series branch which does not contain the V-Mos transistor 2. In the path between the output of the operational amplifier 13 and the learning gate of the V-Mos transistor 2 there are, in addition to the resistor 12, a diode 18 and a capacitor 19. Mos transistor 2 containing, connected in series via a diode 20 and a capacitor 1, as Fig. 2 shows.
As the input voltage increases, the V-Mos transistor 2 is controlled via the resistor 9. As a result, the voltage doubler 11 receives a control voltage, whereby its output voltage applied to the gate of the V-Mos transistor 2 controls this transistor even further until it is fully controlled and has a forward resistance of only a few mOhm.
Die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung wird auf den vom Spannungsbegrenzer 10 festgelegten Wert begrenzt. Erreicht die Eingangsspannung die Ansprechschwelle des Schwellenschalters 3, dann wird der elektronische Schalter 6 angesteuert, was zur Folge hat, daß der als Längsregler dienende V-Mos-Transistor 2 satt gesperrt wird. Die an den Ausgang der Schalteranordnung angeschlossene Schaltung wird hierdurch abgeschaltet und die Verlustleistung im V-Mos-Transistor 2 auf 0 reduziert.The output voltage of the circuit arrangement is determined by the voltage limiter 10 Limited value. If the input voltage reaches the response threshold of threshold switch 3, then the electronic switch 6 activated, which has the consequence that the V-Mos transistor 2, which is used as a series regulator is completely blocked. The circuit connected to the output of the switch arrangement is thereby switched off and the power loss in V-Mos transistor 2 is reduced to zero.
Der den Schwellenschalter 3 bildende Kleinsignaltransistor 4 wird beim Ansprechen in der Art einer Zenerdiode betrieben. Daher könnte an seiner Stelle auch beispielsweise eine Zenerdiode verwendet werden.The small-signal transistor 4 forming the threshold switch 3 is, when responding, in the manner of a Zener diode operated. A Zener diode, for example, could therefore also be used in its place.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Claims (4)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19843425235 DE3425235C1 (en) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | Circuit arrangement for protecting electronic circuits against overvoltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843425235 DE3425235C1 (en) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | Circuit arrangement for protecting electronic circuits against overvoltage |
Publications (1)
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| DE3425235C1 true DE3425235C1 (en) | 1992-03-12 |
Family
ID=6240186
Family Applications (1)
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| DE19843425235 Expired DE3425235C1 (en) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | Circuit arrangement for protecting electronic circuits against overvoltage |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
| 8305 | Restricted maintenance of patent after opposition | ||
| D3 | Patent maintained restricted (no unexamined application published) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |