DE3526177A1

DE3526177A1 - Rberspannungs-schutzschaltung

Info

Publication number: DE3526177A1
Application number: DE19853526177
Authority: DE
Inventors: Dieter Clement
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-07-23
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1987-02-05
Also published as: WO1987000700A1; JPS63500770A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Überspannungs-Schutz schaltung nach der Gattung des Hauptanspruches. Eine der artige Überspannungs-Schutzschaltung ist aus der Firmen schrift: Bosch Technische Unterrichtung, Elektronik (2) Anwendung im Kraftfahrzeug, Seite 10 bis Seite 12, Robert Bosch GmbH, 1. Ausgabe, 28. Februar 1978, bekannt. Der Überspannungsschutz im Bordnetz von Kraftfahrzeugen erfolgt mit einer Leistungs-Begrenzer-Diode, die in Sperrichtung parallel zu den Batterieklemmen geschaltet ist. Die Spannung im Bordnetz wird begrenzt auf die Durch bruchspannung der Leistungs-Begrenzungs-Diode.

Die Überspannung im Bordnetz kann verschiedene Ursachen haben: Reglerausfall, Zündung, Abschalten von Verbrau chern mit vorwiegend induktiver Last, Wackelkontakt, Masseschluß, Verpolungen aller Art und Generatorbetrieb ohne Kfz-Batterie.

Ein Nachteil bei der Verwendung der Leistungs-Begrenzungs- Diode besteht nun darin, daß sie Störungen mit nur gerin ger Impulsenergie absorbieren kann. Wird bei laufendem Generator versehentlich die Batterie abgeklemmt, dann entsteht ein energiereicher Überspannungsimpuls, der im günstigsten Fall nur zur Zerstörung der Leistungs-Begren zungs-Diode führt. Dieser Impuls (load-dump) weist eine Zeitdauer bis zu einer Sekunde auf, wobei die Spannung bis zu etwa 250 Volt betragen kann und der maximal mög liche Generatorstrom fließt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Überspannungs-Schutzschaltung hat den Vorteil, daß die Impulsenergie unbegrenzt hoch sein kann. Die Störung selbst kann beliebig lange andauern. Zur Realisierung der Schaltung wird ein Halbleiter-Leistungs- Bauelement benötigt, das eine Spannung in Höhe der zu erwartenden Überspannung verträgt und lediglich mit dem Betriebsstrom der zu schützenden elektronischen Schaltung beaufschlagt wird. Überdimensionierte Kühlkörper sind nicht erforderlich, da sowohl im Normalbetrieb als auch im Störungsfall nur eine geringe Verlustleistung auf tritt.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Über spannungs-Schutzschaltung liegt in der automatischen Wiedereinschaltung nach dem Störungsfall. Die Über spannungs-Schutzschaltung kann überall dort eingesetzt werden, wo eine elektronische Schaltung vor energie reichen Überspannungsimpulsen geschützt werden muß. Sie eignet sich jedoch insbesondere zum Überspannungs- Schutz im Kfz-Bordnetz. Die erfindungsgemäße Über spannungs-Schutzschaltung enthält nur wenige Bauteile und sie läßt sich in Form einer integrierten Schaltung her stellen. Sie ist deshalb für die Serienproduktion in der Kfz-Anwendung besonders geeignet.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Überspannungs- Schutzschaltung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung. Vorteilhaft ist eine Hysterese zwischen der Aschalt- und der Wieder einschaltschwelle, deren Betrag von dem Wert eines Bau elementes abhängt. Damit wird ein Schwingen zwischen dem Abschalt- und Einschaltzustand vermieden. Die Ver lustleistung der Schaltung im Normalbetrieb bleibt nie drig, wenn als Leistungsstufe ein PNP-Darlington-Tran sistor verwendet wird.

Zeichnung

Die Figur zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Überspannungs-Schutzschaltung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Die Figur zeigt eine Energiequelle 10, deren Pluspol an einer ersten Eingangsklemme 11 und deren Minuspol an einer zweiten Eingangsklemme 12 der Überspannungs- Schutzschaltung angeschlossen ist. Eine positive An schlußleitung 13 einer zu schützenden Elektronikschal tung 14 ist mit einem Kollektoranschluß 15 eines ersten Transistors 16 verbunden. Eine negative Anschlußleitung 17 der zu schützenden Elektronikschaltung ist mit der Anschlußklemme 12 und damit unmittelbar mit dem nega tiven Pol der Energiequelle 10 verbunden. Zwischen dem Emitteranschluß 18 des ersten Transistors 16 und der Eingangsklemme 11 liegt ein Widerstand 19. Der Emitter anschluß 18 des ersten Transistors 16 ist auch noch mit dem Emitteranschluß 20 eines zweiten Transistors 21 ver bunden. Der Kollektoranschluß 22 des zweiten Transi stors 21 liegt an dem Basisanschluß 23 des ersten Tran sistors 16 und über einen Widerstand 24 an der zweiten Eingangsklemme 12. Zwischen der ersten Eingangsklemme 11 und dem Basisanschluß 25 des zweiten Transistors 21 liegt ein Widerstand 26. Zwischen den Basisanschluß 25 und die zweite Eingangsklemme 12 ist ein Widerstand 27 in Reihe mit einer Begrenzungs-Diode 28 geschaltet.

Die erfindungsgemäße Überspannungs-Schutzschaltung wirkt folgendermaßen.:

Liegt die Spannung der Energiequelle 10 zwischen den Ein gangsklemmen 11 und 12 unterhalb der durch den Widerstand 19, den Widerstand 26, den Widerstand 27, der Begren zungsspannung der Begrenzungs-Diode 28 und der durch die zur Durchsteuerung des zweiten Transistors 21 erforder liche Emitter-Basis-Spannung festgelegten Ansprech schwelle, so ist der zweite Transistor 21 gesperrt und es besteht keine Verbindung zwischen dem Kollek toranschluß 22 und dem Emitteranschluß 20 des zweiten Transistors 21. Der erste Transistor 16 erhält über den Widerstand 24 einen Basisstrom und ist voll durch gesteuert. Zwischen dem Kollektoranschluß 15 und dem Emitteranschluß 18 des ersten Transistors 16 liegt eine Spannung, die gleich der Sättigungs-Restspannung des voll durchgesteuerten Transistors 16 ist. Steigt nun die Eingangsspannung zwischen der ersten Eingangs klemme 11 und der zweiten Eingangsklemme 12 über die Ansprechschwelle, so beginnt nach Erreichen der Durch bruchspannung der Begrenzungs-Diode 28 der zweite Tran sistor 21 zu leiten und verkleinert dadurch den Basis strom des zweiten Transistor 22. Der erste Transistor 16 beginnt zu sperren und verringert dadurch die Span nung an der zu schützenden Elektronikschaltung 14. Dies hat eine Verringerung des Stromflusses in der positiven Versorgungsleitung 13 und damit eine Ver kleinerung des Spannungsabfalls an dem Widerstand 19 zur Folge. Das Durchsteuern des zweiten Transistors 21 wird verstärkt, es setzt ein Kippvorgang ein, bis der zweite Transistor 21 vollständig durchgesteuert und der erste Transistor 16 vollständig gesperrt ist. Die zu schützende Elektronikschaltung 14 ist dann voll ständig von der Energiequelle getrennt. Ein weiteres Ansteigen der Eingangsspannung ändert an diesem Zustand nichts mehr.

Sinkt die Eingangsspannung wieder ab, so beginnt bei der Ansprechschwelle abzüglich der durch den Widerstand 19 hervorgerufenen Hysterese der zweite Transistor 21 zu sperren. Der erste Transistor 16 erhält wieder einen Basisstrom und beginnt zu leiten. An dem Widerstand 19 erhöht sich der Spannungsabfall und die Schaltung kippt in den leitenden Zustand. Die zu schützende Elektronik schaltung 14 liegt dann wieder an der Energiequelle 10.

In der praktischen Schaltungsausführung wird für den ersten Transistor 16 vorzugsweise ein PNP-Darlington- Transistor eingesetzt. Er besteht aus einer Zusammen schaltung eines NPN-Transistors mit einem PNP-Tran sistor, verhält sich insgesamt wie ein PNP-Transistor und zeichnet sich durch eine sehr große Stromverstär kung aus. Handelt es sich bei dem ersten Transistor 16 und dem zweiten Transistor 21 um Silizium-Transistoren, dann beträgt der Spannungsabfall zwischen dem Kollek toranschluß 15 und dem Emitteranschluß 18 des ersten Transistors 16 im durchgeschalteten Normalbetrieb etwa 1,2 Volt. Ist der erste Transistor 16 und der zweite Transistor 21 dagegen jeweils ein Germanium-Transistor, dann läßt sich ein Spannungsabfall an der Kollektor- Emitter-Strecke des durchgeschalteten ersten Transistors 16 ein Spannungsabfall von unterhalb 0,5 Volt erreichen. Damit tritt im Normalbetrieb eine geringe Verlustleistung am ersten Transistor 16 auf.

Der zwischen der Eingangsklemme 11 und dem Emitteranschluß 18 des Transistors 16 liegende niederohmige Widerstand 19 sorgt für eine Hysterese zwischen der Einschalt- und Abschaltspannungsschwelle. Eine Hysterese ist notwendig, um bei langsam ansteigender Überspannung ein Schwingen der Schaltung zwischen dem Abschalt- und Wiedereinschalt zustand zu verhindern.

Claims

1. Überspannungs-Schutzschaltung mit einer in die Strom versorgungsleitung einer zu schützenden Elektronikschal tung geschalteten Emitter-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors (16) die Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors (21) liegt und der Emitter-Anschluß (20) des zweiten Transistors (21) und der Emitter-Anschluß (18) des ersten Transistors (16) verbunden sind. .

2. Überspannungs-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Emitter- Anschluß (18, 20) des ersten und zweiten Transistors (16, 21) und einer ersten Eingangsklemme (11) ein Widerstand (19) liegt.

3. Überspannungs-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Ein gangsklemme (11) und dem Basis-Anschluß (25) des zwei ten Transistors (21) ein Widerstand (26) geschaltet ist.

4. Überspannungs-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-Anschluß (25) des zweiten Transistors (21) über eine Reihenschaltung eines Widerstandes (27) und einer Begrenzungs-Diode (28) mit einer zweiten Eingangsklemme (12) verbunden ist.

5. Überspannungs-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Anschluß (22) des zweiten Transistors (21) bzw. der Basis-Anschluß (23) des ersten Transistors (16) über einen Widerstand (24) an die zweite Eingangsklemme (12) geschaltet ist.

6. Überspannungs-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (16) ein Transistor vom Leitfähigkeits-Typ PNP und der zweite Transistor (21) vom Leitfähigkeits-Typ PNP ist.