DE4201051C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verzögerungsschaltung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gattungsgemäße Verzögerungsschaltungen sind z. B. als Verzögerungsschaltung für die Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs aus der DE-PS 32 04 837 bekannt und können beispielsweise mit dem integrierten Zeitgeberbaustein NE 555 aufgebaut werden.

Der innere Aufbau dieses Zeitgeberbausteins sowie einige Standardapplikationen sind in dem Zeitschriftenaufsatz Blank, D., "Der integrierte Schaltkreis NE 555" (in: Funkschau 1980, Heft 11 bzw. Heft 12, S. 87-90 bzw. 79, 80) näher erläutert. Dort zeigt das Bild 11 die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zugrundeliegende Beschaltung.

Die zur Zeit der Anmeldung üblichen und noch heute viel verwendeten Zeitgeberbausteine, welche in bipolarer Schaltungstechnik hergestellt sind, zeigen eine relativ hohe Ruhestromaufnahme. Sie sollten daher, gerade bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug, nicht auf Dauer an die Bordnetzspannung angeschlossen sein, da der Ruhestrom die Batteriekapazität nach einiger Zeit erschöpfen würde. In der DE-PS 32 04 837 wurde daher ein recht komplizierter Schaltungsaufbau vorgeschlagen, der darin besteht, den Zeitgeberbaustein über ein als Haltekontakt wirkendes Halbleiterbauelement mit Spannung zu versorgen und mit dem Abschalten des Verbrauchers den Zeitgeberbaustein auf elektronischem Wege vom Fahrzeugbordnetz zu trennen.

Die aufwendigen Schaltungsmaßnahmen machen nun den besonderen Vorteil, den die Verwendung eines Zeitgeberbausteins mit sich bringt, nämlich einen möglichst einfachen Aufbau der Verzögerungsschaltung zu ermöglichen, zunichte. Zudem verteuern insbesondere die zusätzlich benötigten Halbleiterbauelemente die Fertigung einer solchen Schaltung erheblich.

Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, daß der Zeitgeberbaustein (über einen Transistor) direkt mit der Bordnetzspannung in Verbindung steht. Zwar liegt in einem Kraftfahrzeug die Nennspannung des Bordnetzes zumeist bei 12 Volt, jedoch kann bedingt durch Regelvorgänge die Spannung kurzzeitig durchaus um 50% höher, also typischerweise bei ca. 18 Volt liegen. Da nun der Zeitgeberbaustein im allgemeinen für Spannungen zwischen 5 und 15 Volt ausgelegt ist, liegen die auftretenden Bordnetzspannungen damit schon erheblich oberhalb des zulässigen Betriebsspannungsbereichs des Zeitgeberbausteins.

Die Funktionssicherheit von Zeitgeberbausteinen ist also durch kurzfristig auftretende Erhöhungen der Bordnetzspannung gefährdet. Es müssen daher ausgesucht spannungsfeste Exemplare des Zeitgeberbausteins verwendet werden oder es müssen andere aufwendige Schaltungsmaßnahmen getroffen werden, was den Kostenaufwand naturgemäß weiter erhöht und einen Ausfall des Zeitgeberbausteins trotzdem nicht ausschließt.

Die dargestellte Problematik wird ausführlich in dem Zeitschriftenaufsatz: Knittel, W., "Die Umweltbedingungen der Elektronik im Kraftfahrzeug" (in: Funkschau 1978, Heft 14, S. 50-53) dargestellt. Insbesondere dem Bild 9 auf Seite 52 kann entnommen werden, welch aufwendige Schaltungsmaßnahmen oftmals nötig werden, um Zeitgeber gegen kurzzeitige Erhöhungen der Bordnetzspannung zu schützen.

Inzwischen sind Zeitgeberbausteine der genannten Art auch in CMOS-Ausführung zu günstigen Preisen erhältlich. Da diese von vornherein mit sehr geringen Strömen arbeiten, kann auf weitere Maßnahmen zur Ruhestrombegrenzung verzichtet werden. Diese Schwierigkeit erweist sich damit als gelöst.

Das zweite Problem, nämlich die Gefährdung des Zeitgeberbausteins durch erhöhte Bordnetzspannungen, bleibt jedoch auch bei Verwendung von CMOS-Bausteinen bestehen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache, betriebssichere und kostengünstig herstellbare Verzögerungsschaltung zu schaffen, die eine möglichst geringe Ruhestromaufnahme besitzt und gegen erhöhte Bordnetzspannungen unempfindlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zeitgeberbaustein in CMOS-Technik hergestellt ist, daß ein an der Bordnetzspannung anliegender erster Widerstand die Verzögerungsschaltung, mit Ausnahme des Schaltverstärker-/Verbraucherstromkreises, mit Spannung versorgt, daß ein zweiter Widerstand zwischen einem Spannungsversorgungsanschluß des Zeitgeberbausteins und dem ersten Widerstand liegt und daß ein Anschluß des zeitbestimmenden Elements mit den gemeinsamen Anschlüssen des ersten und des zweiten Widerstands verbunden ist.

Da die erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung einen CMOS- Zeitgeberbaustein enthält, weist diese Verzögerungsschaltung eine sehr geringe Strom- bzw. Ruhestromaufnahme aus. Auf aufwendige und teure Maßnahmen zur Ruhestrombegrenzung kann daher von vornherein verzichtet werden.

Die Stromaufnahme ist so gering, daß selbst beim Einsetzen des ersten, relativ hochohmigen Widerstandes in die Stromversorgungsleitung der Verzögerungsschaltung diese noch einwandfrei arbeitet.

An diesem vorgeschalteten ersten Widerstand fällt nun ein Teil der Bordnetzspannung ab. Die Spannung am Zeitgeberbaustein kann so auf einen unkritischen Wert begrenzt werden, so daß kurzzeitige Erhöhungen der Bordnetzspannung diesen nicht mehr gefährden können. Die Betriebssicherheit der Verzögerungsschaltung wird also durch Einbau des ersten Widerstands erhöht.

Des weiteren ist es vorteilhaft, daß keine besonders ausgewählt spannungsfesten Zeitgeberbausteine mehr eingesetzt werden müssen. Der Einbau von preiswerten handelsüblichen CMOS-Zeitgeberbausteinen ist vollkommen ausreichend, was bei der Serienfertigung einer solchen Verzögerungsschaltung natürlich enorme Kostenvorteile mit sich bringt.

Neben all den genannten Vorteilen bringt der CMOS-Zeitgeberbaustein, insbesondere wegen seiner geringen Stromaufnahme, eine Schwierigkeit mit sich, die hier nur kurz skizziert und erst später anhand des Ausführungsbeispiels näher erläutert werden soll.

Nähert und überschreitet nämlich die Eingangsspannung an einem der zum Zeitgeberbaustein gehörenden Komparatoren die Schaltschwelle, so nimmt die Eingangsstufe des Komparators im Umschaltpunkt einen erhöhten Strom auf. Dieser erhöhte Strom führt zu einer Spannungsverschiebung innerhalb der Verzögerungsschaltung, welche unter bestimmten noch näher zu bezeichnenden Bedingungen dazu führt, daß durch die gleichzeitige Veränderung von Komparatoreingangsspannung als auch der Schwellenspannung des Komparators ein instabiler Betriebszustand auftritt, der zu einem verzögerten Schaltverhalten des Komparators führt. Durch diesen instabilen Schaltzustand entsteht z. B. eine erhöhte Verlustleistung, die den Zeitgeberbaustein gefährden kann.

Dieses Problem wird auf überraschend einfache Weise durch das Einsetzen eines zweiten Widerstands zwischen dem ersten Widerstand und dem positiven Spannungsanschluß des Zeitgeberbausteins erreicht. Dieser zweite Widerstand bewirkt durch einen zusätzlichen Spannungsabfall während des Umschaltvorgangs des Komparators, daß die Komparatorschwellenspannung sich im Vergleich zur Komparatoreingangsspannung dergestalt verändert, daß der Umschaltvorgang des Komparators nicht nur nicht verzögert, sondern sogar beschleunigt wird. Durch diese einfache Schaltungsmaßnahme wird also nicht nur das oben genannte Problem gelöst, sondern zudem die Betriebssicherheit der Schaltung noch zusätzlich erhöht.

Weitere vorteilhafte Ausgesaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Betriebssicherheit einer erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung kann auf besonders einfache Weise durch das Einfügen von Verpolschutzdioden in die Steuerleitungen weiter erhöht werden. Gerade bei einer Schaltung, die wie diese mit sehr kleinen Strömen arbeitet, machen sich selbst kleine Störspannungen besonders unangenehm bemerkbar. Gerade in einem Kraftfahrzeug treten vielerlei Störspannungen auf, die besonders leicht in die relativ langen Steuerleitungen eingestreut werden. Solche Störspannungen lassen sich durch das Einfügen von Verpolschutzdioden in die Steuerleitungen sehr leicht abblocken.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die in die Schaltung eingebauten Verpolschutzdioden als Zenerdioden ausgeführt sind. Hierbei ergeben sich gleich eine ganze Reihe von Vorteilen:

Zum einen zeichnen sich Zenerdioden durch einen geringen Reststrom aus, zum anderen können sie die Verzögerungsschaltung auch vor hochgespannten Störimpulsen schützen, da sie gegen hohe Sperrspannungen besonders unempfindlich sind.

Des weiteren besitzen Zenerdioden eine große Sperrschichtkapazität, so daß sie besonders gut hochfrequente Störeinflüsse von der Verzögerungsschaltung fernhalten können. Zudem sind Zenerdioden in besonders kleinen Bauformen erhältlich, so daß sie leicht in SMD-Technik montiert werden können, was zu einer Senkung der Einbaukosten führt.

Besonders zweckmäßig ist es, auch den dem Zeitgeberbaustein nachgeschalteten Schaltverstärker als MOS-Leistungstransistor auszuführen, da ein solcher nahezu leistungslos angesteuert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung und deren Funktion ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutet.

Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäß aufgebaute Verzögerungsschaltung,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines verwendeten Zeitgeberbausteins,

Fig. 3 das Schaltverhalten des Zeitgeberbausteins (IC) bei Verwendung als Fensterkomparator (Eingänge (2) und (6) sind verbunden, der Anschluß (5) ist unbeschaltet), aufgetragen ist das Ausgangssignal des Zeitgeberbausteins (Anschluß (3)) gegen die Komparatoreingangsspannung (am Anschluß (2) und (6)),

Fig. 4 einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung.

Zur besseren Verdeutlichung der Funktion und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung sei zunächst einmal der Aufbau des verwendeten Zeitgeberbausteins (IC) erläutert.

Fig. 2 zeigt einen möglichen Aufbau eines in gattungsgemäßen Verzögerungsschaltungen verwendeten Zeitgeberbausteins. Der dargestellte Baustein wird unter der Bezeichnung NE 555 als integrierter CMOS- oder Bipolarschaltkreis vertrieben.

Der Zeitgeberbaustein (IC) beteht im wesentlichen aus zwei Komparatoen (K1, K2), deren obere und untere Schaltschwelle über eine aus drei gleich großen Widerständen (R) bestehende Spannungsteileranordnung im allgemeinen, das heißt ohne Beschaltung des Anschlusses (5), auf 1/3 bzw. 2/3 der an den Anschlüssen (1, 8) anliegenden Betriebsspannung (UZ) festgelegt ist.

Die Komparatoreingänge (2, 6) werden bei vielen Anwendungen zusammengeschaltet, so daß die beiden Komparatoren (K1, K2) zusammen als Fensterkomparator arbeiten. Den Komparatoren (K1, K2) ist ein aus zwei Logikbausteinen (N1, N2) aufgebautes RS-Flip-Flop nachgeschaltet. Der zum Logikbaustein (N1) gehörende Reset-Anschluß (4) (active low) liegt während des Betriebs des Zeitgeberbausteins (IC) im allgemeinen an der positiven Betriebsspannung.

Die Komparatoren (K1, K2) bilden zusammen mit den Logikbausteinen (N1, N2) einen hochpräzise arbeitenden, hysteresebehafteten Schmitt-Trigger.

Erwähnt werden muß noch eine invertierende Treiberstufe (Tb), die das invertierte logische Signal des Flip-Flops an den Ausgangsanschluß (3) gibt, sowie eine Schalttransistorstufe (T) mit dem offenen Kollektorausgang (7). Im folgenden, anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der letztgenannte Anschluß (7) unbeschaltet.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung unter Benutzung des zuvor beschriebenen Zeitgeberbausteins. Der Zeitgeberbaustein (IC) ist hier durch ein Blockschaltbild angedeutet, wobei die Anschlußbezeichnungen mit denen in der Fig. 2 übereinstimmen.

In der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung wird ein Zeitgeberbaustein (IC) in CMOS-Ausführung vorgesehen. Durch die sehr niedrige Stromaufnahme kann dieser an einer hochohmigen Spannungsquelle betrieben werden. Hierzu wird der Verzögerungsschaltung die Betriebsspannung (U+) von dem positiven Pol des Bordnetzes (B) über einen ersten Widerstand (R2), dessen Größenordnung beispielsweise einige Kiloohm beträgt, zugeleitet. Ausgenommen hiervon ist lediglich die Spannungszuführung zum Verbraucher, der beispielsweise als Lampe (L) ausgeführt sein kann, so wie die, für den Stromverbrauch der Schaltung unerhebliche, Spannungsversorgung des Pull-up-Widerstands (R1).

Die am ersten Widerstand (R2) abgegriffene Betriebsspannung (U+) der Verzögerungsschaltung kann damit auf einfachste Weise durch die Zenerdiode (D3) stabilisiert werden.

Die Zenerdiode (D3) schützt den Zeitgeberbaustein zudem vor den im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs auftretenden erhöhten Spannungen. So kann schon bei den gewöhnlichen Spannungsregelungsvorgängen die Bordnetzspannung (UB) kurzzeitig bis zu etwa 50% über ihrem Nennwert liegen. Man muß daher kurzzeitig mit Bordnetzspannungen bis zu etwa 18 V rechnen. Bei den bekannten Bipolar-Zeitgeberbausteinen sind solche einfachen Maßnahmen zur Spannungsstabilisierung nicht möglich, insbesondere da sie wegen ihres relativ hohen Stromverbrauches nicht über einen hochohmigen Widerstand an die Bordnetzspannung angeschlossen werden können. Ein Bipolar-Zeitgeberbaustein ist daher durch erhöhte Bordnetzspannungen in seiner Betriebssicherheit gefährdet.

Solche Überspannungsprobleme treten bei der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung durch die einfachen Stabilisierungsmaßnahmen nicht mehr auf. Ebenso schützt die Zenerdiode (D3) den Zeitgeberbaustein (IC) gegen hochgespannte Störimpulse, wie sie z. B. durch Einstreuungen aus der Zündanlage in das Bordnetz auftreten können und gegen die, insbesondere die CMOS-Bausteine, sehr empfindlich sind.

Die Funktion der in der Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung, die als Innenlichtverzögerungsschaltung für ein Kraftfahrzeug Verwendung findet, sei im folgenden kurz erläutet:

Die Verzögerungsschaltung liegt über einem hochohmig ausgeführten ersten Widerstand (R2) ständig an der Bordnetzspannung (UB). Die Bordnetzspannungsquelle (B) ist in der Zeichnung vereinfacht durch eine Batterie dargestellt, obwohl natürlich in einem realen Kraftfahrzeug hierzu noch Komponenten, wie Lichtmaschine, Reglerschalter usw. gehören.

Ein CMOS-Zeitgeberbaustein (IC) steuert über einen als Schaltverstärker wirkenden MOS-Leistungstransistor (T1) die als Verbraucher wirkende Lampe (L) der Kraftfahrzeuginnenleuchte, sofern sich der Innenbeleuchtungsschalter (S) in der Schaltposition (a) befindet. (Mit diesem Schalter kann die Lampe (L) auch auf Dauerbetrieb (Schallposition (b)) oder ganz abgeschaltet (Schaltposition (c)) werden.)

Die Anschlüsse (2, 6) des Zeitgeberbausteins (IC) sind die Eingänge der Komparatoren (K1, K2) (siehe Fig. 2). Diese beiden Eingänge (2, 6) sind hier zu einem gemeinsamen Eingang zusammengeschaltet. Die Komparatoren (K1, K2) bilden somit zusammen einen Fensterkomparator mit den Schaltschwellen 1/3 UZ und 2/3 UZ, wobei UZ die am Anschluß (8) des Zeitgeberbausteins (IC) liegende Versorgungsspannung bezeichnet.

Die in der Fig. 2 dargestellte Innenbeschaltung des Zeitgeberbausteins (IC) bewirkt, daß das logische Signal (Y) am Anschluß (3) des Zeitgeberbausteins (IC) sich in Abhängigkeit von der Komparatoreingangsspannung (UK), welche an den Anschlüssen (2, 6) des Zeitgeberbausteins (IC) anliegt, in der in der Fig. 3 dargestellten Weise ändert.

Der Wert der Komparatoreingangsspannung (UK) hängt vom Schaltzustand eines Türkontakts (TK) sowie eines Zündschloßschalters (ZS), welche Spannungssignale über die Steuerleitungen (ST1, ST2) an den Komparatoreingang geben, sowie vom Ladezustand des Kondensators (C1) ab.

Die Wirkungsweise der Verzögerungsschaltung sei nun anhand des typischen Gebrauchs einer solchen Schaltung in einem Kraftfahrzeug näher erläutert:

Angenommen, das Kraftfahrzeug ist (für längere Zeit) abgestellt worden (Zündschloßschalter (ZS) und Türkontakt (TK) sind geöffnet). Der Komparatoreingang liegt über die Widerstände (R2, R5 und R3) an positiver Spannung. Da UK größer ist als 2/3 UZ, gibt der Zeitgeberbaustein (IC), wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, an seinem Anschluß (3) ein Low-Signal an den Schaltverstärker (T1). Die Lampe (L) ist dementsprechend ausgeschaltet.

Öffnet nun der Fahrer die Kraftfahrzeugtür (Türkontakt (TK) geschlossen), so wird der Komparatoreingang (2, 6) über die Zenerdiode (D1) und den Widerstand (R3) gegen Masse geschaltet. Die Komparatoreingangsspannung (UK) sinkt unterhalb 1/3 UZ ab, die Lampe wird also eingeschaltet (siehe Fig. 3). Gleichzeitig wird der Kondensator (C1) aufgeladen. Daher liegt auch nach dem Schließen der Kraftfahrzeugtür ((TK) geöffnet) noch negative Spannung am Komparatoreingang (2, 6). Die Lampe (L) leuchtet also nach dem Schließen der Kraftfahrzeugtür weiter. Der Fahrer findet so genügend Zeit, sich anzuschnallen, den Zündschlüssel in das Zündschloß einzuschieben, und ähnliches. Die Lampe (L) bleibt so lange eingeschaltet, bis entweder die Spannung am Komparatoreingang (2, 6) in Folge der Entladung des Kondensators (C1) über die Widerstände (R3 und R5) auf mindestens 2/3 UZ angestiegen ist oder bis der Fahrer durch Anlassen des Kraftfahrzeuges über den Zündschloßschalter (ZS) und die Widerstände (R4 und R3) positive Spannung an den Komparatoreingang (2, 6) legt. Die Widerstände (R3, R4) sind so dimensioniert, daß der Kondensator (C1) über die Widerstände (R3, R4) sehr schnell entladen wird, so daß nah dem Starten des Fahrzeugs die Innenbeleuchtung nahezu sofort abgeschaltet wird, um den Fahrer nicht während der Fahrt durch die eingeschaltete Innenbeleuchtung zu irritieren.

Wird bei eingeschalteter Zündung (Zündschloßschalter (ZS) geschlossen) der Türkontakt (TK) durch Öffnen der Tür (bei hoffentlich stehendem Fahrzeug) geschlosen, so wird die Komparatoreingangsspannung (UK) klein und die Lampe (L) wird sofort eingeschaltet. Nach Schließen der Tür (Türkontakt (TK) offen, Zündschloßschalter (ZS) geschlossen) verlöscht die Innenbeleuchtung wieder fast augenblicklich.

Wird die Zündung des Kraftfahrzeugs abgestellt (Zündschloßschalter (ZS) wird geöffnet) und steigt der Fahrer nun aus, um sein Fahrzeug zu verlassen, so wird beim Öffnen der Tür über den Türkontakt (TK) die Zenerdiode (D1) und den Widerstand (R3) der Kondensator (C1) aufgeladen. Nach Schließen der Tür (Türkontakt (TK) geschlossen) bleibt die Innenbeleuchtung so lange eingeschaltet, bis sich der Kondensator (C1) über die Widerstände (R3, R5) bis auf einen Wert UK <1/3 UZ entladen hat, was je nach Dimensionierung der Widerstände (R4, R5) und des Kondensators (C1) einige Sekunden bis einige Minuten in Anspruch nehmen kann. Danach schaltet der Zeitgeberbaustein (IC) über den Schaltverstärker (T1) die Lampe (L) der Innenbeleuchtung endgültig bis zu einem erneuten Betätigen des Türkontaktes (TK) ab.

Bemerkenswert ist dabei, daß die Verzögerungsschaltung auch nach Abstellen des Fahrzeuges nicht von der Bordnetzspannung (UB) getrennt wird. Auf aufwendige und die Fertigung verteuernde Mittel kann aber leicht verzichtet werden, da der CMOS-Zeitgeberbaustein (IC) ohnehin nur einen äußerst geringen Ruhestrom aufnimmt. Es ist daher sogar möglich, die Verzögerungsschaltung über einen relativ hochohmigen ersten Widerstand (R2) dessen Widerstandswert in der Größenordnung von einigen Kiloohm liegt, an die Bordnetzspannung (UB) anzuschließen. Dadurch wird es auf einfachste Weise möglich, die Betriebsspannung (U+) der Verzögerungsschaltung auf einfachste Weise nämlich durch das Einfügen der Zenerdiode (D3) auf einen oberen Wert zu stabilisieren. Der Kondensator (C2) stützt diese stabilisierte Spannung noch zusätzlich.

Die Zenerdiode (D3) schützt also den Zeitgeberbaustein (IC) vor Überspannungen, und zwar sowohl vor kurzzeitig erhöhten Spannungen des Bordnetzes, wie sie z. B. durch den Spannungsregelungsvorgang entstehen kann, als auch vor Hochspannungsimpulsen, wie sie z. B. die Zündanlage in das Bordnetz einstreuen kann. Üblicherweise wird man den Wert der stabilisierten Spannung nicht allzuweit entfernt vom Wert der Bordnetzspannung (UB) wählen, beispielsweise um die auftretenden Verlustleistungen gering zu halten, andererseits um eine gute Anpassung der Steuerspannungen an die Betriebsspannungen der Verzögerungsschaltung zu erreichen.

Sinkt nun aber die Bordnetzspannung (UB) unter die Zenerspannung der Zenerdiode (D3), so kann, bei direkter Versorgung des Zeitgeberbausteins mit der am ersten Widerstand (R2) abgegriffenen Spannung (U+), es bei einem Umschaltvorgang des Fensterkomparators zu einem instabilen Schaltzustand kommen, was die Betriebssicherheit der Verzögerungsschaltung vermindert.

Dieses instabile Schaltverhalten läßt sich erfindungsgemäß leicht durch das Einfügen des zweiten Widerstandes (R6) zwischen dem Spannungsanschluß (8) des Zeitgeberbausteins (IC) und dem ersten Widerstand (R2) vermeiden.

Dieses wird im folgenden anhand der Fig. 4 näher erläutert. Die Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung, wobei Teile der Innenbeschaltung des Zeitgeberbausteins (IC) und Teile der Außenbeschaltung dargestellt sind. Vom Zeitgeberbaustein (IC) ist insbesondere der Komparator (K1) sowie die aus drei gleich großen Widerständen (R) bestehende Spannungsteilerschaltung dargestellt. Zusätzlich im Vergleich zu Fig. 2 ist in der Fig. 4 die Spannungsversorgung des Komparators (K1) durch, zu den Spannungsversorgungsanschlüssen (1, 8) des Zeitgeberbausteins (IC) führende Zuleitungen dargestellt.

Von CMOS-Bausteinen ist bekannt, daß ihre Eingangsschaltkreise bei symmetrischer Ansteuerung einen erhöhten Eingangsstrom aufnehmen. Dieses gilt auch für die beiden im Zeitgeberbaustein (IC) vorhandenen Komparatoren (K1, K2). Für den in der Fig. 4 dargestellten Komparator (K1) wird die erhöhte Stromaufnahme im Umschaltzeitpunkt, das heißt, zu jenem Zeitpunkt, an dem die Spannungen am invertierenden Eingang (-) wie auch am nichtinvertierenden Eingang (+) des Komparatorschaltkreises (K1) gleich groß sind, hier ersatzweise durch die Stromaufnahme (ΔI) eines im Umschaltzeitpunkt durch einen symbolischen Schalter (Sx) zuschaltbaren Widerstand (Rx) dargestellt. Um das mögliche Auftreten eines instabilen Schaltzustandes sowie die Funktion des Widerstandes (R6) besser zu verstehen, stelle man sich den dargestellten Ausschnitt der Verzögerungsschaltung zunächst ohne diesen Widerstand (R6) vor (R6 = 0). Angenommen sei weiterhin, daß die Verzögerungsschaltung mit Unterspannung betrieben wird, das heißt, die Spannung (U+) liegt unterhalb der Zenerspannung der Zenerdiode (D3), so daß deren stabilisierende Wirkung nicht zum Tragen kommt.

An der aus drei gleich großen Widerständen (R) bestehenden Spannungsteileranordnung liegt die Spannung (U+) an. Am nichtinvertierenden Eingang (+) des Komparators (K1) liegt demzufolge eine Spannung von 2/3 U+. Angenommen, der Kondensator (C1) ist über die zum Türkontakt (TK) führende Steuerleitung (St1) gerade aufgeladen worden. Die Spannung am invertierenden Eingang (-) des Komparators (K1) ist somit deutlich negativer als am nichtinvertierenden Eingang (+). Wird der Kondensator (C1) nun über die Widerstände (R3, R5) entladen, so nähert sich die Spannung am invertierenden Eingang (-) von unten der Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+). In dem Moment, in dem beide Spannungen gleich groß sind, schaltet der Komparator (K1) um. Die erhöhte Stromaufnahme (ΔI) im Umschaltmoment kann man sich durch das Zuschalten eines zusätzlichen Widerstands (Rx) parallel zur Spannungsteileranordnung durch das Schließen des Schalters (Sx) verdeutlichen. Der Ersatzwiderstand des Zeitgeberbausteins (IC) wird also geringer. Dementsprechend steigt der Spannungsabfall am Widerstand (R2) um den Betrag ΔU=R2 _* ΔI, wobei ΔI die zusätzliche Stromaufnahme des Zeitgeberbausteins (IC) darstellt. Dementsprechend verringert sich die Spannung (U+), wodurch die Spannung am invertierenden Eingang (-) vom Komparator (K1) ebenfalls um ΔU+ = ΔU absinkt. Bedingt durch die aus drei Widerständen (R) bestehende Spannungsteileranordnung sinkt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) des Komparators (K1) nur um ΔU+ = 2/3 ΔU ab. Dies bedeutet, daß die Spannung am invertierenden Eingang (-) vom Komparator (K1), das sich ja von unten an die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) annähert, während des Umschaltens stärker abfällt, als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+). Die durch das Umschalten bewirkte Spannungsverschiebung bewirkt nun gerade, daß die Schaltschwelle des Komparators (K1) unterschritten wird. Der Komparator (K1), der gerade im Begriff war, umzuschalten, wird also den Umschaltvorgang abbrechen. Damit entfällt die erhöhte Stromaufnahme (ΔI) des Komparators (K1). An den Komparatoreingängen stellt sich die ursprüngliche Spannungsverteilung ein, die erneut ein Umschalten des Komparators (K1) bewirkt usw. Es stellt sich also ein instabiler Schaltzustand ein, der erst beendet wird, wenn die Spannung am Kondensator (C1) auf 2/3 UZ-ΔU abgesunken ist.

Der zweite Widerstand (R6), der erfindungsgemäß zwischen dem ersten Widerstand (R2) und dem Spannungsanschluß des Zeitgeberbausteins (IC) angeordnet ist, verhindert auf überraschend einfache Weise das Auftreten von solchen instabilen Schaltzuständen, die die Verlustleistung erhöht und die allgemeine Betriebssicherheit einer solchen Schaltung beeinträchtigen.

Durch die zusätzliche Stromaufnahme (ΔI) des Komparators (K1) während des Umschaltvorganges ändert sich die Spannung am invertierenden Eingang (-) um ΔU- = ΔI _* R2. Die Spannungsänderung (ΔU+) am nichtinvertierenden Eingang (+) des Komparators (K1) beträgt ΔU+ = 2/3 ΔI _* (R2+R6).

Für den eben diskutierten Spezialfall (R6 = 0) bedeutet dies, daß die Spannungsänderung am nichtinvertierenden Eingang ΔU+ = 2/3 ΔU- beträgt. Das langsamere Absinken der Spannung (ΔU+) am nichtinvertierenden Komparatoreingang (+) gegenüber der Spannungsänderung (ΔU-) am invertierenden Komparatoreingang (-) führt zu dem oben erwähnten verzögerten Umschalten des Komparators (K1).

Nach Einfügen des zweiten Widerstandes (R6) zwischen dem ersten Widerstand (R2) und dem Spannungsanschluß (8) des Zeitgeberbausteines (IC) kann die Spannungsänderung (ΔU+) am nichtinvertierenden Eingang (+) des Komparators (K1) über die Beziehung ΔU+ = 2/3 ΔI _* (R2+R6) durch entsprechende Dimensionierung des Widerstands (R6) so eingestellt werden, daß die Spannungsänderung (ΔU+) am nichtinvertierenden Eingang (+) größer wird als die Spannungsänderung (ΔU-) am invertierenden Eingang (-). Dieses führt wegen ΔU+ = 2/3 ΔI _* (R2+R6) und ΔU- = ΔI _* R2 auf die Bedingung: R6 <1/2 _* R2. Der Umschaltvorgang des Komparators (K1) stellt sich nun folgendermaßen dar:

Nähert sich die Spannung am invertierenden Eingang (-) des Komparators (K1) von kleineren Werten her der Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+), so erfolgt bei Gleichheit der Spannungen ein Umschalten des Komparators (K1). Durch die erhöhte Stromaufnahme des Komparators (K1) während des Umschaltvorganges, sinkt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) stärker ab als die Spannung am invertierenden Eingang (-). Dies bedeutet, daß die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) der Spannung am invertierenden Eingang (-) sogar entgegenläuft. Hierdurch wird nicht nur ein verzögertes Umschalten des Komparators (K1) vermieden, sondern der Umschaltvorgang sogar noch beschleunigt. Der Widerstand (R6) verhindert somit auf einfachste Weise das Auftreten von instabilen Schaltzuständen und erhöht die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung erheblich.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeigt die Fig. 1. Darin ist zwischen dem Massenpotential und dem Verbindungspunkt des ersten Widerstandes (R2) und des zweiten Widerstandes (R6) ein Kondensator (C2) geschaltet, welcher eine spannungsstabilisierende Funktion wahrnimmt. Während des Betriebs der Schaltung lädt sich der Kondensator (C2) auf die Betriebsspannung (UB) auf, so daß gilt U+ = UB. Durch das Speichervermögen des Kondensators C2 bleibt auch während des Umschaltvorganges des Komparators die Spannung U+ zunächst für eine Zeit konstant. Während dieser Zeit gilt ΔU+ = 2/3 ΔI _* R6 und ΔU- = 0.

Die Bedingung ΔU+ <ΔU- kann hier also bereits durch einen Widerstand R6 mit einem kleinen Widerstandswert erfüllt werden (R6 kann hier beispielsweise einen Widerstandswert in der Größenordnung von 100 Ohm besitzen).

Hierdurch kann vorteilhafterweise ein größerer Querstrom durch die drei wie die Spannungsteileranordnung bildenden Widerstände (R) fließen, wodurch die Betriebssicherheit der Schaltung weiter verbessert wird.

Des weiteren wird die Betriebssicherheit der in der Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung durch die in den mit dem Türkontakt (TK) bzw. dem Zündschloßschalter (ZS) verbundenen Steuerleitungen (ST1 und ST2) liegenden Verpolschutzdioden (D1, D2) erhöht. Diese Verpolschutzdiode (D1, D2) schirmen die Verzögerungsschaltung gegen eingestreute Störspannungen ab. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, an die zum Türkontakt (TK) führende Steuerleitung (ST1) einen Pull-up-Widerstand (R1) zu legen. Dieser Widerstand (R1) sorgt dafür, daß negative Störspannungen nicht über die Steuerleitung (ST1) den Ladezustand des Kondensators (C1) beeinflussen können, was z. B. ein unmotiviertes Einschalten der Lampe (L) bewirken könnte. Die Verpolschutzdioden (D1 und D2) sind hierbei als Zenerdiode ausgeführt, da diese einen besonders geringen Reststrom aufweisen, besonders unempfindlich gegen hohe Sperrspannungen sind und durch ihre relativ hohe Sperrschichtkapazität die Verzögerungsschaltung besonders gut gegen hochfrequente Störeinflüsse schützen kann.

Bezugszeichenliste
Verzögerungsschaltung

IC Zeitgeberbaustein
K1, K2 Komparatoren
N1, N2 Logikbausteine
R Spannungsteilerwiderstände
Tb Treiber
T Transistor
T1 Schaltverstärker
L Lampe (Verbraucher)
S Innenbeleuchtungsschalter (mit Schaltpositionen a, b, c)
ZS Zündschloßschalter
TK Türkontakt
B Bordnetzspannungsquelle
R1 Pull-up-Widerstand
R2 erster Widerstand
R6 zweiter Widerstand
R3, R4, R5 Widerstände
Rx Ersatzwiderstand des Komparators im Umschaltpunkt
Sx Symbolischer Schalter zu Rx (im Umschaltpunkt geschlossen)
C1, C2 Kondensator
D1, D2 Verpolschutzdioden
D3, D4 Zenerdioden
UB Bordnetzspannung
U+ Betriebsspannung der Verzögerungsschaltung
UZ Spannung an den Spannungsversorgungsanschlüssen des Zeitgeberbausteins
UK Komparator-Eingangsspannung
ΔU+ Spannungsänderung am nichtinvertierenden Komparatoreingang (K1) während des Umschaltvorgangs
ΔU- Spannungsänderung am invertierenden Eingang des Komparators (K1) beim Umschaltvorgang
ΔI zusätzliche Stromaufnahme des Komparators während des Umschaltvorganges
Y logisches Signal (vom Zeitgeberausgang 3)
1-8 Anschlüsse des Zeitgeberbausteins

Claims (7)

1. Verzögerungsschaltung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zeitgeberbaustein (IC), der mindestens zwei Komparatoren (K1, K2) und eine aus mindestens drei Widerständen (R) bestehende Spannungsteileranordnung enthält, bei welcher die äußeren Widerstände direkt mit den Spannungsversorgungsanschlüssen (1, 8) des Zeitgeberbausteins (IC) in Verbindung stehen und bei dem der nichtinvertierende Eingang (+) des ersten Komparators (K1) sowie der invertierende Eingang (-) des zweiten Komparators (K2) mit verschiedenen Punkten der Spannungsteileranordnung verbunden sind und bei dem den Ausgängen der Komparatoren (K1, K2) Logikbausteine (N1, N2) nachgeschaltet sind, welche die Ausgangsspannungen der Komparatoren (K1, K2) zu einem logischen Signal verknüpfen und bei dem mindestens einer der nicht mit der Spannungsteileranordnung verbundenen Eingänge (2, 6) der Komparatoren (K1, K2) mit mindestens einem zeitbestimmenden Bauelement (C1, R3) verschaltet ist, welches das zeitliche Verhalten des logischen Signals (Y) bestimmt, mit einem Schaltverstärker (T1), welcher in Abhängigkeit von dem Wert des logischen Signals (Y) einen Verbraucher (L) ansteuert, mit mindestens einer Steuerleitung (ST1, ST2) zur Aktivierung der Verzögerungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeberbaustein (IC) in CMOS-Technik hergestellt ist, daß ein an der Bordnetzspannung (UB) anliegender erster Widerstand (R2) die Verzögerungsschaltung mit Ausnahme des Schaltverstärker-/Verbraucherstromkreises (T1, L) mit Spannung (U+) versorgt, daß ein zweiter Widerstand (R6) zwischen einem Spannungsversorgungsanschluß (8) des Zeitgeberbausteins (IC) und dem ersten Widerstand (R2) liegt und daß ein Anschluß des zeitbestimmenden Elements (C1, R3) mit den gemeinsamen Anschlüssen des ersten Widerstands (R2) und des zweiten Widerstands (R6) verbunden ist.

2. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des ersten Widerstandes (R2) in der Größenordnung von einigen Kiloohm liegt.

3. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Massepotential und dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (R2) und dem zweiten Widerstand (R6) ein Kondensator (C2) geschaltet ist.

4. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des zweiten Widerstandes (R6) in der Größenordnung von 100 Ohm liegt.

5. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltverstärker (T1) ein MOS-Leistungstransistor ist.

6. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Steuerleitung (ST1, ST2) eine Verpolschutzdiode (D1, D2) eingefügt ist.

7. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpolschutzdiode (D1, D2) eine Zenerdiode ist.