WO2000042688A1 - Schaltungsanordnung zum schutz gegen spannungsverpolung - Google Patents
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- H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
- H01H2039/008—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current using the switch for a battery cutoff
Definitions
- the present invention relates to a circuit arrangement for protecting electrical devices in a vehicle against polarity reversal of the supply voltage, an electrically controllable switch being provided which receives a control current which opens it when the polarity of the supply voltage occurs.
- Reversing the polarity of the vehicle battery or installing a replacement battery with reversed pole assignment can significantly damage one or more electronic systems in the vehicle.
- an OS FET transistor is provided to protect circuits in a vehicle from being destroyed by reversing the polarity of the supply voltage.
- Such reverse polarity protection is not suitable for electronic systems in the vehicle that require very high working currents (up to 100 amperes), such as. B. an electric power steering or an electric motor brake etc.
- the invention has for its object to provide a circuit arrangement of the type mentioned, whose circuitry is as low as possible and which protects electrical devices in the vehicle against reverse polarity of the supply voltage with the highest possible reliability.
- a cut-off fuse is provided with a pyrotechnic ignition element which is activated by a control current flowing when the supply voltage is reversed in polarity.
- a pyrotechnic switch-off fuse has an extremely short response time of less than 0.5 ms, so that one or more of the
- the ignition element of the cut-off fuse is expediently in a circuit connected to the supply voltage, in which circuit means are provided which open or close the circuit depending on the polarity of the supply voltage present.
- circuit means can consist, for example, of a diode or a transistor.
- a pyrotechnic cut-off fuse is available as a battery disconnector, which in the case of a Vehicle crashes is activated, this can also be used as reverse polarity protection.
- FIG. 2 shows a circuit of a voltage
- Reverse polarity protection circuit which also serves as a battery disconnector in the event of a vehicle crash and
- Figure 3 shows a circuit of a voltage polarity reversal protection circuit with an adaptation of the control current for a pyrotechnic shutdown fuse.
- the switching block 1 symbolizes one or more electrical devices present in a vehicle, preferably those that require high working currents (up to about 100 amperes), such as. B. an electric power steering or an electric motor-operated brake.
- These electrical devices 1 receive their DC supply voltage from a vehicle battery 2.
- Electrical circuits in the vehicle are usually on a fixed polarity of the DC supply voltage. A polarity reversal of the supply voltage would thus lead to the destruction of the electrical circuits. Therefore, it must be ensured that the supply voltage, if it is e.g. B. when installing a battery, the pole connections are interchanged, disconnected as quickly as possible from the electrical devices.
- a pyrotechnic cut-off fuse 4 is inserted in line 3 to the positive pole of battery 2.
- Pyrotechnic cut-out fuses are known per se from EPAS data sheets 1994 from Dynamit Nobel. Such pyrotechnic cut-off fuses essentially consist of a switch 5 and a pyrotechnic ignition element 6 that can be activated by a control current. If a control current flows through the ignition element 6, it ignites within a very short reaction time of less than 0.5 ms and breaks it up in the Line 3 lying switch 5 on.
- a control current should only flow through the ignition element 6 if the connections of the battery 2 are reversed. Otherwise a current flow through the ignition element 6 must be excluded.
- the ignition element 6 is connected to the supply voltage of the
- the series circuit comprising a resistor 7 and a diode 8 is located in this circuit.
- the diode 8 is polarized in such a way that it is only switched in the direction of flow when the positive and negative poles of the battery 2 have been interchanged. With normal polarity of the battery 2, the diode 8 is switched in the reverse direction. This ensures that a control current which activates the ignition element 6 only flows in the circuit in which the ignition element 6 is located if the battery 2 is reversed.
- a transistor 81 or, as shown in FIG. 1b a transistor 81 operated as a constant current source can also be inserted into the circuit of the ignition element 6, as shown in FIG.
- Field-effect transistor 83 can be connected with resistor 82, which switches through when the battery 2 is reversed and activates the ignition element 6.
- Control unit 9 feeds the control current for the ignition element 6 behind the diode 8 into the circuit for the ignition element 6.
- the control circuit 14 receives the information for the activation of the ignition element 6 from the current flowing through the polarity reversal protection diode 13, here in the form of the voltage drop across the resistor 12.
- the control circuit 14 is a transistor, as shown in FIG.
- an extended circuit is also possible, which contains, for example, an amplifier or a comparator for finer adjustment of the current response value in the event of reverse polarity.
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Abstract
Eine mit wenig Aufwand realisierbare und auf einer Spannungsverpolung zuverlässig reagierende Schaltvorrichtung besteht aus einer Abschalt-Sicherung (4) mit einem pyrotechnischen Zündelement (6), das durch einen Steuerstrom aktiviert wird, wenn es zu einer Verpolung der Versorgungsspannung (2) kommt.
Description
Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Spannungsverpolung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz von elektrischen Einrichtungen in einem Fahrzeug gegen Verpolung der VersorgungsSpannung, wobei ein elektrisch steuerbarer Schalter vorgesehen ist, der einen ihn öffnenden Steuerstrom erhält, wenn es zu einer Verpolung der Versorgungsspannung kommt.
Durch Verpolung der Fahrzeugbatterie oder Einbau einer Ersatzbatterie mit vertauschter Polbelegung können ein oder mehrere elektronische Systeme im Fahrzeug erheblich beschädigt werden. Gemäß der DE 196 09 219 AI ist zum Schutz von Schaltungen in einem Fahrzeug vor Zerstörung durch Verpolung der Versorgungsspannung ein OS-FET-Transistor vorgesehen. Ein derartiger Verpolschutz ist nicht geeignet für elektronische Systeme im Fahrzeug, die sehr hohe Arbeitsströme (bis zu 100 Ampere) benötigen, wie z. B. eine elektrische Servolenkung oder eine elektromotorische Bremse etc .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben,
deren Schaltungsaufwand möglichst gering ist und die mit einer möglichst hohen Zuverlässigkeit elektrische Einrichtungen im Fahrzeug gegen Verpolung der Versorgungsspannung schützt.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß eine Abschalt-Sicherung mit einem pyrotechnischen Zündelement vorgesehen ist, das durch einen bei Verpolung der Versorgungsspannung fließenden Steuerstrom aktiviert wird. Eine solche pyrotechnische Abschalt- Sicherung hat eine extrem kurze Reaktionszeit von weniger als 0 , 5 ms , so daß sich bei ein oder mehreren von der
VersorgungsSpannung gespeisten elektrischen Einrichtungen eine Spannungsverpolung erst gar nicht auswirken kann. Nach einer Spannungsverpolung bleiben alle elektrischen Einrichtungen funktionsfähig und es braucht nur die relativ kostengünstige pyrotechnische Abschalt-Sicherung ersetzt zu werde .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das Zündelement der Abschalt-Sicherung liegt zweckmäßigerweise in einem an die VersorgungsSpannung angeschlossenen Stromkreis, in dem Schaltungsmittel vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von der Polung der anliegenden Versorgungsspannung den Stromkreis öffnen oder schließen. Diese Schaltungsmittel können beispielsweise aus einer Diode oder einem Transistor bestehen.
Sofern eine pyrotechnische Abschalt-Sicherung als Batterietrennschalter vorhanden ist, der im Falle eines
Fahrzeugcrashes aktiviert wird, kann diese ebenso als Verpolschutz eingesetzt werden.
Zeichnung
Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schaltung einer Spannungs- Verpolschutzschaltung,
Figuren la und lb zwei als Alternative zu einer Diode verwendbare Transistorschaltungen,
Figur 2 eine Schaltung einer Spannungs-
Verpolschutzschaltung, die auch als Batterie-Trennschalter im Falle eines Fahrzeugcrashes dient und
Figur 3 eine Schaltung einer Spannungs-Verpolschutzschaltung mit einer Anpassung des Steuerstroms für eine pyrotechnische Abschalt-Sicherung .
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In der Figur 1 symbolisiert der Schaltblock 1 ein oder mehrere in einem Fahrzeug vorhandene elektrische Einrichtungen, vorzugsweise solche, die hohe Arbeitsströme (bis ca. 100 Ampere) benötigen wie z. B. eine elektrische Servolenkung oder eine elektromotorisch betriebene Bremse. Diese elektrischen Einrichtungen 1 erhalten ihre Versorgungsgleichspannung von einer Fahrzeugbatterie 2. Elektrische Schaltungen im Fahrzeug sind in der Regel auf
eine feste Polung der Versorgungsgleichspannung ausgelegt. Eine Verpolung der VersorgungsSpannung würde also zu einer Zerstörung der elektrischen Schaltungen führen. Deshalb muß dafür gesorgt werden, daß die VersorgungsSpannung, wenn es z. B. beim Einbau einer Batterie zu einer Vertauschung der Polanschlüsse kommt, möglichst schnell von den elektrischen Einrichtungen abgetrennt wird. Zu diesem Zweck ist in die Leitung 3 zum Pluspol der Batterie 2 eine pyrotechnische Abschalt-Sicherung 4 eingefügt.
Pyrotechnische Abschalt-Sicherungen sind an sich bekannt aus Datenblättern EPAS von 1994 der Firma Dynamit Nobel. Solche pyrotechnischen Abschalt-Sicherungen bestehen im wesentlichen aus einem Schalter 5 und einem durch einen Steuerstrom aktivierbaren pyrotechnischen Zündelement 6. Fließt ein Steuerstrom durch das Zündelement 6, so zündet dieses innerhalb einer sehr kurzen Reaktionszeit von weniger als 0 , 5 ms und sprengt den in der Leitung 3 liegenden Schalter 5 auf.
Ein Steuerstrom soll nur dann durch das Zündelement 6 fließen, wenn es zu einer Verpolung der Anschlüsse der Batterie 2 kommt . Ansonsten muß ein Stromfluß durch das Zündelement 6 ausgeschlossen sein. Das Zündelement 6 liegt zu diesem Zweck in einem an die VersorgungsSpannung der
Batterie 2 angeschlossenen Stromkreis. In diesem Stromkreis befindet sich die Reihenschaltung aus einem Widerstand 7 und einer Diode 8. Die Diode 8 ist so gepolt, daß sie nur, wenn der Plus- und der Minuspol der Batterie 2 gegeneinander vertauscht worden sind, in Durchflußrichtung geschaltet ist. Bei normaler Polung der Batterie 2 ist die Diode 8 in Sperr- Richtung geschaltet. Somit ist gewährleistet, daß in dem Stromkreis, in dem das Zündelement 6 liegt, nur bei einer Verpolung der Batterie 2 ein Steuerstrom fließt, der das Zündelement 6 aktiviert.
Anstelle der Reihenschaltung aus dem Widerstand 7 und der Diode 8 kann in den Stromkreis des Zündelements 6 auch, wie in Figur la dargestellt, ein Transistor 81 oder, wie Figur lb zeigt, ein als Konstantstromquelle betriebener
Feldeffekttransistor 83 mit Widerstand 82 geschaltet sein, der bei Verpolung der Batterie 2 durchschaltet und das Zündelement 6 aktiviert.
In Fahrzeugen, die mit Airbagsystemen ausgestattet sind, gibt es heute bereits Batterie-Trennschalter, die im Falle eines Fahrzeugcrashes die Batterie vom daran angeschlossenen Kabelbaum abtrennen. Als Batterie-Trennschalter werden auch pyrotechnische Abschalt-Sicherungen der oben beschriebenen Art verwendet. Es kann daher zweckmäßigerweise sowohl für den Verpolschutz als auch für die Batterieabtrennung im Falle eines Fahrzeugcrashes dieselbe pyrotechnische Abschalt-Sicherung verwendet werden. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, erhält bei einem Fahrzeugcrash das Zündelement 6 der Abschalt-Sicherung 4 aus einem Steuergerät 9 ein Steuersignal, wenn ein an das Steuergerät 9 angeschlossener Crashsensor (z. B. Beschleunigungssensor) 10 einen Fahrzeugcrash signalisiert. Das Steuergerät 9 sendet dann ein Auslösesignal an ein oder mehrere daran angeschlossene Rückhaltevorrichtungen 11 aus. Das
Steuergerät 9 speist den Steuerstrom für das Zündelement 6 hinter der Diode 8 in den Stromkreis für das Zündelement 6 ein.
Es ist ein Anwendungsfall vorstellbar, bei dem bei Verpolung der Batterie 2 der Steuerstrom für die Zündung des Zündelements 6 nicht ausreicht, weil die verfügbare Spannung für die Auslösung des Zündelements 6 durch eine Verpolschutzdiode 13, wie in Figur 3 dargestellt, auf z. B. IV begrenzt wird, m die elektronischen Steuergräte vor hoher
VerpolSpannung zu schützen. Dazu ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 12 und einer Verpolschutzdiode 13 parallel zur Batterie 2 geschaltet. Durch eine Ansteuerschaltung 14 wird die Ansteuerspannung für das Zündelement 6 entsprechend hochgesetzt, so daß ein ausreichend großer Steuerstrom für das Zündelement 6 bereitgestellt wird. Die Information für die Aktivierung des Zündelements 6 erhält die Ansteuerschaltung 14 aus dem Strom, der durch die Verpolschutzdiode 13 fließt, hier in Form des Spannungsabfalls an dem Widerstand 12. Im einfachsten Fall ist die Ansteuerschaltung 14 ein Transistor, wie in der Figur 3 dargestellt. Es ist aber auch eine erweiterte Schaltung möglich, die beispielsweise einen Verstärker oder einen Komparator zur feineren Einstellung das Strom-Ansprechwertes bei Verpolung enthält .
Claims
1. Schaltungsanordnung zum Schutz von elektrischen Einrichtungen in einem Fahrzeug gegen Verpolung der Versorgungsspannung, wobei ein elektrisch steuerbarer Schalter (4) vorgesehen ist, der einen ihn öffnenden
Steuerstrom erhält, wenn es zu einer Verpolung der VersorgungsSpannung (2) kommt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) eine Abschalt-Sicherung mit einem durch den Steuerstrom aktivierbaren pyrotechnischen Zündelement (6) ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündelement (6) in einem an die VersorgungsSpannung (2) angeschlossenen Stromkreis liegt, in dem Schaltungsmittel (7, 8, 81, 83) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von der Polung der anliegenden Versorgungsspannung (2) den Stromkreis öffnen oder schließen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel eine Diode (8) oder einen Transistor (81, 83 ) aufweisen.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Abschalt-Sicherung (4) auch als Batterie-Trennschalter dient, der im Falle eines Fahrzeugcrashes aktiviert wird.
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