WO2002033800A1 - Circuit arrangement for driving a load - Google Patents

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WO2002033800A1
WO2002033800A1 PCT/DE2001/002386 DE0102386W WO0233800A1 WO 2002033800 A1 WO2002033800 A1 WO 2002033800A1 DE 0102386 W DE0102386 W DE 0102386W WO 0233800 A1 WO0233800 A1 WO 0233800A1
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protection
circuit arrangement
arrangement according
semiconductor
output stage
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PCT/DE2001/002386
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Inventor
Stefan Koch
Robert Kern
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection
    • H02H11/003—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection using a field effect transistor as protecting element in one of the supply lines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/044—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using a semiconductor device to sense the temperature

Definitions

  • the invention is based on a circuit arrangement for operating a load according to the type of the independent claim.
  • the overtemperature protection reduces the control voltage of the field-effect transistor, which reacts to this measure by reducing the drain current, if an overtemperature occurs, which is detected by an integrated temperature sensor. If the overload situation is not within the field effect transistor is switched off completely.
  • the overtemperature protection requires an operating current which is to be provided by the control signal of the field effect transistor. The operating current is below the limit temperature.
  • the invention has for its object to provide a circuit arrangement for operating a load, which enables both overtemperature protection and protection against polarity reversal with inexpensive means.
  • a semiconductor component with integrated overtemperature protection is provided instead of the conventional field effect transistor previously used as reverse polarity protection.
  • This measure makes it possible to use the output stage semiconductors used to operate the load as semiconductors without integrated protection circuits. Protection against temperature is removed from the output stage semiconductors and incorporated into the reverse polarity protection semiconductor.
  • the cost saving has an effect in particular if there are several output stage semiconductors which can be protected against temperature with a polarity reversal protection semiconductor.
  • the on-state resistance of the reverse polarity protection provided according to the invention is higher than that of a conventional reverse polarity protection semiconductor.
  • Semiconductors with integrated overtemperature protection are of no importance, since only a shift from the output stage semiconductors to the polarity reversal protection semiconductor occurs.
  • An advantageous embodiment of the reverse polarity protection semiconductor provides that a field effect transistor with integrated overtemperature protection (TEMPFET) is provided.
  • TEMPFET field effect transistor with integrated overtemperature protection
  • TEMPFET is an n-channel TEMPFET, which is arranged in a negative line of the circuit arrangement.
  • the advantage is a lower forward resistance compared to a p-
  • Channel TEMPFET which is due to the manufacturing technology and is essentially related to the ion mobility.
  • control input of the polarity reversal protection semiconductor is connected to a current source. Due to the difference in the input current of the polarity reversal protection semiconductor when the overtemperature protection is activated and not addressed, the current source enables the respective state to be detected by a simple voltage measurement at the control input of the polarity reversal protection semiconductor.
  • the current source can be designed as an ohmic resistor.
  • the one at the control input of the reverse polarity protection semiconductor. occurring voltage can be compared in a comparator with a predetermined threshold value, so that the output signal of the comparator indicates as a digital signal an overtemperature condition of the reverse polarity protection semiconductor.
  • the figure shows a load 10 which is arranged in the diagonal 11 of a bridge circuit 12.
  • the bridge circuit 12 lies between a plus line 13 and a minus line 1.
  • the plus line 13 leads to a plus terminal 15 and the minus line 14 to a minus terminal 16.
  • the bridge circuit 12 contains output stage semiconductors 18-21, which each have parasitic diodes 22-25.
  • Power stage semiconductors 18-21 are controlled by a control circuit 26 with control signals 27-30.
  • the control circuit 26 determines the control signals 27-30 as a function of an input signal 31.
  • a reverse polarity protection 32 which contains a current source 33 and a reverse polarity protection semiconductor 34.
  • the reverse polarity protection semiconductor 34 contains an integrated overtemperature protection 35 and a parasitic diode 36.
  • the current source 33 is connected to the control connection 37 of the polarity reversal protection semiconductor 34.
  • a comparator 38 is also connected there, which outputs a switch-off signal 39 to the control circuit 26.
  • the comparator 38 equals the voltage at the control connection 37 with the voltage at the negative line 14.
  • the circuit arrangement according to the invention for operating a load 10 works as follows:
  • the output stage semiconductors 18-21 are arranged in the bridge circuit 12, in the diagonal 11 of which the load 10 lies.
  • the load 10 can be connected between the plus line 13 and the minus line 14 depending on the control signals 27-30.
  • Field-effect transistors are provided as output stage semiconductors 18-21, for example, which contain parasitic diodes 22-25 due to their internal structure. In the event of a defect in the load 10, for example a short circuit, an overcurrent can occur in two of the output stage semiconductors 18-21, which after a short time can lead to thermal destruction of the output stage semiconductors 18-21 concerned.
  • Power stage semiconductors 18-21 are available on the market with an integrated protection circuit which, in addition to current limitation and overvoltage protection, in particular contain integrated overtemperature protection.
  • the field-effect transistors designed as output stage semiconductors 18-21 with an integrated protective circuit do not offer any protection against polarity reversal due to their parasitic diodes 22-25. Exchanging the positive terminal 15 with the negative terminal 16 on the Energy source 17 would bring the parasitic diodes 22-25 into the conductive state, which cannot be removed even by an integrated protective circuit. Protection against reverse polarity is therefore only possible with an additional reverse polarity contactor 32.
  • the reverse polarity protection semiconductor 34 is arranged, for example, in the negative line 14.
  • a field effect transistor is preferably used, which can be implemented as an n-channel field effect transistor when arranged in the negative line 14.
  • a positive voltage on the positive line 13 is available for switching through the polarity reversal protection semiconductor 34.
  • the current source 33 is provided, which connects the positive line 13 to the control connection 37 of the polarity reversal protection semiconductor 34.
  • the reverse polarity protection semiconductor 34 contains an integrated overtemperature protection 35. With this measure, the reverse polarity protection semiconductor 34 takes over protection against reverse polarity as well as protection against overtemperature.
  • the output stage semiconductors 18-21 can therefore do without integrated overtemperature protection. Cost savings result in particular if there are a number of output stage semiconductors 18-21 which can be protected against excess temperature with a single reverse polarity protection semiconductor 34 against excess temperature.
  • the increased costs of a reverse polarity protection semiconductor 34 with an integrated overtemperature protection 35 and the higher forward resistance in the conductive state of the reverse polarity protection semiconductor 34 with an integrated overtemperature protection 35 compared to a reverse polarity protection semiconductor without the integrated overtemperature protection 35 occur only once and can with regard to the increased forward resistance comparable design can be taken into account by appropriate circuit design.
  • the integrated overtemperature protection 35 requires an operating current in the switched-on state, which is provided by the current source 33.
  • the current source 33 can be implemented as an ohmic resistor.
  • TEMPFET field effect transistors on the market with integrated overtemperature protection 35, which are suitable as polarity reversal protection semiconductors 34, are referred to as TEMPFET, MITFET or OMNIFET, for example.
  • the TEMPFET 34 requires at temperatures below that of the integrated circuit
  • Overtemperature protection 35 specified limit temperature an operating current, which is for example in the ⁇ A range. If, on the other hand, the limit temperature is exceeded by the integrated overtemperature protection 35, this state can be signaled to the outside by the TEMPFET by the integrated overtemperature protection 35 becoming low-resistance, which leads to an increased current flow at the control connection 37. The increased current can be in the mA range.
  • a voltage is provided on the basis of the current source 33, which the comparator 38 evaluates. The switching threshold of the comparator 38 is to be matched to the expected changes in voltage.
  • the comparator compares the voltage at the control connection 37 with the voltage at the negative line 14, to which the source of the TEMPFET is connected.
  • the comparator 38 can also be implemented, for example, as a transistor, the threshold voltage being determined by the base-emitter voltage for switching on the transistor. Adaptation is easily possible using ohmic resistors. A particularly simple implementation is obtained when using a pnp transistor whose emitter is connected to the positive line 13.
  • the switch-off signal 39 of the comparator 38 is supplied to the control circuit 26 in the exemplary embodiment shown.
  • the control circuit 26 sets the control signals 27-30 at values at which the output stage semiconductors 18 independently of their input signal 31, with which the control signals 27-30 of the output stage semiconductors 18-21 are defined per se - 21 are switched off.
  • the switch-off signal 39 can also be used directly to influence the control signals 27-30 instead of the intervention within the control circuit 26.
  • a possible realization can be provided by short-circuiting the control signals 27-30 against the negative line 14 by means of switching transistors.
  • the parasitic diode 36 contained in the TEMPFET 34 does not interfere with the reverse polarity protection effect. If the positive terminal 15 and the negative terminal 16 are connected to the energy source 17 with a polarity reversal, the parasitic diode 36 blocks. In the case of a connection with the correct polarity, the parasitic diode 36 conducts and enables the load 10 to be started up. With a connection with the correct polarity, the parasitic diode 36 is bridged by a complete switching of the TEMPFET's 34, which in the switched-on state has a considerably lower forward resistance than the parasitic one Has diode 36.

Abstract

A circuit arrangement for driving a load (10) is disclosed, comprising at least one power transistor (18 - 21) and a polarisation reversal protector (32). The polarisation reversal protector (32) has a polarisation reversal protection transistor (34) with an integrated thermal protection (35).

Description

Schaltungsanordnung zum Betreiben einer LastCircuit arrangement for operating a load
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Be- treiben einer Last nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus dem Fachzeitschriftenbeitrag von H. Hertrich und K. Reinmuth: „All-round protection with smart HITFETs" , Siemens-Components XXX (1995) No . 3, S.l bis S. 3 sind als Endstufen-Halbleiter eingesetzte Feldeffekttransistoren be- kannt geworden, die eine integrierte Schutzschaltung aufweisen, welche insbesondere einen Ubertemperaturschutz beinhaltet . Der Ubertemperaturschutz reduziert bei einer auf etretenen Übertemperatur, die ein integrierter Temperatursensor erfaßt, die Ansteuerspannung des Feldeffekttransistors, der auf diese Maßnahme mit einer Reduzierung des Drain-Stroms reagiert . Wird die Überlastsituation nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters beendet, dann wird der Feldeffekttransistor vollständig abgeschaltet . Der Ubertemperaturschutz benötigt einen Betriebsstrom, der vom Steuersignal des Feldeffekttransistors bereitzustellen ist. Der Betriebsstrom unterhalb der Grenztemperatur ist gering. Beim Überschreiten der Grenztemperatur steigt der Strom erheblich an. Der Stromanstieg kann ausgenutzt werden zum Detektieren des Übertemperaturzustands . Endstufenschaltungen, die Feldeffekttransistor enthalten, können bei einem Vertauschen der Stromversorgungsleitungen aufgrund der in den Feldeffekttransistoren enthaltenen parasitären Dioden die Energiequelle kurzschliessen. Bei ent- sprechend leistungsfähiger Energiequelle wie beispielsweise einer Autobatterie führt das Verpolen in kurzer Zeit zu einem thermischen Ausfall der Feldeffekttransistoren. Ein Ver- polschutz, wie er beispielsweise aus der DE-A 39 24 499 bekannt geworden ist, vermag die Endstufen-Halbleiter wirksam vor einer Verpolung zu schützen.The invention is based on a circuit arrangement for operating a load according to the type of the independent claim. From the journal article by H. Hertrich and K. Reinmuth: "All-round protection with smart HITFETs", Siemens-Components XXX (1995) No. 3, Sl to S. 3, field-effect transistors used as output stage semiconductors are known, The overtemperature protection reduces the control voltage of the field-effect transistor, which reacts to this measure by reducing the drain current, if an overtemperature occurs, which is detected by an integrated temperature sensor. If the overload situation is not within the field effect transistor is switched off completely. The overtemperature protection requires an operating current which is to be provided by the control signal of the field effect transistor. The operating current is below the limit temperature. When the limit temperature is exceeded, the current increases considerably a n. The current rise can be used to detect the overtemperature condition. Power amplifier circuits containing field effect transistors can short-circuit the energy source if the power supply lines are interchanged due to the parasitic diodes contained in the field effect transistors. With a correspondingly powerful energy source, such as a car battery, polarity reversal quickly leads to a thermal failure of the field effect transistors. Reverse polarity protection, as has become known, for example, from DE-A 39 24 499, can effectively protect the output stage semiconductors against reverse polarity.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Last anzugeben, die sowohl einen Ubertemperaturschutz als auch einen Schutz gegen Verpolen mit preiswerten Mitteln ermöglicht .The invention has for its object to provide a circuit arrangement for operating a load, which enables both overtemperature protection and protection against polarity reversal with inexpensive means.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst .The object is achieved by the features specified in the independent claim.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass anstelle des bisher als Verpolschutz verwendeten herkömmlichen Feldeffekttransistors ein Halbleiterbauelement mit integriertem Übertempera- turschutz vorgesehen ist. Mit dieser Maßnahme wird es möglich, die zum Betreiben der Last verwendeten Endstufen- Halbleiter als Halbleiter ohne integrierte SchutzSchaltungen zu verwenden. Der Schutz gegenüber Temperatur wird aus den Endstufen-Halbleitern herausgenommen und in den Halbleiter des Verpolschutzes aufgenommen. Die Kostenersparnis wirkt sich insbesondere aus, wenn mehrere Endstufen-Halbleiter vorhanden sind, die mit einem Verpolschutz-Halbleiter gegenüber Temperatur geschützt werden können. Der gegenüber einem herkömmlichen Verpolschutz-Halbleiter erhöhte Durchlaßwider- stand des erfindungsgemäß vorgesehenen Verpolschutz- Halbleiters mit integriertem Ubertemperaturschutz fällt nicht ins Gewicht, da nur eine Verlagerung von den Endstufen-Halbleitern in den Verpolschutz-Halbleiter auftritt.According to the invention it is provided that instead of the conventional field effect transistor previously used as reverse polarity protection, a semiconductor component with integrated overtemperature protection is provided. This measure makes it possible to use the output stage semiconductors used to operate the load as semiconductors without integrated protection circuits. Protection against temperature is removed from the output stage semiconductors and incorporated into the reverse polarity protection semiconductor. The cost saving has an effect in particular if there are several output stage semiconductors which can be protected against temperature with a polarity reversal protection semiconductor. The on-state resistance of the reverse polarity protection provided according to the invention is higher than that of a conventional reverse polarity protection semiconductor. Semiconductors with integrated overtemperature protection are of no importance, since only a shift from the output stage semiconductors to the polarity reversal protection semiconductor occurs.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.Further advantageous developments and refinements result from dependent claims.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verpolschutz-Halbleiters sieht vor, dass ein Feldeffekttransistor mit integriertem Ubertemperaturschutz (TEMPFET) vorgesehen ist.An advantageous embodiment of the reverse polarity protection semiconductor provides that a field effect transistor with integrated overtemperature protection (TEMPFET) is provided.
Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung sieht vor, das der TEMPFET ein n-Kanal-TEMPFET ist, der in einer Minusleitung der Schaltungsanordnung angeordnet ist . Der Vorteil liegt in einem geringeren Durchlasswiderstand gegenüber einem p-An advantageous further embodiment provides that the TEMPFET is an n-channel TEMPFET, which is arranged in a negative line of the circuit arrangement. The advantage is a lower forward resistance compared to a p-
Kanal-TEMPFET, der von der Herstellungstechnik bedingt ist und im wesentlichen mit der Ionenbeweglichkeit zusammenhängt .Channel TEMPFET, which is due to the manufacturing technology and is essentially related to the ion mobility.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Steuereingang des Verpolschutz-Halbleiters mit einer Stromquelle verbunden ist. Aufgrund des Unterschieds des EingangsStroms des Verpolschutz-Halbleiters bei angesprochenem und bei nicht angesprochenem Ubertemperaturschutz ermöglicht die Stromquelle eine Detektion des jeweiligen Zustands durch eine einfache Spannungsmessung am Steuereingang des Verpolschutz-Halbleiters. Die Stromquelle kann im einfachsten Fall als ohmscher Widerstand ausgebildet sein.An advantageous embodiment provides that the control input of the polarity reversal protection semiconductor is connected to a current source. Due to the difference in the input current of the polarity reversal protection semiconductor when the overtemperature protection is activated and not addressed, the current source enables the respective state to be detected by a simple voltage measurement at the control input of the polarity reversal protection semiconductor. In the simplest case, the current source can be designed as an ohmic resistor.
Die am Steuereingang des Verpolschutz-Halbleiters. auftretende Spannung kann in einem Komperator mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden, so dass das Ausgangssignal des Komperators als digitales Signal einen Übertemperaturzu- stand des Verpolschutz-Halbleiters anzeigt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Last ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.The one at the control input of the reverse polarity protection semiconductor. occurring voltage can be compared in a comparator with a predetermined threshold value, so that the output signal of the comparator indicates as a digital signal an overtemperature condition of the reverse polarity protection semiconductor. Further advantageous refinements of the circuit arrangement according to the invention for operating a load result from further dependent claims and from the following description.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Last ist in der Figur gezeigt .An embodiment of a circuit arrangement according to the invention for operating a load is shown in the figure.
Die Figur zeigt eine Last 10, die in der Diagonale 11 einer Brückenschaltung 12 angeordnet ist. Die Brückenschaltung 12 liegt zwischen einer Plusleitung 13 und einer Minusleitung 1 . Die Plusleitung 13 führt zu einer Plusklemme 15 und die Minusleitung 14 zu einer Minusklemme 16. An der PlusklemmeThe figure shows a load 10 which is arranged in the diagonal 11 of a bridge circuit 12. The bridge circuit 12 lies between a plus line 13 and a minus line 1. The plus line 13 leads to a plus terminal 15 and the minus line 14 to a minus terminal 16. At the plus terminal
15 und an der Minusklemme 16 ist eine Energiequelle 17 angeschlossen.15 and an energy source 17 is connected to the negative terminal 16.
Die Brückenschaltung 12 enthält Endstufen-Halbleiter 18 - 21, die jeweils parasitäre Dioden 22 - 25 aufweisen. DieThe bridge circuit 12 contains output stage semiconductors 18-21, which each have parasitic diodes 22-25. The
Endstufen-Halbleiter 18 - 21 werden von einer Ansteuerschaltung 26 mit Steuersignalen 27 - 30 angesteuert. Die Ansteuerschaltung 26 legt die Steuersignale 27 - 30 in Abhängigkeit von einem Eingangssignal 31 fest.Power stage semiconductors 18-21 are controlled by a control circuit 26 with control signals 27-30. The control circuit 26 determines the control signals 27-30 as a function of an input signal 31.
Vorgesehen ist ein Verpolschutz 32, der eine Stromquelle 33 sowie einen Verpolschutz-Halbleiter 34 enthält. Der Verpolschutz-Halbleiter 34 enthält einen integrierten Ubertemperaturschutz 35 sowie eine parasitäre Diode 36.A reverse polarity protection 32 is provided, which contains a current source 33 and a reverse polarity protection semiconductor 34. The reverse polarity protection semiconductor 34 contains an integrated overtemperature protection 35 and a parasitic diode 36.
Die Stromquelle 33 ist am Steueranschluß 37 des Verpolschutz-Halbleiters 34 angeschlossen. Dort ebenfalls angeschlossen ist ein Komparator 38, der ein Abschaltsignal 39 an die Ansteuerschaltung 26 abgibt. Der Komparator 38 ver- gleicht die Spannung am Steueranschluß 37 mit der Spannung an der Minusleitung 14.The current source 33 is connected to the control connection 37 of the polarity reversal protection semiconductor 34. A comparator 38 is also connected there, which outputs a switch-off signal 39 to the control circuit 26. The comparator 38 equals the voltage at the control connection 37 with the voltage at the negative line 14.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Last 10 arbeitet folgendermaßen:The circuit arrangement according to the invention for operating a load 10 works as follows:
Die Endstufen-Halbleiter 18 - 21 sind in der Brückenschaltung 12 angeordnet, in deren Diagonale 11 die Last 10 liegt. Die Last 10 kann in Abhängigkeit von den Steuersignalen 27 - 30 zwischen die Plusleitung 13 und die Minusleitung 14 geschaltet werden. Als Endstufen-Halbleiter 18 - 21 sind beispielsweise Feldeffekttransistoren vorgesehen, die von ihrem inneren Aufbau bedingt parasitäre Dioden 22 - 25 enthalten. Bei einem Defekt in der Last 10, beispielsweise einem Kurz- Schluß, kann in jeweils zwei der Endstufen-Halbleiter 18 - 21 ein Überstrom auftreten, der nach kurzer Zeit zu einem thermischen Zerstören der betroffenen Endstufen-Halbleiter 18 - 21 führen kann. Auf dem Markt erhältlich sind Endstufen-Halbleiter 18 - 21 mit einer integrierten Schutzschal- tung, die neben einer Strombegrenzung und einem Überspannungsschutz insbesondere einen integrierten Ubertemperaturschutz enthalten. Bei der im Ausführungsbeispiel gezeigten Brückenschaltung 12 müßten zumindest zwei Endstufen- Halbleiter 18 - 21 mit der integrierten Schutzschaltung aus- gestattet sein, um einen Schutz gegen Übertemperatur zu gewährleisten. Nachteilig sind die erhöhten Kosten derartiger Halbleiterbauelemente gegenüber solchen Endstufen- Halbleitern 18 - 21, die die integrierte Schutzschaltung nicht enthalten.The output stage semiconductors 18-21 are arranged in the bridge circuit 12, in the diagonal 11 of which the load 10 lies. The load 10 can be connected between the plus line 13 and the minus line 14 depending on the control signals 27-30. Field-effect transistors are provided as output stage semiconductors 18-21, for example, which contain parasitic diodes 22-25 due to their internal structure. In the event of a defect in the load 10, for example a short circuit, an overcurrent can occur in two of the output stage semiconductors 18-21, which after a short time can lead to thermal destruction of the output stage semiconductors 18-21 concerned. Power stage semiconductors 18-21 are available on the market with an integrated protection circuit which, in addition to current limitation and overvoltage protection, in particular contain integrated overtemperature protection. In the bridge circuit 12 shown in the exemplary embodiment, at least two output stage semiconductors 18-21 would have to be equipped with the integrated protection circuit in order to ensure protection against excess temperature. The increased costs of such semiconductor components are disadvantageous compared to those output stage semiconductors 18-21 which do not contain the integrated protection circuit.
Zu berücksichtigen ist ferner, dass die als Endstufen- Halbleiter 18 - 21 konzipierten Feldeffekttransistoren mit integrierter Schutzschaltung aufgrund ihrer parasitären Dioden 22 - 25 keinen Schutz gegenüber Verpolung bieten. Ein Vertauschen der Plusklemme 15 mit der Minusklemme 16 an der Energiequelle 17 würde die parasitären Dioden 22 - 25 in den leitenden Zustand bringen, der auch durch eine integrierte Schutzschaltung nicht beseitigt werden kann. Ein Schutz gegen Verpolung ist deshalb nur mit einem zusätzlichen Verpol- schütz 32 möglich. Der Verpolschutz-Halbleiter 34 ist beispielsweise in der Minusleitung 14 angeordnet. Verwendung findet bevorzugt ein Feldeffekttransistor, der bei der Anordnung in der Minusleitung 14 als n-Kanal- Feldeffekttransistor realisiert sein kann. Gegenüber dem Source-Anschluß eines solchen Feldeffekttransistors steht eine positive Spannung an der Plusleitung 13 zum Durchschalten des Verpolschutz-Halbleiters 34 zur Verfügung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stromquelle 33 vorgesehen, welche die Plusleitung 13 mit dem Steuer-Anschluß 37 des Verpolschutz-Halbleiters 34 verbindet.It should also be taken into account that the field-effect transistors designed as output stage semiconductors 18-21 with an integrated protective circuit do not offer any protection against polarity reversal due to their parasitic diodes 22-25. Exchanging the positive terminal 15 with the negative terminal 16 on the Energy source 17 would bring the parasitic diodes 22-25 into the conductive state, which cannot be removed even by an integrated protective circuit. Protection against reverse polarity is therefore only possible with an additional reverse polarity contactor 32. The reverse polarity protection semiconductor 34 is arranged, for example, in the negative line 14. A field effect transistor is preferably used, which can be implemented as an n-channel field effect transistor when arranged in the negative line 14. Compared to the source connection of such a field effect transistor, a positive voltage on the positive line 13 is available for switching through the polarity reversal protection semiconductor 34. In the exemplary embodiment shown, the current source 33 is provided, which connects the positive line 13 to the control connection 37 of the polarity reversal protection semiconductor 34.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verpolschutz- Halbleiter 34 einen integrierten Ubertemperaturschutz 35 enthält. Mit dieser Maßnahme übernimmt der Verpolschutz- Halbleiter 34 neben dem Schutz gegenüber Verpolung auch den Schutz gegenüber Übertemperatur. Die Endstufen-Halbleiter 18 - 21 können deshalb ohne integrierten Ubertemperaturschutz auskommen. Kosteneinsparungen ergeben sich insbesondere dann, wenn mehrere Endstufen-Halbleiter 18 - 21 vorhanden sind, die gegenüber Übertemperatur mit einem einzigen Verpolschutz-Halbleiter 34 gegenüber Übertemperatur geschützt werden können. Die erhöhten Kosten eines Verpolschutz- Halbleiters 34 mit einem integrierten Ubertemperaturschutz 35 und der höhere Durchlaßwiderstand im leitenden Zustand des Verpolschutz-Halbleiters 34 mit integriertem Ubertemperaturschutz 35 gegenüber einem Verpolschutz-Halbleiter ohne den integrierten Ubertemperaturschutz 35 treten nur einmal auf und können hinsichtlich des erhöhten Durchlaßwiderstands bei vergleichbarer Bauform durch eine entsprechende Schal- tungsauslegung berücksichtigt werden. Der integrierte Ubertemperaturschutz 35 benötigt im eingeschalteten Zustand einen Betriebsstrom, der von der Stromquelle 33 zur Verfügung gestellt wird. Die Stromquelle 33 kann im einfachsten Fall als ohmscher Widerstand realisiert sein. Die auf dem Markt erhältlichen Feldeffekttransistoren mit integriertem Ubertemperaturschutz 35, die als Verpolschutz-Halbleiter 34 geeignet sind, werden beispielsweise als TEMPFET, MITFET oder OMNIFET bezeichnet. Der TEMPFET 34 benötigt bei Temperaturen unterhalb der vom integriertenAccording to the invention, the reverse polarity protection semiconductor 34 contains an integrated overtemperature protection 35. With this measure, the reverse polarity protection semiconductor 34 takes over protection against reverse polarity as well as protection against overtemperature. The output stage semiconductors 18-21 can therefore do without integrated overtemperature protection. Cost savings result in particular if there are a number of output stage semiconductors 18-21 which can be protected against excess temperature with a single reverse polarity protection semiconductor 34 against excess temperature. The increased costs of a reverse polarity protection semiconductor 34 with an integrated overtemperature protection 35 and the higher forward resistance in the conductive state of the reverse polarity protection semiconductor 34 with an integrated overtemperature protection 35 compared to a reverse polarity protection semiconductor without the integrated overtemperature protection 35 occur only once and can with regard to the increased forward resistance comparable design can be taken into account by appropriate circuit design. The integrated overtemperature protection 35 requires an operating current in the switched-on state, which is provided by the current source 33. In the simplest case, the current source 33 can be implemented as an ohmic resistor. The field effect transistors on the market with integrated overtemperature protection 35, which are suitable as polarity reversal protection semiconductors 34, are referred to as TEMPFET, MITFET or OMNIFET, for example. The TEMPFET 34 requires at temperatures below that of the integrated
Ubertemperaturschutz 35 festgelegten Grenztemperatur einen Betriebsstrom, der beispielsweise im μA-Bereich liegt. Wird dagegen die Grenztemperatur vom integrierten Ubertemperaturschutz 35 überschritten, kann dieser Zustand vom TEMPFET nach außen signalsiert werden durch ein Niederohmigwerden des integrierten Übertemperaturschutzes 35, der zu einem erhöhten Stromfluß am Steueranschluß 37 führt. Der erhöhte Strom kann im mA-Bereich liegen. Anstelle der Detektion des Stromes, die gleichfalls möglich ist, wird im Ausführungs- beispiel anstelle des Stroms am Steueranschluß 37 aufgrund der Stromquelle 33 eine Spannung bereitgestellt, die der Komparator 38 bewertet. Die Schaltschwelle des Komparators 38 ist auf die zu erwartenden Spannungsänderungen abzustimmen.Overtemperature protection 35 specified limit temperature an operating current, which is for example in the μA range. If, on the other hand, the limit temperature is exceeded by the integrated overtemperature protection 35, this state can be signaled to the outside by the TEMPFET by the integrated overtemperature protection 35 becoming low-resistance, which leads to an increased current flow at the control connection 37. The increased current can be in the mA range. Instead of the detection of the current, which is also possible, in the exemplary embodiment, instead of the current at the control connection 37, a voltage is provided on the basis of the current source 33, which the comparator 38 evaluates. The switching threshold of the comparator 38 is to be matched to the expected changes in voltage.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel vergleicht der Komparator die Spannung am Steue anschluß 37 mit der Spannung an der Minusleitung 14, an der die Source des TEMPFET angeschlossen ist .In the exemplary embodiment shown, the comparator compares the voltage at the control connection 37 with the voltage at the negative line 14, to which the source of the TEMPFET is connected.
Der Komparator 38 kann beispielsweise auch als Transistor realisiert sein, wobei die Schwellenspannung von der Basis- Emitter-Spannung für ein Durchschalten des Transistors festgelegt ist. Eine Anpassung ist mittels ohmscher Widerstände ohne weiteres möglich. Eine besonders einfache Realisierung wird erhalten bei der Verwendung eines pnp-Transistors, dessen Emitter an der Plusleitung 13 angeschlossen ist.The comparator 38 can also be implemented, for example, as a transistor, the threshold voltage being determined by the base-emitter voltage for switching on the transistor. Adaptation is easily possible using ohmic resistors. A particularly simple implementation is obtained when using a pnp transistor whose emitter is connected to the positive line 13.
Das Abschaltsignal 39 des Komparators 38 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der Ansteuerschaltung 26 zugeführt. Bei einem auftretenden Abschaltsignal 39 legt die Ansteuerschaltung 26 unabhängig von ihrem Eingangssignal 31, mit dem die Steuersignale 27 - 30 der Endstufen-Halbleiter 18 - 21 an sich festgelegt werden, die Steuersignale 27 - 30 auf Werte fest, bei denen die Endstufen-Halbleiter 18 - 21 abgeschaltet sind. Das Abschaltsignal 39 kann anstelle des Eingriffs innerhalb der Ansteuerschaltung 26 auch unmittelbar zum Beeinflussen der Steuersignale 27 - 30 herangezogen werden. Eine mögliche Realisierung kann ein Kurzschliessen der Steu- ersignale 27 - 30 gegen die Minusleitung 14 mittels Schalttransistoren vorsehen.The switch-off signal 39 of the comparator 38 is supplied to the control circuit 26 in the exemplary embodiment shown. In the event of a switch-off signal 39 occurring, the control circuit 26 sets the control signals 27-30 at values at which the output stage semiconductors 18 independently of their input signal 31, with which the control signals 27-30 of the output stage semiconductors 18-21 are defined per se - 21 are switched off. The switch-off signal 39 can also be used directly to influence the control signals 27-30 instead of the intervention within the control circuit 26. A possible realization can be provided by short-circuiting the control signals 27-30 against the negative line 14 by means of switching transistors.
Die im TEMPFET 34 enthaltene parasitäre Diode 36 stört die Verpolschutzwirkung nicht . Bei einem verpolten Anschliessen der Plusklemme 15 und der Minusklemme 16 an die Energiequelle 17 führt dazu, dass die parasitäre Diode 36 sperrt. Bei einem polrichtigen Anschluß leitet die parasitäre Diode 36 und ermöglicht eine Inbetriebnahme der Last 10. Bei einem polrichtigen Anschluß wird die parasitäre Diode 36 über- brückt durch ein vollständiges Durchschalten des TEMPFET' s 34, der im durchgeschalteten Zustand einen erheblich geringeren Durchlaßwiderstand als die parasitäre Diode 36 aufweist. The parasitic diode 36 contained in the TEMPFET 34 does not interfere with the reverse polarity protection effect. If the positive terminal 15 and the negative terminal 16 are connected to the energy source 17 with a polarity reversal, the parasitic diode 36 blocks. In the case of a connection with the correct polarity, the parasitic diode 36 conducts and enables the load 10 to be started up. With a connection with the correct polarity, the parasitic diode 36 is bridged by a complete switching of the TEMPFET's 34, which in the switched-on state has a considerably lower forward resistance than the parasitic one Has diode 36.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Last (10), mit mindestens einem Endstufen-Halbleiter (18 - 21) und mit einem Verpolschutz (32) , dadurch gekennzeichnet, dass der Verpolschutz (32) einen Verpolschutz-Halbleiter (34) mit integriertem Ubertemperaturschutz (35) enthält.1. Circuit arrangement for operating a load (10), with at least one output stage semiconductor (18-21) and with reverse polarity protection (32), characterized in that the reverse polarity protection (32) is a reverse polarity protection semiconductor (34) with integrated overtemperature protection ( 35) contains.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verpolschutz-Halbleiter (34) mit integrier- tem Ubertemperaturschutz ein Feldeffekttransistor vorgesehen ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a field effect transistor is provided as the reverse polarity protection semiconductor (34) with integrated overtemperature protection.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verpolschutz-Halbleiter (34) ein in einer Minusleitung (14) der Schaltungsanordnung angeordneter n-Kanal-Feldeffekttransistor vorgesehen ist.3. A circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that an n-channel field effect transistor arranged in a negative line (14) of the circuit arrangement is provided as the polarity reversal protection semiconductor (34).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluß (37) des Verpol- schutz-Halbleiters (34) über eine Stromquelle (33) mit elektrischer Energie versorgt ist .4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the control connection (37) of the polarity reversal protection semiconductor (34) is supplied with electrical energy via a current source (33).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (33) ein ohmscher Widerstand ist. 5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the current source (33) is an ohmic resistor.
6. Schaltungsanordung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluß (37) des Verpolschutz-Halbleiters (34) mit einem Komparator (38) verbunden ist, der ein Abschaltsignal (39) bereitstellt.6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the control connection (37) of the polarity reversal protection semiconductor (34) is connected to a comparator (38) which provides a switch-off signal (39).
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (38) als ein Transistor reali- siert ist.7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the comparator (38) is realized as a transistor.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein pnp-Transistor als Komparator (38) vorgesehen ist .8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that a pnp transistor is provided as a comparator (38).
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschaltsignal (39) einer Ansteuerschaltung (26) der Endstufen-Halbleiter (18 - 21) zugeführt ist und dass das AbschaltSignal (39) die Ansteuer- Schaltung (26) zum Abschalten der Steuersignale (27 - 30) der Endstufen-Halbleiter (18 - 21) veranlaßt.9. Circuit arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the switch-off signal (39) is supplied to a control circuit (26) of the output stage semiconductors (18-21) and that the switch-off signal (39) is used to switch off the control circuit (26) the control signals (27-30) of the output stage semiconductors (18-21).
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschaltsignal (39) unmittelbar zum Abschalten der Steuersignale (27 - 30) der Endstufen-10. Circuit arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the switch-off signal (39) directly for switching off the control signals (27-30) of the output stage
Halbleiter (18 - 21) herangezogen ist. Semiconductor (18-21) is used.
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