DE10211497B4 - Circuit arrangement for driving a semiconductor circuit breaker - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mindestens eines Halbleiterleistungsschalters (1), der über eine Treiberschaltung (2) von einem Mikrocontroller (3) ansteuerbar ist, in einer mehrkanaligen Schaltungsanordnung, in der mehrere Halbleiterleistungsschalter (1) parallel angeordnet sind, wobei jeder einzelne Halbleiterleistungsschalter (1) über seine Treiberschaltung (2) mit einem von mehreren Treibertransistoren (Q1 bis Q6) einer Ansteuerschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Treibertransistoren (Q1 bis Q6) basisseitig parallel und statisch zusammengeschaltet und mit einem gemeinsamen Emitter-Fußpunkt mit einem Ansteuertransistor (Q8) gekoppelt sind, über welchen alle Treibertransistoren (Q1 bis Q6) parallel steuerbar und so gemeinsam einschaltbar sind,
dass eine Detektorschaltung (4) vorgesehen ist, die feststellt, ob der Mikrocontroller (3) arbeitet und Ansteuerimpulse an die Treiberschaltung (2) ausgibt,
dass die Detektorschaltung (4) mit einer Pulsweitenmodulationsschaltung gekoppelt ist, die von der Detektionsschaltung (4) aktiv geschaltet wird, wenn die Detektorschaltung (4) feststellt, dass der Mikrocontroller (3) ausgefallen ist und keine Ansteuerimpulse ausgibt, welche Pulsweitenmodulationsschaltung die Treiberschaltung (2) mittels...Circuit arrangement for controlling at least one semiconductor circuit breaker (1), which can be controlled by a microcontroller (3) via a driver circuit (2), in a multi-channel circuit arrangement in which a plurality of semiconductor circuit breakers (1) are arranged in parallel, each individual semiconductor circuit breaker (1) via its driver circuit (2) is connected to one of several driver transistors (Q1 to Q6) of a control circuit, characterized in that
that the driver transistors (Q1 to Q6) are connected in parallel and statically on the base side and are coupled with a common emitter base to a drive transistor (Q8), via which all driver transistors (Q1 to Q6) can be controlled in parallel and thus switched on together,
that a detector circuit (4) is provided which determines whether the microcontroller (3) is working and outputs control pulses to the driver circuit (2),
that the detector circuit (4) is coupled to a pulse width modulation circuit which is activated by the detection circuit (4) when the detector circuit (4) determines that the microcontroller (3) has failed and does not output any control pulses, which pulse width modulation circuit the driver circuit (2 ) using ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mindestens eines Halbleiterleistungsschalters mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a circuit arrangement to control at least one semiconductor circuit breaker with the features specified in the preamble of claim 1.

Halbleiterleistungsschalter, insbesondere MOS-FET-Transistoren mit einer integrierten Treiberschaltung finden Anwendung in sogenannten Lichtschaltmodulen zur Ansteuerung der verschiedenen Lampen in einem Kraftfahrzeug. Die verwendeten Halbleiterleistungsschalter und ihre Ansteuerschaltung sind beispielsweise aus der DE 100 19 612 A1 bekannt. Ferner sind Halbleiterleistungsschalter der gattungsgemäßen Art in der Fachzeitschrift „elektronikpraxis" Nr. 6, Juni 1987, S. 118–122, beschrieben und unter der Bezeichnung „BTS 740 S2" von der Firma Infineon angeboten.Semiconductor power switches, in particular MOS-FET transistors with an integrated driver circuit, are used in so-called light switching modules for controlling the various lamps in a motor vehicle. The semiconductor power switches used and their control circuit are, for example, from the DE 100 19 612 A1 known. Furthermore, semiconductor circuit breakers of the generic type are described in the specialist journal "electronics practice" No. 6, June 1987, pp. 118-122 and are offered by the company Infineon under the name "BTS 740 S2".

Die Ansteuerung der Halbleiterleistungsschalter in einem Lichtschaltmodul zum Einschalten der einzelnen Lampen eines Pkws erfolgt mittels eines Mikrocontrollers, der zugleich auch eine Leistungsregelung bewirkt. Die Summenleistung elektrischer Verbraucher in modernen Mittelklasse-Personenkraftwagen kann 2 KW überschreiten. Die Bordspannungswerte können bei einer Nennspannung von 12 V des Bordnetzes durchaus auch bis auf ca. 16 V ansteigen. In diesem Fall muss die Versorgungsspannung der Lampen auf einen Wert von ca. 12,5 V bis ca. 13,5 V durch Dimmung begrenzt werden, damit die Lampen durch die erhöhte Spannung nicht zerstört werden. Dies bewerkstelligt im Normalfall der Mikrocontroller des Lichtsteuergerätes, der entsprechend pulsweitenmodulierte Ansteuerimpulse an die Treiberschaltung der Leistungstransistoren ausgibt, um die gewünschte Spannung an den Lampen einzustellen.The control of the semiconductor power switch in a light switch module to switch on the individual lamps Cars are made using a microcontroller, which is also a Power regulation causes. The total power of electrical consumers in modern mid-range passenger cars can exceed 2 KW. The on-board voltage values can with a nominal voltage of 12 V of the vehicle electrical system, up to rise to approx. 16 V. In this case, the supply voltage the lamps to a value of approx. 12.5 V to approx. 13.5 V by dimming limited so that the lamps are not destroyed by the increased voltage. This is normally done by the microcontroller of the light control device Pulse width modulated control pulses to the driver circuit of the Power transistors outputs the desired voltage across the lamps adjust.

Aus der DE 43 41 058 C1 ist eine Lichtsteuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die einen Bedienschalter aufweist, dem elektronische Mittel zur Bestromung einer Vielzahl von Lampen der Betriebsanlage zugeordnet sind. Die Einrichtung umfasst wenigstens ein gesteuertes Schaltbauteil zur getakteten Bestromung des zugeordneten Lampenstromkreises. Die Einrichtung ist aufgeteilt in ein Lichtschaltermodul und ein Heckleuchtenrnodul. Taktmittel sind auf beiden Modulen verteilt vorgesehen, um die Lampenstörungen der Betriebsleuchten des Fahrzeuges zu beeinflussen, und zwar einerseits, um die Leuchtstärke bestimmter Leuchten bei Bedarf abzusenken und andererseits, um die Bordnetzspannung vorübergehend erhöhen zu können, ohne dass sich dadurch die Leuchtstärke bzw. Lampenleistung ändert. Letzteres ist z. B. zur kurzzeitigen Ansteuerung für elektronische Heizelemente oder Stellmotoren von Interesse, um eine vorteilhaft hohe Ausnutzung eingesetzten Leitermaterials zu erreichen. Leuchten für Fahrlicht können im Stand auf eine, dem üblichen Standlicht entsprechende Leuchtintensität abgedimmt werden. Im Falle des Ausfalls einer Lampe oder eines Stromkreises für Fahrtlicht kann der entsprechende Fernscheinwerfer mit für geringe Leuchtleistung getakteten Strom beaufschlagt werden, so dass eine Notfahrlichtfunktion sichergestellt ist.From the DE 43 41 058 C1 a light control device for a motor vehicle is known which has an operating switch to which electronic means for energizing a plurality of lamps of the operating system are assigned. The device comprises at least one controlled switching component for clocked energization of the associated lamp circuit. The device is divided into a light switch module and a rear light module. Clocking means are provided on both modules in order to influence the lamp malfunctions of the operating lights of the vehicle, on the one hand to reduce the luminosity of certain lights if necessary and on the other hand to be able to temporarily increase the vehicle electrical system voltage without the luminosity or lamp power thereby being increased changes. The latter is e.g. B. for short-term control of electronic heating elements or servomotors of interest in order to achieve an advantageously high utilization of the conductor material used. Luminaires for driving lights can be dimmed to a light intensity that corresponds to the usual parking light. In the event of failure of a lamp or a circuit for driving lights, the corresponding high-beam headlamp can be supplied with current clocked for low light output, so that an emergency driving light function is ensured.

Aus der DE 196 10 871 C1 ist eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeugbremslicht bekannt, das ein steuerbares Element und eine Steuereinheit aufweist, die ein Ausgangssignal abgibt, das dann, wenn ein eingangsseitig anstehendes Steuerbefehlssignal auf einem aktivierenden Pegel liegt, kontinuierlich oder periodisch einen aktivierenden Pegel annimmt und dann, wenn das Steuerbefehlssignal auf einem deaktivierenden Pegel liegt, oder einen Funktionsausfall der Steuereinheit vornimmt, kontinuierlich einen deaktivierenden Pegel annimmt. Diese Schaltung weist einen Rechner auf, der je nach Anwendungsfall abhängiger Systemauslegung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern kontinuierlich auf einem aktivierten Signalpegel liegt oder ein pulsweitenmoduliertes Taktimpulssignal, dessen Signalpegel zwischen dem aktivierenden und deaktivierenden Pegel wechselt, generiert. Hierdurch ist es möglich, die Bremsleuchten mit variabler Helligkeit ansteuern zu können.From the DE 196 10 871 C1 A control device for a vehicle brake light is known which has a controllable element and a control unit which emits an output signal which, when an input control command signal is at an activating level, assumes an activating level continuously or periodically and then when the control command signal is at a deactivating level, or if the control unit malfunctions, continuously assumes a deactivating level. This circuit has a computer which, depending on the application-dependent system design and depending on various parameters, is continuously at an activated signal level or generates a pulse-width-modulated clock pulse signal whose signal level changes between the activating and deactivating level. This makes it possible to control the brake lights with variable brightness.

Aus der US 5,517,064 ist eine Lichtsteuerschaltung für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Pulsweitenmodulationsschaltung aufweist. Die Pulsweitenmodulationsschaltung steuert die Treiberschaltung der Schaltendstufe mittels pulsweitenmodulierter Impulse bei Ausfall des Mikrocontrollers an, wobei der Tastgrad der Ansteuerimpulse sich umgekehrt proportional zur Höhe der Betriebsspannung des Systems ab einem bestimmten Schwellwert einstellt, und schaltet beim Unterschreiten des Schwellwertes die Treiberschaltung den Halbleistungsschalter mit einem konstanten Tastgrad aktiv.From the US 5,517,064 a light control circuit for motor vehicles is known which has a pulse width modulation circuit. The pulse width modulation circuit controls the driver circuit of the switching stage by means of pulse width modulated pulses in the event of failure of the microcontroller, the duty cycle of the control pulses being inversely proportional to the level of the operating voltage of the system from a certain threshold value, and when the threshold value is undershot, the driver circuit switches the semi-power switch with a constant duty cycle active.

Ein Problem ist dann gegeben, wenn der Mikrocontroller defekt ist. Bei aktuellen Lichtsteuerschaltungen für die Lampen eines Pkws bewirkt im Falle eines Defektes des Mikrocontrollers eine Hardwarenotlaufschaltung ein statisches Einschalten der in den Notlauf einbezogenen Lampen, und zwar unabhängig von der Stellung eines Lichtschalters. Dies ist beispielsweise erforderlich, um einen Ausfall des Abblendlichtes bei Dunkelheit zu verhindern. Diese Funktion wird immer aktiv, wenn die Zündung des Motors eingeschaltet ist und der Mikrocontroller ausfällt. Dieser Notbetrieb gewährleistet aber keine Steuerung der Betriebsspannung für die Lampen auf einen bestimmten Betriebsspannungswert, der für die Lampenlebensdauer unbedenklich ist. Ein Idealwert liegt beispielsweise zwischen 13,2 V und 13,5 V. Die bekannte Schaltung weist also keinen ausreichenden Schutz auf, um die angeschlossenen Verbraucher gegen Überspannung aus dem Bordnetz zu schützen, für den Fall, dass die Steuerung durch den Mikrocontroller ausfällt. Die geschilderten Probleme sind auch bei der Stromversorgung von anderen Verbrauchern gegeben, die über Halbleiterleistungsschalter der gattungsgemäßen Art versorgt werden.A problem arises when the microcontroller is defective. In current light control circuits for the lamps of a car, in the event of a defect in the microcontroller, a hardware emergency switching circuit causes the lamps involved in the emergency operation to be switched on statically, regardless of the position of a light switch. This is necessary, for example, to prevent the low beam from failing in the dark. This function is always active when the engine ignition is switched on and the microcontroller fails. However, this emergency operation does not guarantee that the operating voltage for the lamps is controlled to a specific operating voltage value that is harmless for the lamp life. An ideal value is between 13.2 V and 13.5 V, for example. The known circuit therefore does not have sufficient protection to protect the connected consumers against overvoltage from the on-board electrical system in the event that the control by the microcontroller fails. The problems outlined are also given in the power supply of other consumers, which are supplied via semiconductor power switches of the generic type.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbraucherspannungsbegrenzung in einer Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterleistungsschalter vorzusehen, die auch dann wirksam wird, wenn der Mikrocontroller die Ansteuerung nicht mehr sicherstellt. Eine weitere Teilaufgabe besteht darin, ein statisches Einschalten der Verbraucher bei Ausfall des Mikrocontrollers zu gewähr leisten, wenn die Bord- bzw. Betriebsspannung unter einen bestimmten Schwellwert sinkt, um zu verhindern, dass das Tastverhältnis zu groß wird und die Leistungsschalter zu kurz ausschalten bzw. thermisch nicht überlastet werden.The present invention lies the task of a consumer voltage limitation in a To provide a circuit arrangement with a semiconductor power switch, which also takes effect when the microcontroller does not control ensures more. Another subtask is a static one Switch on the consumer if the microcontroller fails guarantee, if the on-board or operating voltage is below a certain threshold decreases to prevent the duty cycle from becoming too large and open the circuit breaker too short or not thermally overloaded become.

Durch die Erfindung soll ferner sichergestellt sein, dass kein undefinierter Schaltzustand einerseits gegeben ist und andererseits auch bei erhöhter Bordspannung beim Ausfall des Mikrocontrollers die Verbraucher, z.B. Lampen in einem KFZ, geschützt werden und die Schaltung im Vollbetrieb arbeitet.The invention is also intended to ensure that there is no undefined switching state on the one hand and on the other hand, even with increased On-board voltage if the microcontroller fails, the consumers, e.g. Lamps in a car, protected and the circuit works in full operation.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Halbleiterleistungsschalters mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.The object is achieved by the invention through configuration a circuit arrangement for driving a semiconductor power switch with the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 sind den Unteransprüchen im einzelnen angegeben.Advantageous embodiments of the Circuit arrangement according to claim 1 are the dependent claims in individual specified.

Mit der Generierung eines PWM-Signals, dessen Tastgrad sich umgekehrt proportional zur Höhe der Betriebsspannung z. B. des Kraftfahrzeugbordnetzes einstellt, ist sichergestellt, dass auch dann, wenn der Mikrocontroller, z.B. ein μP (Mikroprozessor), nicht arbeitet bzw. ausgefallen ist, die eingeschalteten Lampen mit einer quasi konstanten Betriebsspannung beaufschlagt werden, z. B. von ca. 13,2 V bei einer maximalen Bordspannung von ca. 16 V. Der Tastgrad des PWM-Modulators beträgt dabei maximal ca. 94% und die Frequenz des PWM-Signals liegt z.B. bei ca. 80 Hz. Bei Unterschreiten einer effektiven Spannung von z.B. 13,2 V sorgt eine Schwelle des Ausgangskomparators der Pulsweitenmodulationsschaltung dafür, dass die Ansteuerschaltung so beschaltet wird, dass über die Treiberschaltung der Halbleiterleistungsschalter auf Dauer aktiv umschaltet bzw. eingeschaltet bleibt.With the generation of a PWM signal whose Duty cycle is inversely proportional to the amount of operating voltage z. B. sets the vehicle electrical system, it is ensured that even if the microcontroller, e.g. a μP (microprocessor), not working or has failed, the lamps switched on with a quasi constant operating voltage are applied, for. B. of about 13.2 V at a maximum on-board voltage of approx. 16 V. The duty cycle of the PWM modulator 94% maximum and the frequency of the PWM signal is e.g. at approx. 80 Hz. If the effective voltage falls below e.g. 13.2 V provides a threshold of the output comparator of the pulse width modulation circuit for this, that the control circuit is wired so that the Driver circuit of the semiconductor circuit breaker actively switches over or remains switched on.

Die Erfindung ist durch eine einfache kostengünstige Schaltung charakterisiert, ohne dass hierfür spezielle aufwendige Bauelemente verwendet werden müssen. Die Schaltung ist unter Verwendung handelsüblicher Bauelemente zusammensetzbar.The invention is simple inexpensive Characterized circuit without the need for special complex components must be used. The circuit can be assembled using commercially available components.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Zeichnung dargestellten vereinfachten Stromlaufplanes mit einem einzigen Halbleiterleistungsschalter ergänzend erläutert.The invention is described below of the simplified circuit diagram shown in the single drawing additionally explained with a single semiconductor power switch.

In der Zeichnung ist ein Halbleiterleistungsschalter 1 beispielhaft für eine Reihe von Halbleiterleistungsschaltern dargestellt, die beispielsweise zum Ein- und Ausschalten der als Verbraucher zu schaltenden Lampen einer Fahrzeugbeleuchtung dienen. Jeder dieser Halbleiterleistungsschalter 1 ist mit einer internen Logik versehen, die zugleich auch eine Treiberschaltung 2 beinhaltet. Diese ist fester Bestandteil des Halbleiterleistungsschalters 1, der als IC (integrierter Schaltkreis) handelsüblich ist. Es handelt sich hierbei in der Regel um MOS-FET-Schalttransistoren. Die Bordspannung, nämlich die Batteriespannung +U, liegt an jedem Versorgungsspannungs-Anschluss eines Halbleiterleistungsschalters an, die Ausgänge 4 sind mit den nicht dargestellten Lampen verbunden, deren zweiter Pol mit Masse verbunden ist; auf diesem Potential liegt auch der Halbleiterleistungsschalter 1. Wird ein Halbleiterleistungsschalter 1 durchgeschaltet, so fließt durch die angeschlossene Lampe in gewünschter Weise der Strom und es liegt die Bordspannung +U an. Zur Ansteuerung einer jeden Lampe sind solche Halbleiterleistungsschalter 1 beispielsweise in einem Lichtschaltsteuermodul in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Ansteuerung der einzelnen Halbleiterleistungsschalter 1 bewirkt ein Mikrocontroller 3 nach einem eingeschriebenen Programm über den Eingang 2. Die Entkopplung der einzelnen Ansteuereingänge erfolgt über Dioden D2 in Verbindung mit einem Längswiderstand R16.In the drawing is a semiconductor power switch 1 shown by way of example for a series of semiconductor circuit breakers which are used, for example, to switch the lamps of a vehicle lighting to be switched as consumers on and off. Each of these semiconductor circuit breakers 1 is provided with an internal logic, which is also a driver circuit 2 includes. This is an integral part of the semiconductor circuit breaker 1 which is commercially available as an IC (integrated circuit). These are usually MOS-FET switching transistors. The on-board voltage, namely the battery voltage + U, is present at each supply voltage connection of a semiconductor circuit breaker, the outputs 4 are connected to the lamps, not shown, whose second pole is connected to ground; the semiconductor circuit breaker is also at this potential 1 , Becomes a semiconductor circuit breaker 1 switched on, the current flows through the connected lamp in the desired manner and the on-board voltage + U is present. Such semiconductor power switches are used to control each lamp 1 for example in a light switch control module in a motor vehicle. The control of the individual semiconductor circuit breakers 1 causes a microcontroller 3 after a registered program via the entrance 2 , The individual control inputs are decoupled via diodes D2 in conjunction with a series resistor R16.

Arbeitet der Mikrocontroller 3 nicht mehr, so wird dies von der Detektorschaltung 4 erkannt und von dieser eine Steuerspannung +UB an den Eingang E1 eines elektrischen Schalters 5 aus einem Schalttransistor Q9 und einem darüber gesteuerten Schalttransistor Q7 angelegt, an dessen Emitter über den Eingang E2 die Bordspannung bzw. die Betriebsspannung des Systems anliegt. Der Kollektor des Transistors Q7 ist mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung aus der Zenerdiode D1 und einem parallel geschalteten Elektrolytkondensator C2 und mit dem Eingang Pin 5 eines Operationsverstärkers 7 verbunden. Die Stabilisierungsschaltung bildet eine Referenzspannungsquelle für einen Operationsverstärker 6 in einer astabilen Kippschaltung. Der Kollektor des Transistors Q7 ist mit dem Eingang Pin 5 des Operationsverstärkers 7 über den Spannungsteiler aus den Widerständen R3, R9 verbunden. Der Kondensator C3 ist zur Glättung der Spannung vorgesehen und zum Widerstand R9 parallel geschaltet. Der zweite Eingang Pin 6 des Operationsverstärkers 7, der als Komparator arbeitet, ist mit dem Eingang Pin 2 des Operationsverstärkers der astabilen Kippstufe verbunden, die im wesentlichen eine sägezahnförmige Spannung generiert. Hierzu ist ein Fußpunktkondensator C1 am Eingang Pin 2 des Operationsverstärkers 6 der Kippschaltung vorgesehen.The microcontroller works 3 no more, this is done by the detector circuit 4 recognized and from this a control voltage + UB to the input E1 of an electrical switch 5 from a switching transistor Q9 and a switching transistor Q7 controlled via it, to whose emitter the on-board voltage or the operating voltage of the system is applied via input E2. The collector of transistor Q7 is with a voltage stabilization circuit consisting of zener diode D1 and a parallel electrolytic capacitor C2 and with the input pin 5 an operational amplifier 7 connected. The stabilization circuit forms a reference voltage source for an operational amplifier 6 in an astable multivibrator. The collector of transistor Q7 is connected to the input pin 5 of the operational amplifier 7 connected via the voltage divider from the resistors R3, R9. The capacitor C3 is provided for smoothing the voltage and connected in parallel with the resistor R9. The second input pin 6 of the operational amplifier 7 , which works as a comparator, is connected to the input pin 2 connected to the operational amplifier of the astable multivibrator, which essentially generates a sawtooth-shaped voltage. For this purpose there is a base capacitor C1 at the input pin 2 of the operational amplifier 6 the flip-flop provided.

Am Eingang Pin 3 des Operationsverstärkers 6 liegt die stabilisierte Spannung bzw. Referenzspannung über einen Spannungsteiler aus den Widerständen R1, R2 an. Der Rückkopplungswiderstand R4 zwischen dem Ausgang Pin 1 und dem +Eingang Pin 3 des Operationsverstärkers 6 dient zur Festlegung der Hysteresepunkte des Operationsverstärkers 6. Der Ausgang Pin 1 ist über ein Pull-up-Widerstand mit der Zenerdiode D1 der stabilisierten Betriebsspannungsquelle D1 verbunden, ebenso der Ausgang Pin 7 des Operationsverstärkers 7 über einen Pull-up-Widerstand R12.At the entrance pin 3 of the operational amplifier kers 6 the stabilized voltage or reference voltage is applied via a voltage divider from the resistors R1, R2. The feedback resistor R4 between the output pin 1 and the + input pin 3 of the operational amplifier 6 is used to determine the hysteresis points of the operational amplifier 6 , The output pin 1 is connected to the zener diode D1 of the stabilized operating voltage source D1 via a pull-up resistor, as is the output pin 7 of the operational amplifier 7 via a pull-up resistor R12.

Am Ausgang Pin 7 des Operationsverstärkers 7 liegt das Pulsweitenmoduliertensignal an, das über den Koppelkondensator C4 einen Transistor Q8 über dessen Basis steuert, dessen Emitter gegen Masse geschaltet ist und dessen Kollektor mit den gekoppelten Emitterausgängen der einzelnen Transistoren Q1 bis Q6 der Ansteuerschaltung verbunden ist, deren Ausgänge jeweils einzeln mit den einzelnen Treibereingängen Pin 2 der Halbleiterschalter 1 verbunden sind. Die Basen der einzelnen Transistoren Q1 bis Q6 der Ansteuerschaltung sind miteinander gekoppelt und liegen an der Betriebsspannungsquelle des Systems (auf Bordspannungspotential) an. Zur Strombegrenzung und zum definierten Schaltverhalten weisen die einzelnen Transistoren Q1 bis Q6 Widerstandsschaltungen bekannter Art auf. Der Widerstand R14 zwischen Ausgang Pin 7 und Eingang Pin 5 des Operationsverstärkers 7 legt gemeinsam mit dem Widerstand R8 die Schwelle fest, ab der am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 7 kein PWM-Signal mehr anliegen soll, was gewünscht ist, wenn eine bestimmte Schwellspannung, beispielsweise 13,2 V, unterschritten wird. Für diesen Fall wird die dynamische Einkopplung über den Kondensator C4 an den gemeinsamen Steuertransistor Q8 für die gemeinsame Beschattung der Transistoren Q1 bis Q6 unwirksam und die Transistoren Q1 bis Q6 werden alle abgeschaltet, so dass über den Pull-up-Widerstand R13 zwischen Notbetriebsspannungsquelle +UB und Treiberschaltung 2 der jeweilige für den Notbetrieb aktivierte Halbleiterleistungsschalter 1 statisch eingeschaltet wird bzw. bleibt.At the exit pin 7 of the operational amplifier 7 the pulse width modulated signal is present, which controls a transistor Q8 via its base via the coupling capacitor C4, the emitter of which is connected to ground and the collector of which is connected to the coupled emitter outputs of the individual transistors Q1 to Q6 of the control circuit, the outputs of which are individually connected to the individual driver inputs Pin code 2 the semiconductor switch 1 are connected. The bases of the individual transistors Q1 to Q6 of the drive circuit are coupled to one another and are connected to the operating voltage source of the system (at on-board voltage potential). For current limitation and for defined switching behavior, the individual transistors Q1 to Q6 have resistance circuits of a known type. The resistor R14 between output pin 7 and input pin 5 of the operational amplifier 7 defines together with the resistor R8 the threshold from which at the output of the second operational amplifier 7 no PWM signal should be present anymore, which is desirable if a certain threshold voltage, for example 13.2 V, is undershot. In this case, the dynamic coupling via the capacitor C4 to the common control transistor Q8 for the common shading of the transistors Q1 to Q6 becomes ineffective and the transistors Q1 to Q6 are all switched off, so that the pull-up resistor R13 between the emergency operating voltage source + UB and driver circuit 2 the respective semiconductor circuit breaker activated for emergency operation 1 is switched on statically or remains.

Die Applikation besteht mithin im wesentlichen aus folgenden Schaltungsteilen: einer Einschaltstufe mit Z-Spannungsstabilisierung, einem Oszillator, nämlich einer astabilen Kippstufe, einem PWM-Komparator und einem Ausgangstreiber mit dynamischer Ankopplung des PWM-Signals.The application therefore consists of essentially from the following circuit parts: a switch-on stage with Z voltage stabilization, an oscillator, namely one astable multivibrator, a PWM comparator and an output driver with dynamic coupling of the PWM signal.

Die Aktivierung der Schaltung erfolgt im Notlaufbetrieb immer dann, wenn der Mikrocontroller ausfällt. Der Oszillator der Pulsweitenmodulationsschaltung ist durch die astabile Kippschaltung mit dem Operationsverstärker 6 realisiert. Die Schaltschwellen werden durch die Widerstände R1 und R2 und den Rückkopplungswiderstand R4 auf quasi 1/3 und 2/3 der Spannung +UB eingestellt. Die Widerstände R1, R2 und R3 sind deshalb gleich groß bemessen. Am Pin 2 des Operationsverstärkers 7 steht quasi eine Dreieckschwingung zur Verfügung, deren Kurvenverlauf von dem Kondensator C1 mit bestimmt ist. Die Dreieckschwingung des Oszillators wird in dem Komparator 7 mit der Batteriespannung bzw. der Bordspannung +U verglichen, wodurch das notwendige PWM-Signal zur Ansteuerung der Leistungsschalter generiert wird. Zur Meidung von kurzen Ausschaltimpulsen, in deren Folge die Leistungsschalter nicht mehr voll durchsteuern würden, und zur Meidung hoher Schaltverluste (Temperatur) wird durch die Widerstände R8 und R14 eine Schalthysterese eingestellt, die bei den Tastgraden > 94 % bewirkt, dass der Komparator dauerhaft auf „AUS" schaltet. Das Ausgangssignal des Komparators 7 steuert den Transistor Q8 über den Elektrolyt-Kondensator C4 dynamisch an und schaltet die Emitter der Transistoren Q1 bis Q6 im Takt des PWM-Signals gemeinsam gegen Masse. Es ist aber auch eine Einzelansteuerung möglich. Für diesen Fall müsste die dynamische Ansteuerschaltung mit jedem der einzelnen Treibertransistoren Q1 bis Q6 verbunden sein. Die Schaltung hat ferner den Vorteil, dass im Falle eines Defektes der Pulsweitenmodulationsschaltung dennoch zumindest eine statische Ansteuerung der Leistungsschalter 1 gewährleistet ist. Gedimmter Betrieb ist dann zwar nicht mehr möglich, gleichwohl ist in gewünschter Weise der Verbraucher, z. B. die Abblendlampe in einem Kraftfahrzeug, dann noch eingeschaltet. Die Kombination aus der Diode D3 und dem Widerstand R1, der gegen Masse geschaltet ist, verhindert, dass der Ansteuerpegel an der Basis des Transistors Q8 zu niedrig wird. Alle Eingänge der in den Notlauf einbezogenen Leis tungsschalter sind mit den Kollektoren der Transistoren Q1 bis Q6 direkt verbunden und werden durch das invertierte PWM-Signal des Komparators masseschaltend übersteuert.The circuit is activated in emergency operation whenever the microcontroller fails. The oscillator of the pulse width modulation circuit is due to the astable flip-flop with the operational amplifier 6 realized. The switching thresholds are set to quasi 1/3 and 2/3 of the voltage + UB by the resistors R1 and R2 and the feedback resistor R4. The resistors R1, R2 and R3 are therefore of the same size. On the pin 2 of the operational amplifier 7 a quasi-triangular oscillation is available, the curve shape of which is also determined by the capacitor C1. The triangular wave of the oscillator is in the comparator 7 compared with the battery voltage or the on-board voltage + U, which generates the necessary PWM signal to control the circuit breakers. To avoid short switch-off pulses, as a result of which the circuit breakers would no longer fully open, and to avoid high switching losses (temperature), a switching hysteresis is set by the resistors R8 and R14, which causes the comparator to open permanently at duty cycles> 94% "OFF" switches. The output signal of the comparator 7 controls the transistor Q8 dynamically via the electrolytic capacitor C4 and switches the emitters of the transistors Q1 to Q6 together to ground in time with the PWM signal. However, individual control is also possible. In this case, the dynamic drive circuit would have to be connected to each of the individual driver transistors Q1 to Q6. The circuit also has the advantage that, in the event of a defect in the pulse width modulation circuit, at least one static control of the circuit breaker 1 is guaranteed. Dimmed operation is then no longer possible, but in the desired manner the consumer, e.g. B. the low beam lamp in a motor vehicle, then still turned on. The combination of diode D3 and resistor R1, which is connected to ground, prevents the drive level at the base of transistor Q8 from becoming too low. All inputs of the circuit breakers involved in the emergency operation are directly connected to the collectors of transistors Q1 to Q6 and are overdriven by the inverted PWM signal of the comparator.

Claims (10)

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mindestens eines Halbleiterleistungsschalters (1), der über eine Treiberschaltung (2) von einem Mikrocontroller (3) ansteuerbar ist, in einer mehrkanaligen Schaltungsanordnung, in der mehrere Halbleiterleistungsschalter (1) parallel angeordnet sind, wobei jeder einzelne Halbleiterleistungsschalter (1) über seine Treiberschaltung (2) mit einem von mehreren Treibertransistoren (Q1 bis Q6) einer Ansteuerschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibertransistoren (Q1 bis Q6) basisseitig parallel und statisch zusammengeschaltet und mit einem gemeinsamen Emitter-Fußpunkt mit einem Ansteuertransistor (Q8) gekoppelt sind, über welchen alle Treibertransistoren (Q1 bis Q6) parallel steuerbar und so gemeinsam einschaltbar sind, dass eine Detektorschaltung (4) vorgesehen ist, die feststellt, ob der Mikrocontroller (3) arbeitet und Ansteuerimpulse an die Treiberschaltung (2) ausgibt, dass die Detektorschaltung (4) mit einer Pulsweitenmodulationsschaltung gekoppelt ist, die von der Detektionsschaltung (4) aktiv geschaltet wird, wenn die Detektorschaltung (4) feststellt, dass der Mikrocontroller (3) ausgefallen ist und keine Ansteuerimpulse ausgibt, welche Pulsweitenmodulationsschaltung die Treiberschaltung (2) mittels pulsweitenmodulierter Impulse bei Ausfall des Mikrocontrollers (3) ansteuert, wobei der Tastgrad der Ansteuerimpulse sich umgekehrt proportional zur Höhe der Betriebsspannung ab einem bestimmten Schwellwert einstellt und beim Unterschreiten des Schwellwertes die Treiberschaltung (2) den Halbleiterleistungsschalter (1) daueraktiv schaltet, wobei zwischen der Pulsweitenmodulationsschaltung und dem gemeinsamen Ansteuertransistor (Q8) eine dynamische Einkoppelschaltung (C4) vorgesehen ist.Circuit arrangement for controlling at least one semiconductor power switch ( 1 ), which has a driver circuit ( 2 ) from a microcontroller ( 3 ) can be controlled in a multi-channel circuit arrangement in which several semiconductor power switches ( 1 ) are arranged in parallel, with each individual semiconductor power switch ( 1 ) via its driver circuit ( 2 ) is connected to one of several driver transistors (Q1 to Q6) of a control circuit, characterized in that the driver transistors (Q1 to Q6) are connected together in parallel and statically on the base side and are coupled with a common emitter base point to a control transistor (Q8), via which All driver transistors (Q1 to Q6) can be controlled in parallel and switched on together in such a way that a detector circuit ( 4 ) is provided, which determines whether the microcontroller ( 3 ) works and control impulses to the driver circuit ( 2 ) outputs that the detector circuit ( 4 ) is coupled to a pulse width modulation circuit, which the De detection circuit ( 4 ) is activated when the detector circuit ( 4 ) determines that the microcontroller ( 3 ) has failed and does not output any control pulses, which pulse width modulation circuit the driver circuit ( 2 ) by means of pulse width modulated pulses in the event of a microcontroller failure ( 3 ) controls, the duty cycle of the control pulses set inversely proportional to the level of the operating voltage from a certain threshold value and the driver circuit when the threshold value is undershot ( 2 ) the semiconductor power switch ( 1 ) switches permanently active, a dynamic coupling circuit (C4) being provided between the pulse width modulation circuit and the common drive transistor (Q8). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastgrad so eingestellt ist, dass die Betriebsspannung am Ausgang (A) des Halbleiterleistungsschalters (1) auf einen definierten Wert eingestellt ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the duty cycle is set so that the operating voltage at the output (A) of the semiconductor power switch ( 1 ) is set to a defined value. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung am Ausgang (A) des Halbleiterleistungsschalters (1) auf ca. 13,2 V effektiv bei einer Betriebsspannung des Systems ≥ 13,2 V eingestellt ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the operating voltage at the output (A) of the semiconductor power switch ( 1 ) is set to approx. 13.2 V effective with an operating voltage of the system ≥ 13.2 V. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorschaltung (4) eine Steuerspannung im Falle des Ausfalls des Mikrocontrollers (3) abgibt, die eine Schaltstufe (5) steuert, an deren Eingang (E2) die Betriebsspannung (+U) des Systems anliegt, die auch am Eingang (E) des Halbleiterleistungsschalters (3) anliegt, dass ein Spannungsvergleicher die durchgeschaltete Betriebsspannung (+U) mit einer Referenzspannung zur Bestimmung des Tastgrads der Pulsweitenmodulation des Pulsweitenmodulators vergleicht, dass in Abhängigkeit von der Abweichung der Betriebsspannung von der Referenzspannung das Pulsweitenverhältnis sich ändert und dass am Ausgang (Pin 7) des Pulsweitenmodulators PWM-Signale zur Steuerung der Ansteuerschaltung (Q1 bis Q6) abgreifbar sind, welche Ansteuerschaltung (Q1 bis Q6) mit der Treiberschaltung (2) des Halbleiterschalters (1) und mit einer über die Detektorschaltung (5) angeschalteten Betriebsspannungsquelle (+U) verbunden ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the detector circuit ( 4 ) a control voltage in the event of failure of the microcontroller ( 3 ) which gives a switching stage ( 5 ) controls, at whose input (E2) the operating voltage (+ U) of the system is present, which is also at the input (E) of the semiconductor circuit breaker ( 3 ) that a voltage comparator compares the switched operating voltage (+ U) with a reference voltage to determine the duty cycle of the pulse width modulation of the pulse width modulator, that the pulse width ratio changes depending on the deviation of the operating voltage from the reference voltage and that at the output (pin 7 ) of the pulse width modulator PWM signals for controlling the control circuit (Q1 to Q6) can be tapped, which control circuit (Q1 to Q6) with the driver circuit ( 2 ) of the semiconductor switch ( 1 ) and with one via the detector circuit ( 5 ) connected operating voltage source (+ U) is connected. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibertransistoren (Q1 bis Q6) vorzugsweise npn-dotierte Transistoren sind, deren Emitter zusammengeschaltet und mit der Pulsweitenmodulationsschaltung verbunden sind und deren Basen miteinander und mit der Betriebsspannungsquelle (+U) und deren Kollektoren jeweils einzeln mit einem Treibereingang der Treiberschaltung (2) eines jeden Halbleiterleistungsschalters (1) verbunden sind.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the driver transistors (Q1 to Q6) are preferably npn-doped transistors, the emitters of which are connected together and connected to the pulse width modulation circuit and whose bases are connected to one another and to the operating voltage source (+ U) and their collectors each individually a driver input of the driver circuit ( 2 ) of each semiconductor circuit breaker ( 1 ) are connected. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ausgang der Pulsweitenmodulationsschaltung ein Koppelkondensator (C4) als dynamische Koppelschaltung verbunden ist und dass zwischen Koppelkondensator (C4) und Basis des gemeinsamen Ansteuertransistors (Q8) eine Diode (D3) in Sperrrichtung gegen Masse geschaltet ist, um den Kondensator (4) definiert zu entladen.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a coupling capacitor (C4) is connected as a dynamic coupling circuit to the output of the pulse width modulation circuit and that between the coupling capacitor (C4) and the base of the common drive transistor (Q8) a diode (D3) is connected in the reverse direction to ground to the capacitor ( 4 ) defined to discharge. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulationsschaltung aus einer astabilen Kippschaltung und einem nachgeschalteten Komparator (7) besteht, an dessen einem Eingang eine von der Betriebsspannung (+U) abgeleitete Vergleichsspannung und an dessen zweitem Eingang eine sägezahnförmige Spannung von der Kippschaltung anliegt, wobei in Abhängigkeit der Abweichung von der Vergleichsspannung der Tastgrad bestimmt ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse width modulation circuit consists of an astable multivibrator and a downstream comparator ( 7 ) exists at one input of which there is a reference voltage derived from the operating voltage (+ U) and at the second input of which there is a sawtooth-shaped voltage from the flip-flop, the duty cycle being determined as a function of the deviation from the reference voltage. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippschaltung einen Operationsverstärker (6) aufweist, an dessen einem Eingang (+, Pin 3) eine Referenzspannung und an dessen anderem Eingang (–, Pin 2) eine dreieckförmige Spannung anliegt, die auch am Eingang (Pin 6) des Operationsverstärkers (7) des Komparators anliegt.Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the trigger circuit comprises an operational amplifier ( 6 ) has one input (+, pin 3 ) a reference voltage and at its other input (-, pin 2 ) there is a triangular voltage, which is also at the input (pin 6 ) of the operational amplifier ( 7 ) of the comparator. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Einkopplungsschaltung im Falle des Ausbleibens von Pulsweitenmodulationssignalen die Treiberschaltungen (2) derart beeinflusst, dass die Halbleiterleistungsschalter (1) statisch eingeschaltet sind.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the dynamic coupling circuit in the absence of pulse width modulation signals the driver circuits ( 2 ) in such a way that the semiconductor power switches ( 1 ) are switched on statically. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Komparatorausgang (Pin 7) und dem Eingang (+ Pin 5) des Operationsverstärkers (7), an welchem eine durch einen Spannungsteiler herabgesetzte Betriebsspannung (+U) liegt, ein Widerstand (R14) geschaltet ist, der mit einem Vorwiderstand (R8) die Schwelle definiert, ab der am Ausgang des Komparators (7) kein PWM-Signal anliegt sondern ein statisches Signal zur Steuerung der Treibertransistoren (Q1 bis Q6) abgreifbar ist.Circuit arrangement according to claim 7, 8 or 9, characterized in that between the comparator output (pin 7 ) and the input (+ pin 5 ) of the operational amplifier ( 7 ), at which there is an operating voltage (+ U) reduced by a voltage divider, a resistor (R14) is connected, which defines the threshold with a series resistor (R8), above which the output of the comparator ( 7 ) there is no PWM signal but a static signal for controlling the driver transistors (Q1 to Q6) can be tapped.