DE2750972B2 - Schaltung zum Ansteuern von niederohmigen Lasten, insbesondere Zündpillen - Google Patents
Schaltung zum Ansteuern von niederohmigen Lasten, insbesondere ZündpillenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Ansteuern von niederohmigen Lasten über einen mit
einer Stromquelle verbundenen Leistungsschalter, insbesondere zum Ansteuern niederohmiger Zündpillen in
Zündschaltungen.
Zum Ansteuern niederohmiger Lasten sind verhältnismäßig hohe Leistungen erforderlich, so daß man
bestrebt ist, die Leistung der Stromquelle möglichst
verlustleistungsfrei auf die niederohmige Last zu schalten.
Derartige Schaltungen werden im allgemeinen über ein Steuersignal mit scharfer Flanke angesteuert, wobei
selbstverständlich der Ansteuerpegel an den Schaltpegel
des Leistungsschalters angepaßt werden muß. In komplexen Schaltungen, in denen etwa mehrere
derartige niederohmige Lasten zu verschiedenen Zeitpunkten angesteuert werden müssen, wird heute
oftmals die Ansteuerung mit einem sogenannten Logikpegel bevorzugt, das heißt eine Ansteuerung mit
Signalen, die in einer Logikschaltung abgeleitet werden. Die Ausgangspegel derartiger Logikschaltungen sind
jedoch nur sehr gering.
Zudem muß bei derartigen komplexen Schaltungen dafür Sorge getragen werden, daß durch etwaige Fehler
in der Schaltung, so z. B. einen Kurzschluß der niederohmigen Last, die damit zusammenhängende
Schaltung abgeschaltet wird, damit die Stromquelle nicht leer läuft. In Zündschaltungen kann ein derartiger
Fall etwa dann auftreten, wenn nach einer nicht vollständigen Zündung der Zündpille diese sozusagen
verschweißt und eine Kurzschlußbröcke bildet,
Zündscbaltungen für militärische Anwendungen müssen
außerdem gegen elektromagnetische Störungen abgesichert sein, Hierfür sind im sogenannten MIL-Standard
461A, Kennziffer 3, Grenzwerte für EMV-Messungen
für Baugruppen angegeben, und zwar für eingestrahlte und über elektrische Leitungen geleitete
Störungen. Bis zu den dort angegebenen Grenzwerten darf die Zündschaltung nicht auslösen. Für eingestrahlte
Störleistungen gelten dabei folgende Grenzwerte:
Bei Frequenzen zwischen 14 kHz bis 35MHz
beträgt das Störfeld 10 V/m, das mit einer Rechteckfrequenz von 1 kHz moduliert ist;
bei Frequenzen zwischen 35MHz bis 7 GHz beträgt das Störfeld 5 V/m, das ebenfalls mit einer Rechteckfrequenz von 1 kHz moduliert ist.
bei Frequenzen zwischen 35MHz bis 7 GHz beträgt das Störfeld 5 V/m, das ebenfalls mit einer Rechteckfrequenz von 1 kHz moduliert ist.
Bei über elektrische Leitungen geleiteten Störungen gelten folgende Werte:
Bei einer Störfrequenz von 20Hz beixägt die
Spannung zwischen den beiden Spitzenwerten 8Vss,
bei einer Störfrequenz von 3 kHz ist die Störspannung 6 Vss und
bei einer Frequenz von 1 GHz ist die Störspannung 2Vss.
Es gibt verschiedene Schaltungen der eingangs genannten Art Oftmals verwendet wird eine Thyristor-Schaltung
oder eine dieser Schaltung ähnliche Schaltung, etwa mit einer 4-Schichtdiode oder einer
Ersatzschaltung mit zwei Transistoren.
Derartige Schaltungen sind sehr vorteilhaft da sie nur einen geringen Ruhestrom und eine geringe Verlustleistung
im Zündfall aufweisen.
Dem steht jedoch gegenüber, daß Thyristor-Schaltungen, sobald sie einmal angesteuert sind, in der Regel
nicht abschaltbar sind. Dies kann, wie oben ausgeführt,
dazu führen, daß die Stromquelle bei einem Schaden innerhalb der Schaltung feer läuft und dann zum
Ansteuern weiterer Lasten bzw. Zündpullen nicht mehr verwendbar ist
Thyristor-Schaltungen sind auch sehr störempfindlich bei kurzzeitigen Spannungszusammenbrüchen, d.h.,
wenn etwa eine Störspannung in die Masseleitung eingestrahlt oder eingeleitet wird. Für militärische
so die im Ruhezustand eine hohe Verlustleistung aufweisen.
Sie können daher in Fällen, wo ein niedriger Leistungsverbrauch im Ruhezustand gefordert wird, nur
beschränkt eingesetzt werden. Dies ist auf militärischem Gebiet bei sogenannten autarken Munitionen, wie
Minen, Lauerminen, Kleinbomben oder Streumunition jedoch immer der Fall.
Bei Transistor-Zündschaltungen liegt üblicherweise auch die Zündpille auf hohem Potential, damit, wie
eingangs erwähnt, die Schaltung auch mit niedrigem Steuerpegel aus einer Logikschaltung angesteuert
werden kann. Nach den Forderungen des Militärs soll jedoch aus Sicherheitsgründen die Zündpulle auf
niedrigem Potential oder direkt an Masse liegen, wodurch der Ansteuerpegel auf den Versorgungspegel
angehoben werden muß, wenn ein einwandfreies Durchschaltsn der Zündpille gewährleistet sein soll.
Ohne Zusatzschaltungen sind daher derartige Transistorsteuerungen mit niedrigen Pegeln, so den erwähnten
FQr die genannte autarke Munition wäre ein
Senaltungsaufljsiu lediglich aus Feldeffekt-Transistoren
möglich, da diese sehr hohe Sperrwiderstände und aus
diesem Grunde auch nur geringe Verlustleistungen im Ruhezustand aufweisen. Gerade dies bringt jedoch die
Schwierigkeit mit sich, niederohmige Zündpiilen mit
einem Widerstand von etwa 20 Ohm anzusteuern, da wegen der hohen Sperrwiderstände der Feldeffekt-Transistoren
Ober diese für die Zündpillen nicht die erforderlichen hohen Stromstärken geleitet werden
können.
Die beiden letztgenannten Schaltungsarten können zudem nur durch eine sehr aufwendige Zusatzelektronik
EMV-sicher gestaltet werden. Aus diesen Gründen ist es
heute praktisch nicht möglich, eine Zündschaltung etwa direkt in der Nähe der Zündpille und der damit zu
zündenden Spreng- oder anderen Ladung anzuordnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die
schaltungstechnisch sehr einfach i& und nur wenige Elemente aufweist, wobei die Schaltung dur:h geringe
Steuerpegel ansteuerbar sein soll; außerdem soll die Schaltung nur eine geringe Verlustleistung im Ruhezustand
aufweisen und auch bei hohen Störleistungen einwandfrei funktionieren, so daß sie auch den
Forderungen für militärische Anwendungen genügt
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die niederohnige Last mit einem Anschluß an
Masse im Leistungspfad des Leistungsschalters, insbesondere eines Leistungstransistors liegt, dessen Ansteuerbasis
über einen Basiswiderstand an Masse und über einen im Ruhezustand, d. h. bei nicht angesteuerter
Last, gesperrten Steuertransistor am Pluspol der Stromquelle liegt, und daß die Steuerelektrode des
Steuertransistors mit einer Transistor-Inverterstufe verbunden ist, mit der eingangsseitig ein Differenzierglied
verbunden ist
Die angegebene Schaltung ist schaltungstechnisch sehr einfach; sie weist nur wenige aktive und passive
Bauelemente auf, wobei sämtliche aktiven Bauelemente im Ruhezustand der Schaltung gesperrt sind. Die
Verlustleistung der Schaltung ist daher im Ruhezustand sehr klein, so daß sie bei militärischen Anwendungen
auch in autarker Munition mit langen Lagerzeiten einwandfrei eingesetzt werden kann.
Als Leistungsschalter kann z.B. ein üblicher Leistungstransistor
oder eine Darlington-Schaltung verwendet werden, die auf hohem Potential liegt, während
die anzusteuernde Last, also etwa die ZQndpilie, an einer so
Seite gegen Masse geschaltet ist und daher auf niedrigem Potential liegt Die Ansteuerung des Leistungsschalters
erfolgt über eine Steuerschaltung, durch die der Ansteuerpegel, etwa ein Logikpegel, auf das
Schaltpotential dos Leistungsschalters angehoben wird.
Auf diese Weise sind auch niederohmige Lasten mit den entsprechend hohen Strömen ansteuerbar.
Wesentlich ist ferner, daß in der Ansteuerschaltung ein Differenzierglied enthalten ist Auf diese Weise wird
erreicht, daß der Steuertransistor für den Leistungs- m>
schalter nach einer durch die Zeitkonstante des Differenziergliedes bestimmten kurzen Zeit wieder
gesperrt wird, auch wenn das Ansteuersignal weiter am Eingang anliegt Dadurch wird nach dieser Zeit der
Leistungsschalter wieder gesperrt, so daß die Ausbildung eines Kurzschlusses über die Last nicht dazu führt,
daß die Stromquelle sich über diesen Strompfad entleert Hierdurch können komplexe Schaltungen mit
mehreren Schaltstufen einwandfrei nacheinander angesteuert und geschaltet werden, auch wenn in einer dieser
Schaltungen ein sonst zum Entladen der Stromquelle führender Kurzschluß vorhanden ist
Ein wesentlicher Vorteil der angegebenen Schaltung liegt auch darin, daß sie gegen Störeinflüsse sehr
unempfindlich ist In Versuchen ist nachgewiesen worden, daß bei eingestrahlten und geleiteten Störleitungen,
die weit über den oben angegebenen zulässigen
Grenzen liegen, die Schaltung noch einwandfrei funktioniert
Damit ist es auch möglich, die gesamte Schaltung mit der Last zu integrieren, was insbesondere für militärische
Anwendungen vorteilhaft ist Hier kann die gesamte Zündschaltung in die Zündpille integriert
werden, ohne daß wie bisher befürchtet werden muß, daß ungewollte Auslösungen durch Störungen auftreten
können. Der Platzbedarf für die angegebene Zündschaltung ist wegen- der nur geringen Anzahl der
verwendeten Bauelemente sehr gering, was ebenfalls für militärische Anwendungen vorteilhaft ist
Die angegebene Schaltung kann generell als Uberspannungsschutzschaltung
oder etwa als Zündschaltung auf militärischem Gebiet bzw. in Verbindung mit Sicherheitseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, wie Luftkissen,
oder Gurtspanner verwendet werden. Als Stromquelle sind übliche Batterien oder auch Piezogeneratoren
einsetzbar.
Die Erfindung ist in drei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert Hierin stellen
dar:
F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der Erfindung, die durch ein positives Spannungssignal
von einer Logikschaltung angesteuert wird;
Fig.2 eine Zündschaltung für eine niederohmige
Zündpille, wobei die ZQndpilie im Ruhezustand der Schaltung Überbrückt ist;
Fig.3 ein drittes AusfQhrungsbeispiel einer Schaltung
gemäß der Erfindung mit einem selbstsperrenden MOS-Feldeffekttransistor als Steuertransistor;
F i g. 4 eine Variante zu einer Ansteuerschaltung für die angegebenen Schaltungen.
Eine Stromquelle U ist mit einer Serienschaltung aus einem Leistungstransistor T1 und einer Zündpille P
überbrückt Die Basis des Transistors 7} ist über einen Basiswiderstand R\ an Masse geschaltet In Sei ie mit
diesem Basiswiderstand R\ ist die Kollektor-Emitterstrecke eines PNP-Transistors T2 geschaltet dessen
Emitter mit dem positiven Pol der Stromquelle U verbunden ist Die Basis des Transistors T2 ist über einen
Widerstand Rt ebenfalls mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden und über einen weiteren
Widerstand A3 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines
Ans.euertransistors Ti an Masse geschaltet
Zur Ansteuerung des Transistors Tt dient ein Differenzierglied D aus einem Widerstand HU zwischen
der Basis des Transistors T3 und Masse sowie einem Kondensator Q zwischen der Basis des Transistors T3
und einem Spannungsteilerabgriff einer über dein
Eingang des Differenziergliedes liegenden Serienschaltung aus Widerstände Rs und Rt. Ein weiterer
Kondensator Ci ist zwischen die Basis des Transistors Tj
und Masse geschaltet
Die beschriebene Schaltung wird von einer Logik-Schaltung L angesteuert, die eine übliche C-MOS-Schaltung
ist. Diese Schaltung gibt nach einem bestimmten hier nicht näher interessierenden Programm zu einem
bestimmten Zeitpunkt einen in der Zeichnung angedeu-
teten positiven Spannungsimpuls /ab.
Im Ruhezustand der Schaltung, d.h. solange kein Steuerimpuls / anliegt, ist der Transistor Tj gesperrt, da
dessen Basis Ober den Widerstand Ra mit Emitter verbunden ist Ebenso ist der Transistor 7'2 gesperrt, weil
er keinen Basisstrom Ober den gesperrten Transistor T3
ziehen kann und seine Basis über den Widerstand Ri mit
seinem Emitter verbunden ist. Dadurch ist der Leistungstransistor T1 ebenfalls gesperrt
Wird an den Eingang der Schaltung von der
Logikschaltung L ein positiver Spannungsspning / angelegt, so wird dieser Spannungssprung durch das
Differenzierglied aus G und R* für eine bestimmte Dauer an die Basis des Transistors T) weitergeleitet, so
daß dieser während dieser Zeitspanne leitend wird. Hierdurch wird der Transistor 7} aufgesteuert und
damit die Spannung an der Basis des Leistungstransistors 71 angehoben. Dieser wird hierdurch leitend, so
daß nunmehr ein Laststrom über die Zündpille P fließen
kann und diese initiiert wird.
Mit der Zündpille kann etwa eine übliche Sprengladung
gezündet werden; als Zündpille kann z. B. auch ein niederohmiger Widerstand verwendet werden, durch
den dann eine Überspannungssicherung einer hier nicht näher dargestellten Schutzschaltung betätigt wird.
Sobald der Steuerimpuls je nach dem Anstieg eine konstante Höhe erreicht, fällt infolge des Differenziergliedes
aus C\ und R* die Spannung an der Basis des
Transistors T1 entsprechend der Zeitkonstante wieder
ab, so daß dieser Transistor und damit auch der Transistor Ti gesperrt werden und dadurch die
Spannung an der Basis des Leistungstransistors 71 erneut abfällt, bis dieser Transistor sperrt. Der
Strompfad von der Batterie über den Leistungstransistor 71 und die Zündpulle Pwird dadurch in jedem Falle
wieder unterbrochen. Wird die angegebene Schaltung als Zündschaltung verwendet und sollte durch eine
unvollständige Verbrennung der Zündpille Pdiese einen Kurzschluß bilden, so wird unabhängig davon die
Stromquelle U von der Zündpille getrennt. Die Stromquelle wird daher nur so weit entladen, wie es zur
Initiierung der Zündpille notwendig ist. Eine weitergehende Entladung ist auch durch einen etwaigen
Kurzschluß an der Zündpille Pnicht möglich.
In F i g. 2 ist die Schaltung gemäß F i g. 1 ergänzt durch eine Darlington-Schaltung aus Transistoren T*
und Ts parallel zu der Zündpille Pj, wobei die Basis des
Transistors Ti über einen Widerstand Ri mit dem
Kollektor des Transistors 71 verbunden ist Im
der Zündpille eingestrahlte Störungen kurzgeschlossen.
als Eingangssignal zugeführt wird wieder der Transistor Ti leitend, wodurch die Basispotentiale der Transistoren
Ti und 7s so absinken, daß diese sperren. Dadurch wird
die Energie der Stromquelle (J Ober die Zündpille P geführt und diese initiiert Nach der durch die
ίο Zeitkonstante des Differenziergliedes bestimmten Zeit
spanne wird der Ruhezustand der Schaltung wieder hergestellt, so daß auch dann, wenn die Zündpille
unvollständig abgebrannt ist und einen Kurzschluß herbeigeführt hat, die Stromquelle nicht weiter belastet
wird.
Die Schaltung von F i g. 3 unterscheidet sich von der
in Fig. I dadurch, daß anstelle des PNP-Transistors T2
ein selbstsperrender MOS-Feldeffekttransistor 7} eingesetzt ist. Während beim Sperrschichttransistor
2n ungefähr 0,7 V zwischen Basis und Emitter genügen, um
ihn leitend zu machen, werden beim selbstsperrenden MOS-Feldeffekttransistor Spannungen von z. B. 6 V
zwischen Gate und Source benötigt. Dadurch erhöht sich die Störsicherheit der Schaltung.
Die in F i g. 1 bis 3 verwendete Steuerschaltung für den Transistor Γι ist in Fig.4 so modifiziert und
dimensioniert, daß die Schaltung von zwei Eingangssignalen an Eingängen E1 und E2 angesteuert werden
kann.Lrie Steuerschaltung weist wiederum ein Differen-
jo zierglied aus einem Kondensator Ci, und einem
Widerstand Ra- auf. Der Kondensator ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers aus zwei Widerständen
Rt und Ri verbunden, wobei der eine Widerstand Rg an
Masse liegt und der andere Widerstand mit der
is Eingangsklemme des Eingangs E2 verbunden ist Die
Schaltung kann wahlweise durch ein Logiksignal am Eingang E2 oder durch einen Schließkontakt zwischen
dem Pluspol der Stromquelle und E2 angesteuert
werden, oder aber durch einen öffner zwischen Ei und
dem Minuspol der Stromquelle, wenn der Pluspol mit £2
verbunden ist.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß z. B. als
Spannungsquelle ein Piezogenerator verwendet werden kann, der die Schaltung mit der notwendigen Energie
versorgt und gleichzeitig das für die Ansteuerung der Schaltung benötigte Eingangssignal liefert Hierbei wird
die Zündpille mit einer zeitlichen Verzögerung, die durch das Zeitdifferenzierglied am Eingang bestimmt
ist, gezündet.
Claims (4)
1. Schaltung zum Ansteuern von mederobmigen
Lasten über einen mit einer Stromquelle verbundenen
Leistungsschalter, insbesondere zum Ansteuern niederohmiger Zündpillen in Zündschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmige
Last (P) mit einem Anschluß an Masse im Leistungspfad des Leistungsschalters, insbesondere
eines Leistungstransistors (T\) liegt, dessen Ansteuerbasis
über einen Basiswiderstand (Ry) an Masse und Ober einen im Ruhezustand, d. h. bei nicht
angesteuerter Last, gesperrten Steuertransistor (Ti)
am Pluspol der Stromquelle (U) liegt, und daß die Steuerelektrode des Steuertransistors mit einer
Transistor-Inverterstufe (Ti, Q, A4) verbunden ist,
mit der eingangsseitig ein Differenzierglied (Q, Ra) verbunden ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet;
daß der Leistungsschalter (T<) und der
Transistor (Tj) der Inverterschaltung jeweils ein
NPN-Transistor und der Steuertransistor (Tt) für den Leistungstransistor ein PNP-Transistor ist
3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransistor
für den Leistungsschalter fl\) ein selbstsperrender
MOS-Feldeffekttransistor (T2 1) ist
4. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Last
(P) durch eine im Ruhezustand der Schaltung leitende Transistorschaltung (T4, 7s) überbrückt ist,
die bei durchgesäuertem Transistor (T3) der
Inverterschaltung sper.t
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19772750972 DE2750972B2 (de) | 1977-11-15 | 1977-11-15 | Schaltung zum Ansteuern von niederohmigen Lasten, insbesondere Zündpillen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19772750972 DE2750972B2 (de) | 1977-11-15 | 1977-11-15 | Schaltung zum Ansteuern von niederohmigen Lasten, insbesondere Zündpillen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2750972A1 DE2750972A1 (de) | 1979-05-17 |
DE2750972B2 true DE2750972B2 (de) | 1981-02-19 |
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ID=6023766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19772750972 Ceased DE2750972B2 (de) | 1977-11-15 | 1977-11-15 | Schaltung zum Ansteuern von niederohmigen Lasten, insbesondere Zündpillen |
Country Status (1)
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DE (1) | DE2750972B2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3336534A1 (de) * | 1983-10-07 | 1985-04-25 | Diehl GmbH & Co, 8500 Nürnberg | Elektronische zuendsteuerschaltung |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0075968B1 (de) * | 1981-09-24 | 1985-09-18 | Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon-Bührle AG | Steuerschaltung zum Zünden einer niederohmigen Zündpille |
FR2564263B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-19 | Radiotechnique Compelec | Relais statique pour courant continu basse tension |
US4882993A (en) * | 1988-08-05 | 1989-11-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Electronic back-up safety mechanism for hand-emplaced land mines |
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1977
- 1977-11-15 DE DE19772750972 patent/DE2750972B2/de not_active Ceased
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DE3336534A1 (de) * | 1983-10-07 | 1985-04-25 | Diehl GmbH & Co, 8500 Nürnberg | Elektronische zuendsteuerschaltung |
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DE2750972A1 (de) | 1979-05-17 |
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8235 | Patent refused |