DE3305183C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gegen insbesondere in­ folge eines Kurzschlusses auftretenden Überstrom, bei mit mindestens einem Leistungstransistor ausgerüsteten elektrischen Steuergeräten, wobei der zu überwachende Strom des Leistungstransistors über einen Meßwiderstand geführt ist.

Eine derartige Schaltung ist aus der DE-AS 22 074 791 bekannt.

Der Erfindung liet die Aufgabe zugrunde, mit einer Schutzschaltung einen zuverlässigen Überstrom-Schutz zu erzielen, bei welchem jeweils nach kurzen Zeitabständen der im Verbraucher fließende Strom darauf­ hin überprüft wird, ob noch Betriebsverhältnisse vorliegen, die für einen Überstrom ursächlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen vorgesehen. Diese Lösung be­ ruht auf dem Prinzip, daß ein monostabiles Kippgerät ausgelöst wird, sobald sich der Verbraucherstrom seinem zulässigen Maximalwert nä­ hert und daß dann der bzw. die zu schützenden Transistoren für eine durch die Kippzeit des Kippgeräts festgelegte, längere Zeit zur Ab­ kühlung stromlos geschaltet werden. Durch wiederholtes, probeweises Einschalten besteht der Schutz effektiv bis zur Aufhebung der den Überstrom verursachenden Betriebsverhält­ nisse.

Eine besonders wirkungsvolle Anordnung ergibt sich in wei­ terer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der invertierende Eingang des ersten Komparators über eine erste Zenerdiode mit einer an Plusspannung führenden Gleichstromleitung, über einen Widerstand mit dem Pluspol einer die Betriebs­ spannung des Steuergeräts liefernden Batterie und über ei­ nen ersten Reihenwiderstand mit Minus- oder Massepotential verbunden ist. In diesem Falle kann der nichtinvertierende Eingang des ersten Komparators über eine zweite Zenerdiode mit dieser Gleichstromleitung und über einen - vorzugs­ weise einstellbaren - zweiten Reihenwiderstand mit Minus- oder Massepotential sowie über einen vierten Widerstand mit dem lastseitigen Ende des Meßwiderstandes verbunden sein.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Patentansprü­ chen 3 und 4.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in seinem Schaltbild dargestellt und nachstehend näher be­ schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Erfindung mit symbolisch angedeutetem Steuergerät S und mit einem als induktive Last vorgesehenen Elektromotor und

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild einer solchen Schaltungsanordnung im Zusammenwirken mit einer Brücke aus Leistungstransistoren zur Steuerung des Elektromotors.

Die dargestellte Schutzschaltung dient dazu, den in einem elektrischen Steuergerät S verwendeten Leistungstransistor T gegen Zerstörung zu schützen, wenn in dem als Last des Steuergerätes S dienenden Stellmotor M ein Kurzschluß oder dergleichen auftritt, der einen unzulässig hohen Strom im Leistungstransistor T hervorrufen würde.

Der Motor M und der zu schützende Leistungstransistor T liegen in Reihe miteinander über einen Meßwiderstand R1 an einer Plusleitung 10, die mit dem nicht dargestellten Plus­ pol einer Kraftfahrzeug-Sammlerbatterie verbunden ist, wel­ che eine Nennspannung von 14,6 V aufweist. Der dem Motor M zufließende Betriebsstrom I ruft an dem Meßwiderstand R1 einen Spannungsabfall hervor, welcher den beiden Eingängen eines ersten Komparators K1 zugeführt ist. Der invertierende (Minus-) Eingang des ersten Komparators ist einerseits über eine Zenerdiode D2 mit einer ersten Hilfsspannungsleitung 11 verbunden, welche eine Gleichspannung U1 von etwa 10 V führt. Über einen Widerstand R3 ist dieser Eingang des Komparators K1 mit der gemeinsamen Minus- bzw. Masseleitung verbunden, an welcher der Minuspol der Sammlerbatterie liegt. Der an­ dere, nichtinvertierende (Plus-) Eingang des Komparators K1 ist über einen Begrenzungswiderstand R4 an das last­ seitige Ende des Meßwiderstandes R1 angeschlossen und steht mit der gemeinsamen Masse über einen einstellbaren Wider­ stand R5 in Verbindung. Er ist außerdem über eine zweite Zenerdiode D3 an die gemeinsame, erste Hilfsspannungslei­ tung 11 angeschlossen. Der Ausgang des ersten Komparators K1 liegt an einem mit der Masseleitung verbundenen Konden­ sator C1 und ist außerdem mit dem Minus-Eingang eines zwei­ ten Komparators K2 verbunden.

Steigt der durch den Meßwiderstand R1 fließende Verbraucher­ strom I an, so verringert sich die Spannung am nichtinver­ tierenden Eingang des Komparators K1, während die Spannung am invertierenden Eingang des Komparators K1 konstant bleibt. Mit Hilfe des Widerstandes R5 wird in stromlosem Zustand (I=0) am nichtinvertierenden Eingang eine um einen gerin­ geren Wert höhere Spannung abgeglichen als am invertieren­ den Eingang. Daher kann beim Erreichen eines bestimmten Wer­ tes des Verbraucherstromes I der Ausgang des Komparators K1 niederohmig werden und dann den Kondensator C1 entladen. Gleichzeitig wird die Spannung am invertierenden Eingang des Komparators K2 tiefer als die konstante Spannung an seinem nichtinvertierenden Eingang, der an der zweiten Hilfsspannungsleitung 12 (ca. 5 V) liegt. Sobald der Aus­ gang des ersten Komparators K1 niederohmig wird und den Kondensator C1 sehr rasch entlädt, wird eine Abschaltspan­ nung am Ausgang des zweiten Komparators K2 erzeugt. Mit dem Abschaltsignal AS, das am Ausgang des zweiten Kompa­ rators K2 entsteht, dann das Steuergerät S und der in diesem enthaltene Leistungstransistor T1 gesperrt.

Die Wiederaufladung des Kondensators C1 wird durch einen Widerstand R7 erreicht, wobei mit einem weiteren Widerstand R6 und einer Diode D1 ein um eine Diodenstrecke höhere Spannung als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators K2 erzeugt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß einerseits lange Ausschaltzeiten erreicht werden können und andererseits bei der Entladung des Kon­ densators C1 ein schnelles Ansprechen gewährleistet wird.

Wenn der Kondensator C1 wieder so weit aufgeladen worden ist, daß die Spannungen an den Eingängen des Komparators K2 gleich sind, wird der Verbraucherstrom I wieder einge­ schaltet. Besteht jedoch der Kurzschluß noch weiterhin, so wird der Strom sofort wieder unterbrochen und bleibt für die durch den Kondensator C1 festgelegte, längere Zeitdauer ausgeschaltet. Dieses Wechselspiel wiederholt sich bis zur Aufhebung des Kurzschlusses.

Durch einen Kondensator C2, der zwischen den beiden Ein­ gängen des ersten Komparators angeordnet ist, können sehr kurze Überströme unterdrückt und dabei ein Ansprechen der Schutzschaltung verhindert werden. Die Dioden D2 und D3 schützen die Eingänge des Komparators K1 vor positiven und negativen Spannungsspitzen und verhindern dabei eben­ falls, daß die Schutzschaltung ansprechen kann.

Fig. 2 zeigt in einem ausführlicheren Schaltplan, wie die erfindungsgemäße Schutzschaltung verwendet werden kann, wenn der Motor M über eine Leistungsbrücke betrieben wird, die aus vier Leistungstransistoren T1 bis T4 aufgebaut ist und abwechslungsweise den durch den Motor fließenden Strom I umzukehren und gleichzeitig die Drehrichtung des Motors umzukehren gestattet. Dort ist an den Ausgang des zweiten Komparators K2 ein Inverter-Gatter 15 angeschlos­ sen, das mit dem Ausgang eines dritten Komparators K3 und eines vierten Komparators K4 in Verbindung steht. Der Kom­ parator K3 ist mit der Basis eines Steuertransistors T5 verbunden, welcher auf den Leistungstransistor T3 sperrend einwirken kann, und der Komparator K4 ist mit der Basis ei­ nes zweiten Steuertransistors T6 verbunden, welcher auf den vierten Leistungstransistor T4 sperrend einzuwirken gestat­ tet. Wenn am Ausgang des zweiten Komparators K2 ein Abschalt­ signal anliegt, werden beide Leistungstransistoren T3 und T4 gesperrt, derart, daß durch den Motor M kein Stromfluß I möglich ist.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung ist sehr einfach auf­ gebaut und kann wie in Fig. 2 dargestellt besonders günstig bei transistorisierten Leistungsbrücken eingesetzt werden. In der dargestellten Anordnung werden die Leistungstransi­ storen T1 bis T4 sowohl bei einem in der geschalteten Last M auftretenden Kurschluß als auch bei einem Kurzschluß gegen Massepotential geschützt, da der der Leistungsbrücke zufließende Strom I immer über den Meßwiderstand R1 fließen muß.

Claims (4)

1. Schutzschaltung gegen insbesondere infolge eines Kurzschlusses auftretenden Überstrom, bei mit mindestens einem Leistungstransistor (T) ausgerüsteten elektrischen Steuergeräten (S), wobei der zu über­ wachende Strom des Leistungstransistors über einen Meßwiderstand (R1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der am Meßwiderstand entstehende Spannungsabfall den beiden Eingängen eines ersten Kompa­ rators (K1) zugeführt ist und diese Eingänge an konstante Ver­ gleichsspannungen mit einer zum maximal zulässigen Stromwert propor­ tionalen Spannungsdifferenz gelegt sind, daß an den Ausgang des er­ sten Komparators ein im ungestörten Betriebsfall geladener Kondensa­ tor (C1) und der Steuereingang eines zweiten Komparators (K2) ange­ schlossen ist, dessen anderer Eingang auf einem Referenzpotential (U2) liegt, und daß das monostabile Kippverhalten zeigende Ausgangs­ signal des zweiten Komparators (K2) dem Leistungstransistor (T) zu­ geführt ist und diesen für die Dauer der Entlade- und Wiederauflade­ phase des Kondensators (C1) sperrt, sobald der Strom durch den Lei­ stungstransistor (T) den eingestellten Maximalwert überschreitet.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der invertierende Eingang des ersten Komparators über eine erste Zenerdiode (D2) mit einer Plusspannung (U1) führenden Gleichstromleitung (11), über einen Wider­ stand (R2) mit dem Pluspol einer die Betriebsspannung (U_batt) des Steuergerät liefernden Batterie und über ei­ nen ersten Reihenwiderstand (R3) mit Minus- oder Massepo­ tential verbunden ist, während der nichtinvertierende Ein­ gang des ersten Komparators (K1) über eine zweite Zener­ diode (D3) mit der ersten Gleichstromleitung (11) und über einen vorzugsweise einstellbaren zweiten Reihenwiderstand (R5) mit Minus- oder Massepotential sowie über einen vierten Widerstand (R4) mit dem lastseitigen Ende des Meßwider­ standes (R1) verbunden ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der nichtinvertierende Eingang des zweiten Komparators (K2) mit einer zweiten Gleichstromleitung (12) verbunden ist, deren Spannung etwa um den Schwellspannungs­ wert einer Diode (D1) niedriger ist als die Spannung (U1) der ersten Gleichstromleitung (11).

4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der ersten Gleichstromleitung (11) und dem invertierenden Eingang des zweiten Komparators (K2) ein aus einem sechsten Widerstand (R6) und einem siebten Widerstand (R7) gebildeter Spannungsteiler angeordnet ist, von dessen Abgriff eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode (D1) zum nichtinvertierenden Eingang des zweiten Komparators (K2) und zur zweiten Gleichstromleitung (12) führt.