DE4432957C1

DE4432957C1 - Schaltmittel

Info

Publication number: DE4432957C1
Application number: DE4432957A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Ing Walther; Gerhard Dipl Ing Siese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2014-09-17
Also published as: GB2293290B; GB2293290A; US5648739A; GB9518450D0; JPH08107632A; FR2724790B1; FR2724790A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Schaltmittel gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1. Ein entsprechendes Schaltmittel ist aus der DE-OS 38 35 662 bekannt.

Dort wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines induktiven Verbrauchers beschrieben, die eine erste und eine zweite Klemme sowie eine Ansteuerschaltung umfaßt. Das Schaltmit tel enthält einen ersten Transistor, der mit der zweiten Klemme in Verbindung steht. Ferner ist ein zweiter invers betriebener Transistor vorgesehen. Einer der beiden Transi storen ist abhängig von der Ansteuerschaltung steuerbar. Der zweite Transistor ist in Reihe zwischen der ersten Klemme und dem ersten Transistor geschaltet.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist es, daß zur Sicherstel lung des Verpolschutzes ein zusätzlicher Masseanschluß er forderlich ist.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltmittel bereitzustellen, das einen Verpolschutz aufweist, der ver hindert, daß bei verpolten Anschlüssen der Versorgungsspan nung das Schaltmittel und/oder der Verbraucher beschädigt wird, wobei kein zusätzlicher Masseanschluß erforderlich ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Schaltmittel schützt den Verbraucher gegen Verpolung. Bei Verpolung kann das Schaltmit tel und der Verbraucher nicht geschädigt werden. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Verpolschutzanordnung keinen se paraten Masseanschluß benötigt. Die Verpolschutzanordnung ist mit den üblicherweise verwendeten Feldeffekttransistoren gemeinsam in ein dreipoliges Gehäuse integrierbar. Es ist also aufgrund des internen Verpolschutzes kein zusätzlicher Anschluß notwendig. Desweiteren kann der Verpolschutz im gleichen Arbeitsgang hergestellt werden, wie der übliche Feldeffekttransistor.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit einem Relais,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit einem bipolaren Transistor und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform mit einem Feldeffekt transistor.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsge mäßen Schaltmittels 101 dargestellt. Das Schaltmittel 101 steht mit einem ersten Anschluß 105 mit einer Versorgungs spannung U_Bat in Verbindung. Mit einem zweiten Anschluß 106 steht es über einen Verbraucher 100 mit Masse in Verbindung. Eine Steuereinheit 150 beaufschlagt das Schaltmittel über einen Steueranschluß 107 mit einem Ansteuersignal.

Bei dem Verbraucher 100 kann es sich um einen beliebigen elektrischen Verbraucher handeln. Dies sind beispielsweise elektromagnetische Ventile, Notoren oder Glühbirnen.

Bei der Steuereinheit 150 handelt es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor oder eine Endstufe, die abhängig von verschiedenen Signalen ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung des Schaltmittels 101 bereitstellt. Abhängig vom Vorliegen des Ansteuersignals gibt das Schaltmittel 101 den Stromfluß von der Versorgungsspannung U_Bat (Anschluß 105) durch den Verbraucher 100 nach Masse frei.

Das Schaltmittel 101 umfaßt einen ersten Feldeffekttransi stor 110, der mit seinem Source-Anschluß 111 mit dem zweiten Anschluß 106 des Schaltmittels 101 in Kontakt steht. Der Gate-Anschluß 113 des Feldeffekttransistors 110 steht mit dem Steueranschluß 107 in Verbindung. Mit 115 ist die parasitäre Substratdiode des Feldeffekttransistors 110 be zeichnet.

Der Drain-Anschluß 112 des ersten Feldeffekttransistors 110 ist unmittelbar mit dem Drain-Anschluß 122 eines zweiten Feldeffekttransistors 120 verbunden. Der Source-Anschluß 121 des zweiten Feldeffekttransistors 125 steht mit dem ersten Anschluß 105 des Schaltmittels 101 in Verbindung. Der Gate-Anschluß 123 des zweiten Feldeffekttransistors 120 steht ebenfalls mit dem Steueranschluß 107 in Verbindung.

Dadurch, daß die Drain-Anschlüsse direkt miteinander verbun den sind, bzw. daß das zweite Schaltmittel invers zu dem er sten Schaltmittel geschaltet und betrieben wird, sind die parasitären Dioden 115 und 125 gegenläufig geschaltet. Dies hat zur Folge, daß bei einer Verpolung über die Reihenschal tung dieser Dioden kein Strom fließt, sofern das Schaltmit tel 120 gesperrt ist.

Desweiteren ist eine Spule 140 eines Relais sowie eine Diode 145 zwischen dem ersten Anschluß 105 und den Drain-Anschlüs sen 112 und 122 der beiden Feldeffekttransistoren geschal tet. Die Kathode der Diode 145 steht dabei mit der Spule 140 und die Anode mit den Drain-Anschlüssen in Verbindung. Diese Relaisspule betätigt ein Schaltmittel 130, das eine Verbin dung zwischen dem ersten Anschluß 105 und den Gate-Anschlüs sen 123, 113 der beiden Feldeffekttransistoren 110 und 120 herstellt.

In Fig. 1 ist die korrekte Polung des Schaltmittels 101 dargestellt. Bei korrekter Polung nimmt die Versorgungsspan nung positives Potential gegenüber dem Masseanschluß an. In diesem Fall kann durch beaufschlagen eines Ansteuersignals des Gate-Anschlusses 113 und des Gate-Anschlusses 123 der beiden Feldeffekttransistoren diese durchgesteuert und damit der Stromfluß vom Anschluß 105 über den Anschluß 106 zum Verbraucher 100 freigegeben werden.

Bei normaler Betriebsweise, das heißt bei richtiger Polung, verhindert die Diode 145 den Stromfluß durch die Spule 140 und das Schaltmittel 130 ist geöffnet. Sie üben keinerlei Wirkung aus.

Wird dagegen das Schaltmittel und die Last gemeinsam verpolt eingebaut, d. h. der erste Anschluß 105 ist mit Masse und der Verbraucher 100 bzw. der zweite Anschluß 106 ist an Versor gungsspannung U_Bat angeschlossen, so fließt über die parasi täre Substratdiode 115 des ersten Feldeffekttransistors 110 ein Strom durch die Spule 140 des Relais gegen Masse. Dies hat zur Folge, daß das Schaltmittel 130 schließt und die Gate-Anschlüsse 123 und 113 der beiden Feldeffekttransisto ren 110 und 120 mit Masse verbunden sind. Dies bedeutet, daß der Feldeffekttransistoren 120 sowie seine parasitäre Diode 125 den Stromfluß sperren. Dabei ist der Widerstand der Spule so zu dimensionieren, daß der Strom der über Spule 140, die Diode 145 und durch den Verbraucher 100 fließt nicht zu einer Reaktion des Verbrauchers 100 führt. Dies be deutet, beim Beispiel einer Magnetventilspule die Widerstän de und damit der Strom so gewählt ist, daß sich der Anker des Magnetventils nicht bewegt.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausgestaltung dargestellt. Neben den bereits in Fig. 1 beschriebenen Elementen, die mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, entfällt bei dieser Ausführungsform die Relaisspule 140 und das Schaltmittel 130.

Der Steueranschluß 107 steht über einen vorzugsweise ohm schen Widerstand 108 mit den Gate-Anschlüssen 113 und 123 sowie über einen Transistor 230 mit dem ersten Anschluß 105 in Verbindung. Der Basisanschluß 231 des Transistors 230 steht mit dem Mittelabgriff eines Spannungsteilers, beste hend aus einer Reihenschaltung eines Widerstands 240, eines Widerstands 242 und einer Diode 244 in Kontakt. Der Wider stand 242 steht mit seinem zweiten Anschluß mit der Kathode der Diode 244 in Verbindung. Die Anode der Diode 244 ist mit einem weiteren Anschluß 246 des Schaltmittels 101 verbunden. Bei diesem Anschluß 246 handelt es sich um einen zusätzli chen Masseanschluß.

Bei korrekter Polung des Schalters bildet sich am Spannungs teilers, bestehend aus den Widerständen 242 und 240 eine solche Spannung aus, die bewirkt, daß der Transistor 230 in seinem gesperrten Zustand bleibt. Dies bewirkt wiederum, daß die Feldeffekttransistoren 110 und 120 mit dem Signal, das am Steueranschluß 107 anliegt, beaufschlagt werden.

Bei einer falschen Polung, d. h., daß der Anschluß 105 auf Massepotential liegt, befindet sich die Basis des Transi stors auf Masse. Dies bewirkt, daß der Transistor 230 die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 110 und 120 mit dem am Anschluß 105 anliegenden Massepotential beaufschlagt. Dies hat zur Folge, daß der Feldeffekttransistor 120 sowie seine parasitäre Diode 125 den Stromfluß durch den Verbrau cher 100 sperren.

Bei verpolten Anschlüssen 105 und 106 ist die parasitäre Substratdiode 115 des Feldeffekttransistors 110 leitend. Die Parasitärdiode 125 des Feldeffekttransistors 120 sperrt im Verpolfall unter der Voraussetzung, daß das Feldeffekttran sistor 120 selbst gesperrt ist. Der Transistor 230 stellt das Sperren des Feldeffekttransistors 120 sicher, indem er über den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 240, 242 und der Diode 244 derart angesteuert wird, daß der Gate-Anschluß 123 des Feldeffekttransistors 120 auf Source potential liegt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser Ausfüh rungsform ist gestrichelt eingezeichnet. Bei dieser Ausge staltung steht die Anode der Diode 244 mit den Drain-An schlüssen 122 und 112 der Transistoren 120 und 110 in Ver bindung. Dadurch kann der weitere externe Anschluß nach Masse vermieden werden. Die Funktionsweise entspricht der Funktionsweise, der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs form.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Transistor 230 durch einen Feldeffekttransistor 330 ersetzt wird. Desweiteren ist zwischen dem Source-Anschluß 323 des Feldeffekttransistors 330 die Kathode einer Diode 310 ange schlossen, die mit den Gate-Anschlüssen 123 und 113 der Feldeffekttransistoren 110 und 120 in Verbindung steht. Des weiteren ist die parasitäre Substratdiode 135 des Feldeffekttransistors 330 eingezeichnet.

Der Source-Anschluß 331 des Feldeffekttransistors 330 steht mit dem ersten Anschluß 105 des Schaltmittels 101 sowie mit einem Widerstand 320 in Verbindung. Der zweite Anschluß des Widerstands 320 steht mit dem Gate-Anschluß 333 des Feldeffekttransistors 330 und mit dem Verbindungspunkt der Drain-Anschlüsse 122 und 112 in Kontakt.

Bei korrekter Polung ist der Feldeffekttransistor 330 in seinem gesperrten Zustand, da der Gate-Anschluß 333 auf Mas sepotential liegt.

Bei einer Verpolung fließt ein Strom vom Anschluß 106, der auf Batteriespannung liegt, über die parasitäre Substrat diode 115 des Feldeffekttransistors 110, den Widerstand 320 zum ersten Anschluß 105, der auf Massepotential liegt. Der Spannungsabfall am Widerstand 320 und am Widerstand des Ver brauchers 100 bewirkt, daß am Gate-Anschluß 333 ein positi ves Potential gegenüber dem Source-Anschluß 331 anliegt, was zur Folge hat, daß der Feldeffekttransistor 330 in seinen leitenden Zustand übergeht. Bei leitendem Feldeffekttransi stor 330 befindet sich der Gate-Anschluß 123 und der Gate-Anschluß 113 der Feldeffekttransistoren 120 und 110 auf Mas sepotential. Dies bewirkt, daß der Transistor 120 und seine parasitäre Diode 125 sperren, wodurch die Last gesichert ist.

Mittels des Feldeffekttransistors 330 wird ein sicheres Sperren des Verpolschutztransistors 120 gewährleistet. Die Diode 310 verhindert eine ungewollte Ansteuerung der Transi storen 125 und 115 im Normalbetrieb. Mit dieser Anordnung kann verhindert werden, daß im Verpolfall ein Strom über die Last 100 fließt.

Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da diese Ausführungsform ebenso, wie die Ausführungsform gemäß Fig. 1 keinen separaten Masseanschluß benötigt. Besonders vor teilhaft bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist es, daß die gesamte Verpolschutzanordnung mit den üblicherweise ver wendeten Feldeffekttransistoren gemeinsam in ein dreipoliges Gehäuse integrierbar ist. Es ist also aufgrund des Verpol schutzes kein zusätzlicher Anschluß notwendig. Desweiteren kann der Verpolschutz im gleichen Arbeitsgang hergestellt werden, wie der übliche Feldeffekttransistor.

In den dargestellten Ausführungsformen, sind die Feldeffekt transistoren als N-Kanal-MOS-Feldeffekttranssitoren reali siert. Die Erfindungsgemäße Anordnung kann aber auch mit an deren Halbleiterschaltelementen realisiert werden. In diesem Fall sind die Anschlüsse entsprechend zu vertauschen. Werden beispielsweise P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren verwendet, so sind die Drain- und die Source-Anschlüsse zu vertauschen. Entsprechendes gilt bei negativen Versorgungsspannungen.

Claims

1. Schaltmittel (101) mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Anschluß (105, 106) sowie einem Steueranschluß (107), wobei das Schaltmittel (101) einen ersten Transistor (110) umfaßt, der mit dem zweiten Anschluß (106) in Verbindung steht, wobei wenigstens ein zweiter Transistor (120) vor gesehen ist, der in Reihe zwischen dem ersten Anschluß (105) des Schaltmittels (101) und dem ersten Transistor (110) ge schaltet ist und invers betrieben wird, wobei wenigstens ei ner der beiden Transistoren (110, 120) abhängig von einem an dem Steueranschluß anliegenden Signal steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der beiden Transistoren (110, 120) über ein Widerstandsmittel (320, 140) mit dem ersten Anschluß (105) verbindbar ist, wobei abhängig vom Stromfluß durch das Widerstandsmittel (320, 140) der erste und/oder der zweite Transistor (110, 120) mittels eines zweiten Schaltmittels (130, 230, 330) derart ansteuerbar ist, daß der erste und/oder der zweite Transistor (110, 120) den Stromfluß durch die Transistoren unterbricht.

2. Schaltmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb ein erster Anschluß (111) des ersten Tran sistors (110) mit einer Last (100) und ein erster Anschluß (121) des zweiten Transistors (120) mit einer Versorgungs spannung (Ubat) und die zweiten Anschlüsse (112, 122) der beiden Transistoren (120, 110) unmittelbar miteinander ver bunden sind.

3. Schaltmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnete daß bei einer Verpolung der erste und/oder der zweite Transistor (110, 120) den Stromfluß un terbricht.

4. Schaltmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnete daß die beiden Transistoren als Feld effekttransistoren ausgebildet sind und es sich bei den zweiten Anschlüssen (112, 122) um die Drain-Anschlüsse han delt.

5. Schaltmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Gate-Anschlüsse (113, 123) des ersten und/oder des zweiten Feldeffekttransistors mittels des zweiten Schaltmittels (130, 230, 330) bei einer Verpo lung mit Masse und/oder mit dem ersten Anschluß (121) des zweiten Transistors (120) verbindbar sind.

6. Schaltmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnete daß das zweite Schaltmittel (130, 230, 330) ebenfalls als Feldeffekttransistor realisiert ist.