DE68917227T2 - Elektronische Schaltung mit einer Schutzeinrichtung gegen Spannungsschwankungen der Versorgungsbatterie. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltung mit einer Schutzeinrichtung gegen Schwankungen der Spannung von einer Versorgungsbatterie eines Typs, der einen MOS-Leistungstransistor umfaßt, der zwischen einem Pol der Batterie und einer elektrischen Last zu verbinden ist, um die Last auf Erde zu treiben.
• Wie bekannt ist, sind in heutigen Personenautos elektronische Schaltungen der integrierten Art eingebaut, die ausgelegt sind, um solche elektrische Lasten wie Lichter, Elektromotoren, Betätiger und ähnliches an einer Spannung von einer Versorgungsbatterie durch das eigene Elektriksystem des Autos zu treiben.
• Die Verteilungsleitungen des Elektriksystems können durch scharfe bzw. starke Spannungsschwankungen aufgrund von entsprechend starken Änderungen des Eingangsstroms in elektrische Geräte, die vom Benutzer aktiviert sind, wie z.B. beim Einschalten von Scheibenwischern, Klimaanlagen oder Lichtern, und in bezugauf Leitungsinduktanzen beeinträchtigt sein.
• Wo Überspannungen oder Unterspannungen bei der Stromversorgung auftreten, können die integrierten Steuerschaltungen für die verschiedenen elektrischen Lasten Schaden leiden.
• Zur Verhinderung dieses Problems wäre der Einsatz integrierter Schaltungen vorstellbar, die solchen Spannungsschwankungen erfolgreich standhalten; die bei der Herstellung dieser Schaltungstypen beteiligte Technik ist jedoch hinsichtlich der erforderlichen Komponenten und Verarbeitung eine beträchtlich teure.
• Ein anderer früherer Lösungsweg besteht in der Verbindung einer Einrichtung, die Schutz vor den Überspannungen bietet, zwischen der integrierten Schaltung und Erde, aber dies verschlimmert ebenfalls die Herstellungskosten und erhöht auch die Kosten des Einbau des Elektriksystems in ein Auto.
• US-A-4,658,203 beschreibt eine Spannungsklemmschaltung für geschaltete induktive Lasten, bei der ein MOSFET-Transistor, der mit einer Last in Reihe verbunden ist, die Stromversorgung der Last steuert und vor induktiven Überspannungen durch eine Zenerdiode geschützt ist, die mit einer einfachen Diode in Reihe verbunden ist, wobei die Zenerdiodenkathode an den Verbindungspunkt zwischen dem Drain des Transistors und der Last gebunden ist und die andere Diode die Kathode mit dem Gate des Transistors verbunden hat.
• Die zwei Dioden können als in entgegengesetzten Richtungen oder in Gegentakt- Konfiguration vorgespannt definiert sein.
• Wenn der Transistor nichtleitend ist, ist auf diese Weise bei dem Auftreten von Überspannungen das Gate aufgezogen, und die Spannung VGS, die sich zwischen dem Gate und den Drain entwickelt, macht den Transistor leitend, der als eine Leistungs-Zenerdiode dient und die auftretende Überspannung abschneidet.
• Diese beschriebene Schaltung kann als vor Unterspannungen inhärent geschützt betrachtet sein, da bei Auftreten einer negativen Spannung an dem Drain relativ zu der Source die inhärente Diode des Transistors leitend wird.
• Das technische Problem, das dieser Erfindung zugrundeliegt, besteht in der Bereitstellung einer elektrischen Schaltung, die solche Aufbau- und Leistungskennlinien hat, daß sie vor Spannungsschwankungen in der Batterieversorgung angemessen schützt.
• Dieses Problem ist durch eine Schaltung der Art gelöst, die oben angegeben ist, bei der ein erster MOS-Leistungstransistor mit einer inhärenten Diode zwischen einem Pol der Batterie und einer elektrischen Last verbunden ist, um die Last auf Erde zu treiben, gekennzeichnet durch ferner Umfassen eines zweiten MOS-Transistors mit einer inhärenten Diode, der mit dem ersten Transistor zwischen dem Pol und dem ersten Transistor reihenverbunden ist, wobei die inhärenten Dioden in entgegengesetzten Richtungen vorgespannt sind, eines ersten Paars Zenerdioden, die in einer Gegentakt- Konfiguration zwischen dem Pol und dem Gate des ersten Transistors miteinander verbunden sind, und eines zweiten Paars Zenerdioden, die in einer Gegentakt- Konfiguration zwischen dem Gate und dem Drain des zweiten Transistors miteinander verbunden sind.
• Die Merkmale und Vorteile einer Schaltung gemäß dieser Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines Auslührungsbeispiels davon offensichtlich, die anhand einer Veranschaulichung angegeben ist und keiner Beschränkung bezüglich der beiliegenden Zeichnung unterliegt.
• Die Zeichnungsfigur zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung in Diagrammform.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungsansicht gibt die Nummer 1 allgemein und schematisch eine elektronische Schaltung an, die eine Schutzeinrichtung 10 gegen Schwankungen der Spannung von einer Versorgungsbatterie 2 verkörpert.
• Die Schaltung 1 ist von der integrierten Art und umfaßt einen Schaltungsteilbereich 3, der an sich bekannt ist, der mit einem Eingangsstift 4 und mit einem Paar von Ausgangsstiften 5 und 6 verbunden ist, wobei der Stift 6 geerdet ist.
• Die Schaltung 1 umfaßt einen weiteren Eingangsstift 7, der mit einem positiven Versorgungspol Vc der Batterie 2 verbunden ist, und einen weiteren Ausgangsstift 8, der mit einem Ende eines Widerstands RL verbunden ist, der das andere Ende mit Erde verbunden hat.
• Dieser Widerstand RL veranschaulicht eine elektrische Last, die über die Schaltung 1 auf Erde getrieben ist.
• Die Schaltung 1 beinhaltet einen ersten Leistungstransistor T1 des N-Kanal-MOS- Anreicherungstyps, der sein Gate G1 und seine Source S1 mit dem Schaltungsteilbereich 3 verbunden hat. Die Source S1 ist auch verbunden, um die Last RL über den Ausgangsstift 8 zu treiben.
• Zwischen der Source S1 und dem Drain D1 des Transistors T1 ist eine inhärente Diode D3, die gegen die Source S1 vorwärts vorgespannt ist.
• Ein zweiter N-Kanal-MOS-Typ-Leistungstransistor T2 ist in die Schaltung 1 integriert, wobei seine Source-S2- und Drain-D2-Elektroden mit dem positiven Pol Vc über den Eingangsstift 7 bzw. mit dem Drain D1 des ersten Transistors T1 verbunden sind.
• Das Gate G2 des zweiten Transistors T2 ist wiederum mit dem Schaltungsteilbereich 3 verbunden.
• Eine inhärente Diode D4 liegt zwischen der Source S2 und dem Drain D2 des zweiten Transistors T2 und ist gegen die Source S2 vorwärts vorgespannt.
• Gemäß dieser Erfindung umfaßt die Schutzeinrichtung 10 ein Paar Dioden Z1 und Z2 des Zener-Typs, die in einer Gegentakt-Konfiguration zwischen dem positiven Pol Vc und dem Gate G1 des ersten Transistors T1 miteinander verbunden sind. Eine maximale positive Spannung Vzl von etwa 50 Volt erscheint über dieser Einrichtung 10.
• Der zweite Transistor ist auch mit einer Schutzeinrichtung 9 versehen, die aus zwei Dioden Z3 und Z4 des Zener-Typs gebildet ist, die in einer Gegentakt-Konfiguration zwischen dem Gate G2 und dem Drain D2 des Transistors T2 zwischenverbunden sind. Diese als zweite erwähnte Einrichtung 9 hat einen maximalen positiven Spannungsabfall Vz2 darüber, der beispielsweise 10 Volt betragen kann.
• Wenn der Spannungspegel zwischen dem Gate G1 des ersten Transistors und dem positiven Pol Vc gleich der Summe des Zenerspannungsabfalls Vz1 über der Einrichtung 10 und der Spannung Vgs1 zwischen dem Gate und der Source des ersten Transistors T1, die erforderlich ist, um T1 in-den leitenden Zustand zu bringen, ist oder neigt, sie zu überschreiten, wird der letztere leitend und arbeitet in einer ziemlich ähnlichen Weise wie eine Zener-Leistungsdiode.
• Wenn die Schaltung 1 in Betrieb ist, fließt ein Strom IL durch die Last RL, der von dem ersten Transistor T1 durch den zweiten Schutztransistor T2 geliefert ist.
• Wenn die Spannung an dem Pol Vc gleich der Summe des Spannungsabfalls Vz2 und einem Spannungsabfall Vgs2 zwischen dem Gate G2 und der Source S2, der erforderlich ist, um T2 in den leitenden Zustand zu bringen, ist oder dazu neigt, sie im negativen Wert zu überschreiten, wird der zweite Transistor als eine Zener-Leistungsdiode betriebsbereit.
• Dementsprechend erlauben die Bereitstellungen bzw. Vorrichtungen durch diese Erfindung das Implementieren bzw. Realisieren einer Komponente in der Form einer integrierten Schaltung, die die Entsprechung einer Doppelleistungszenerdiode ist und in der Lage ist, positive oder negative Spannungsstöße zu der Schaltung 1 zu begrenzen, ohne die Gesamtkosten der integrierten Schaltung zu erhöhen.
• Daher hat die Schaltung dieser Erfindung insofern einen großen Vorteil, als sie sich selbst vor möglichen Überspannungen in der Versorgung von der Batterie, mit der sie verbunden ist, schützen kann, während sie auch die dadurch getriebene elektrische Last schützt.
• Diese Schaltung ist überdies im Aufbau ziemlich einfach und als eine integrierte Schaltung für niedrige Herstellungskosten realisierbar.

Claims (2)

1. Elektronische Schaltung (1) mit einer Schutzeinrichtung gegen Schwankungen der Spannung von einer Versorgungsbatterie (2) eines Typs, der einen ersten MOS- Leistungstransistor (T1) mit einer inhärenten bzw. eigenen Diode (D3) umfaßt, der zwischen einem Pol (Vc) der Batterie (2) und einer elektrischen Last (RL) in Reihe zu verbinden ist, um die Last (RL) auf Erde zu treiben bzw. anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- einen zweiten MOS-Transistor (T2) mit einer inhärenten Diode (D4), der mit dem ersten Transistor (T1) zwischen dem Pol (Vc) und dem ersten Transistor (T1) reihenverbunden ist, wobei die inhärenten Dioden (D3, D4) in entgegengesetzten Richtungen vorgespannt sind,

- ein erstes Paar Zenerdioden (Z1, Z2), die in einer Druck-Zug- bzw. Gegentakt-Konfiguration zwischen dem Pol (Vc) und der Gate-Elektrode (GI) des ersten Transistors (T1) miteinander verbunden sind, und

- ein zweites Paar Zenerdioden (Z3, Z4), die in einer Gegentakt-Konfiguration zwischen dem Gate (G2) und dem Drain (D2) des zweiten Transistors (T2) miteinander verbunden sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der erste und zweite Transistor (T1, T2) von dem N-Kanal-MOS-Leistungstransistor-Typ sind und ihre Drains zusammengekoppelt sind.