WO2014060513A1 - Schutzschaltungsanordnung und verfahren zum schutz einer elektrischen schaltungseinrichtung sowie vorrichtung mit der zu schützenden schaltung und der schutzschaltungsanordnung - Google Patents

Schutzschaltungsanordnung und verfahren zum schutz einer elektrischen schaltungseinrichtung sowie vorrichtung mit der zu schützenden schaltung und der schutzschaltungsanordnung Download PDF

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circuit arrangement
signal
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Paul Gruber
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Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a protective circuit arrangement for protecting an electrical circuit device from the occurrence of errors of different types of errors.
  • fault types are fault types from a group of faults including the following faults: (i) fault voltage (over or under voltage), (ii) short circuit, and (iii) overcurrent on a circuit of the protection circuitry through which the circuit is supplied with electrical energy.
  • at least one openable and closable switch is arranged in the current path, which can be actuated by means of control signals via a corresponding control input.
  • the protection circuitry further includes means for detecting the errors and outputting corresponding control signals.
  • the invention further relates to a corresponding method for protecting an electrical circuit device from the occurrence of errors and a device, in particular simulation, control and / or regulating device with a circuit device to be protected and a corresponding protective circuit arrangement.
  • circuit arrangements for protecting the actual circuit device of an electrical device are known. These have corresponding means which detect the errors and lead via different control signal paths to an interruption of the supply path.
  • the at least one switch is actuated only by the means for detecting overcurrent faults via the control input.
  • Means for detecting a fault of another type of fault provides a different way of interrupting the supply path.
  • Such a circuit arrangement is arbitrarily complicated and confusing.
  • the invention has for its object to provide a simple and safe protective circuit arrangement, a corresponding method and a corresponding device with such a protective circuit arrangement.
  • control signals for at least two of the types of errors are designed as control signals for outputting to the control input from a standard error type-independent control signal type.
  • a uniform control signal type results for a plurality of types of errors.
  • control signal (s) opens / ends in a "common action path" for the "further processing" by the at least one switch.
  • the protective circuit arrangement also protects the corresponding electrical energy source (current or voltage source) by opening the switch / disconnecting the connection in the current path.
  • two switches designed as transistors are provided, which are arranged in the current path in an electrically opposite direction to one another and have a common control input.
  • the electrically opposite alignment of the two transistors, that is to say their source-drain alignment, within the current path ensures that at least one of the two transistors reliably blocks the current path (in the sense of an opened switch) with appropriate wiring via the common control input.
  • the control signal is preferably a control voltage.
  • the at least one transistor is particularly preferably designed as a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).
  • control signal is a control voltage.
  • This control voltage is preferably a negative control voltage, as far as the switch (s) is / are designed as a "normally-off" p-channel MOSFET If a fault of this type of fault exists (regardless of whether the fault is now an overvoltage, an overcurrent, an undervoltage, etc.), therefore, such a uniform control signal is always generated in the form of a transistor control voltage (gate-source voltage) for the at least one field-effect transistor in the protective circuit arrangement.
  • a shunt resistor is further arranged in the current path, which forms the means for detecting an overcurrent error and for outputting the control signal from the uniform signal type to the control input together with a downstream monitoring circuit.
  • a current above a predetermined threshold that is, an overcurrent, drops at the shunt resistor a voltage which is applied by the monitoring circuit in a corresponding (negative) voltage at the Control input is compared with the current path is implemented. This is the control signal of the error type independent uniform control signal type.
  • the invention provides that form a in a cross-current path between the current path and control input transistor together with a circuit connecting this transistor, the means for detecting the fault voltage, in particular an overvoltage, is formed at a corresponding overvoltage of the cross path co-forming emitter collector Current path or source-drain current path of the transistor through the wiring conductive.
  • the at least one switch in a state in which it is not controlled by the control signal (uncontrolled state) is open and interrupts the current path. If the switch is designed as a transistor, then it is a "normally blocking" transistor.
  • the protective circuit arrangement further comprises a circuit part which can close the at least one switch in response to an input signal to the circuit part in the uncontrolled state.
  • the input signal may also be referred to as an enable signal and is preferably a digital input signal.
  • this circuit part is further configured to output the digital input signal (enable signal) and optionally additionally an inverted input signal (inverted enable signal) to the electrical circuit device.
  • the circuit part has suitable outputs and means for inverting the input signal.
  • the protective circuit arrangement has a further circuit part for distinguishing an undervoltage from a desired (sufficient) voltage on the current path, the further circuit part for outputting a status signal (CHL_OK). forming output signal, in particular digital output signal, in response to a detected desired (sufficient) voltage is formed.
  • Protection circuit further comprises a control logic circuit which is adapted to output the digital input signal (enable signal) in response to the output signal (status signal) of the further circuit part.
  • the control logic circuit is also set up to output further digital signals as a function of the output signal of the further circuit part. These further digital signals can be used, for example, by the circuit device.
  • the invention is further based on a method for protecting an electrical circuit device by means of a protective circuit arrangement before the occurrence of errors of different types of errors.
  • fault types are fault types from a group of faults including the following faults: (i) fault voltage (overvoltage or undervoltage), (ii) short circuit and (iii) overcurrent on a current path through which the circuit device is supplied with electrical energy, wherein optionally interrupting or releasing the current path at least one openable and closable switch, in particular field effect transistor, is arranged in the current path, which is actuated via a corresponding control input by means of control signals. In this case, corresponding control signals are output when errors are detected.
  • control signals for at least two of the fault types are designed as control signals of a fault-independent uniform control signal type and are output to the control input, wherein a transistor connected in a cross-current path between the current path and the control input together with a circuit connecting this transistor forms the means for detecting form an overvoltage, and wherein, in the presence of an overvoltage, the control signal in the form of a transistor control voltage, namely a gate-source voltage, for at least one designed as a MOSFET transistor switch in the protective circuit arrangement is generated.
  • the invention also relates to a device, in particular a simulation, control and / or regulating device with a circuit device to be protected and a protective circuit arrangement mentioned above.
  • the o.g. Faulty voltage (especially the undervoltage) can be caused in practice, for example, by an impermissibly low supply voltage of the electrical energy source.
  • Another practical cause for a faulty voltage may be a reverse polarity fault, which has arisen during construction or startup of the circuit device or protective circuit arrangement.
  • the circuit device to be protected has a digital output which alternatively has one of the states logic zero, logic one and a high-impedance state (so-called tri-state output).
  • the circuit device to be protected is designed as an output driver circuit or has an output driver circuit. This output driver circuit then has the digital output.
  • circuit device comprises means by means of which the digital output of the circuit device in response to the further digital signals in the high-impedance state is displaceable.
  • Fig. 1 shows the circuit diagram of a protective circuit arrangement for protecting a circuit device according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows the circuit diagram of a device with a circuit device to be protected and the protective circuit arrangement according to FIG. 1, wherein the device can be used as a simulation and / or control and / or regulating device, or the device of a simulation and / or control and / or control device is included.
  • FIG. 1 shows the circuit diagram of a protective circuit arrangement 10 for protecting an electrical circuit device 12 (shown in FIG. 2) from the occurrence of disturbances. These faults manifest themselves in faults of different fault types that can be detected in a current path 14 (supply current path) for supplying the circuit device 12 with electrical energy.
  • This current path 14 is - at least partially - part of the protective circuit arrangement 10.
  • the protective circuit arrangement 10 has a plurality of means 16, 18, 20 for detecting the errors and for outputting corresponding control signals.
  • the protective circuit arrangement 10 furthermore has two openable and closable switches 22, 24, which are arranged in the current path 14 and each have a control input 26.
  • the switches 22, 24 are each formed as a transistor, more precisely each as a field effect transistor, which are connected to their source and drain terminals in the current path 14.
  • the control inputs 26 of the switches 22, 24 designed as field-effect transistors are the respective gate terminals. These two control inputs 26 are electrically conductively connected to each other by an electrical connection 28 and therefore have the same electrical potential.
  • the switches 22, 24 thus practically have a common control input 26.
  • the two transistors 22, 24 formed as transistors, with their source and drain terminals in the current path 14 are electrically opposite to each other arranged aligned.
  • This electrically opposite orientation of the two transistors within the current path 14 ensures that at any one polarity of at least one of the two transistors with a corresponding Be circuit via the common control input 26 blocks reliably and thus the current path 14 interrupts.
  • the electrically opposite orientation is particularly well visible in the (replacement) circuit diagram by the opposite orientation of the diodes in the field effect transistors 22, 24.
  • the control signal is preferably a control voltage in the case of the switches 22, 24 designed as field-effect transistors.
  • a Shuntwi- resistance 30 is arranged, which together with a shunt resistor 30 downstream monitoring circuit 32 means 16 for detecting an overcurrent error and for outputting the control signal from the uniform signal type to the control input 26th forms.
  • a current above a predetermined threshold ie a so-called overcurrent, drops across the shunt resistor 30 a voltage which is tapped by the monitoring circuit and converted into a corresponding (negative) voltage at the control input with respect to the current path 14.
  • This voltage is the control signal of the error-type-independent uniform control signal type. In the example shown, it is about -5V.
  • the monitoring circuit 32 is known in many variants. Therefore, the individual components of the circuit 32 should not be discussed explicitly.
  • the current path 14 with the switches 22, 24 and the shunt resistor 30 and the remaining components of the means 16 for detecting an overcurrent error are indicated in the figures as circuit part A.
  • the emitter-collector current path (or source-drain current path) forming the transverse path 34 of the transistor 36 becomes conductive through the connection via the diodes 40. This reduces the amount of (negative) voltage at the control input 26 and the electrical connection 28 with respect to the current path 14.
  • the means 18 also outputs a control signal from the error-type independent control signal type to the common control input 26 of the transistors 22, 24
  • This part of the protective circuit arrangement 10 is identified in the figures as circuit part B.
  • the switches 22, 24 could be conductive in the normal state and thus enable the current path without a connection.
  • the two switches 22, 24 formed as transistors are in the state in which they are not controlled by a control signal (ie in the uncontrolled state) blocking, so that the current path 14 is interrupted.
  • the acting as a switch 22, 24 transistors of this embodiment are thus "normal blocking" transistors.
  • the protective circuit arrangement 10 furthermore has a circuit part 42 which switches the switches 22, 24 in response to an enable signal (enable signal) at its input 44 close in the uncontrolled state.
  • the enable signal is preferably a digital input signal of the circuit part 42, which is identified in the figures as circuit part J. is drawing.
  • this circuit part 42 is further configured to output the digital input signal (enable signal) and optionally additionally an inverted input signal (inverted enable signal) to the electrical circuit device 12.
  • the circuit part 42 has suitable outputs 45 and means for inverting the input signal.
  • the protective circuit arrangement 10 has a further circuit part 46 for distinguishing an undervoltage from a desired (sufficient) voltage on the current path 14, the further circuit part for outputting a digital output signal (status signal CHL_OK) depending on a detected desired (sufficient) voltage an output 48 is set up.
  • This further circuit part 46 is an analog circuit part (with transistors, diodes and resistors), which is characterized in the figures as circuit part C.
  • this further circuit part limits the amount of the gate-source voltage in that this amount does not exceed a predefined maximum amount of the gate-source voltage in the conductive state of the MOSFET configured switch / s 22 and / or 24.
  • the further circuit part 46 is thus preferably provided and configured to "on the one hand” the occurrence of said error via level change (the status signal CHL_OK, which is preferably a digital signal) at the output 48 of the other circuit part 46 to the control logic circuit 50, and on the other hand, to protect the MOSFET (s).
  • the status signal CHL_OK which is preferably a digital signal
  • the protective circuit arrangement 10 has a control logic circuit 50 (Ctrl) which is set up for outputting the digital enable signal for the circuit part 42 as a function of the output signal (status signal CHL_OK) of the further circuit part 46 at an output 52.
  • the output signal (status signal CHL_OK) of the further circuit part 46 is applied to an input 54 of the control logic circuit 50.
  • the output 48 of the further circuit part 46 is connected to the input 54 of the control logic circuit 50 signal technically connected or signal technology.
  • To output the digital enable or enable signal (Enable) for the circuit part 42 of the output 52 of the control logic circuit 50 with the input 44 of the circuit part 42 signal-technically connectable or connected by signal technology.
  • the control logic circuit 46 preferably includes an FPGA (Field Programmable Gate Array) device or is fully implemented in an FPGA.
  • the control logic circuit 50 is also set up to output further digital signals HS, LS as a function of the output signal (status signal CHL_OK) of the further circuit part 46 at further outputs 56, 57. These further digital signals can, for example, be transferred to inputs 58, 59 of the circuit device 12 and then used by them.
  • the part of the protective circuit arrangement 10 with the control logic circuit 50 is identified as circuit part G in the figures.
  • the interconnected via signal lines components circuit part 42, further circuit part 46 and the control logic circuit 50 together form the means 20 for detecting an undervoltage.
  • FIG. 2 shows the circuit diagram of a device 60 with the circuit device 12 to be protected and the protective circuit arrangement 10.
  • the device 60 shown is designed, for example, as a simulation or control or regulating device. Alternatively, the device 60 may be used as part of a simulation or control device.
  • the circuit device 12 of this device 60 is designed as an output driver circuit and has a digital output (digital output) 62, wherein the internal structure of the protective circuit arrangement 10 to be protected circuit device 12 should not be discussed in more detail.
  • the current path 14 of the protective circuit arrangement 10 is part of the overall current path between an electrical energy source 64 (current or voltage source) and the circuit device 12.
  • the digital output 62 of the circuit device 12 may alternatively have one of the states (a) logic zero, (b) logic one and (c) a high impedance state.
  • the circuit device 12 has means (not shown) by means of which the digital output 62 of the circuit device 12 in response to the other digital signals from the control logic circuit 50 in the high-impedance Condition is displaceable.
  • a device (not shown) connected to this digital output can be virtually disconnected from the device 60 in the event of a detected error (error).
  • error error
  • This level change and / or an interface signal IF present at a further input 66 of the control logic circuit 50 is "processed" by the control logic circuit 50 in such a way that a further level change is caused at the inputs 58, 59 of the circuit device 12 by means of this control logic circuit 50, whereby level change the digital output 62 of the switching device 12 is placed in the high-resistance state.
  • the protection circuitry 10 (A, B, C, J, possibly G) according to a variety of embodiments of the invention is different from the prior art in that the protection circuitry 10 protects a circuit device 12 (such as an output digital driver circuit) ) is provided, wherein
  • Errors / errors of multiple types of errors result in the generation of at least one common control signal, and the modified control signal (s) in one
  • the blocking of the transistor 22, 24 is accompanied by the generation of a first state (eg a logic zero) of the status signal (CHL_OK, which means “channel OK” or “channel not OK” depending on the logic level), that of the control logic circuit 50, wherein the first transistor 22, 24 becomes conductive when there is no interference, and the conductive state of the first transistor 22, 24 is associated with the generation of a second state (eg, a logic one) of the status signal (CHL_OK), the one Control logic circuit 50 can be fed.
  • a first state eg a logic zero
  • the transistor (s) 22, 24 in the conducting state preferably connects a supply voltage terminal (VBAT) to an output driver circuit for a digital output 62 (also referred to as DIGOUT) of the circuit device 12 (see FIG. 2).
  • VBAT supply voltage terminal
  • DIGOUT digital output 62
  • the protective circuit arrangement 10 (A, B, C, G, J) on the one hand, the following circuit means 12 is protected and on the other hand, the source 64 of the supply voltage (VBAT) and other circuits (not shown in the figures) connected to the digital output 62 (DIGOUT) of the output driver circuit are connected.
  • the control logic circuit 50 outputs the high-level signal, "high-side signal”, (HS) and / or the low-level signal, "low-side signal”. , (LS) and thus ultimately the high level or the low level at the digital output 62 (DIGOUT) of the circuit device 12.
  • Input (control logic circuit) 54 further output (control logic circuit) 56 further output (control logic circuit) 57

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung (10) zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung (12) vor dem Auftreten von Fehlern unterschiedlicher Fehlerarten aus einer die folgenden Fehlerarten umfassenden Gruppe von Fehlerarten: -Fehlspannung, insbesondere Überspannung, -Kurzschlussund -Überstrom, an einem Strompfad (14) der Schutzschaltungsanordnung (10), über dendie Schaltungseinrichtung (12) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei zum wahlweisen Unterbrechen oder Freigebendes Strompfades (14) mindestens ein öffen-und schließbarer Schalter (22, 24) im Strompfad (14) angeordnet ist, der über einen entsprechenden Steuereingang (26) mittels Steuersignalen betätigbar ist, wobei die Schutzschaltungsanordnung (10) Mittel (16, 18, 20) zum Erkennen der Fehler und zur Ausgabe von entsprechenden Steuersignalen aufweist. Es ist vorgesehen, dass die die Steuersignale für zumindest zwei der Fehlerarten als Steuersignale zur Ausgabe auf den Steuereingang (26) von einem fehlerartunabhängigeneinheitlichen Steuersignaltyp ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahrenzum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung (12) vor dem Auftreten von Fehlern und eine Vorrichtung (60), insbesondere Simulations-, Steuer-und/oder Regelvorrichtung mit der zu schützenden Schaltungseinrichtung (12) und der entsprechenden Schutzschaltungsanordnung(10). (Fig. 1)

Description

Schutzschaltungsanordnung und Verfahren zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung sowie Vorrichtung mit der zu schützenden Schaltung und der Schutzschaltungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung vor dem Auftreten von Fehlern unterschiedlicher Fehlerarten. Diese Fehlerarten sind Fehlerarten aus einer die folgenden Fehlerarten umfassenden Gruppe von Fehlerarten: (i) Fehlspannung (Über- oder Unterspannung), (ii) Kurzschluss und (iii) Überstrom an einem Strompfad der Schutzschaltungsanordnung, über den die Schaltungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird. Zum wahlweisen Unterbrechen oder Freigeben des Strompfades ist mindestens ein offen- und schließbarer Schalter im Strompfad angeordnet, der über einen entsprechenden Steuereingang mittels Steuersignalen betätigbar ist. Die Schutzschaltungsanordnung weist weiterhin Mittel zum Erkennen der Fehler und zur Ausgabe von entsprechenden Steuersignalen auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung vor dem Auftreten von Fehlern und eine Vorrichtung, insbesondere Simulations-, Steuer- und/oder Regelvorrichtung mit einer zu schützenden Schaltungseinrichtung und einer entsprechenden Schutzschaltungsanordnung.
Derartige Schaltungsanordnungen zum Schutz der eigentlichen Schaltungseinrichtung einer elektrischen Vorrichtung sind bekannt. Diese weisen entsprechende Mittel auf, die die Fehler erkennen und über unterschiedliche Steuersignalwege zu einer Unterbrechung des Versorgungspfades führen. So wird der mindestens eine Schalter beispielsweise nur durch die Mittel zum Erkennen von Überstrom-Fehlern über den Steuereingang betätigt. Ein Mittel zum Erkennen eines Fehlers einer anderen Fehlerart sorgt auf anderem Wege zum Unterbrechen des Versorgungspfades. Eine solche Schaltungsanordnung ist beliebig kompliziert und unübersichtlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und sichere Schutzschaltungsanordnung, ein entsprechendes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung mit einer solchen Schutzschaltungsanordnung anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltungsanordnung ist vorgesehen, dass die Steuersignale für zumindest zwei der Fehlerarten als Steuersignale zur Ausgabe auf den Steuereingang von einem fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp ausgebildet sind. Bevorzugt ergibt sich für eine Vielzahl von Fehlerarten ein solch einheitlicher Steuersignaltyp.
Mit anderen Worten ergibt sich eine Schutzschaltungsanordnung, bei der Fehler mehrere Fehlerarten (z.B. Überspannung, Unterspannung, Kurzschluss, Überstrom ...) zur Erzeugung von Steuersignalen eines einheitlichen Steuersignaltyps führen. Dabei mündet/münden das/die Steuersignal(e) in einem "gemeinsamem Wirkungspfad" für die„Weiterbearbeitung" durch den mindestens einen Schalter.
Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltungsanordnung ist des Weiteren vorgesehen, dass ein in einem Querstrompfad zwischen Strompfad und Steuereingang zwischengeschalteter Transistor zusammen mit einer diesen Transistor beschaltenden Schaltung die Mittel zum Erkennen einer Überspannung bilden.
Bei einer solchen Schutzschaltungsanordnung können Folgefunktionen wie beispielsweise die Ausgabe eines Signals bei Unterbrechung des Strompfades einfach implementiert werden, da die Unterbrechung für die mehreren Fehlerarten in gleicher Weise durch den Schalter erfolgt. Die Schutzschaltungsanordnung schützt durch das Öffnen des Schalters/ Trennen der Verbindung im Strompfad gleichzeitig auch die entsprechende elektrische Energiequelle (Strom- bzw. Spannungsquelle).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei als Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, ausgebildete Schalter vorgesehen sind, die im Strompfad elektrisch entgegengesetzt zueinander ausgerichtet angeordnet sind und einen gemeinsamen Steuereingang aufweisen. Die elektrisch entgegengesetzte Ausrichtung der beiden Transistoren, also deren Source - Drain Ausrichtung, innerhalb des Strompfades sorgt dafür, dass zumindest einer der beiden Transistoren bei entsprechender Beschaltung über den gemeinsamen Steuereingang den Strompfad (im Sinne eines geöffneten Schalters) zuverlässig sperrt. Bei Feldeffekttransistoren ist das Steuersignal bevorzugt eine Steuerspannung. Der mindestens eine Transistor ist besonders bevorzugt als MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ausgebildet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Steuersignal eine Steuerspannung ist. Diese Steuerspannung ist bevorzugt eine negative Steuerspannung, soweit der/die Schalter als„normal sperrende" p-Kanal-MOSFET ausgestaltet ist/sind. Beim Vorliegen eines Fehlers dieser Fehlerarten (egal ob der Fehler nun von einer Überspannung, einem Überstrom, einer Unterspannung, etc. herrührt) wird also immer ein solches einheitliches Steuersignal in Form einer Transistor- Steuerspannung (Gate-Source-Spannung) für den zumindest einen Feldeffekttransistor in der Schutzschaltungsanordnung generiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Strompfad weiterhin ein Shuntwiderstand angeordnet, der zusammen mit einer nachgeschalteten Überwachungsschaltung die Mittel zum Erkennen eines Überstrom- Fehlers und zur Ausgabe des Steuersignals vom einheitlichen Signaltyp an den Steuereingang bildet. Ein Strom oberhalb einer vorgegebenen Schwelle, also ein Überstrom, lässt am Shuntwiderstand eine Spannung abfallen, die von der Überwachungsschaltung in eine entsprechende (negative) Spannung an dem Steuereingang gegenüber dem Strompfad umgesetzt wird. Dies ist das Steuersignal vom fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp.
Dadurch, dass erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass ein in einem Querstrompfad zwischen Strompfad und Steuereingang zwischengeschalteter Transistor zusammen mit einer diesen Transistor beschaltenden Schaltung die Mittel zum Erkennen der Fehlspannung, insbesondere einer Überspannung, bilden, wird bei entsprechender Überspannung der den Querpfad mitbildende Emitter-Kollektor- Strompfad bzw. Source-Drain-Strompfad des Transistors durch die Beschaltung leitend.
Mit Vorteil ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehenen, dass der mindestens eine Schalter in einem Zustand, bei dem er nicht vom Steuersignalangesteuert wird (unangesteuerter Zustand), geöffnet ist und den Strompfad unterbricht. Ist der Schalter als Transistor ausgebildet, so handelt es sich um einen„normal sperrenden" Transistor.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Schutzschaltungsanordnung weiterhin einen Schaltungsteil aufweist, der den mindestens einen Schalter in Abhängigkeit von einem Eingangssignal an dem Schaltungsteil im unangesteuerten Zustand schließen lässt. Das Eingangssignal kann auch als Freischalt-Signal (Enable-Signal) bezeichnet werden und ist bevorzugt ein digitales Eingangssignal. Insbesondere ist dieser Schaltungsteil weiterhin eingerichtet, das digitale Eingangssignal (Enable-Signal) und optional zusätzlich ein invertiertes Eingangssignal (invertiertes Enable-Signal) an die elektrische Schaltungseinrichtung auszugeben. Dazu weist der Schaltungsteil geeignete Ausgänge und Mittel zum Invertieren des Eingangssignals auf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schutzschaltungsanordnung einen weiteren Schaltungsteil zur Unterscheidung einer Unterspannung von einer gewünschten (hinreichenden) Spannung am Strompfad auf, wobei der weitere Schaltungsteil zur Ausgabe eines ein Status-Signal (CHL_OK) bildenden Ausgangssignals, insbesondere digitalen Ausgangssignals, in Abhängigkeit einer erkannten gewünschten (hinreichenden) Spannung ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die
Schutzschaltungsanordnung weiterhin eine Steuerlogikschaltung auf, die zur Ausgabe des digitalen Eingangssignals (Freischalt-Signal) in Abhängigkeit des Ausgangssignals (Status-Signals) des weiteren Schaltungsteils eingerichtet ist. Dabei ist die Steuerlogikschaltung weiterhin auch zur Ausgabe weiterer digitaler Signale in Abhängigkeit des Ausgangssignals des weiteren Schaltungsteils eingerichtet. Diese weiteren digitalen Signale können beispielsweise von der Schaltungseinrichtung genutzt werden.
Die Erfindung geht weiterhin von einem Verfahren zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung mittels einer Schutzschaltungsanordnung vor dem Auftreten von Fehlern unterschiedlicher Fehlerarten aus. Diese Fehlerarten sind Fehlerarten aus einer die folgenden Fehlerarten umfassenden Gruppe von Fehlerarten: (i) Fehlspannung (Über- oder Unterspannung), (ii) Kurzschluss und (iii) Überstrom an einem Strompfad, über den die Schaltungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei zum wahlweisen Unterbrechen oder Freigeben des Strompfades mindestens ein offen- und schließbarer Schalter, insbesondere Feldeffekttransistor, im Strompfad angeordnet ist, der über einen entsprechenden Steuereingang mittels Steuersignalen betätigt wird. Dabei werden bei Erkennen von Fehlern entsprechende Steuersignale ausgegeben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuersignale für zumindest zwei der Fehlerarten als Steuersignale von einem fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp ausgebildet sind und auf den Steuereingang ausgegeben werden, wobei ein in einem Querstrompfad zwischen Strompfad und Steuereingang zwischengeschalteter Transistor zusammen mit einer diesen Transistor beschaltenden Schaltung die Mittel zum Erkennen einer Überspannung bilden, und wobei bei Vorliegen einer Überspannung das Steuersignal in Form einer Transistor- Steuerspannung, nämlich einer Gate-Source-Spannung, für zumindest einen als MOSFET-Transistor ausgebildeten Schalter in der Schutzschaltungsanordnung generiert wird.
Die Erfindung betrifft schließlich noch eine Vorrichtung, insbesondere ein Simu- lations-, Steuer- und/oder Regelvorrichtung mit einer zu schützenden Schaltungseinrichtung und einer vorstehend genannten Schutzschaltungsanordnung.
Die o.g. Fehlspannung (insbesondere die Unterspannung) kann in der Praxis beispielsweise durch eine unzulässig niedrige Versorgungsspannung der elektrischen Energiequelle hervorgerufen werden. Eine weitere praktisch mögliche Ursache für eine Fehlspannung (bspw. Unterspannung) kann ein Verpolungsfehler, entstanden bei Aufbau oder Inbetriebnahme der Schaltungseinrichtung oder Schutzschaltungsanordnung, sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die zu schützende Schaltungseinrichtung einen digitalen Ausgang aufweist, der alternativ einen der Zustände logisch Null, logisch eins und einen hochohmigen Zustand aufweist (sogenannter Tri-State Ausgang).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zu schützende Schaltungseinrichtung als Ausgangstreiberschaltung ausgebildet oder weist eine Ausgangstreiberschaltung auf. Diese Ausgangstreiberschaltung weist dann den digitalen Ausgang auf.
Schließlich weist die Schaltungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Mittel auf, mittels der der digitale Ausgang der Schaltungseinrichtung in Abhängigkeit der weiteren digitalen Signale in den hochohmigen Zustand versetzbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 den Schaltplan einer Schutzschaltungsanordnung zum Schutz einer Schaltungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 den Schaltplan einer Vorrichtung mit einer zu schützenden Schaltungseinrichtung und der Schutzschaltungsanordnung gemäß Fig. 1 , wobei die Vorrichtung als Simulations- und/oder Steuerungsund/oder Regelungsvorrichtung verwendbar ist, bzw. die Vorrichtung von einer Simulations- und/oder Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung umfasst ist.
Die Fig. 1 zeigt eine den Schaltplan einer Schutzschaltungsanordnung 10 zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung 12 (in Fig. 2 gezeigt) vor dem Auftreten von Störungen. Diese Störungen manifestieren sich in Fehlern unterschiedlicher Fehlerarten, die in einem Strompfad 14 (Versorgungsstrompfad) zur Versorgung der Schaltungseinrichtung 12 mit elektrischer Energie detektierbar sind. Dieser Strompfad 14 ist - zumindest teilweise - Teil der Schutzschaltungsanordnung 10. Die Schutzschaltungsanordnung 10 weist mehrere Mittel 16, 18, 20 zum Erkennen der Fehler und zur Ausgabe von entsprechenden Steuersignalen auf. Die Schutzschaltungsanordnung 10 weist weiterhin zwei offen- und schließbare Schalter 22, 24 auf, die im Strompfad 14 angeordnet sind und je einen Steuereingang 26 aufweisen. Die Schalter 22, 24 sind jeweils als Transistor, genauer gesagt je als ein Feldeffekttransistor ausgebildet, die mit ihren Source- und Drain-Anschlüssen im Strompfad 14 verschaltet sind. Die Steuereingänge 26 der als Feldeffekttransistoren ausgebildeten Schalter 22, 24 sind die jeweiligen Gate-Anschlüsse. Diese beiden Steuereingänge 26 sind durch eine elektrische Verbindung 28 elektrisch leitend miteinander verbunden und weisen daher das gleiche elektrische Potential auf. Die Schalter 22, 24 haben also praktisch einen gemeinsamen Steuereingang 26.
Die beiden als Transistoren ausgebildeten Schalter 22, 24 sind mit ihren Source- und Drain-Anschlüssen im Strompfad 14 elektrisch entgegengesetzt zueinander ausgerichtet angeordnet. Diese elektrisch entgegengesetzte Ausrichtung der beiden Transistoren innerhalb des Strompfades 14 sorgt dafür, dass bei jedweder Polarität zumindest einer der beiden Transistoren bei entsprechender BeSchaltung über den gemeinsamen Steuereingang 26 zuverlässig sperrt und den Strompfad 14 somit unterbricht. Die elektrisch entgegengesetzte Ausrichtung wird im (Ersatz-)Schaltbild durch die entgegengesetzte Ausrichtung der Dioden in den Feldeffekttransistoren 22, 24 besonders gut erkennbar.
Die unterschiedlichen Mittel 16, 18, 20 zum Erkennen der Fehler und zur Ausgabe von entsprechenden Steuersignalen geben trotz der unterschiedlichen Fehlerarten der von ihnen zu erkennenden Fehler und des völlig unterschiedlichen Aufbaus dieser Mittel 16, 18, 20 ihre Steuersignale als Steuersignale von einem fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp an den gemeinsamen Steuereingang 26 der Schalter 22, 24 aus. Das Steuersignal ist bei den als Feldeffekttransistoren ausgebildeten Schaltern 22, 24 bevorzugt eine Steuerspannung. Im Folgenden werden diese Mittel 16, 18, 20 und weitere Teile der Schutzschaltungsanordnung 10 sowie deren Zusammenwirken beschrieben.
Im Strompfad 14 ist zwischen den Schaltern 22, 24 weiterhin auch ein Shuntwi- derstand 30 angeordnet, der zusammen mit einer dem Shuntwiderstand 30 nachgeschalteten Überwachungsschaltung 32 die Mittel 16 zum Erkennen eines Überstrom-Fehlers und zur Ausgabe des Steuersignals vom einheitlichen Signaltyp an den Steuereingang 26 bildet. Ein Strom oberhalb einer vorgegebenen Schwelle, also ein sogenannter Überstrom, lässt über dem Shuntwiderstand 30 eine Spannung abfallen, die von der Überwachungsschaltung abgegriffen und in eine entsprechende (negative) Spannung an dem Steuereingang gegenüber dem Strompfad 14 umgesetzt wird. Diese Spannung ist das Steuersignal vom fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp. Im gezeigten Beispiel liegt sie bei etwa -5V. Die Überwachungsschaltung 32 als solche ist in vielen Varianten bekannt. Daher soll auf die einzelnen Komponenten der Schaltung 32 nicht explizit eingegangen werden. Der Strompfad 14 mit den Schaltern 22, 24 und dem Shuntwiderstand 30 sowie den restlichen Komponenten der Mittel 16 zum Erkennen eines Überstrom- Fehlers sind in den Figuren als Schaltungsteil A gekennzeichnet.
Ein in einem Querstrompfad 34 zwischen Strompfad 14 und elektrischer Verbindung 28 (beziehungsweise Steuereingang 26) zwischengeschalteter Transistor 36 bildet zusammen mit einer diesen Transistor 36 beschaltenden Schaltung 38 mit einer Reihe von Dioden 40 die Mittel 18 zum Erkennen einer Fehlspannung, genauer gesagt einer Überspannung. Bei entsprechender Überspannung wird der den Querpfad 34 mitbildende Emitter-Kollektor-Strompfad (beziehungsweise Source-Drain-Strompfad) des Transistors 36 durch die Beschaltung über die Dioden 40 leitend. Dadurch verringert sich der Betrag der (negativen) Spannung an dem Steuereingang 26 beziehungsweise der elektrischen Verbindung 28 gegenüber dem Strompfad 14. Damit gibt auch das Mittel 18 ein Steuersignal von dem fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp auf den gemeinsamen Steuereingang 26 der als Transistoren ausgebildeten Schalter 22, 24. Dieser Teil der Schutzschaltungsanordnung 10 ist in den Figuren als Schaltungsteil B gekennzeichnet.
Prinzipiell könnten die Schalter 22, 24 im Normalzustand leitend sein und somit den Strompfad ohne eine Beschaltung freigeben. Im gezeigten Fall sind die beiden als Transistoren ausgebildeten Schalter 22, 24 jedoch in dem Zustand, bei dem sie nicht von einem Steuersignal angesteuert werden (also im unangesteu- erten Zustand) sperrend, sodass der Strompfad 14 unterbrochen ist. Die als Schalter 22, 24 fungierenden Transistoren dieses Ausführungsbeispiels sind also „normal sperrende" Transistoren.
Damit nun jedoch ohne auftretende Fehler ein Schließen der beiden Schalter 22, 24 gewährleistet ist, weist die Schutzschaltungsanordnung 10 weiterhin einen Schaltungsteil 42 auf, der die Schalter 22, 24 in Abhängigkeit von einem Frei- schalt-Signal (Enable-Signal) an dessen Eingang 44 im unangesteuerten Zustand schließen lässt. Das Freischalt-Signal ist bevorzugt ein digitales Eingangssignal des Schaltungsteils 42, der in den Figuren als Schaltungsteil J gekenn- zeichnet ist. Insbesondere ist dieser Schaltungsteil 42 weiterhin eingerichtet, das digitale Eingangssignal (Freischalt- bzw. Enable-Signal) und optional zusätzlich ein invertiertes Eingangssignal (invertiertes Enable-Signal) an die elektrische Schaltungseinrichtung 12 auszugeben. Dazu weist der Schaltungsteil 42 geeignete Ausgänge 45 und Mittel zum Invertieren des Eingangssignals auf.
Weiterhin weist die Schutzschaltungsanordnung 10 einen weiteren Schaltungsteil 46 zur Unterscheidung einer Unterspannung von einer gewünschten (hinreichenden) Spannung am Strompfad 14 auf, wobei der weitere Schaltungsteil zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals (Status-Signal CHL_OK) in Abhängigkeit einer erkannten gewünschten (hinreichenden) Spannung an einem Ausgang 48 eingerichtet ist. Dieser weitere Schaltungsteil 46 ist ein analoger Schaltungsteil (mit Transistoren, Dioden und Widerständen), der in den Figuren als Schaltungsteil C gekennzeichnet ist. Bevorzugt begrenzt dieser weitere Schaltungsteil den Betrag der Gate-Source-Spannung insofern, dass dieser Betrag im leitenden Zustand der/des als MOSFET ausgestalteten Schalter/s 22 und/oder 24 einen vordefinierten Maximal betrag der Gate-Source-Spannung nicht überschreitet. Der weitere Schaltungsteil 46 ist also bevorzugt vorgesehen und eingerichtet, um einerseits das Auftreten eines genannten Fehlers via Pegeländerung (des Status-Signals CHL_OK, das bevorzugt ein Digitalsignal ist) am Ausgang 48 des weiteren Schaltungsteils 46 an die Steuerlogikschaltung 50„zu melden", und um andererseits den/die MOSFET zu schützen.
Schließlich weist die Schutzschaltungsanordnung 10 eine Steuerlogikschaltung 50 (Ctrl) auf, die zur Ausgabe des digitalen Freischalt- oder Enable-Signals für das Schaltungsteil 42 in Abhängigkeit des Ausgangssignals (Status-Signal CHL_OK) des weiteren Schaltungsteils 46 an einem Ausgang 52 eingerichtet ist. Das Ausgangssignal (Status-Signal CHL_OK) des weiteren Schaltungsteils 46 wird dazu auf einen Eingang 54 der Steuerlogikschaltung 50 gelegt. Dazu ist der Ausgang 48 des weiteren Schaltungsteils 46 mit dem Eingang 54 der Steuerlogikschaltung 50 signaltechnisch verbindbar beziehungsweise signaltechnisch verbunden. Zur Ausgabe des digitalen Freischalt- oder Enable-Signals (Enable) für das Schaltungsteil 42 ist der Ausgang 52 der Steuerlogikschaltung 50 mit dem Eingang 44 des Schaltungsteils 42 signaltechnisch verbindbar beziehungsweise signaltechnisch verbunden. Die Steuerlogikschaltung 46 umfasst bevorzugt ein FPGA-Bauelement (FPGA: Field Programmable Gate Array) oder ist vollständig in einem FPGA implementiert. Dabei ist die Steuerlogikschaltung 50 weiterhin auch zur Ausgabe weiterer digitaler Signale HS, LS in Abhängigkeit des Ausgangssignals (Status-Signal CHL_OK) des weiteren Schaltungsteils 46 an weiteren Ausgängen 56, 57 eingerichtet. Diese weiteren digitalen Signale können beispielsweise an Eingänge 58, 59 der Schaltungseinrichtung 12 übergeben und von dieser dann genutzt werden. Der Teil der Schutzschaltungsanordnung 10 mit der Steuerlogikschaltung 50 ist in den Figuren als Schaltungsteil G gekennzeichnet. Die miteinander über Signalleitungen verbundenen Komponenten Schaltungsteil 42, weiteres Schaltungsteil 46 und die Steuerlogikschaltung 50 bilden zusammen die Mittel 20 zum Erkennen einer Unterspannung.
Die Fig. 2 zeigt den Schaltplan einer Vorrichtung 60 mit der zu schützenden Schaltungseinrichtung 12 und der Schutzschaltungsanordnung 10. Die gezeigte Vorrichtung 60 ist beispielsweise als Simulations- oder Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung ausgebildet. Alternativ ist die Vorrichtung 60 als ein Bestandteil einer Simulations- oder Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung verwendbar. Die Schaltungseinrichtung 12 dieser Vorrichtung 60 ist als Ausgangstreiberschaltung ausgebildet und weist einen digitalen Ausgang (Digitalausgang) 62 auf, wobei auf den inneren Aufbau der von der Schutzschaltungsanordnung 10 zu schützenden Schaltungseinrichtung 12 nicht näher eingegangen werden soll.
Der Strompfad 14 der Schutzschaltungsanordnung 10 ist Teil des Gesamtstrompfades zwischen einer elektrischen Energiequelle 64 (Strom- beziehungsweise Spannungsquelle) und der Schaltungseinrichtung 12.
Der digitale Ausgang 62 der Schaltungseinrichtung 12 kann alternativ einen der Zustände (a) logisch Null, (b) logisch eins und (c) einen hochohmigen Zustand aufweisen. Die Schaltungseinrichtung 12 weist (nicht gezeigte) Mittel auf, mittels der der digitale Ausgang 62 der Schaltungseinrichtung 12 in Abhängigkeit der weiteren digitalen Signale aus der Steuerlogikschaltung 50 in den hochohmigen Zustand versetzbar ist. Dadurch kann ein an diesen digitalen Ausgang angeschlossenes Gerät (nicht gezeigt) im Fall eines erkannten Fehlers (Fehlerfall) praktisch von der Vorrichtung 60 getrennt werden. Beispielsweise ist in einer Ausführungsform der Vorrichtung 60 vorgesehen, dass das Auftreten einer der genannten Fehler (Fehlspannung, Kurzschluss, Überstrom) zunächst zu einer Pegeländerung (des CHL_OK) am Ausgang 48 des weiteren Schaltungsteils 46 führt. Diese Pegeländerung und/oder ein an einem weiteren Eingang 66 der Steuerlogikschaltung 50 anliegendes Schnittstellensignal IF wird von der Steuerlogikschaltung 50 derart„verarbeitet", dass mittels dieser Steuerlogikschaltung 50 eine weitere Pegeländerung an den Eingängen 58, 59 der Schaltungseinrichtung 12 verursacht wird, wobei mittels der weiteren Pegeländerung der digitale Ausgang 62 der Schalteinrichtung 12 in den hochohmigen Zustand versetzt wird.
Im Folgenden soll die Erfindung sowie vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung noch einmal mit anderen Worten zusammengefasst werden:
Die Schutzschaltungsanordnung 10 (A, B, C, J, ggf. G) gemäß einer Vielzahl von Ausführungsformen der Erfindung hebt sich vom Stand der Technik dadurch ab, dass die Schutzschaltungsanordnung 10 zum Schutz einer Schaltungseinrichtung 12 (wie zum Beispiel einer digitalen Ausgangs-Treiberschaltung) vorgesehen ist, wobei
Störungen/Fehler mehrerer Fehlerarten (z.B. Überspannung, Unterspannung, Kurzschluss usw., sollten diese Störungen auftreten) zur Erzeugung von zumindest einem gemeinsamen Steuersignal führen, und das/die modifizierte/n Steuersignal/e in einem
"gemeinsamem Wirkungspfad" für die„Weiterbearbeitung" münden (siehe Gate-Source-Spannungs-Steuerung an den als MOSFET-Transistoren ausgebildeten Schaltern 22, 24), sodass beim Vorliegen einer Störung (egal ob die Störung von einer Überspannung, einem Überstrom, einer Unterspannung ... herrührt) ein gemeinsames Steuersignal in Form einer Transistor-Steuerspannung (Gate-Source-Spannung) für zumindest einen ersten MOSFET-Transistor in der Schutzschaltungsanordnung 10 generiert wird, wobei der Transistor 22, 24 im leitenden Zustand (also wenn keine Störung vorliegt) eine Versorgungsspannung (VBAT) an die Ausgangs- Treiberschaltung weiterleitet, und wobei zumindest der erste Transistor 22, 24 sperrt, wenn die Störung einen vordefinierten Wert überschreitet, um die Verbindung der angeschlossenen Schaltung mit der Versorgungsspannung (VBAT) zu unterbrechen (erste
Schutzwirkung), wobei die Sperrung des Transistors 22, 24 einhergeht mit der Generierung eines ersten Zustandes (z.B. eine logische Null) des Statussignals (CHL_OK, das je nach logischem Pegel „Channel OK" oder„Channel nicht OK" bedeutet), das der Steuerlogikschaltung 50 zuführbar ist, wobei der erste Transistor 22, 24 leitend wird, wenn keine Störung vorliegt, und der leitende Zustand des ersten Transistors 22, 24 einhergeht mit der Generierung eines zweiten Zustandes (z.B. eine logische Eins) des Statussignals (CHL_OK), das einer Steuerlogikschaltung 50 zuführbar ist.
Es ergeben sich folgende vorteilhafte Weiterbildungen:
Der/die Transistor/en 22, 24 im leitenden Zustand verbindet/n einen Versor- gungsspannungs-Anschluss (VBAT) bevorzugt mit einer Ausgangs- Treiberschaltung für einen Digitalausgang 62 (auch mit DIGOUT bezeichnet) der Schaltungseinrichtung 12 (siehe Figur 2).
Mittels der Schutzschaltungsanordnung 10 (A, B, C, G, J) wird einerseits die nachfolgende Schaltungseinrichtung 12 geschützt und andererseits auch die Quelle 64 der Versorgungsspannung (VBAT) und weitere Schaltungen (in den Figuren nicht dargestellt), die mit dem Digital-Ausgang 62 (DIGOUT) der Ausgangstreiber-Schaltung verbunden sind.
Das von der Schutzschaltungsanordnung 10 erzeugte Statussignal (CHL_OK = „Channel OK") ist bevorzugt mit einem Eingang (CHL_OK-Eingang) 54 der Steuerlogikschaltung 50 verbunden. Abhängig vom Zustand des Statussignals (CHL_OK) wird von der Steuerlogikschaltung 50 das Hoch-Pegel-Signal, engl,„high-side Signal", (HS) und/oder das Niedrig-Pegel-Signal, engl,„low-side Signal", (LS) beeinflusst und damit letztlich der hohe Pegel (engl.: high level) oder der niedrige Pegel (engl.: low level) am digitalen Ausgang 62 (DIGOUT) der Schaltungseinrichtung 12.
Bezugszeichenliste
Schutzschaltungsanordnung 10
Schaltungseinrichtung 12
Strom pfad 14
Mittel 16
Mittel 18
Mittel 20
Schalter 22
Schalter 24
Steuereingang 26 elektrische Verbindung 28
Shuntwiderstand 30
Überwachungsschaltung 32
Querstrompfad 34
Transistor 36
Schaltung 38
Diode 40
Schaltungsteil 42
Eingang (Schaltungsteil) 44
Ausgang (Schaltungsteil) 45 weiterer Schaltungsteil 46
Ausgang (weiterer Schaltungsteil) 48
Steuerlogikschaltung 50
Ausgang (Steuerlogikschaltung) 52
Eingang (Steuerlogikschaltung) 54 weiterer Ausgang (Steuerlogikschaltung) 56 weiterer Ausgang (Steuerlogikschaltung) 57
Eingang der Schaltungseinrichtung 58
Eingang der Schaltungseinrichtung 59
Vorrichtung 60 digitaler Ausgang (Schaltungseinrichtung) 62 elektrische Energiequelle 64 weiterer Eingang der Steuerlogikschaltung
Schaltungsteile
Hoch-Pegel-Signal
Niedrig-Pegel-Signal
Schnittstellensignal am weiteren Eingang der Steuerlogikschaltung Bezugspotential (Massepotential)

Claims

Patentansprüche
1 . Schutzschaltungsanordnung (10) zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung (12) vor dem Auftreten von Fehlern unterschiedlicher Fehlerarten aus einer die folgenden Fehlerarten umfassenden Gruppe von Fehlerarten:
- Fehlspannung, insbesondere Überspannung,
- Kurzschluss und
- Überstrom,
an einem Strompfad (14) der Schutzschaltungsanordnung (10), über den die Schaltungseinrichtung (12) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei zum wahlweisen Unterbrechen oder Freigeben des Strompfades (14) mindestens ein offen- und schließbarer Schalter (22, 24) im Strompfad (14) angeordnet ist, der über einen entsprechenden Steuereingang (26) mittels Steuersignalen betätigbar ist, wobei die Schutzschaltungsanordnung (10) Mittel (16, 18, 20) zum Erkennen der Fehler und zur Ausgabe von entsprechenden Steuersignalen aufweist, wobei die Steuersignale für zumindest zwei der Fehlerarten als Steuersignale zur Ausgabe auf den Steuereingang (26) von einem fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp ausgebildet sind, und wobei ein in einem Querstrompfad (34) zwischen Strompfad (14) und Steuereingang (26) zwischengeschalteter Transistor (36) zusammen mit einer diesen Transistor (36) beschaltenden Schaltung (38) die Mittel zum Erkennen einer Überspannung (18) bilden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei zwei als Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, ausgebildete Schalter (22, 24) vorgesehen sind, die im Strompfad (14) elektrisch entgegengesetzt zueinander ausgerichtet angeordnet sind und einen gemeinsamen Steuereingang (26) aufweisen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersignal eine Steuerspannung ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Strompfad (14) weiterhin ein Shuntwiderstand (30) angeordnet ist, der zusammen mit einer nachgeschalteten Überwachungsschaltung (32) die Mittel (16) zum Erkennen eines Überstrom-Fehlers und zur Ausgabe des Steuersignals vom einheitlichen Signaltyp an den Steuereingang (26) bildet.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Schalter (22, 24) im unangesteuerten Zustand geöffnet ist und den Strompfad (14) unterbricht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Schaltungsanordnung (10) weiterhin einen Schaltungsteil (42) aufweist, der eingerichtet ist, den mindestens einen Schalter (22, 24) in Abhängigkeit von einem an dem Schaltungsteil (42) anliegenden Eingangssignal (Enable), insbesondere einem digitalen Eingangssignal, in seinem unangesteuerten Zustand zu schließen.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei der Schaltungsteil (42) eingerichtet ist, das digitale Eingangssignal und optional zusätzlich ein invertiertes digitales Eingangssignal an die elektrische Schaltungseinrichtung (12) auszugeben.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen weiteren Schaltungsteil (46) zur Unterscheidung einer Unterspannung von einer gewünschten Spannung am Strompfad (14), wobei der weitere Schaltungsteil (46) zur Ausgabe eines Ausgangssignals (CHL_OK), insbesondere digitalen Ausgangssignals, in Abhängigkeit einer erkannten gewünschten Spannung ausgebildet ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerlogikschaltung (50), die zur Ausgabe des digitalen Eingangssignals (ENABLE) in Abhängigkeit des Ausgangssignals (CHL_OK) des weiteren Schaltungsteils (46) eingerichtet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, wobei die Steuerlogikschaltung (50) weiterhin zur Ausgabe weiterer digitaler Signale (HS, LS) in Abhängigkeit des Ausgangssignals (CHL_OK) des weiteren Schaltungsteils (46) eingerichtet ist.
1 1 . Verfahren zum Schutz einer elektrischen Schaltungseinrichtung (12) mittels einer Schutzschaltungsanordnung (10) vor dem Auftreten von Fehlern unterschiedlicher Fehlerarten aus einer die folgenden Fehlerarten umfassenden Gruppe von Fehlerarten:
Fehlspannung, insbesondere Überspannung,
Kurzschluss und
Überstrom,
an einem Strompfad (14), über den die Schaltungseinrichtung (12) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei zum wahlweisen Unterbrechen oder Freigeben des Strompfades (14) mindestens ein offen- und schließbarer Schalter (22, 24) im Strompfad (14) angeordnet ist, der über einen entsprechenden Steuereingang (26) mittels Steuersignalen betätigt wird, wobei bei Erkennen von Fehlern entsprechende Steuersignale ausgegeben werden, wobei die Steuersignale für zumindest zwei der Fehlerarten als Steuersignale von einem fehlerartunabhängigen einheitlichen Steuersignaltyp ausgebildet sind und auf den Steuereingang (26) ausgegeben werden, und wobei ein in einem Querstrompfad (34) zwischen Strompfad (14) und Steuereingang (26) zwischengeschalteter Transistor (36) zusammen mit einer diesen Transistor (36) beschaltenden Schaltung (38) die Mittel zum Erkennen einer Überspannung (18) bilden, und wobei bei Vorliegen einer Überspannung das Steuersignal in Form einer Transistor- Steuerspannung, nämlich einer Gate-Source-Spannung, für zumindest einen als MOSFET-Transistor ausgebildeten Schalter (22, 24) in der Schutzschaltungsanordnung (10) generiert wird.
12. Vorrichtung (60), insbesondere Simulations-, Steuer- und/oder Regelvorrichtung mit einer zu schützenden Schaltungseinrichtung (12) und einer Schutzschaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zu schützenden Schaltungseinrichtung (12) einen digitalen Ausgang (62) aufweist, der alternativ einen der Zustände logisch Null, logisch eins und einen hochohmigen Zustand aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die zu schützenden Schaltungseinrichtung (12) als Ausgangstreiberschaltung ausgebildet ist oder eine Ausgangstreiberschaltung umfasst.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche12 bis 14, wobei die Schaltungseinrichtung (12) Mittel aufweist, mittels der der digitale Ausgang (62) der Schaltungseinrichtung (12) in Abhängigkeit der weiteren digitalen Signale (HS, LS) in den hochohmigen Zustand versetzbar ist.
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