DE10129550A1 - Electronic protection circuit for automobile electronics, has source-drain path of MOSFET switched into conduction dependent on onboard network voltage polarity - Google Patents
Electronic protection circuit for automobile electronics, has source-drain path of MOSFET switched into conduction dependent on onboard network voltage polarityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Schutz einer Elektronik gegen Verpolung und Bordnetzwelligkeiten, wobei die Elektronik mit der Source-Drain-Strecke eines MOS-Transistor in Reihe an der Bordnetzspannung anliegt, und wobei bei korrekt gepolt anliegender Bordnetzspannung der MOS-Transistor über ein Signal an dessen Gate-Anschluß durchgeschaltet ist. The invention relates to an electronic circuit arrangement for a motor vehicle to protect electronics against reverse polarity and electrical system ripples, the Electronics with the source-drain path of a MOS transistor in series on the Vehicle electrical system voltage is present, and if the polarity is correct Electrical system voltage of the MOS transistor via a signal at its gate connection is switched through.
Als Schutzmaßnahme gegen Verpolung einer Elektronik kann im einfachsten Fall eine zwischen Spannungsquelle und Elektronik geschaltete Verpolschutzdiode vorgesehen werden. Nachteilig ist, daß sich ein relativ hoher Spannungsabfall an der Diode ergibt, der zudem bei größeren Strömen zu einer hohen Verlustleistung führt. In the simplest case, it can be used as a protective measure against polarity reversal a polarity reversal protection diode connected between voltage source and electronics be provided. The disadvantage is that there is a relatively high voltage drop across the Diode results, which also leads to a high power dissipation with larger currents.
Bei größeren Strömen ist es daher vorteilhafter, der Elektronik statt der Verpolschutzdiode einen MOS-Transistor vorzuschalten, der bei korrekter Polung durchschaltet und die Elektronik mit der Bordnetzspannung verbindet. Hierzu ist der Gate-Anschluß des MOS-Transistors einfach mit einem Schaltungspunkt der Elektronik verbunden, der bei polrichtigem Anschluß ein den MOS-Transistor durchsteuerndes Potential aufweist. Eine solche Schaltung eignet sich aufgrund ihrer Niederohmigkeit für sehr hohe Ströme bei kleiner Verlustleistung des MOS- Transistors. Nachteilig hierbei ist allerdings, im Gegensatz zu einer Schaltungsanordnung mit einer Verpolschutzdiode, daß kleinere Spannungsschwankungen, im folgenden als Bordnetzwelligkeiten bezeichnet, ungehindert auf die Elektronik einwirken können. For larger currents, it is therefore more advantageous to use electronics instead of Reverse polarity protection diode upstream of a MOS transistor with correct polarity switches through and connects the electronics to the vehicle electrical system voltage. For this is the Gate connection of the MOS transistor simply with a node of the Electronics connected, the one with the correct connection the MOS transistor controlling potential. Such a circuit is suitable because of its Low resistance for very high currents with low power loss of the MOS Transistor. The disadvantage here is, however, in contrast to one Circuit arrangement with a reverse polarity protection diode that smaller Voltage fluctuations, hereinafter referred to as electrical system ripples, can act freely on the electronics.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine kostengünstige Schaltungsanordnung zu schaffen, die die Vorteile der vorgenannten Schaltungsanordnungen miteinander verbindet und deren Nachteile vermeidet. It is the object of the invention to provide an inexpensive circuit arrangement create the advantages of the aforementioned circuit arrangements with each other connects and avoids their disadvantages.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Source-Anschluß und dem Drain-Anschluß des MOS-Transistors jeweils ein Eingang eines Komparators verbunden ist, und daß der Komparatorausgang auf den Gate- Anschluß des MOS-Transistors geführt ist. This object is achieved in that with the source connection and the drain of the MOS transistor each have an input Comparator is connected, and that the comparator output to the gate Connection of the MOS transistor is performed.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen Show it
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 1 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention,
Fig. 2 eine erste Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik, Fig. 2 shows a first circuit arrangement according to the prior art,
Fig. 3 eine zweite Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik. Fig. 3 shows a second circuit arrangement according to the prior art.
Um eine elektronische Schaltung gegen Verpolung und Bordnetzwelligkeit zu schützen wird als einfachste Möglichkeit, die in der Fig. 2 dargestellt ist, eine Verpolschutzdiode (D2) in die Spannungsversorgungsleitungen der Elektronik eingefügt. Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß sich an der Verpolschutzdiode (D2) je nach Typ ein Spannungsabfall zwischen 0,4 V und 1 V einstellt und der volle Laststrom über die Verpolschutzdiode (D2) fließt. Bei größeren Strömen entstehen große Verlustleistungen. In order to protect an electronic circuit against reverse polarity and vehicle electrical system ripple, the simplest possibility, which is shown in FIG. 2, is to insert a reverse polarity protection diode (D2) into the voltage supply lines of the electronics. The disadvantage of this circuit arrangement is that, depending on the type, a voltage drop between 0.4 V and 1 V occurs at the polarity reversal protection diode (D2) and the full load current flows through the polarity reversal protection diode (D2). Large power losses occur with larger currents.
Die in der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ist bei größeren Lastströmen vorteilhaft. Verwendung findet ein N-Kanal-MOS-Transistor (T1) in inverser Schaltung. Bei richtiger Polung wird die Elektronik mit der Bordnetzspannung versorgt, wobei diese im ersten Moment um die Durchflußspannung der parasitären Diode (D1) des MOS-Transistors (T1) vermindert wird. Wenn die Elektronik in Funktion ist, wird dann das Gate (G) des MOS-Transistors (1) über einen Schaltungspunkt der Elektronik mit einem geeigneten Potential aktiviert; der MOS- Transistor (T1) wird leitend und überbrückt niederohmig mit seiner Kanalstrecke die interne Diode (D1). Bei üblicher Dimensionierung beträgt der Spannungsabfall am MOS-Transistor (T1) weniger als 0,1 V. Die Schaltung eignet sich aufgrund ihrer Niederohmigkeit für sehr hohe Ströme bei kleiner Verlustleistung im MOS-Transistor (T1). Als Nachteil gegenüber der Schaltungsanordnung der Fig. 2 ist zu nennen, daß Bordnetzwelligkeiten ungehindert auf die Elektronik einwirken können. The circuit arrangement shown in FIG. 3 is advantageous for larger load currents. An N-channel MOS transistor (T1) is used in inverse connection. If the polarity is correct, the electronics are supplied with the vehicle electrical system voltage, which is reduced by the flow voltage of the parasitic diode (D1) of the MOS transistor (T1) in the first moment. When the electronics are in operation, the gate (G) of the MOS transistor ( 1 ) is activated via a circuit point of the electronics with a suitable potential; the MOS transistor (T1) becomes conductive and bridges the internal diode (D1) with a low resistance with its channel path. With normal dimensioning, the voltage drop across the MOS transistor (T1) is less than 0.1 V. Because of its low impedance, the circuit is suitable for very high currents with low power loss in the MOS transistor (T1). A disadvantage compared to the circuit arrangement of FIG. 2 is that on-board electrical system ripples can have an unimpeded effect on the electronics.
Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erweitert die in der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung mittels einer den MOS-Transistor steuernden Komparatorschaltung. Durch diese einfache und kostengünstige Erweiterung schützt diese Schaltungsanordnung die Elektronik zusätzlich vor Bordnetzwelligkeiten sowie auch vor allgemeinen Entladevorgängen z. B. von Pufferkondensatoren der Elektronik, die Rückströme in das Bordnetz einspeisen. The circuit arrangement according to the invention shown in FIG. 1 extends the circuit arrangement shown in FIG. 3 by means of a comparator circuit controlling the MOS transistor. Through this simple and inexpensive extension, this circuit arrangement additionally protects the electronics against on-board electrical system ripples and also against general unloading processes, e.g. B. of buffer capacitors of the electronics, which feed back currents into the vehicle electrical system.
Die anhand der Fig. 3 bereits beschriebene Schaltungsanordnung ist in der Fig. 1 durch einen Komparator (IC1) ergänzt worden, wobei mit dem Source-Anschluß (S) und dem Drain-Anschluß (D) des MOS-Transistors (T1) jeweils ein Eingang eines Komparators (IC1) verbunden ist, und wobei der Komparatorausgang auf den Gate- Anschluß (G) des MOS-Transistor (IC1) geführt ist. Ein mit dem Komparatorausgang verbundener Widerstand (R) dient als Pull-up-Widerstand zur Anpassung des am Gate-Anschluß (G) anliegenden Potentials. The circuit arrangement already described with reference to FIG. 3 has been supplemented in FIG. 1 by a comparator (IC1), one with the source connection (S) and the drain connection (D) of the MOS transistor (T1) Input of a comparator (IC1) is connected, and wherein the comparator output is led to the gate terminal (G) of the MOS transistor (IC1). A resistor (R) connected to the comparator output serves as a pull-up resistor for adapting the potential present at the gate connection (G).
Rein beispielhaft ist die zu schützende Elektronik hier um einen zusätzlichen Kondensator (C1) ergänzt worden. Dieses Bauteil steht stellvertretend für Bauelemente (z. B. Pufferkondensatoren, Batterie-/Akkupacks), welche Rückströme in das Fahrzeugbordnetz einspeisen können. The electronics to be protected are purely exemplary with an additional one Capacitor (C1) has been added. This component is representative of Components (e.g. buffer capacitors, battery packs) which return currents can feed into the vehicle electrical system.
Der Komparator (IC1) prüft den Stromfluß im MOS-Transistor (T1). Im "Normalfall" weist der Source-Anschluß (S) des MOS-Transistors (T1) ein höheres Potential als der Drain-Anschluß (D) auf; dadurch ist das Ausgangssignal des Komparators (IC1) positiv und das Gate (G) des MOS-Transistors (T1) wird angesteuert und damit der MOS-Transistor (T1) durchgeschaltet. The comparator (IC1) checks the current flow in the MOS transistor (T1). Normally" the source terminal (S) of the MOS transistor (T1) has a higher potential than the drain connection (D); the output signal of the comparator (IC1) positive and the gate (G) of the MOS transistor (T1) is driven and thus the MOS transistor (T1) switched through.
Sinkt die Bordnetzspannung (Ub1), beispielsweise durch eine Bordnetzwelligkeit, ab, würde sich im Normalfall der Kondensator (C1) über den Kanalwiderstand des MOS- Transistors (T1) zurück ins Bordnetz entladen. Die Meßschaltung (hier durch IC1 stilisiert) registriert den sich umkehrenden Stromfluß durch den Entladestrom des Kondensators (C1) im MOS-Transistor (T1) und schaltet diesen ab. Am MOS- Transistor (T1) stellt sich eine negative Spannung ein; die parasitäre Diode (D1) liegt in Sperrichtung. Steigt die Bordnetzspannung (Ub1) wieder an, oder entlädt sich der Pufferkondensator (C1), so daß die Bordnetzspannung (Ub1) mindestens so groß wie die Spannung am Kondensator (UC1) ist, so schaltet der Komparator (IC1) den MOS-Transistor (T1) wieder ein. If the vehicle electrical system voltage (Ub1) drops, for example due to a vehicle electrical system ripple, would normally the capacitor (C1) over the channel resistance of the MOS Unload transistor (T1) back into the vehicle electrical system. The measuring circuit (here by IC1 stylized) registers the reversing current flow through the discharge current of the Capacitor (C1) in the MOS transistor (T1) and switches it off. At the MOS Transistor (T1) sets a negative voltage; the parasitic diode (D1) lies in the reverse direction. If the vehicle electrical system voltage (Ub1) rises again, or the battery discharges Buffer capacitor (C1) so that the vehicle electrical system voltage (Ub1) is at least as large as the voltage at the capacitor (UC1), the comparator (IC1) switches the MOS transistor (T1) on again.
Zu ergänzen bleibt, daß die in der Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung die
Erfindung sehr schematisch darstellt. Eine Realisierung dieser Schaltung wird zur
geeigneten Dimensionierung der Potentiale möglicherweise weitere, insbesondere
passive Bauelemente enthalten, wobei aber das erfinderische Grundprinzip, nämlich
die Rückführung eines zur Spannungsdifferenz zwischen dem Source- (S) und dem
Drain-Anschluß (D) proportionalen Signals auf das Gate (G) des MOS-Transistors,
erhalten bleibt.
Bezugszeichen
C1 (Puffer-)Kondensator
D Drain-Anschluß (des MOS-Transistors)
D1 parasitäre Diode (des MOS-Transistors)
D2 Verpolschutzdiode
G Gate-Anschluß (des MOS-Transistors)
IC1 Komparator
R Widerstand
S Source-Anschluß (des MOS-Transistors)
T1 MOS-Transistor
Ub1 Bordnetzspannung
UC1 Spannung am Kondensator
It should be added that the circuit arrangement shown in FIG. 1 represents the invention very schematically. An implementation of this circuit may contain additional, in particular passive, components for suitable dimensioning of the potentials, but the inventive basic principle, namely the feedback of a signal proportional to the voltage difference between the source (S) and the drain connection (D) to the gate (G) of the MOS transistor is retained. Reference symbol C1 (buffer) capacitor
D drain terminal (of the MOS transistor)
D1 parasitic diode (of the MOS transistor)
D2 reverse polarity protection diode
G gate connection (of the MOS transistor)
IC1 comparator
R resistance
S source connection (of the MOS transistor)
T1 MOS transistor
Ub1 vehicle electrical system voltage
UC1 voltage at the capacitor
Claims (1)
wobei die Elektronik mit der Source-Drain-Strecke eines MOS-Transistor in Reihe an der Bordnetzspannung anliegt,
und wobei bei korrekt gepolt anliegender Bordnetzspannung der MOS-Transistor über ein Signal an dessen Gate-Anschluß durchgeschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Source-Anschluß (S) und dem Drain-Anschluß (D) des MOS- Transistors (T1) jeweils ein Eingang eines Komparators (IC1) verbunden ist, und daß der Komparatorausgang auf den Gate-Anschluß (G) des MOS-Transistors (IC1) geführt ist. Electronic circuit arrangement for a motor vehicle to protect electronics against reverse polarity and electrical system ripples
the electronics with the source-drain path of a MOS transistor being connected in series to the vehicle electrical system voltage,
and wherein when the vehicle electrical system voltage is correctly polarized, the MOS transistor is switched through via a signal at its gate connection,
characterized by
that an input of a comparator (IC1) is connected to the source connection (S) and the drain connection (D) of the MOS transistor (T1), and that the comparator output is connected to the gate connection (G) of the MOS Transistor (IC1) is performed.
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DE (1) | DE10129550A1 (en) |
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-
2001
- 2001-06-19 DE DE2001129550 patent/DE10129550A1/en not_active Ceased
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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