DE3218479A1

DE3218479A1 - Schaltung fuer einen stromverbraucher in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3218479A1
Application number: DE19823218479
Authority: DE
Inventors: Axel Dr.-Ing. 6927 Bad Rappenau Bier
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1982-05-15
Filing date: 1982-05-15
Publication date: 1983-11-24
Also published as: JPS58211934A; US4517469A

Description

Schaltung für einen Stromverbraucher in einem Kraftfahrzeug

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für einen Stromverbraucher in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltung ist für eine-Innenraumleuchte durch die DE-OS 30 06 932 bekannt geworden. Hierbei ist der erste Schalter der übliche handbetätigte Schalter und der zweite Schalter der Türkontaktschalter, der geschlossen ist, wenn die bzw. eine Fahrzeugtür geöffnet ist. Der erste Schalter kann normalerweise drei Stellungen einnehmen, nämlich eine erste geschlossene Stellung, in der die Leuchte brennt, wenn der zweite Schalter geschlossen, die Tür also offen ist, eine zweite geschlossene Stellung, in der die Leuchte stets brennt, auch wenn der zweite Schalter offen ist, und eine dritte, offene Stellung, in der die Leuchte nicht brennt, auch wenn der zweite Schalter geschlossen ist. Nun kann der Fall eintreten, daß der erste Schalter in seiner offenen Stellung und der zweite Schalter geschlossen ist, weil eine Tür nicht oder nicht ganz geschlossen ist. In diesem Fall brennt die Leuchte zwar nicht, es fließt jedoch trotzdem der Basisstrom des Transistors, was zur Folge hat, daß die Batterie entladen wird, wenn das Fahrzeug in diesem Zustand längere Zeit steht, insbesondere dann, wenn der erste, nämlich der die Leistung steuernde Transistor eine geringe Restspannung besitzen soll und somit kein Darlington-Transistor mit hoher Stromverstärkung seinkann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung

der genannten Art zu schaffen, die nur eine äußerst geringe

Stromaufnahme hat, wenn der Stromverbraucher ausgeschaltet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Komparator vorgesehen, dessen Ausgang über eine Diode mit der Basis.eines zweiten Transistors verbunden ist, der in der den Basisstrom des ersten Transistors steuernden oder führenden Leitung eingefügt ist, dessen invertierender Eingang mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist, und dessen nicht invertierender Eingang mit der- Leitung zwischen dem ersten Schalter und dem ersten Transistor verbunden ist.

Wenn der erste Schalter, also bei einer Innenraumbeleuchtung der handbetätigte Schalter, in seiner offenen Stellung ist, so ist die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Komparators 0 Volt, was zur Folge hat, daß die Ausgangsspannung des Komparators ebenfalls 0 Volt beträgt und damit der mit dem zweiten Transistor gebildete Halbleiterschalter gesperrt ist. Ist nun der zweite Schalter geschlossen, weil die Fahrzeugtür versehentlich nicht ganz geschlossen wurde, so kann der sonst zur Basis des ersten Transistors fließende Strom nicht über den offenen HaIbleiterschalter fließen. Es fließt dann nur noch ein äußerst geringer Ruhestrom in der Größenordnung von etwa ImA, der durch die geringe Leistungsaufnahme des Komparators und die Verlustleistung des die Referenzspannung bildenden Spannungsteilers verursacht wird. Dieser Ruhestrom läßt sich durch den Einsatz eines in CMOS-Technik aufgebauten Komparators noch um ein bis zwei Zehnerpotenzen reduzieren. Wird der erste Schalter geschlossen, so ist die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Komparators höher als die Referenzspannung. Demzufolge ist die Ausgangsspannung des Komparators gleich der'Batteriespannung, die jedoch nur den zweiten Transistor in den leitenden Zustand bringt. Erst wenn der zweite Schalter geschlossen wird, kann nun ein Basisstrom über die jetzt leitende Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Transistors fließen, sodaß der erste Transistor durchschaltet und der Stromverbraucher, also beispielsweise die Innenraumleuchte, von Strom durchf1ossen wird.

Soll der Stroniverbraucher nach dem öffnen des zweiten Schalters noch für die Zeitdauer^ T (z.B. Nachleuchtzeit bei einer Innenraumleuchte nach dem Schließen der Türen) von Strom durchflossen werden bzw. an der Versorgungsspannung anliegen und schaltet der zweite Schalter im geschlossenen Zustand gegen Masse durch, so wird zweckmäßiger Weise zur Steuerung des Basisstroms ebenfalls ein Komparator (Operationsverstärker) verwendet, um die Kontaktbelastung des zweiten Schalters gering und die Baugröße des Kondensators, dessen C-Wert direkt proportional der Zeitdauer ^ T ist, klein zu halten. Dabei wird der nicht invertierende Eingang des zweiten Komparators über einen hochohmigen Vorwiderstand mit.einer zweiten Referenzspannungsquelle und zugleich über eine Diode mit dem A u s gang des ersten Komparators verbunden und sein invertierender Eingang über einen Widerstand an die Versorgungsspannung und zusätzlich auch noch über zwei in Reihe geschaltete Dioden an den zweiten Schalter gelegt, während sein Ausgang mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist. Der Kondensator, dessen C-Wert zusammen mit dem R-Wert des am invertierenden Eingang anliegenden Widerstandes die Zeitdauer Δ Τ bestimmt, liegt daher ebenfalls parallel zu dem zweiten Schalter. Wenn der erste Schalter geöffnet ist, so ist der Wert der Ausgangsspannung des ersten Komparators 0 Volt und damit die am nicht invertierenden Eingang des zweiten Komparators anliegende Spannung gleich der niedrigen Diodendurchlaßspannung, was zur Folge hat, daß kein Basisstrom fließt, gleichgültig, ob der zweite Schalter geöffnet oder geschlossen ist, denn selbst bei geschlossenem Schalter liegt, bedingt durch die Reihenschaltung von zwei"Dioden, an dem invertierenden Eingang ein um eine Diodenschwellspannung höherer Spannungswert an als an dem nicht invertierenden Eingang des zweiten Komparators. Bei geschlossenem Schalter fließt lediglich ein geringer Ruhestrom, der durch die Strom-

aufnahme der integrierten Halbleiterschaltung der beiden Komparatoren und die Verlustleistung der diesen zugeordneten Spannungsteilern verursacht ist. Der zweite Schalter wird hierbei nur durch den äußerst geringen Steuerstrom, der über den hochohmigen Vorwiderstand am invertierenden Eingang des Komparators fließt, belastet, wobei der kurzzeitige Ent!adestromstoß des Kondensators bei jedem Schließvorgang ein Oxydieren der Schaltkontakte verhi ndert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Schaltung, bei der der Basisstrom des ersten Transistors direkt von dem zweiten· Schalter geschaltet wird, und

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei der der Basisstrom des Transistors über einen Operationsverstärker geschaltet wird.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Schaltung für eine Innenraumleuchte L eines Kraftfahrzeuges zeigt. Die Leuchte L ist einerseits an den Pluspol der Fahrzeugbatterie angeschlossen und kann andererseits über einen Schalter Sl entweder direkt (Stellung 1) oder über einen Transistor Tl (Stellung 2) mit dem Minuspol, d.h., mit Masse verbunden werden. Der Schalter Sl hat außerdem eine offene Stellung 0. Im Basisstromkreis 1 des Transistors Tl liegt ein zweiter Schalter S2, der bei offener Fahrzeugtür geschlossen und bei geschlossener Fahrzeugtür offen ist. Ein Komparator Kl ist mit seinem Ausgang über eine Diode D mit der Basis eines in der Leitung 1 liegenden Transistors T2 verbunden. Sein invertierender Eingang ist mit einer Referenzspannungsquelle verbunden, die durch die beiden Widerstände R3 und R4 gebildet ist. Der nicht

invertierende Eingang des !-Comparators Kl ist mit dem Kollektor des Transistors Tl und außerdem über einen Eingangs-Ableitwiderstand R2 mit Masse verbunden. Ein Widerstand Rl in der Basisleitung 1 begrenzt den Basisstrom über den Schalter S2 und damit auch den Strom , der über einen Halbleiterschalter, gebildet von einem zweiten Transistor T2, der Diode D und dem Komparator Kl₇ fließt, wenn dieser durchgeschaltet ist. Ein Widerstand Rl zwischen der Basis des Transistors Tl und Masse sorgt dafür, daß bei gesperrtem Halbleiterschalter, der eine endliche Restspannung besitzt, der Transistor Tl nicht durchgeschaltet wird.

Ist der Schalter Sl in der Stellung 1, so brennt die Lampe L immer. Ist der Schalter Sl in der Stellung 2, so brennt die Lampe nur dann, wenn der Schalter S2 geschlossen ist, In der Stellung 2 des Schalters 1 liegt bei offenem Schalter S2 an dem nicht invertierenden Eingang des Komparators Kl die Batteriespannung an. Da diese höher ist als die am invertierenden Eingang des Komparators Kl anliegende Referenzspannung, ist die Ausgangsspannung des Komparators Kl gleich der Batteriespannung. Diese Spannung beeinflußt aufgrund des geringen Steuerstromes, der über die Basis-Emitterstrecke des Transistors T2 fließt, und des Ableitwiderstandes Rl den Transistor Tl nicht. Wenn nun der Schalter S2 geschlossen wird, so fließt über die leitende Kollektor-Emitterstrecke des Tfanistors T2 ein Basisstrom, der Transistor Tl schaltet durch und die Lampe L brennt. Die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Komparators Kl fällt auf die KoI1ektor-Emitter-Durchlaßspannung des Transistors Tl, ist jedoch immer noch höher als die Referenzspannung am invertierenden Eingang, sodaß der vorher definierte Halbleiterschalter immer noch leitend ist.

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Befindet sich nun der Schalter Sl in der Stellung O, so liegt am nicht invertierenden Eingang des Komparators Kl die Spannung 0 Volt an. Da diese Spannung niedriger ist als die Referenzspannung am invertierenden Eingang des Komparators Kl, ist die Ausgangsspannung 0 Volt und damit die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T2 gesperrt. Wenn nun der Schalter S2 durch versehentliches Offenlassen der Fahrzeugtür geschlossen ist, kann kein Strom über den gesperrten Halbleiterschalter zur Basis des Transistors Tl fließen. Der Ruhestrom, der durch die Stromaufnahme des Komparators Kl und den Spannungsteiler R3, R4 verursacht wird, liegt in der Größenordnung von unter ImA und führt somit auch dann nicht zu einem Entladen der Fahrzeugbatterie, wenn die Fahrzeugtür tagelang offensteht. Ohne die erf i ndungsgemä'ße Schaltung würde bei geschlossenem Schalter S2 und offenem Schalter Sl zumindest der Basisstrom des Transistors Tl fließen, der etwa 3OmA beträgt.

Die Schaltung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß zwischen dem Schalter S2 und der Basisleitung 1 ein zweiter Komparator K2 (Operationsverstärker) angeordnet ist, um den Transistor Tl zu schalten, wodurch der von dem Schalter S2 zu schaltende Str.om niedrig gehalten und nach öffnen des Schalters S2 eine Nachleuchtzeit Al der Lampe L ermöglicht wird, wenn der Schalter Sl in der Stellung 2 ist. Die Eingänge des ersten Komparators Kl sind in gleicher Weise geschaltet wie in Fig. 1.. Der Ausgang des ersten Komparators Kl ist über die Diode D nun an den nicht invertierenden Eingang des zweiten Komparators K2 angeschlossen, der über einen Vorwiderstand R6 an einer zweiten Referenzspannungsquelle liegt. Der invertierende Eingang des Komparators K2 liegt über einen hochohrnigen Widerstand R8 an der Versorgungsspannung und gleichzeitig über die Reihenschaltung der beiden Dioden Dl und D2 an dem Schalter S2 , der seinerseits parallel zu einem Kondensator C angeordnet ist. Der Schalter S2 und damit

der Kondensator C ist außerdem mit einem Anschluß A verbunden, an dem entweder ständig oder nach Betätigung des Zündschalters und/oder einer etwa vorhandenen Zentralverriegelung eine Spannung herrschen soll, die höher ist als die Referenzspannung am Punkt B. Ebenso läßt sich der Anschluß A auch an den nicht invertierenden Eingang des ersten Komparators Kl anschließen, wobei dann ein Widerstand R9 eingefügt werden muß.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: In der Stellung 1 des Schalters Sl brennt die Lampe L ständig. In der Stellung S2 des Schalters Sl ist die Ausgangsspannung des Komparators Kl in der vorher beschriebenen Weise gleich der Versorgungsspannung, und damit ist dessen Ausgang durch die in Sperrichtung liegende Diode D von dem nicht invertierenden Eingang des zweiten Komparators K2 entkoppelt. Ist nun der Schalter S2 geschlossen, also die Fahrzeugtür offen, liegt an dem .invertierenden Eingang des zweiten Komparators K2 die Schwellspannung der in Reihe geschalteten Dioden Dl, D2 an, die niedriger ist, als die zweite Referenzspannung an seinem nicht invertierenden Eingang, sodaß zu der Basis des Transistors Tl der Ausgangsstrom des zweiten Komparators K2 fließt, der Transistor Tl durchschaltet und die Lampe L brennt.

Wird nun der Schalter S2 geöffnet, also die Fahrzeugtür geschlossen, lädt sich der Kondensator C über den hochohmigen Vorwiderstand R8 in Abhängigkeit von der Zeitkonstanten T = R8 » C auf. Die Lampe L brennt nun noch solange, bis der Spannungswert am nicht invertierenden Eingang des zweiten Komparators K2, bedingt durch die ansteigende Kondensatorspannung, gleich oder größer ist als die Referenzspannung im Punkt B, die über dem Vorwiderstand R6 an dem nicht invertierenden Eingang liegt. Die Lampe L geht innerhalb dieser Nachleuchtzeit dann aus, wenn der Kondensator C über den Punkt A schlagartig

auf den Wert der Versorgungsspannung aufgeladen wird. Diese ist höher als der Wert der Referenzspannung im Punkt B, Dadurch kippt der Ausgang des zweiten Komparators K2 auf 0 Volt, es fließt kein Basisstrom mehr, der Transistor Tl sperrt und unterbricht damit den Stromfluß durch die Lampe L. Dieser Fall tritt ein, wenn nach dem Schließen der Tür die Zündung eingeschaltet und/oder das Fahrzeug abgeschlossen wird, da in beiden Fällen am Punkt A die Batteriespannung anliegt. Nach dem Abschließen und dem damit verbundenen Schließ- bzw. Schaltvorgang einer eventuell vorhandenen Zentralverriegelung liefert diese im abgeschlossenen Zustand des Fahrzeuges ein Spannungssignal, das gleich der Batteriespannung ist.

Wird der Anschlußunkt A¹ und damit das Spannungssignal Zündung "Ein" (Z) und/oder Zentralverriegelung "Zu" (ZV) nicht an den Kondensator C, sondern an den invertierenden Eingang des ersten Komparators Kl angelegt, wie dies gestrichelt dargestellt ist, so geht die Lampe auch hier nach Anlegen eines Spannungssignals innerhalb der Nachleuchtzeit aus. Während im ersten Fall bei geschlossener Tür die Lampe L innerhalb der Nachleuchtzeit nach Einschalten der Zündung oder Abschließen des Fahrzeuges auch dann nicht brennt, wenn die Zündung wieder eingeschaltet bzw. das Fahrzeug wieder aufgeschlossen wird, brennt sie im zweiten Fall (A¹) danach wieder bis zum Ende der Nachleuchtzeit, wenn zuvor nicht noch einmal die Zündung eingeschaltet und/oder die Zentralverriegelung geschlossen wird, denn hierbei wird nun durch die am Punkt A' anliegende Spannung (bei Zündung "Ein" und/ oder Zentralverriegelung "Zu" geschlossen) der Spannungswert am invertierenden Eingang des Komparators Kl höher als am nicht invertierenden Eingang. Seine Ausgangsspannung kippt auf 0 Volt und zieht, wie vorher beschrieben, über die Diode D den Wert der am nicht invertierenden Eingang des Komparators K2 anliegenden Spannung unter den Wert

der am invertierenden Eingang anliegenden und innerhalb der Nachleuchtzeit stetig ansteigenden Kondensatorspannung

Ist der Schalter Sl in der Position 0, so liegt der Ausgang des Komparators K2, bedingt durch die Massekoppelung seines nicht invertierenden Einganges, auf Massepotential, sodaß kein Strom zur Basis des Transistors Tl fließen kann, auch wenn der Schalter S2 geschlossen, also die Fahrzeugtür geöffnet ist. Es fließt lediglich ein sehr kleiner Ruhestrom, der durch die geringe Leistungsaufnähme der integrierten Halbleiterschaltung der beiden Komparatoren, die kleine Verlustleistung des hochohmigen Spannungsteilers R3, R4 und bei geschlossenem Schalter S2 noch durch den sehr geringen Stromfluß über den hochohmigen Widerstand R8 verursacht ist.

-ft-

Leerseite

Claims

237/82

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ

Schaltung für einen Stromverbraucher in einem Kraftfahrzeug

Patentanspruch

Schaltung für einen Stromverbraucher in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise eine Innenraumleuchte, die einerseits mit dem einen Pol der Fahrzeugbatterie verbunden · ist und andererseits über einen ersten Schalter und einen damit in Reihe liegenden Transistor mit dem anderen Pol der Fahrzeugbatterie verbindbar ist, mit einem zweiten Schalter, der die Stromzufuhr zur Basis des Transistors steuert, derart, daß der Stromverbraucher eingeschaltet ist, wenn beide Schalter geschlossen sind, gekennzeichnet durch einen Komparator (Kl), dessen Ausgang über eine Diode (D) mit der Basis eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, der in der den Basisstrom des ersten Transistors (Tl) steuernden oder führenden Leitung (1) eingefügt ist, dessen invertierender Eingang mit einer Referenzspannungsquelle (R3, R4) verbunden ist und dessen

nicht invertierender Eingang mit der Leitung zwischen dem ersten Schalter (Sl) und dem ersten Transistor (Tl) verbunden ist.