DE3238899A1

DE3238899A1 - Short-circuit-resistant drive circuit for an electric load

Info

Publication number: DE3238899A1
Application number: DE19823238899
Authority: DE
Inventors: Werner 7257 Ditzingen Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1984-04-26
Also published as: JPS5992717A

Abstract

A short-circuit-resistant drive circuit for an electric load (10) is proposed which is located in series with a switching transistor (13) and a sensing resistor (14). To make the circuit insensitive to interference voltages in the supply line of the load (10), the switching transistor (13) is controlled via an operational amplifier (15), the positive input and negative input of which are connected to a stabilised voltage via in each case one voltage divider (20, 21 and 16, 17). In addition, a circuit branch (18, 19) leads from the sensing resistor (14) to the negative input and a signal input (22) leads to the positive input of the operational amplifier (15). The drive circuit can be used as driver circuit for switching electric loads in direct-current circuits on and off, which operates when a short circuit or shunt occurs (Figure 1). <IMAGE>

Description

Kurzschlußfeste Ansteuerschaltung für einen elektrischen Verbraucher Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer kurzschlußfesten Ansteuerschaltung für einen elektrischen Verbraucher nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Ansteuerschaltungen werden in der Regel dort gefordert, wo auf hohe Zuverlässigkeit Wert gelegt wird. Bekannt ist z.B., einen elektrischen Verbraucher zuerst mit einem Prüfimpuls zu beaufschlagen, und erst, wenn eine dadurch ausgelöste Reaktion ein korrektes Arbeiten des Verbrauchers anzeigt, das Hauptsignal an diesen elektrischen Verbraucher anzulegen (DE-OS 23 10 448). Eine derartige Schaltungsanordnung ist nicht umproblematisch, da Störspannungen im Stromversorgungskreis des Verbrauchers zu einem Ansprechen der Ansteuerschaltung führen können, indem diese einen Kurzschluß vortäuschen, so daß der Verbraucher abgeschaltet wird.Short-circuit proof control circuit for an electrical consumer PRIOR ART The invention is based on a short-circuit-proof control circuit for an electrical consumer according to the preamble of the main claim. Such Control circuits are usually required where there is a need for high reliability Value is placed. It is known, for example, to first connect an electrical consumer with a To apply a test pulse, and only if a reaction triggered by it Correct functioning of the consumer indicates the main signal to this electrical Create consumers (DE-OS 23 10 448). Such a circuit arrangement is not unproblematic, since interference voltages in the power supply circuit of the consumer can lead to the triggering circuit responding by creating a short circuit pretend that the consumer is switched off.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, eine kurzschlußfeste Treiberstufe für einen elektrischen Verbraucher gegen Störimpulse im Versorgungsnetz des Verbrauchers unempfindlich zu machen.The aim of the present solution is to provide a short-circuit-proof Driver stage for an electrical consumer against interference pulses in the supply network to make the consumer insensitive.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße kurzschlußfeste Ansteuerschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber den bekannten Lösungen den Vorteil, daß sie einfach und preisgünstig herstellbar ist und sich dadurch für eine Großserienfertigung eignet und daß sie außerdem auch beim Auftreten von Störspannungen zuverlässig arbeitet.Advantages of the Invention The short-circuit-proof control circuit according to the invention with the characterizing features of the main claim has over the known Solutions have the advantage that they are easy and inexpensive to manufacture and this makes it suitable for large-scale production and that it also occurs when it occurs from interference voltages works reliably.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Dabei ist besonders vorteilhaft, das Potential an der Basis des Schalttransistors über einen Widerstand mit dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers zurückzukoppeln, um dadurch die Umschaltung des Schalttransistors zu stabilisieren. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, den Minus-Eingang des Operationsverstärkers über einen Kondensator gegen Masse zu schalten, um damit beim Auftreten eines Kurzschlusses in vorgegebenen Zeitabständen immer wieder erneut abzufragen, ob der Kurzschluß noch vorhanden ist.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the features specified in the main claim are possible. The potential at the base of the switching transistor is particularly advantageous feed back via a resistor to the plus input of the operational amplifier, to thereby stabilize the switching of the switching transistor. Another advantageous embodiment consists in the minus input of the operational amplifier to be switched to ground via a capacitor in order to avoid the occurrence of a short circuit to ask again and again at predetermined time intervals whether the short circuit still exists.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Figur 2 den Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing shown and explained in more detail in the following description. It show figure 1 shows the circuit arrangement according to the invention and FIG. 2 shows the voltage curve at various Points of the circuit arrangement.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles In Figur 1 ist eine kurzschlußfeste Ansteuerschaltung für eine Kontrollampe 10 dargestellt, welche die Funktion eines elektronischen Aggregates zur Abgasrückführung in einem Kraftfahrzeug überwachen soll. Die den elektrischen Verbraucher bildende Kontrollampe 10 ist einerseits mit dem Pluspol 11 des Kfz-Bordnetzes verbunden und andererseits über eine Diode 12, einen Schalttransistor 13 und einen Meßwiderstand in Reihe gegen Masse geschaltet. Der Schalttransistor 13 ist mit seiner Basis am Ausgang eines Operationsverstärkers 15 angeschlossen der als Schmitt-Trigger arbeitet. Der Ausgang ist in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz an den beiden Eingängen entweder offen oder gegen Masse geschaltet. Der MinusEingang des Operationsvestärkers 15 liegt am Abgriff eines Spannungsteilers 16, 17 dessen Teilerwiderstand 16 gegen Masse geschaltet und dessen Teilerwiderstand 17 an eine konstante Spannung Uo von 5V liegt.Description of the exemplary embodiment In Figure 1 is a short-circuit-proof Control circuit for a control lamp 10 shown, which the function of a Monitor electronic unit for exhaust gas recirculation in a motor vehicle target. The control lamp 10 forming the electrical consumer is on the one hand with connected to the positive pole 11 of the vehicle electrical system and on the other hand via a diode 12, a switching transistor 13 and a measuring resistor connected in series to ground. The switching transistor 13 has its base at the output of an operational amplifier 15 connected which works as a Schmitt trigger. The outcome is dependent on the potential difference at the two inputs either open or to ground switched. The minus input of the operational amplifier 15 is at the tap of a Voltage divider 16, 17 whose divider resistor 16 is connected to ground and whose Divider resistor 17 is at a constant voltage Uo of 5V.

Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 15 ist außerdem über einen weiteren Schaltungszweig mit einem Widerstand 18 und einer Diode 19 am Meßwiderstand 14 angeschlossen. Die Diode 19 liegt dabei anodenseitig am Meßwiderstand 14. Der Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15 liegt am Abgriff eines weiteren Spannungsteilers 20, 21 dessen Teilerwiderstand 20 an Masse liegt und dessen anderer Teilerwiderstand 21 ebenfalls mit der konstanten Spannung Uo verbunden ist. Ein Signaleingang 22 liegt über eine Verstärkerstufe 23 ebenfalls am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15. Die Basis des Schalttransistors 13 ist außerdem über einen Widerstand 24 an die konstante Spannung Uo angeschlossen und über einen weiteren Widerstand 25 mit dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15 zurückgekoppelt. Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 15 ist außerdem über einen Kondensator 26 gegen Masse geschaltet.The minus input of the operational amplifier 15 is also via a further circuit branch with a resistor 18 and a diode 19 on the measuring resistor 14 connected. The diode 19 is on the anode side at the measuring resistor 14 The plus input of the operational amplifier 15 is at the tap of a further voltage divider 20, 21 whose divider resistance 20 is connected to ground and whose other divider resistance 21 is also connected to the constant voltage Uo. A signal input 22 is via an amplifier stage 23 also at the plus input of the operational amplifier 15. The base of the switching transistor 13 is also connected via a resistor 24 the constant voltage Uo connected and via a further resistor 25 with the positive input of the operational amplifier 15 is fed back. The minus input of the operational amplifier 15 is also about a capacitor 26 connected to ground.

Die Wirkungsweise der Ansteuerschaltung soll im folgenden anhand der in Figur 2 dargestellten Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten der Schaltung erläutert werden.The mode of operation of the control circuit is described below with reference to the Voltage curves shown in FIG. 2 at various points in the circuit explained.

Für den ersten Zeitabschnitt soll das von der Kontrolllampe 10 zu überwachende Aggregat störungsfrei arbeiten.For the first period of time, the control lamp 10 should close the monitoring unit work properly.

In diesem Fall tritt am Signaleingang 22 ein O-Signal im Punkt a am Eingang der Verstärkerstufe 2auf. Dadurch ist der Ausgang der Verstärkerstufe 23 gegen Masse geschaltet. Der Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15 hat damit ebenfalls das Potential O im Punkt b der Schaltung. Im Punkt c am Minus-Eingang des Operationsverstärkers tritt ein Potential Ub von N0,5 V auf, welches sich aus dem Verhältnis der Teilerwiderstände 16 und 17 ergibt. Durch dieses Potential ist auch der Ausgang des Operationsverstärkers 15 gegen Masse geschaltet, so daß im Punkt d an der Basis des Schalttransistors 13 ebenfalls O-Potential liegt, durch das der Schalttransistor 13 gesperrt gehalten wird. Die Kontrollampe 10 ist folglich bei einem fehlerfrei arbeitenden Aggregat ausgeschaltet. Am Meßwiderstand 14 und somit auch am Punkt e tritt kein Spannungspotential auf.In this case, an 0 signal occurs at the signal input 22 at point a on Input of amplifier stage 2. This is the output of the amplifier stage 23 switched to ground. The plus input of the operational amplifier 15 thus has also the potential O at point b of the circuit. At point c at the minus input of the operational amplifier occurs a potential Ub of N0.5 V, which results from the ratio of the divider resistors 16 and 17 results. By this potential is also the output of the operational amplifier 15 connected to ground, so that in Point d at the base of the switching transistor 13 is also 0 potential through that the switching transistor 13 is kept blocked. The control lamp 10 is consequently switched off if the unit is working properly. At the measuring resistor 14 and thus no voltage potential occurs at point e either.

Im Zeitpunkt t1 tritt nun in dem zu überwachenden Aggregat ein Fehler auf, wodurch am Signaleingang 22 im Punkt a ein 1-Signal erscheint. Der Ausgang der Verstärkerstufe 23 wird dadurch gesperrt und im Punkt b tritt nun zunächst eine Spannung Ub von 0,7 V auf, die sich aus dem Verhältnis der Widerstände 21 und 20 des Spannungsteilers sowie aus den vorerst noch gegen Masse geschalteten Widerstand 25 ergibt. Aufgrund dieser Potentialanhebung am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15 schaltet dieser um, so daß sein Ausgang gesperrt wird. Über den Widerstand 24 wird nun der Schalttransistor 13 in den stromleitenden Zustand durchgesteuert und damit die Kontrollampe 10 eingeschaltet. Gleichzeitig wird dadurch im Punkt b der Schaltung das Potential am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15 über die Widerstände 24 und 25 auf Ub 1,4 V angehoben und damit der Schaltvorgang am Schalttransistor 13 stabilisiert. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß bei eingeschalteter Kontrollampe 10 der Spannungsabfall am Meßwiderstand 14 kleiner ist als die Spannung Ub am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15. In diesem Fall ist die Spannung Ub immer größer als die Spannung Uc und der Operationsverstärker 15 bleibt an seinem Ausgang gesperrt. Im Beispielsfalls beträgt der Meßwiderstand 14 ca 2 Q und das Potential im Punkt e beträgt ~ 0,7 V.At time t1, an error occurs in the unit to be monitored on, whereby a 1-signal appears at the signal input 22 at point a. The exit the amplifier stage 23 is blocked and in point b now occurs first Voltage Ub of 0.7 V, which results from the ratio of resistors 21 and 20 of the voltage divider as well as the resistor that is initially connected to ground 25 results. Because of this potential increase at the plus input of the Operational amplifier 15 switches this over so that its output is blocked. The switching transistor 13 is now switched to the current-conducting state via the resistor 24 controlled through and thus the control lamp 10 switched on. At the same time it becomes at point b of the circuit the potential at the plus input of the operational amplifier 15 raised via resistors 24 and 25 to Ub 1.4 V and thus the switching process stabilized at the switching transistor 13. The circuit is designed so that when the Control lamp 10, the voltage drop across the measuring resistor 14 is smaller than the voltage Ub at the plus input of the operational amplifier 15. In this case, the voltage is Ub always greater than the voltage Uc and the operational amplifier 15 remains at his Output blocked. In the example, the measuring resistor 14 is approximately 2Ω and that Potential at point e is ~ 0.7 V.

Zum Zeitpunkt t2 tritt nun an der Kontrollampe 10 ein Kurschluß auf. In diesem Fall tritt am Meßwiderstand 14 durch die Dimensionierung der Schaltung ein Spannungsabfall Ue von über 2 V auf, wobei der kurzzeitige Kurzschlußstrom durch die vom Widerstand 24 und Meßwiderstand 14 begrenzte Basis-Emitter-Spannung auf einen Wert von < 2 A begrenzt wird. Es fließt nun über die Diode 19 und den Widerstand 18 ein Strom in den Kondensator 26. Der Kondensator 26 lädt sich auf etwa 1,4 V auf. Diese Spannung wird im Punkt c der Schaltung am Minus-Eingang des Operationsverstärkers 15 wirksam und der Ausgang des Operationsverstärkers 15 wird dadurch gegen Masse geschaltet. Über den Widerstand 25 wird folglich auch die Spannung Ub am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 15 auf etwa 0,7 V zurückgehen und gleichzeitig wird der Schalttransistor 13 gesperrt.At the point in time t2, a short circuit occurs at the control lamp 10. In this case occurs at the measuring resistor 14 due to the dimensioning of the circuit a voltage drop Ue of over 2 V, with the short-term short-circuit current through the limited by the resistor 24 and measuring resistor 14 base-emitter voltage a value of <2 A is limited. It now flows through the diode 19 and the resistor 18 a current into the capacitor 26. The capacitor 26 charges to about 1.4 volts on. This voltage is at point c of the circuit at the minus input of the operational amplifier 15 effective and the output of the operational amplifier 15 is thereby to ground switched. The voltage Ub is consequently also applied to the positive input via the resistor 25 of the operational amplifier 15 go back to about 0.7 V and at the same time the Switching transistor 13 blocked.

Das Potential im Punkt e geht damit auf 0 V zurück. Nun wird der Kondensator 26 über den Widerstand 16 entladen, bis die Spannung Uc am Minus-Eingang des Operationsverstärkers 15 auf etwa 0,7 V zurückgegangen ist und der Ausgang des Operationsverstärkers 15 wieder gesperrt wird. Damit wird der Schalttransistor 13 erneut in den stromleitenden Zustand gesteuert und die Kontrollampe wird erneut eingeschaltet. Besteht der Kurzschluß noch fort, wiederholt sich der zuvor beschriebene Vorgang in gleichbleibenden Zeitintervallen, wobei die Taktzeit der Schaltung durch den Kondensator 26, durch den Ladewiderstand 18 und den Entladewiderstand 16 eingestellt ist. Die Schaltung arbeitet in diesem Fall als Stromregler.The potential at point e thus goes back to 0 V. Now the capacitor 26 through the resistor 16 until the voltage Uc at the minus input of the operational amplifier 15 has decreased to about 0.7 V and the output of the operational amplifier 15 is blocked again. So that the switching transistor 13 is again in the current-conducting State controlled and the control lamp is switched on again. If the short circuit exists continue, the process described above is repeated at constant time intervals, the cycle time of the circuit through the capacitor 26, through the charging resistor 18 and the discharge resistance 16 is set. The circuit works in this Case as a current regulator.

Durch die richtige Wahl des Taktverhältnisses können sowohl der mittlere Kurzschlußstrom als auch die dadurch hervorgerufene mittelere Verlustleistung am Schalttransistor 13 bestimmt werden. Die Verlustleistung am Schalttransistor 13 kann dadurch so festgelegt werden, daß sie im Kurzschlußfall nicht größer ist als bei Dauerbetrieb mit intakter Kontrollampe 10.With the right choice of the clock ratio, both the middle Short-circuit current as well as the resulting mean power loss on the Switching transistor 13 can be determined. The power loss at the switching transistor 13 can thus be determined so that in the event of a short circuit it is not greater than with continuous operation with intact control lamp 10.

Tritt der Kurzschluß nur kurzzeitig auf, z.B. durch Wegbrennen der Kurzschlußverbindung oder eines Nebenschlusses, so wird der Spannungsabfall am Meßwiderstand 14 im Punkt e der Schaltung wieder den Normalwert von etwa 0,5 V annehmen. Der Kondensator 26 wird dadurch nicht mehr aufgeladen und folglich schaltet der Operationsverstärker 15 den Schaltransistor 13 auch nicht mehr ab. Beim Auftreten kurzer Störspannungsimpulse im Bordnetz des Kraftfahrzeuges werden diese auch in abgeschwächter Form am Meßwiderstand 14 auftreten. Sie reichen jedoch nicht aus, um den Kondensator 26 soweit aufzuladen, daß der Operationsverstärker 15 anspricht. Sollte jedoch beim Einschaltvorgang der Kontrollampe 10 der Einschaltstromstoß ausreichen, um den Kondensator 26 über den Spannungsabfall am Meßwiderstand 14 aufzuladen und den Operationsverstärker umzusteuern, so wird dadurch der Schalttransistor 13 kurzzeitig ausgeschaltet.If the short circuit occurs only briefly, e.g. when the Short-circuit connection or a shunt, the voltage drop across the measuring resistor 14 again assume the normal value of about 0.5 V at point e of the circuit. The condenser 26 is no longer charged and consequently the operational amplifier switches 15 also no longer switches off the switching transistor 13. When short interference voltage pulses occur In the on-board network of the motor vehicle, these are also shown in a weakened form on the measuring resistor 14 occur. However, they are not sufficient to charge the capacitor 26 to the extent that that the operational amplifier 15 responds. However, if the Control lamp 10 of the inrush current is sufficient to power the capacitor 26 over the To charge the voltage drop at the measuring resistor 14 and to reverse the control of the operational amplifier, thus the switching transistor 13 is briefly switched off.

Nach erneutem Einschalten ist jedoch der Innenwiderstand der Kontrollampe 10 bereits soweit angestiegen, daß der Operationsverstärker 15 den Schalttransistor 13 einschaltet und diesen Schaltzustand zugleich über den Widerstand 25 ausreichend stabilisiert. Um den Schalttransistor 13 bei einer Verpolung der angelegten Spannung zu schützen, ist zwischen der Kontrollampe 10 und dem Schalttransistor 13 die Diode 12 eingefügt.After switching on again, however, the internal resistance of the control lamp is 10 already increased so far that the operational amplifier 15 the switching transistor 13 turns on and this switching state at the same time via the resistor 25 is sufficient stabilized. To the switching transistor 13 if the polarity of the applied voltage is reversed to protect, is between the control lamp 10 and the switching transistor 13, the diode 12 inserted.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims Short-circuit proof control circuit for an electrical Consumer that is in series with a switching transistor and a measuring resistor, characterized in that the switching transistor (13) has an operational amplifier at its base (15) is connected upstream, the minus input of which is connected to a voltage divider (16, 17) at a constant voltage (Uo) and via a further circuit branch (18, 19) is connected to the measuring resistor (14) and its plus input via another Voltage divider with constant voltage (Uo) and a signal input (22) connected is.

2. Control circuit according to claim 1, characterized in that the base of the switching transistor (13) via a further resistor (24) to the constant voltage (Uo) is connected.

3. Control circuit according to claim 2, characterized in that the base of the switching transistor (13) via a further resistor (25) to the Plus input of the operational amplifier (15) is fed back.

4. Control circuit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that from the measuring resistor (14) to the minus input of the operational amplifier (15) leading circuit branch consisting of a resistor (18) and one in the forward direction lying diodes (19) is formed.

5. Control circuit according to claim 4, characterized in that the minus input of the operational amplifier (15) via a capacitor (16) Ground is switched.

6. Control circuit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the measuring resistor (14) with its not on the circuit branch (18, 19) connected to ground