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DE3823182A1 - Circuit arrangement for short circuit monitoring - Google Patents

Circuit arrangement for short circuit monitoring

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Publication number
DE3823182A1
DE3823182A1 DE19883823182 DE3823182A DE3823182A1 DE 3823182 A1 DE3823182 A1 DE 3823182A1 DE 19883823182 DE19883823182 DE 19883823182 DE 3823182 A DE3823182 A DE 3823182A DE 3823182 A1 DE3823182 A1 DE 3823182A1
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Germany
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circuit
circuit arrangement
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voltage
control signals
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DE19883823182
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German (de)
Inventor
Michael Degen
Bernhard Lukas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mannesmann VDO AG
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
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Publication date
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Abstract

In a circuit arrangement for short circuit monitoring in conjunction with sequential triggering of injection valves of an internal combustion engine, one semiconductor switch being respectively connected in series with the coil of an injection valve and it being possible to control the semiconductor switches by control signals, provision is made in a line which is common to the coils of a current monitoring circuit which is connected on the output side to devices for switching off the control signals. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußüberwachung bei einer sequentiellen Ansteu­ erung von Einspritzventilen einer Brennkraftmaschi­ ne, wobei jeweils ein Halbleiterschalter in Reihe mit der Spule eines Einspritzventils geschaltet ist und die Halbleiterschalter von Steuersignalen steuer­ bar sind.The invention relates to a circuit arrangement for Short-circuit monitoring with a sequential control Injection valves of an internal combustion engine ne, each with a semiconductor switch in series is connected to the coil of an injection valve and control the semiconductor switches from control signals are cash.

Bei sequentiell arbeitenden Anlagen zur elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung ist jeweils für einen Zylinder der Brennkraftmaschine ein Einspritz­ ventil vorgesehen, dessen Spule entsprechend der vorgesehenen Einspritzmenge mit einem impulsförmigen Strom beaufschlagt wird. Dazu ist die Spule jeweils eines Einspritzventils über einen Halbleiterschalter mit der Betriebsspannung verbindbar. Durch einen Fehler im Bereich des Einspritzventils oder dessen Zuleitungen kann es jedoch zu einem Kurzschluß kom­ men, der Zerstörungen - beispielsweise des Halblei­ terschalters - zur Folge hat.
In sequentially operating systems for electronically controlled fuel injection, an injection valve is provided for each cylinder of the internal combustion engine, the coil of which is acted upon by a pulsed current in accordance with the intended injection quantity. For this purpose, the coil of an injection valve can be connected to the operating voltage via a semiconductor switch. Due to an error in the range of the injector or its supply lines it may men kom a short circuit, the damage - for example, the semiconducting terschalters - a result.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußüberwachung bei einer sequentiellen Ansteuerung von Einspritzventi­ len anzugeben, welche zuverlässig arbeitet und einen möglichst geringen technischen Aufwand erfordert.The object of the present invention is a Circuit arrangement for short-circuit monitoring at a sequential control of injection valves len to indicate which works reliably and a requires as little technical effort as possible.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer für die Spulen gemein­ samen Leitung eine Stromüberwachungsschaltung vorge­ sehen ist, die ausgangsseitig mit Einrichtungen zur Abschaltung der Steuersignale verbunden ist.The circuit arrangement according to the invention is thereby characterized that common in one for the coils same line a current monitoring circuit is seen, the output side with facilities for Shutdown of the control signals is connected.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß lediglich eine Stromüberwa­ chungsschaltung erforderlich ist, die bei einer vor­ teilhaften Ausführungsform der Erfindung im wesent­ lichen aus einem Strommeßwiderstand und einer Schwellwertschaltung gebildet ist.The circuit arrangement according to the invention draws is characterized in that only a current monitor circuit is required, which is the case with a partial embodiment of the invention in essence Lichen from a current measuring resistor and one Threshold circuit is formed.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Schwellwertschaltung ein durch Überschreiten eines vorgegebenen Spannungsabfalls am Strommeßwider­ stand bewirktes Ausgangssignal bis zum Auftreten eines Rücksetzsignals speichert. Dadurch wird gewähr­ leistet, daß die Steuersignale nicht sofort wieder zugeführt werden, nachdem wegen eines Kurzschlusses an einer der Spulen die Halbleiterschalter in den nichtleitenden Zustand geschaltet worden sind.A further development of the invention is that the threshold switching on by exceeding a predetermined voltage drop across the current measuring resistor output signal until occurrence stores a reset signal. This ensures does that the control signals do not immediately return be fed after because of a short circuit on one of the coils the semiconductor switches in the non-conductive state have been switched.

Um jedoch nach einem vorübergehenden Kurzschluß oder einer kurzen Spannungsspitze am Strommeßwiderstand ein selbsttätiges Einschalten zu ermöglichen, ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß der invertierende Eingang des Differenzverstärkers ferner über eine Reihenschaltung aus einem Kondensa­ tor und einem Widerstand mit einem Eingang für eines der Steuersignale verbunden ist.But after a temporary short or a short voltage spike at the current measuring resistor to enable automatic switching on according to another training provided that the inverting input of the differential amplifier  also via a series connection from a condenser gate and a resistor with an input for one the control signals is connected.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.By those listed in further subclaims Measures are further advantageous developments and improvements to those specified in the main claim Invention possible.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:The invention allows numerous embodiments. One of them is shown schematically in the drawing shown several figures and below be wrote. It shows:

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung und Fig. 1 is a circuit diagram of a circuit arrangement according to the invention and

Fig. 2 Zeitdiagramme von Signalen, die bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftreten. Fig. 2 timing diagrams of signals that occur in the circuit arrangement of FIG. 1.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist mit je­ weils einer Spule 1 bis 4 ein als Halbleiterschalter dienender Feldeffekttransistor 5 bis 8 in Reihe ge­ schaltet. Die Erfindung kann jedoch auch mit anderen Halbleiterschaltern - beispielsweise bipolaren Tran­ sistoren - verwirklicht werden. Der Übersichtlich­ keit halber wurden die Spulen 1 bis 4 ohne weitere Beschaltung mit Freilaufdioden oder anderen Dämp­ fungsmitteln dargestellt. Selbstverständlich sind solche Mittel im Zusammenhang mit der Erfindung in an sich bekannter Weise anwendbar. Die Spulen 1 bis 4 sind gemeinsam an den positiven Pol 9 einer nicht dargestellten Spannungsquelle angeschlossen. Die ebenfalls gemeinsame Verbindung zu Massepotential erfolgt über einen Strommeßwiderstand 10, an dessem von Masse abgewandten Anschluß 11 eine Spannung ansteht, welche dem jeweiligen Strom proportional ist. Über Eingänge 12 bis 15 und Widerstände 16 bis 19 werden Steuersignale S 1 bis S 4 den Steuerelektro­ den der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 zugeführt. Die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 sind ferner über Z-Dioden 21 bis 24 mit Masse­ potential verbunden, um sie vor Überspannungen zu schützen. Ferner sind die Steuerelektroden über Dioden 25 bis 28 an den Kollektor eines Transistors 29 angeschlossen, der im leitenden Z stand die Steu­ ersignale kurzschließt und somit eine Ansteuerung der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 verhindert.In the circuit arrangement according to FIG. 1, a field effect transistor 5 to 8 serving as a semiconductor switch is connected in series with each coil 1 to 4 . The invention may also be other semiconductor switches - sistoren example bipolar Tran - be realized. For the sake of clarity, the coils 1 to 4 were shown without further wiring with freewheeling diodes or other damping means. Such means can of course be used in connection with the invention in a manner known per se. The coils 1 to 4 are connected together to the positive pole 9 of a voltage source, not shown. The likewise common connection to ground potential takes place via a current measuring resistor 10 , at whose terminal 11 facing away from ground there is a voltage which is proportional to the respective current. Via inputs 12 to 15 and resistors 16 to 19 , control signals S 1 to S 4 are supplied to the control electrodes of the field effect transistors 5 to 8 . The control electrodes of the field effect transistors 5 to 8 are also connected to ground via Zener diodes 21 to 24 to protect them from overvoltages. Furthermore, the control electrodes are connected via diodes 25 to 28 to the collector of a transistor 29 , which stood in the conductive Z, shorting the control signals and thus preventing activation of the field effect transistors 5 to 8 .

Zur Erkennung eines Kurzschlusses ist der Anschluß 11 des Widerstandes 10 über einen weiteren Wider­ stand 30 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 31 verbunden. Eine Vergleichs­ spannung wird mit Hilfe eines Spannungsteilers 32, 33 von einer bei 34 zugeführten Spannung Uv abgelei­ tet und dem invertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 31 zugeführt. Da sich die Einspritzzeiten der Ventile überschneiden können, ist die Vergleichs­ spannung derart gewählt, daß erst eine Erhöhung des Stroms auf etwa das Dreifache des Stroms durch eine Spule als Kurzschluß gewertet wird.To detect a short circuit, the terminal 11 of the resistor 10 was connected to the non-inverting input of a differential amplifier 31 via a further resistor 30 . A comparison voltage is derived with the aid of a voltage divider 32 , 33 from a voltage Uv supplied at 34 and fed to the inverting input of the differential amplifier 31 . Since the injection times of the valves can overlap, the comparison voltage is selected such that an increase in the current to approximately three times the current through a coil is evaluated as a short circuit.

Eine Diode 35 bewirkt eine Mitkopplung vom Ausgang auf den nichtinvertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 31, wenn die Ausgangsspannung des Differenz­ verstärkers 31 positiv ist. Dadurch wird erreicht, daß durch das Abschalten der Halbleiterschalter 5 bis 8 nach einem Kurzschluß die Sperrung der Steuer­ signale nicht wieder aufgehoben wird. Durch die Mit­ kopplung nimmt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 einen Wert nahe der Betriebsspannung an. Selbst wenn die Spannung am Schaltungspunkt 11 nach dem Abschalten der Halblei­ terschalter 5 bis 8 wieder Massepotential annimmt, bleibt der nichtinvertierende Eingang positiv gegen­ über dem invertierenden Eingang. Dadurch bleibt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 31 positiv und der über den Widerstand 36 angesteuerte Transi­ stor 29 leitend. Ein Wiedereinschalten ist selbst nach Fortfall des Kurzschlusses nur durch Aus- und Wiedereinschalten der Schaltungsanordnung möglich. Ein Kondensator 37 am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 verhindert, daß kurze Störspitzen als Kuruschluß gedeutet werden und zu einer Abschaltung führen.A diode 35 causes positive feedback from the output to the non-inverting input of the differential amplifier 31 when the output voltage of the differential amplifier 31 is positive. This ensures that the blocking of the control signals is not canceled by switching off the semiconductor switches 5 to 8 after a short circuit. By coupling with the voltage at the non-inverting input of the differential amplifier 31 assumes a value close to the operating voltage. Even if the voltage at node 11 after switching off the semiconductor switches 5 to 8 again assumes ground potential, the non-inverting input remains positive with respect to the inverting input. As a result, the output voltage of the differential amplifier 31 remains positive and the transistor 29 driven via the resistor 36 remains conductive. A restart is only possible after the short circuit has been eliminated by switching the circuit arrangement off and on again. A capacitor 37 at the non-inverting input of the differential amplifier 31 prevents short interference peaks from being interpreted as a short circuit and leading to a shutdown.

Je nach Anwendungsfall im einzelnen kann ein selbst­ tätiges Wiedereinschalten nach Beseitigung des Kurz­ schlusses gewünscht sein. Dazu ist der Eingang 15 für das Steuersignal S 4 über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 38 und einem Kondensator 39 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 verbunden. Dadurch werden dem invertierenden Ein­ gang an der Vorderflanke jedes Impulses des Steuer­ signals S 4 positive Spannungsspitzen zugeführt. Diese sind kurzzeitig stärker positiv als die nach einem Kurzschluß am nichtinvertierenden Eingang vor­ handene Spannung. Dadurch wird die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 31 negativ und die Diode 35 nichtleitend. Der Transistor 29 wird dann gesperrt, so daß die Dioden 25 bis 28 nichtleitend werden und die Steuersignale S 1 bis S 4 freigeben. Sollte der Kurzschluß dann noch vorhanden sein, wird beim Ansteuern der den Kurzschluß verursachenden Spule die Abschaltung der Steuersignale erneut ausgelöst. Depending on the individual application, it may be desirable to switch it on again automatically after the short circuit has been eliminated. For this purpose, the input 15 for the control signal S 4 is connected to the inverting input of the differential amplifier 31 via a series circuit comprising a resistor 38 and a capacitor 39 . As a result, the inverting input on the leading edge of each pulse of the control signal S 4 positive voltage peaks are supplied. For a short time, these are more positive than the voltage present after a short circuit at the non-inverting input. As a result, the output voltage of differential amplifier 31 becomes negative and diode 35 becomes non-conductive. The transistor 29 is then blocked, so that the diodes 25 to 28 become non-conductive and release the control signals S 1 to S 4 . If the short circuit is still present, the control signals are switched off again when the coil causing the short circuit is activated.

Im folgenden wird die Funktion der Schaltungsanord­ nung nach Fig. 1 anhand der in Fig. 2 dargestellten Diagramme näher erläutert. Dabei zeigt das Diagramm a) den Verlauf des Steuersignals S 4, welches über den Feldeffekttransistor 8 die Spule 4 steuert. In ähnlicher Weise werden die weiteren Spulen bzw. Ventile von den Steuersignalen S 1 bis S 3 jeweils zeitversetzt gesteuert.The function of the circuit arrangement according to FIG. 1 is explained in more detail with reference to the diagrams shown in FIG. 2. Diagram a) shows the course of the control signal S 4 , which controls the coil 4 via the field effect transistor 8 . Similarly, the further coils or valves are controlled by the control signals S 1 to S 3 with a time delay.

Das Diagramm b) stellt den Spannungsabfall UR am Strommeßwiderstand 10, also die Spannung am Schal­ tungspunkt 11 dar. Der Übersichtlichkeit halber wurde lediglich derjenige Anteil der Spannung darge­ stellt, der durch den Stromfluß durch die Spule 4 bedingt ist. Zum Zeitpunkt tk entsteht ein Kurz­ schluß im Bereich der Spule 4, so daß der Stromfluß und damit auch die Spannung UR ansteigt. In entspre­ chender Weise steigt die Spannung U+ am nichtinver­ tierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 an. Dieses ist im Diagramm c) als durchgezogene Linie dargestellt, während die gestrichelte Linie die dem invertierenden Eingang zugeführte Vergleichsspannung U- zeigt.Diagram b) shows the voltage drop UR across the current measuring resistor 10 , that is to say the voltage at the switching point 11. For the sake of clarity, only that portion of the voltage is illustrated which is caused by the current flow through the coil 4 . At time tk there is a short circuit in the area of the coil 4 , so that the current flow and thus the voltage UR increases. In a corresponding manner, the voltage U + rises at the non-inverting input of the differential amplifier 31 . This is shown in diagram c) as a solid line, while the dashed line shows the comparison voltage U - supplied to the inverting input.

Sobald die Spannung U+ am nichtinvertierenden Ein­ gang die Spannung U- am invertierenden Eingang über­ steigt, springt die Ausgangsspannung des Differenz­ verstärkers 31 auf einen positiven Wert, worauf durch Leitendwerden der Diode 35 zum Zeitpunkt tm die Mitkopplung wirksam wird und die Spannung U+ auf einen deutlich höheren Wert als die Spannung U- springt. Selbst wenn die Spannung UR am Schaltungs­ punkt 11 (Fig. 1) wieder fällt, bleibt die Ausgangs­ spannung des Differenzverstärkers 31 positiv mit der Folge, daß über den Transistor 29 und die Dioden 25 bis 28 die Steuersignale gesperrt bleiben.As soon as the voltage U + at the non-inverting input rises above the voltage U - at the inverting input, the output voltage of the differential amplifier 31 jumps to a positive value, whereupon the diode 35 becomes active at the time tm and the voltage U + increases when the diode 35 becomes conductive a significantly higher value than the voltage U - jumps. Even if the voltage UR at the circuit point 11 ( FIG. 1) falls again, the output voltage of the differential amplifier 31 remains positive, with the result that the control signals remain blocked via the transistor 29 and the diodes 25 to 28 .

Während das Diagramm c) die Funktion der Schaltungs­ anordnung nach Fig. 1 ohne den Widerstand 38 und den Kondensator 39 darstellt, zeigt Diagramm d) die Funk­ tion der Schaltungsanordnung mit diesen Bauteilen. Dadurch werden am invertierenden Eingang zusätzlich zu der Vergleichsspannung U- noch Spannungsspitzen R als Rücksetzsignal wirksam. Unter der Voraussetzung, daß bis zum Eintreffen des folgenden Impulses des Steuersignals der Kurzschluß aufgehoben ist, wird durch den dann von dem Steuersignal S 4 abgeleiteten Rücksetzimpuls der Differenzverstärker 31 wieder in seinen Ursprungszustand rückgesetzt, so daß die Ansteuerung der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 wie­ der erfolgen kann. Zur weiteren Veranschaulichung zeigt Diagramm e) den Zeitabschnitt Tm, während dessen die Mitkopplung wirksam ist.1 shows the function of the circuit arrangement according to FIG. 1 without the resistor 38 and the capacitor 39 , diagram d) shows the function of the circuit arrangement with these components. As a result, in addition to the comparison voltage U , voltage peaks R also act as a reset signal at the inverting input. Provided that the short circuit is canceled until the following pulse of the control signal arrives, the differential amplifier 31 is then reset to its original state by the reset pulse then derived from the control signal S 4 , so that the field effect transistors 5 to 8 are actuated again can. For further illustration, diagram e) shows the time period Tm during which the positive feedback is effective.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur Kurzschlußüberwachung bei einer sequentiellen Ansteuerung von Einspritzventi­ len einer Brennkraftmaschine, wobei jeweils ein Halb­ leiterschalter in Reihe mit der Spule eines Ein­ spritzventils geschaltet ist und die Halbleiterschal­ ter von Steuersignalen steuerbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einer für die Spulen gemeinsa­ men Leitung eine Stromüberwachungsschaltung vorgese­ hen ist, die ausgangsseitig mit Einrichtungen zur Abschaltung der Steuersignale verbunden ist.1. Circuit arrangement for short-circuit monitoring at a sequential control of injection valves len an internal combustion engine, each with a half conductor switch in series with an on coil spray valve is switched and the semiconductor scarf ter of control signals are controllable, thereby ge indicates that in a common for the coils A current monitoring circuit is provided on the line hen is the output side with facilities for Shutdown of the control signals is connected. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromüberwachungsschaltung im wesentlichen aus einem Strommeßwiderstand (10) und einer Schwellwertschaltung (31 bis 35) gebildet ist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the current monitoring circuit is formed essentially from a current measuring resistor ( 10 ) and a threshold circuit ( 31 to 35 ). 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (31 bis 35) ein durch Überschreiten eines vorgegebenen Span­ nungsabfalls am Strommeßwiderstand (10) bewirktes Ausgangssignal bis zum Auftreten eines Rücksetzsig­ nals speichert.3. A circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the threshold circuit ( 31 to 35 ) saves an output signal caused by exceeding a predetermined voltage drop across the current measuring resistor ( 10 ) until a reset signal occurs. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (31 bis 35) von einem mitgekoppelten Differenzverstärker (31) gebildet ist.4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the threshold circuit ( 31 to 35 ) is formed by a coupled-in differential amplifier ( 31 ). 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitkopplung über eine Diode (35) erfolgt.5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the positive feedback takes place via a diode ( 35 ). 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem nichtinver­ tierenden Eingang des Differenzverstärkers (31) die am Strommeßwiderstand (10) abfallende Spannung zuführbar ist und daß der invertierende Eingang über einen Spannungsteiler (32, 33) mit einer Vergleichs­ spannung beaufschlagbar ist.6. Circuit arrangement according to one of claims 4 or 5, characterized in that the non-inverting input of the differential amplifier ( 31 ) the voltage drop across the current measuring resistor ( 10 ) can be supplied and that the inverting input via a voltage divider ( 32 , 33 ) with a comparison voltage can be applied. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang des Differenzverstärkers (31) ferner über eine Reihen­ schaltung aus einem Kondensator (39) und einem Wider­ stand (38) mit einem Eingang (15) für eines der Steuersignale verbunden ist.7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the inverting input of the differential amplifier ( 31 ) further via a series circuit of a capacitor ( 39 ) and an opposing stand ( 38 ) is connected to an input ( 15 ) for one of the control signals. 8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ein­ gängen (12 bis 15) für die Steuersignale und Steuer­ elektroden der Halbleiterschalter (5 bis 8) jeweils ein Widerstand (16 bis 19) geschaltet ist und daß die Steuerelektroden der Halbleiterschalter über je eine Diode (25 bis 28) mit Hilfe eines Transistors (29) mit festem Potential verbindbar sind und daß der Transistor (29) von der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (31) steuerbar ist.8. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between a gears ( 12 to 15 ) for the control signals and control electrodes of the semiconductor switch ( 5 to 8 ) each have a resistor ( 16 to 19 ) is connected and that the control electrodes of the semiconductor switch can be connected via a diode ( 25 to 28 ) with the aid of a transistor ( 29 ) with a fixed potential and that the transistor ( 29 ) can be controlled by the output voltage of the differential amplifier ( 31 ).
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