DE4005813C2

DE4005813C2 - Device for monitoring the load current of an electronically switched consumer

Info

Publication number: DE4005813C2
Application number: DE19904005813
Authority: DE
Inventors: Franz Xaver Lacher; Gerhard Gerl
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 2002-01-10
Anticipated expiration: 2010-02-24
Also published as: DE4005813A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Laststromes eines elektronisch geschalteten Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-OS 20 37 498).The invention relates to a device for monitoring the Load current of an electronically switched consumer the preamble of claim 1 (DE-OS 20 37 498).

Die bekannte Einrichtung offenbart einen Kurzschlußschutz für ein elektronisches Steuergerät, bei welchem der Verbraucher über eine bistabile Kippstufe mit Spannung versorgt wird. Diese Kippstufe wird mit kurzen Impulsen ein- und ausgeschaltet. Kurzschlüsse am Verbraucher und Überlastungen des im Steuerge rät befindlichen Schalttransistors werden dadurch verhindert, daß der Spannungsabfall an einem Meßwiderstand mit einer vorge gebenen Sollwertspannung verglichen wird und bei Überschreiten derselben die Ansteuerung des Schalttransistors zurückgenommen wird.The known device discloses a short-circuit protection for an electronic control unit in which the consumer is supplied with voltage via a bistable flip-flop. This flip-flop is switched on and off with short pulses. Short circuits at the consumer and overloads in the control area advised switching transistor are prevented that the voltage drop across a measuring resistor with a pre given setpoint voltage is compared and when exceeded the same the control of the switching transistor withdrawn becomes.

Gegenüber Störungen im Versorgungsnetz, insbesondere gegenüber Einschaltspannungsspitzen in Bordnetzen von Fahrzeugen, ist eine derartige Einrichtung sehr empfindlich.In relation to disruptions in the supply network, in particular in relation to Inrush voltage peaks in vehicle electrical systems such a device very sensitive.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Über wachung des Laststromes ohne empfindliche Kippstufe zu schaffen, welche einfach aufgebaut und in integrierter Schaltungstechnik herstellbar ist.It is therefore an object of the invention to provide a device for monitoring of the load current without creating a sensitive flip-flop, which are simply constructed and in integrated circuit technology can be produced.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ge nannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the ge in claim 1 mentioned characteristics solved.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert: The invention is explained in more detail with reference to the drawing:

Zwischen dem Pluspol +U und dem Minuspol -U einer Spannungsquel le liegt eine Reihenschaltung aus einem Meßwiderstand RS, der Laststrecke eines Schalttransistors TS, der als MOS-Feldeffekt transistor ausgebildet ist, und einem Verbraucher L, der als Erregerwicklung eines Relais dargestellt ist. Dabei liegt der Meßwiderstand RS zwischen dem Pluspol +U und dem Drain des Schalttransistors TS und liegt der Verbraucher L zwischen dem Minuspol -U und der Source des Schalttransistors TS. Von einer Steuerschaltung ST wird das Gate G des Schalttransistors TS an gesteuert, d. h., der Schalttransistor ein- und ausgeschaltet.Between the positive pole + U and the negative pole -U of a voltage source le is a series connection of a measuring resistor RS, the Load path of a switching transistor TS, which acts as a MOS field effect transistor is formed, and a consumer L, which as Excitation winding of a relay is shown. Here lies the Measuring resistor RS between the positive pole + U and the drain of the Switching transistor TS and the consumer L is between the Minus pole -U and the source of the switching transistor TS. From one Control circuit ST turns on the gate G of the switching transistor TS controlled, d. that is, the switching transistor is turned on and off.

Zwischen den beiden Polen der Spannungsquelle - also parallel zum Laststromkreis des Verbraucher L - liegt eine Reihenschal tung aus drei Widerständen R1, R2 und R3. Parallel zum mittle ren Widerstand R2 liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors T1, dessen Basis und Kollektor miteinander verbunden sind.Between the two poles of the voltage source - i.e. in parallel to the load circuit of the consumer L - there is a series scarf device from three resistors R1, R2 and R3. Parallel to the middle Ren resistor R2 is the collector-emitter path of one second transistor T1, its base and collector together are connected.

Zur Spannungsstabilisierung ist parallel zu den Widerständen R1 und R2 eine Zenerdiode D geschaltet.For voltage stabilization, R1 is parallel to the resistors and R2 a Zener diode D connected.

Mit der Basis des zweiten Transistors T1 ist die Basis eines dritten Transistors T2 verbunden, dessen Emitter mit dem Drain des Schalttransistors TS verbunden ist. Der Kollektor des drit ten Transistors T2 ist über einen aus zwei Widerständen R4 und R5 bestehenden Spannungsteiler mit dem Minuspol -U der Span nungsquelle verbunden. Die beiden Transistoren T1 und T2 sind pnp-Transistoren und bilden eine Stromspiegelschaltung.With the base of the second transistor T1, the base is a third transistor T2 connected whose emitter to the drain of the switching transistor TS is connected. The collector of the third ten transistor T2 is via one of two resistors R4 and R5 existing voltage divider with the minus pole -U the span power source connected. The two transistors are T1 and T2 pnp transistors and form a current mirror circuit.

Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R4 und R5 ist mit der Basis eines vierten Transistors T3 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand R6 mit dem Pluspol +U der Spannungsquelle oder einer anderen Versorgungsspannung ver bunden ist, während der Emitter mit dem Minuspol der Spannungs quelle verbunden ist. Der Kollektor des vierten Transistors T3 bildet zugleich den Ausgang der Überwachungsvorrichtung, an welchem ein Ausgangssignal A abgreifbar ist. The connection point between the two resistors R4 and R5 is connected to the base of a fourth transistor T3, whose collector via a resistor R6 with the positive pole + U the voltage source or another supply voltage ver is tied while the emitter is connected to the negative pole of the voltage source is connected. The collector of the fourth transistor T3 also forms the output of the monitoring device which an output signal A can be tapped.

Dieser Ausgang kann, was in der Zeichnung strichliert darge stellt ist, mit der Basis eines weiteren Transistors T4 ver bunden sein, dessen Kollektor mit dem Gate G des Schalttran sistors TS und dessen Emitter mit dem Minuspol -U verbunden ist.This output can darge what is dashed in the drawing is ver with the base of another transistor T4 be bound, the collector of which is connected to the gate G of the switching train sistor TS and its emitter is connected to the negative pole -U.

Ist die beschriebene Vorrichtung bei ausgeschaltetem Schalttran sistor TS mit der Spannungsquelle verbunden, so liegt die gesam te Spannung an der Drain-Source-Strecke des Schalttransistors TS und durch den Verbraucher L fließt kein Strom; er ist abge schaltet.Is the device described with the switching oil switched off sistor TS connected to the voltage source, the total lies te voltage on the drain-source path of the switching transistor TS and no current flows through the consumer L; he's gone on.

Ist der Steuertransistor TS durch Anlegen einer entsprechenden Steuerspannung an das Gate G geöffnet, so fließt ein Laststrom IDS vom Pluspol +U über den Meßwiderstand RS, die Drain-Source- Strecke des Schalttransistors TS und den Verbraucher L zum Mi nuspol -U.Is the control transistor TS by applying a corresponding one Control voltage to gate G opened, a load current flows IDS from the positive pole + U via the measuring resistor RS, the drain-source Route of the switching transistor TS and the consumer L to Mi nuspol -U.

Entsprechend der Größe des Laststromes IDS fällt an Meßwider stand RS eine zum Laststrom proportionale Spannung ab.Depending on the size of the load current IDS, there is a measuring resistor RS had a voltage proportional to the load current.

Dieser Spannungsabfall am Meßwiderstand RS wird mit dem Span nungsabfall am Widerstand R1 verglichen. Der Spannungsabfall am Widerstand R1 und die Basis-Emitter-Spannung des zweiten Tran sistors T1 sind vom Laststrom IDS unabhängig und mittels der Zenerdiode D konstant. Der Spannungsabfall am Meßwiderstand RS und die Basis-Emitter-Spannung des dritten Transistors T2 hinge gen sind vom Laststrom IDS abhängig. Mit steigendem Laststrom steigt der Spannungsabfall am Meßwiderstand und sinkt die Ba sis-Emitter-Spannung am Transistor T2.This voltage drop across the measuring resistor RS is with the span voltage drop across resistor R1 compared. The voltage drop on Resistor R1 and the base-emitter voltage of the second tran sistors T1 are independent of the load current IDS and by means of Zener diode D constant. The voltage drop across the measuring resistor RS and the base-emitter voltage of the third transistor T2 depended conditions depend on the load current IDS. With increasing load current the voltage drop across the measuring resistor increases and the Ba decreases sis emitter voltage at transistor T2.

Solange der Laststrom IDS unterhalb eines bestimmten Wertes bleibt, ist der Spannungsabfall am Meßwiderstand RS gering und die Basis-Emitter-Spannung am Transistor T2 ausreichend, sodaß Transistor T2 geöffnet ist und vom Meßwiderstand RS durch ihn und über den Spannungsteiler aus den Widerständen R4 und R5 ein Strom zum Minuspol -U fließt. Dieser Strom bewirkt eine ausrei chend große Basis-Emitter-Spannung am vierten Transistor T3, sodaß dieser geöffnet ist und das Ausgangssignal A ein Null- Signal ist.As long as the load current IDS is below a certain value remains, the voltage drop across the measuring resistor RS is small and the base-emitter voltage at transistor T2 is sufficient, so that Transistor T2 is open and the measuring resistor RS through it and via the voltage divider made up of resistors R4 and R5 Current flows to the negative pole -U. This current causes enough large base-emitter voltage at the fourth transistor T3, so that it is open and the output signal A is a zero Signal is.

Steigt der Laststrom IDS, so vergrößert sich der Spannungsab fall am Meßwiderstand RS. Dadurch wird die Basis-Emitter-Span nung am dritten Transistor T2 kleiner, bis sie bei steigendem Laststrom IDS zum Durchsteuern des Transistors T2 zu gering wird und dieser in den nichtleitenden Zustand schaltet. Damit wird die Basis-Emitter-Spannung des vierten Transistors T3 zu Null und dieser geht ebenfalls in den nichtleitenden Zustand über, wodurch das Ausgangssignal A auf einen durch die Span nungsquelle vorgegebenen Wert hochspringt. Das Ausgangssignal A zeigt damit an, daß der Laststrom IDS einen vorgegebenen Wert überschritten hat. Dieses Ausgangssignal A kann damit zur Steue rung oder Regelung weiterer, nicht genannter Einrichtung ver wendet werden.If the load current IDS increases, the voltage drop increases fall at the measuring resistor RS. This will make the base-emitter chip voltage on the third transistor T2 is smaller until it increases Load current IDS too low to control transistor T2 and this switches to the non-conductive state. In order to the base-emitter voltage of the fourth transistor T3 Zero and this also goes into the non-conductive state over, causing the output signal A to one through the span source jumps to the specified value. The output signal A thus indicates that the load current IDS is a predetermined value has exceeded. This output signal A can thus be used for control purposes regulation or regulation of further, not named facility ver be applied.

Das Ausgangssignal A kann aber auch, wie bereits erwähnt und in der Zeichnung strichliert dargestellt, zur Steuerung des Last stromes IDS selbst herangezogen werden.The output signal A can also, as already mentioned and in shown in dashed lines to control the load current IDS can be used.

Erscheint ein Ausgangssignal A an der Basis des Transistors T4, so wird dieser je nach nicht dargestellter Beschaltung durchge steuert, sodaß das Gate G des Schalttransistors TS ganz oder teilweise entladen wird. Dadurch erhöht sich der Drain-Source- Widerstand des Schalttransistors TS so, daß der Laststrom IDS verringert wird, bis der vorgegebene Wert wieder unterschritten ist.If an output signal A appears at the base of transistor T4, so this is carried out depending on the circuit, not shown controls so that the gate G of the switching transistor TS completely or is partially unloaded. This increases the drain-source Resistance of the switching transistor TS so that the load current IDS is reduced until the value falls below the specified value again is.

Je nach Anwendungszweck kann die Vorrichtung im Rahmen der Er findung auch mit gegeneinander vertauschten Polen der Spannungs quelle und mit Komplementärtypen der dargestellten Transistoren aufgebaut werden, ohne daß sich die prinzipielle Wirkungsweise dadurch verändert.Depending on the application, the device can be used as part of the Er even with poles of tension exchanged for each other source and with complementary types of the transistors shown be built up without changing the principle of operation changed by that.

Claims

1. Device for monitoring the load current of an electronically switched consumer (L), with a series connection on the poles (+ U, -U) of a voltage source consisting of a measuring resistor (RS), a switching transistor (TS) and the consumer (L) , the voltage drop across the measuring resistor (R5) being compared with a predetermined nominal value voltage, characterized in that
that the switching transistor (TS) is a MOS field-effect transistor,
that a series circuit comprising a central and two peripheral resistors (R1, R2, R3) is connected in parallel with the voltage source,
that the collector-emitter path of a second transistor (T1) is located parallel to the average resistor (R2), the collector of which is connected to its base,
that a third transistor (T2) is provided, the base of which is connected to the base of the second transistor and of the collector-emitter path on the one hand directly with the connection point between the measuring resistor (RS) and the switching transistor (TS) and on the other hand via a voltage divider (R4, R5) is connected to a pole (-U) of the voltage source,
that a fourth transistor (T3) is provided, the base of which is connected to the tap of the voltage divider (R4, R5) and which outputs an output signal (A) when a predetermined voltage drop across the measuring resistor (RS) is exceeded.

2. Device according to claim 1, characterized, that the output signal (A) of the fourth transistor (T3) the on Control signal of the switching transistor (TS) reduced or short closes.