DE4005813A1 - Vorrichtung zur ueberwachung des laststromes eines elektronisch geschalteten verbrauchers - Google Patents

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).

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.

Gegenüber Störungen im Versorgungsnetz, insbesondere gegenüber Einschaltspannungsspitzen in Bordnetzen von Fahrzeugen, ist eine derartige Einrichtung sehr empfindlich.

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.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 ge­ nannten Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:

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.

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.

Zur Spannungsstabilisierung ist parallel zu den Widerständen R1 und R2 eine Zenerdiode D geschaltet.

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.

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.

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.

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.

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.

Entsprechend der Größe des Laststromes IDS fällt an Meßwider­ stand RS eine zum Laststrom proportionale Spannung ab.

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.

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, so daß 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, so daß dieser geöffnet ist und das Ausgangssignal A ein Null- Signal ist.

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.

Das Ausgangssignal A kann aber auch, wie bereits erwähnt und in der Zeichnung strichliert dargestellt, zur Steuerung des Last­ stromes IDS selbst herangezogen werden.

Erscheint ein Ausgangssignal A an der Basis des Transistors T4, so wird dieser je nach nicht dargestellter Beschaltung durchge­ steuert, so daß 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.

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.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Uberwachung des Laststromes eines elektro­ nisch geschalteten Verbrauchers (L), mit einer an den Polen (+U, -U) einer Spannungsquelle liegenden Reihenschaltung aus einem Meßwiderstand (RS), einem Schalttransistor (TS) und dem Verbraucher (L), wobei der Spannungsabfall an dem Meßwiderstand (RS) mit einer vorgegebenen Sollwertspannung verglichen wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Schalttransistor (TS) ein MOS-Feldeffekt-Transistor ist,
• - daß parallel zur Spannungsquelle eine Reihenschaltung aus einem mittleren und zwei peripheren Widerständen (R1, R2, R3) liegt,
• - daß parallel zu dem mittleren Widerstand (R2) die Kollektor- Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (T1) liegt, dessen Kollektor mit dessen Basis verbunden ist,
• - daß ein dritter Transistor (T2) vorgesehen ist, dessen Basis mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist und des­ sen Kollektor-Emitter-Strecke einerseits direkt mit dem Ver­ bindungspunkt zwischen Meßwiderstand (RS) und Schalttransi­ stor (TS) und andererseits über einen Spannungsteiler (R4, R5) mit einem Pol (-U) der Spannungsquelle verbunden ist,
• - daß ein vierter Transistor (T3) vorgesehen ist, dessen Basis mit dem Abgriff des Spannungsteilers (R4, R5) verbunden ist und der bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungsabfalls am Meßwiderstand (RS) ein Ausgangssignal (A) abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (A) des vierten Transistors (T3) das An­ steuersignal des Schalttransistors (TS) verkleinert oder kurz­ schließt.