DE3338124C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Störschutzschaltung für integrierte Schaltungen, insbesondere für integrierte Schaltungen für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Transistor, der im Störfall eine leitende Strecke zwischen den beiden Eingängen der zu schützenden integrierten Schaltung bildet.

Eine derartige Schutzschaltung ist aus der DE-OS 26 54 419 bekannt. Bei der bekannten Schaltung wird die Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors im Störungsfall leitend gemacht. Die Emitter-Kollektorstrecke dieses Transistors liegt zwischen den beiden Eingängen der zu schützenden Schaltung. Bei der bekannten Schutzschaltung sind Diodenstrecken vorhanden, die die Spannung bestimmen, bei der die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors leitend wird.

In den letzten Jahren hat die Elektronik in der Kraftfahrzeugtechnik immer mehr an Bedeutung gewonnen. Diese Entwicklung hat dazu geführt, daß in der Kraftfahrzeugtechnik in steigendem Maße integrierte Schaltungen eingesetzt werden. Diese integrierten Schaltungen sind Störsignalen ausgesetzt, die sich in der Kraftfahrzeugtechnik zumindest heute noch nicht vermeiden lassen. Die Störsignale treten in Gestalt von Spannungsimpulsen auf, die durch ein sogenanntes V/T-Verhältnis charakterisiert sind. V ist dabei die Spannung, die der Störimpuls erreicht, während T diejenige Zeit ist, die der Störimpuls benötigt, um von einem bestimmten Spannungswert auf seiner ansteigenden Flanke zum gleichen Spannungswert auf der abfallenden Flanke zu gelangen.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für den Spannungs/Zeit-Verlauf eines Störimpulses bei Kraftfahrzeugen. Auf der Abszisse des Koordinatensystems der Fig. 1 ist die Zeit T und auf der Ordinate die Spannung U aufgetragen. U _s ist die Maximalspannung, die der Störimpuls erreicht. T ist diejenige Zeit, die der Störimpuls benötigt, um von einem bestimmten Spannungswert auf seiner ansteigenden Flanke zum gleichen Spannungswert auf der abfallenden Flanke zu gelangen. In der Fig. 1 ist der bestimmte Spannungswert zehn Prozent von U _s .

Nach neuen Forderungen müssen beispielsweise integrierte Schaltungen für die Kraftfahrzeugindustrie störfest sein gegenüber Störimpulsen mit U _s = +100 V/300 ms bzw. U _s = +80 V/400 ms. Solche Störimpulse führen jedoch mit der bekannten Schaltungsschutztechnik zu unzulässig hohen Verlustleistungen im IC und zur Zerstörung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für integrierte Schaltungen, die vorzugsweise in der Kraftfahrzeugtechnik Verwendung finden, anzugeben, die bei der zu schützenden Schaltung keine so hohe Verlustleistung verursacht, wie dies bei bekannten Schutzschaltungen der Fall ist. Diese Aufgabe wird bei einer Störschutzschaltung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Zenerdiodeneigenschaften aufweisende Schaltungsanordnung ist beispielsweise die Reihenschaltung der Emitter-Basisstrecken von Transistoren.

Wird die Schutzschaltung nach der Erfindung in integrierter Technik ausgeführt, so wird als Komparator beispielsweise ein Transistor verwendet. Bei Ausführung in integrierter Technik wird vorzugsweise auch anstelle des ersten Transistors eine Darlington-Schaltung verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer Schutzschaltung nach der Erfindung. Eine Integration dieser Schaltung ist beispielsweise in der in Fig. 4 erläuterten Form möglich. Bei der Schutzschaltung der Fig. 2 wird die Basis eines ersten Transistors T 1 durch den Kollektor eines zweiten Transistors T 2 angesteuert, dessen Emitter mit dem Kollektor des ersten Transistors T 1 verbunden ist. Zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Transistors T 1 ist eine Zenerdiode Z 1 geschaltet.

Dem Emitter des ersten Transistors T 1 ist ein Widerstand R _M vorgeschaltet, an dem eine Spannung abfällt, die mit einer Referenzspannung U _ref verglichen wird. Der Vergleich erfolgt mittels eines Komparators K, dessen Ausgangssignal über einen Widerstand R 1 der Basis des zweiten Transistors T 2 zugeführt wird. Das eine Ende des Widerstandes R _M ist mit dem Bezugspunkt (Masse) und das andere Ende mit dem Emitter des ersten Transistors T 1 verbunden. Zwischen dem Kollektor des ersten Transistors T 1 und dem Betriebspotential (U _s ) liegt ein Widerstand R _v , der so bemessen ist, daß an ihm im Störungsfall der größte Teil der Spannung abfällt. Die zu schützende integrierte Schaltung J ist zwischen den Kollektor des ersten Transistors T 1 und den Bezugspunkt geschaltet.

Die Schutzschaltung der Fig. 2 funktioniert wie folgt. Im Störungsfall, d. h. bei Überspannung, muß dafür gesorgt werden, daß die Spannung, die an dem zu schützenden Schaltkreis J anliegt, höchstens den Wert annimmt, den dieser Schaltkreis vertragen kann. Eine niedrige Spannung zwischen den Punkten A und B und damit am Eingang der zu schützenden integrierten Schaltung J läßt sich bei relativ hoher Spannung zwischen dem Punkt C und Masse (Betriebsspannung) nur durch eine relativ niederohmige Strecke zwischen den Punkten A und B erreichen. Diese Strecke ist dann niederohmig, wenn die Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors T 1 niederohmig (leitend) ist.

Bei normaler Betriebsspannung ohne Störspannungsüberlagerung ist die Schutzschaltung außer Funktion, weil sie so hochohmig ist, daß praktisch kein Strom über die Schutzschaltung fließt. Dies ist gemäß der Fig. 3 bis zur Spannung U _Z + U _{BET 1} der Fall, d. h. solange die Betriebsspannung nicht größer als die Summe der Zenerspannung der Zenerdiode Z 1 und der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors T 1 ist. Übersteigt die Spannung den Wert U _Z + U _{BET 1}, so bricht die Zenerdiode Z 1 durch, der erste Transistor T 1 wird aufgesteuert, und durch die Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors T 1 fließt ein Strom I 1. Dieser Strom I 1 erzeugt an dem relativ niederohmigen Widerstand R _M einen Spannungsabfall, der mittels des Komparators K mit der Referenzspannung U _ref verglichen wird.

Übersteigt der Spannungsabfall am Widerstand R _M die Referenzspannung U _ref , so liefert der Komparator K einen Strom über den Widerstand R 1 an die Basis des zweiten Transistors T 2, der verstärkt als Kollektorstrom zur Basis des ersten Transistors T 1 gelangt und diesen weiter aufsteuert. Dies hat zur Folge, daß der Strom I 1 gemäß der Fig. 3 stark ansteigt. Wird der Wert I _ref überschritten - was bei entsprechenden Störsignalen der Fall ist -, so reduziert sich die Spannung an der zu schützenden integrierten Schaltung J gemäß der Fig. 3 bis zu einem Wert U _CEsat + I 1 · R _M . Diese Spannungsbegrenzung im Störfall bei relativ großen Betriebsspannungen infolge von Störimpulsen ist wesentlich besser als bei bekannten Schutzschaltungen, so daß auch die Verlustleistung in dem zu schützenden integrierten Schaltkreis im Störfall wesentlich geringer ist als bei bekannten Schutzschaltungen.

Ein niederohmiger Meßwiderstand R _M legt zusammen mit der Bezugsspannung U _ref den Ansprechpunkt I _ref der Schutzschaltung für den Einsatzpunkt des negativen Kennlinienverlaufs der Fig. 3 fest. I _ref muß größer sein als die Gesamtstromaufnahme der zu schützenden Schaltung J. Die Spannung U _Z + U _{BET 1} hat vorzugsweise einen Wert, der größer ist als die maximale Betriebsspannung (ohne Störimpulse) und kleiner als die zulässige, durch die Technologie festgelegte Sperrspannung (Spannungswerte für KFZ- Anwendung 20 bis 25 V).

Die Fig. 4 zeigt die Realisierung der Prinzip-Schutzschaltung der Fig. 2 in integrierter Technik. Der Transistor T 1 der Fig. 2 ist bei der integrierten Ausführungsform der Fig. 4 durch eine Darlington-Schaltung mit den Transistoren T 1′ und T 1′′ ersetzt. Die Zenerdiode Z 1 der Schaltung der Fig. 2 ist bei der Fig. 4 durch die Reihenschaltung der Emitter-Basisstrecken der drei Transistoren T 3, T 4 und T 5 realisiert. Der Transistor T 2 der Fig. 4 ist derselbe Transistor wie der Transistor T 2 der Fig. 2. Als Komparator wird bei der Schaltungsanordnung der Fig. 4 ein Transistor (T 6) verwendet. Außer den bereits bei der Prinzipschaltung der Fig. 2 vorhandenen Widerständen R 1 und R _M weist die integrierte Schaltung der Fig. 4 zur Ableitung von Sperrströmen noch die Widerstände R 2, R 3 und R 4 auf.

Claims (5)

1. Störschutzschaltung für integrierte Schaltungen, insbesondere für integrierte Schaltungen für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Transistor, der im Störungsfall eine leitende Strecke zwischen den beiden Eingängen der zu schützenden integrierten Schaltung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Transistor, ein Komparator und ein dem Emitter des ersten Transistors vorgeschalteter Meßwiderstand vorgesehen sind, daß die am Meßwiderstand anfallende Spannung mittels des Komparators mit einer Referenzspannung verglichen wird, daß das Ausgangssignal des Komparators die Basis des zweiten Transistors ansteuert, daß die Basis des ersten Transistors mit dem Kollektor des zweiten Transistors und der Kollektor des ersten Transistors mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden sind und daß zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Transistors eine Zenerdiode oder eine Zenerdiodeneigenschaften aufweisende Schaltungsanordnung geschaltet ist.

2. Störschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Transistors die Reihenschaltung der Emitter-Basisstrecken von Transistoren geschaltet ist.

3. Störschutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Transistors die Reihenschaltung der Emitter-Basisstrecken von drei Transistoren geschaltet ist.

4. Störschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Komparator ein Transistor vorgesehen ist.

5. Störschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor zusammen mit einem weiteren Transistor eine Darlington-Schaltung bildet.