DE19604041C1

DE19604041C1 - Schaltungsanordnung zur Erkennung eines durch eine Last fließenden Laststroms

Info

Publication number: DE19604041C1
Application number: DE1996104041
Authority: DE
Inventors: Jenoe Dr Tihanyi
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2016-02-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für viele Anwendungszwecke ist es erwünscht, den Stromver brauch einer Last zu erkennen, um Rückschlüsse auf ein uner wünschtes oder ein fehlerhaftes Verhalten oder den Ausfall der Last ziehen zu können. Bei der aus der EP 0 365 697 B1 bekannten Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 wird eine an einem im Laststromkreis liegenden, niederohmi gen Widerstand abfallende, dem Wert nach sehr kleine Spannung zur Verstärkung einem Operationsverstärker zugeführt, der an seinem Ausgang ein dem Laststrom entsprechendes Signal lie fert, das von einer nachgeordneten Schaltung weiterverarbei tet werden kann. Diese Anordnung erfordert bereits wegen des wenigstens einen Operationsverstärkers und der zur Beschal tung des Operationsverstärkers notwendigen Bauelemente einen verhältnismäßig hohen schaltungstechnischen, und damit ferti gungsbedingten Aufwand. Die Ungenauigkeiten bei der Erkennung eines Leerlaufstromes aufgrund des dem Laststrom entsprechen den geringen Spannungsabfalles werden durch Temperaturein flüsse noch weiter vergrößert. Ein weiterer Nachteil stellt die nicht ausreichende Ausfallsicherheit dar. Liegen ein oder mehrere Bauelemente der Erkennungsschaltung im Laststrom kreis, kann bei Ausfall eines dieser Elemente die Stromzufuhr zur Last unterbrochen werden, obwohl Last, Leistungsschalter und Spannungsversorgung funktionieren.

Aus der DE 40 26 398 A1 ist eine Schaltung zur Überwachung des Schaltstatus eines Leistungstransistors bekannt geworden, bei der sowohl die Spannung über dem Leistungstransistor mit tels eines Spannungskomparators als auch die Spannung über der Last mittels eines weiteren Spannungskomparators über wacht wird. Durch das Eingangssignal des Leistungstransistors wird im eingeschalteten Zustand der eine Komparator und im ausgeschalteten Zustand der andere Komparator aktiviert. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren werden zu einem Sta tus-Signal zusammengefaßt. Durch diese Schaltung ist es mög lich, sowohl einen Kurzschluß bzw. Nebenschluß der Last als auch einen Leckstrom eines Leistungstransistors und eine Un terbrechung der Last oder ihrer Zuleitung zu erkennen.

Aus der DE 40 35 571 A1 ist eine Selbstdiagnoseschaltung für eine Laststeuerschaltung bekannt geworden, die den Zustand einer an eine Last angeschlossenen Treiberleitung erfaßt und eine Lasttreiberschaltung dadurch schützt, daß Transistoren in der Lasttreiberschaltung ausgeschaltet werden, wenn ein Erdungsfehler auftritt, wobei im Fall eines Fehlers, aufgrund dessen die Last nicht normal arbeitet, ansprechend auf ein Steuersignal ein dem Inhalt dieses Fehlers entsprechender Prozeß ausgeführt wird und der Inhalt dieses Fehlers gespei chert und/oder über eine Anzeige nach außen bekannt gegeben wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstig herzustellende Schaltungsanordnung mit einer möglichst geringen Zahl von elektronischen Bauele menten zur Verfügung zu stellen, welche eine eindeutige und zuverlässige Erkennung des durch eine vom Leistungsschalter geschalteten Last fließenden Laststroms ermöglicht, und dabei eine hohe Ausfallsicherheit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß An spruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Schaltungsanordnung eine dem Leistungsschalter zugeordnete Stromverzweigungs schaltung aufweist, die einen Teil des durch den Leistungs schalter und die Last fließenden Stroms auf eine aus einem Referenzschalter, dessen Schaltzustand von der an der Last abfallenden Spannung und dem Schaltzustand des Leistungs schalters abhängt, und einem Referenzwiderstand bestehende Referenzschaltung derart abzweigt, daß der Wert der am Refe renzwiderstand abfallenden Spannung eindeutig dem Wert des durch die Last fließenden Laststromes entspricht. Ein wesent licher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die Referenzschaltung derart auszubilden, daß sie sich im Hinblick auf die an ihren Bauelementen abfallenden Spannungen gleiches Verhalten wie bei dem Leistungsschalter und der Last besitzt, wobei der durch die Referenzschaltung fließende Strom einen aus dem Laststrom abgezweigten, im Vergleich we sentlich geringeren Teilstrom darstellt. Die Referenzschal tung und die aus dem Leistungsschalter und der Last bestehen de Reihenschaltung haben aufgrund ihres schaltungstechnischen Aufbaus ein ähnliches Temperaturverhalten. Wird aufgrund von Temperatureinflüssen der Laststrom verändert, ändert sich die am Referenzwiderstand abfallende Spannung in gleicher Weise. Dadurch zeichnet sich die Schaltung durch eine selbsttätig wirkende Temperaturkompensation aus. Die Schaltungsanordnung kommt mit wenigen Bauteilen aus. Sämtliche Bauelemente der Referenzschaltung liegen außerhalb des Laststromkreises, so daß bei einem Ausfall eines oder mehrerer Bauelemente der Re ferenzschaltung der eigentliche Laststromkreis nicht unter brochen wird, was eine hohe Ausfallsicherheit bewirkt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Stromverzweigungsschaltung eine parallel zum Lei stungsschalter geschaltete und aus einem Steuerschalter und einem nichtlinearen Widerstand bestehende Reihenschaltung aufweist, wobei die an der aus dem Steuerschalter und der Last bestehenden Reihenschaltung abfallenden Spannung als Steuerspannung für den Referenzschalter abgegriffen ist. In vorteilhafter Weise kann durch geeignete Einstellung der elektronischen Kennwerte bzw. geeignete Dimensionierung des Steuerschalters und des nichtlinearen Widerstandes die Über tragungsfunktion für die Festlegung des Zusammenhanges zwi schen dem durch die Last fließenden Laststrom und der am Re ferenzwiderstand abfallenden Spannung günstig eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung liegt darin, daß mit verhältnismäßig wenigen elektronischen Bauelementen, insbesondere mit lediglich zwei Schaltern, sowie einem nichtlinearen und einem linearen Wi derstand eine Stromerkennungsschaltung realisiert werden kann. Die Schaltungsanordnung läßt sich zusammen mit dem Lei stungsschalter und dessen Ansteuerschaltung, die einem Ein gangssignal eine Steuerspannung für den Leistungsschalter zu ordnet, in einem Gehäuse oder auf einem Chip integrieren, was eine kompakte Bauweise ermöglicht.

Die am Referenzwiderstand abfallende Spannung kann beispiels weise an eine Anzeigevorrichtung angelegt werden, die einen dem jeweiligen Laststrom entsprechenden Wert ausgibt, oder an eine Signalverarbeitungsanlage, die bei Über- oder Unter schreitung vorbestimmter Werte entsprechende Signale erzeugt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispieles anhand der zwei Figuren.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbei spieles der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und

Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Span nung des von der Schaltungsanordnung gemäß Ausfüh rungsbeispiel gelieferten Ausgangssignals U_i als Funktion des durch die Last fließenden Laststroms I_L.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung besitzt einen Leistungs- MOSFET-Transistor vom Enhancement-n-Kanal-Typ 1, dem source seitig eine Last 2 in Reihe geschaltet ist. Die Reihenschal tung aus 1 und 2 ist mit Klemmen 3 und 4 verbunden, an denen eine Versorgungsspannung V_bb anliegt. Der Leistungsschalter 1 wird von einer Steuerschaltung 7 über deren Ausgang 12 ange steuert. Die Steuerschaltung 7 besitzt zwei Eingangangsklem men 5 und 6, zwischen denen Signale anliegen, die dem einge schalteten und den ausgeschalteten Zuständen der Last 2 ent sprechen. Es ist ein MOSFET-Transistor vom Enhancemant-n- Kanal-Typ 8 vorgesehen, der mit dem Leistungsschalter 1 sei nen Steueranschluß und seinen Sourceanschluß, und mit einem MOSFET-Transistor vom Depletions-p-Kanal-Typ 9 seinen Drain anschluß gemeinsam hat. Der MOSFET-Transistor 9 ist source seitig an die Klemme 3 und drainseitig mit seinem Steueran schluß gekoppelt und arbeitet in der Form eines nichtlinearen Widerstands. Ein gegenüber dem MOSFET-Transistor 9 bauglei cher Referenz-MOSFET-Transistor 10 ist mit seinem Steueran schluß an den des MOSFET-Transistors 9 gekoppelt und mit sei nem Sourceanschluß an den des MOSFET-Transistors 9 gekoppelt. Die beiden MOSFET-Transistoren 9 und 10 bilden damit eine Stromspiegelschaltung. Drainseitig ist der MOSFET-Transistor 10 mit dem Referenz-Widerstand 11 gekoppelt, der an dessen anderen Anschluß mit der Klemme 4 und damit mit Masse verbun den ist. Der Referenz-MOSFET-Transistor 10 und der Referenz- Widerstand 11 bilden die Referenzschaltung, die mit einem im Vergleich zum Laststrom I_L geringeren Strom die Rolle der aus dem Leistungs-MOSFET-Transistor 1 und der Last 2 bestehenden Reihenschaltung spielt. Seine Steuerspannung greift der MOSFET 10 am Verbindungspunkt von MOSFET 8 und MOSFET 9 ab, die zusammen mit der Last 2 als Spannungsteiler wirken. Die MOSFET-Transistoren 8, 9 und 10 sind monolithisch integriert.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt. Der MOSFET-Transistor 8 wird gleichzeitig mit dem Lei stungsschalter 1 geöffnet. Das in der Fig. 2 dargestellte Diagramm zeigt die am Referenzwiderstand 11 abfallende Span nung U_i als Funktion 13 des Laststroms I_L. Die Spannung U_i ist mit zunehmendem Laststrom I_L streng monoton steigend. Jedem Wert des Laststroms I_L entspricht ein Wert der am Referenzwi derstand 11 abfallenden Spannung U_i, unabhängig davon, ob der Wert des Laststromes I_L gerade konstant ist, abnimmt oder zu nimmt. Damit ist die Zuordnung des Wertes der am Referenzwi derstand 11 abfallenden Spannung U_i durch den Wert des durch die Last 2 fließenden Laststrom I_L eindeutig. Die am Refe renzwiderstand 11 abfallende Spannung U_i wird abgegriffen und als ein Informationssignal über den Laststrom I_L an eine ge eignete, nicht näher dargestellte, Verarbeitungsschaltung weitergeleitet, welche ein dem Laststrom I_L entsprechendes Signal ausgibt.

Bezugszeichenliste

1 Leistungsschalter
2 Last
3, 4 Klemmen
5, 6 Eingangsklemmen
7 Steuerschaltung
8 Steuerschalter
9 nichtlinearer Widerstand
10 Referenzschalter
11 Referenzwiderstand
12 Ausgang der Steuerschaltung
13 Funktion U_i = f(I_L)
V_bb Versorgungsspannung
I_L Laststrom
U_i am Referenzwiderstand abfallende Spannung
I_KS Kurzschlußstrom

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Erkennung eines durch eine Last fließenden Laststroms (I_L), welche Last vermittels einem elektronischen Leistungsschalter (1) geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine dem Leistungsschalter zugeordne te Stromverzweigungsschaltung (8, 9) aufweist, die einen Teil des durch den Leistungsschalter (1) und die Last (2) fließen den Stroms auf eine aus einem Referenzschalter (10), dessen Schaltzustand von der an der Last (2) abfallenden Spannung und dem Schaltzustand des Leistungsschalters (1) abhängt, und einem Referenzwiderstand (11) bestehende Referenzschaltung (10, 11) derart abzweigt, daß der Wert der am Referenzwider stand (11) abfallenden Spannung (U_i) eindeutig dem Wert des durch die Last (2) fließenden Laststromes (I_L) entspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Stromverzweigungsschaltung eine parallel zum Leistungsschalter (1) geschaltete und aus einem Steuerschal ter (8) und einem nichtlinearen Widerstand (9) bestehende Reihenschaltung aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereingänge des Leistungsschalters (1) und des Steuerschalters (8) auf demselben Potential liegen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Steuerschalter (8) und der Leistungs schalter (1) synchron schalten.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die an der aus dem Steuerschalter (8) und der Last (2) bestehenden Reihenschaltung abfallende Spannung als Steuerspannung für den Referenzschalter (10) abgegriffen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der nichtlineare Widerstand (9) einen Schalter dar stellt, dessen Steuereingang mit seinem Ausgang gekoppelt ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereingänge des Referenzschalters (10) und des als nichtlinearer Widerstand arbeitenden Schalters (9) gekoppelt sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der Referenzschalter (10) und der als nichtlinearer Widerstand arbeitende Schalter (9) baugleich sind.