DE3338124A1

DE3338124A1 - Stoerschutzschaltung fuer integrierte schaltungen

Info

Publication number: DE3338124A1
Application number: DE19833338124
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7106 Neuenstadt Krumrein
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1983-10-20
Filing date: 1983-10-20
Publication date: 1985-05-02
Also published as: IT8423066A0; IT1176904B; FR2553944B1; US4589049A; DE3338124C2; IT8423066A1; FR2553944A1

Description

TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 17.10.83 PTL-HN/La-ra -

Störschutzschaltung für integrierte Schaltungen 10

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 Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Spannungs/Zeit-Verlauf eines Störimpulses bei Kraftfahrzeugen. Auf der Abszisse jdes Koordinatensystems der Figur 1 ist die Zeit t und auf der Ordinate die Spannung U aufgetragen. U 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 Figur 1 ist der bestimmte Spannungswert zehn Prozent von U .

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für integrierte Schaltungen, die vorzugsweise in der Kraftfahrzeugtechnik Verwendung finden, anzugeben, die

TO bei der zu schützenden Schaltung keine so hohe Verlustleistung verursacht, wie dies bei bekannten Schutzschaltungen der Fall ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Schutzschaltung nach der Erfindung ein erster Transistor, ein zweiter Transistor, ein Komparator und ein dem Emitter des ersten Transistors vorgeschalteter Meßwiderstand vorgesehen sind, daß die am Meßwiderstand abfallende Spannung mittels des Komparators mit einer Referenzspannung verglichen wird, daß das Ausgangssignal des Komparators die Basis des zweiten Transistors ansteuert und' 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.

Zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Transistors ist eine Zenerdiode oder eine Zenerdiodeneigenschaften aufweisende Schaltungsanordnung geschaltet. Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise die Reihenschaltung der Emitter-Basisstrecken von Transistoren.

Wird die Schutzschaltung nach der Erfindung in integrierter Technik ausgeführt, so wird als Komparator beispiels-

weise ein Transistor verwendet. Bei Ausführung in integrierter Technik wird vorzugsweise auch anstelle des ersten Transistors eine Darlingtonschaltung verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Figur 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer Schutzschaltung nach der Erfindung. Eine Integration dieser Schaltung ist beispielsweise in der in Figur 4 erläuterten Form möglich. Bei der Schutzschaltung der Figur 2 wird die Basis eines ersten Transistors TI durch den Kollektor eines zweiten Transistors T2 angesteuert, dessen Emitter .mit dem Kollektor des ersten Transistors T1 verbunden ist.

Zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Transistors TI ist eine Zenerdiode Zl geschaltet.

. .. Dem Emitter des ersten Transistors T1 ist ein Widerstand Rw vorgeschaltet, an dem eine Spannung abfällt, die mit einer Referenzspannung U £ verglichen wird. Der Vergleich erfolgt mittels eines Komparators K, dessen Ausgangssignal über einen Widerstand R1 der Basis des zweiten Transistors T2 zugeführt wird. Das eine Ende des Widerstandes Rj. ist mit dem Bezugspunkt (Masse) und das andere Ende mit dem Emitter des ersten Transistors T1 verbunden. Zwischen dem Kollektor des ersten Transistors T1 und dem Betriebspotential (U X. liegt ein Widerstand R , 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 T1 und den Bezugspunkt geschaltet.

Die Schutzschaltung der Figur 2 funktioniert wie folgt. Im Störungsfall,'d. h." bei Überspannung, muß dafür gesorgt werden, daß die Spannung, die an dem zu schützenden Schalt-

kreis 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 relative niederohmige Strecke zwischen den Punkten A und B erreichen. Diese Strecke ist dann niederohmig, wenn die Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors TI 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 Figur 3 bis zur

Spannung U„ + Ußp-ni der Fall, d. h. so lange die Betriebsspannung nicht größer als die Summe der Zenerspannung der Zenerdiode ZI und der Basis-Emitter-Spannung des ersten
Transistors T1 ist. Übersteigt die Spannung den Wert U₇ + ^BFTI' ^so b^ri^cnt die Zenerdiode Z1 durch, der erste Transistor T1 wird aufgesteuert und durch die Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors T1 fließt ein Strom Π. Dieser Strom 11 erzeugt an dem relativ niederohmigen Widerstand Rj. einen Spannungsabfall, der mittels des Komparators K mit der Referenzspannung U ^ verglichen wird.

Übersteigt der Spannungsabfall am Widerstand Rw die Referenzspannung Ur, so liefert der Kompensator K einen
Strom über den Widerstand R1 an die Basis des zweiten
Transistors T2, der verstärkt als Kollektorstrom zur Basis des ersten Transistors T1 gelangt und diesen weiter aufsteuert. Dies hat zur Folge, daß der Strom 11 gemäß der
Figur 3 stark ansteigt. Wird der Wert I ^ überschritten was bei entsprechenden Störsignalen der Fall ist -, so

■Τ-

reduziert sich die Spannung an der zu schützenden integrierten Schaltung J gemäß der Figur 3 bis zu einem Wert Upg . + 11.Rw. 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 Rw legt zusammen mit der Bezugsspannung U ^ den Ansprechpunkt I_ref der Schutzschaltung für den Einsatzpunkt des negativen Kennlinienverlaufs der Figur 3 fest. I_re£ muß größer sein als die Gesamtstromaufnahme der zu schützenden Schaltung J. Die Spannung U_z + U_ßp_T, 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 Figur 4 zeigt die Realisierung der Prinzip-Schutzschaltung der Figur 2 in integrierter Technik. Der Transistor TI der Figur 2 ist bei der integrierten Ausführungsform der Figur 4 durch eine Darlington-Schaltung mit den Transistoren TT und Tl" ersetzt. Die Zenerdiode Z1 der Schaltung der Figur 2 ist bei der Figur 4 durch die Reihenschaltung der Emitter-Basisstrecken der drei Transistoren T3, T4 und T5 realisiert. Der Transistor T2 der Figur 4 ist derselbe Transistor wie der Transistor T2 der Figur Als Komparator wird bei der Schaltungsanordnung der Figur 4 ein Transistor (T6) verwendet. Außer den bereits bei der Prinzipschaltung der Figur 2 vorhandenen Widerständen R1 und. Rw weist die integrierte Schaltung der Figur 4 zur Ableitung von Sperrströmen noch die Widerstände R2, R3 und R4 auf.

Claims

3338Ί24 TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn Heilbronn, den 17.10.83 PTL-HN/La-ra - Patentansprüche

1) Schutzschaltung für integrierte Schaltungen, insbesondere für integrierte Schaltungen für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Transistor, ein zweiter Transistor, ein Komparator und ein dem Emitter des ersten Transistors vorgeschalteter Meßwiderstand vorgesehen sind, daß die am Meßwiderstand abfallende Spannung mittels des Komparators mit einer Referenzspannung verglichen wird, daß das Ausgangssignal des Komparators die Basis des zweiten Transistors ansteuert und 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.

2) Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

. zeichnet, daß zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Transistors einer Zenerdiode oder eine Zenerdiodeneigenschaften aufweisende Schaltungsanordnung geschaltet ist.

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

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

5) Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Komparator ein Transistor vorgesehen ist.

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