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Title:
REVERSE-POLARITY PROTECTION WITH REDUCED ELEMENT SURFACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/003952
Kind Code:
A1
Abstract:
A reverse-polarity protection is disclosed for coupling an electric circuit (2) to an energy and information conducting conductor system (3). At least one coupling path (5) comprises a controllable element (4) as reverse-polarity protection, hereinafter referred to as reverse-polarity protection element (4). When an emitter circuit (2) is inductively coupled to the conductor system (3) by means of a converter (6) and with a transmission coil (7) on the primary side, and with a free-running circuit for a changeover current to discharge the transmission circuit in an LC circuit, the changeover current is taken via the control electrode of the reverse-polarity protection component (4).

Inventors:
ZIERHUT HERMANN
Application Number:
PCT/DE1993/000635
Publication Date:
February 17, 1994
Filing Date:
July 20, 1993
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02H11/00; H04B3/54; H02H3/18; (IPC1-7): H02H3/18; H02H11/00; H04B3/54
Foreign References:
DE3934504A11991-04-25
DE3934503A11991-04-25
DE3618500A11987-12-03
DE3026740A11982-02-18
DD143677A11980-09-03
EP0487759A11992-06-03
EP0379902A11990-08-01
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Claims:
Patentansprüche
1. Verpolschutz zur Ankopplung einer elektrischen Schaltung (2) an ein Leitersystem (3), wobei wenigstens ein Ankopp- lungspfad (5) ein steuerbares Element als Verpolschutz umfaßt - nachstehend Verpolungsschutzelement (4) genannt -, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einer induktiven Ankopplung einer Sendeschaltung (2) an das Lei¬ tersystem (3) mittels eines Wandlers (6) und bei primär- seitiger Sendespule (7) sowie bei vorgesehenem Freilaufkreis für einen Kommutierungsstrom zur Entladung in einem LC-Kreis der Sendeschaltung - der Kommutierungsstrom über die Steuer¬ elektrode des Verpolungsschutzelements (4) geführt ist.
2. Verpolschutz nach Anspruch 1, wobei auf die Sendespule (7) zumindest ein Sendeventil (12;13) arbeitet und die Sendespule (7) zugleich in einem Kommutierungszweig mit zumindest einem Kommutierungsventil (14;15) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Kommutierungsventil (15) ein Transistor in Basisschaltung dient.
3. Verpolschutz nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Kommu¬ tierungsventil in einem Kommutierungszweig angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alsKommutierungsventil (15) zwei antiserielle Transistoren bei verbundener Basis dienen.
4. Verpolschutz nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die antiseriellen Transistoren als Doppel-Kollektor-Transistor ausgeführt sind und im Kommutierungskreis liegen.
5. Verpolschutz nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen symmetrischen Doppel-Kollektor-Transistor.
6. Verpolschutz nach Anspruch 3, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Kommutierungsventil (15) dienende Flächen in einem IC-Kreis integriert sind.
Description:
Verpolungsschutz mit verminderter Elernentflache

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verpolschutz zur An¬ kopplung einer elektrischen Schaltung an ein Leitersystem, wobei wenigstens ein Ankopplungspfad ein steuerbares Element als Verpolschutz umfaßt. Ein derartiger Verpolschutz ist bekannt (EP-A-0 487 759).

Bei einer induktiven Ankopplung einer Sendeschaltung an das Leitersystem mittels eines Wandlers und bei primarseitiger Sendespule sowie bei vorgesehenem Freilaufkreis für einen Kommutierungsstrom zur Entladung in einem LC-Kreis der Sendeschaltung treten bei Vorgängen, die als Schalten von induktiven Lasten verstanden werden können, durch die hohen Kommutierungsstromsteilheiten kurzzeitig hohe Spannungs¬ fälle über das als Verpolungsschutz dienende steuerbare Element auf. Diese können die übertragene Nachricht ver¬ fälschen. Zur Abhilfe kann das Verpolungsschutzelement mit größerer innerer Elernentflache versehen werden, also bei Halbleitertechnik insgesamt größer ausgeführt werden. Das steht jedoch einer angestrebten Miniaturisierung entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verpolschutz zu entwickeln, der mit einem kleineren Verpolungsschutzele- ent bzw. mit einem steuerbaren Element mit kleinerer inne¬ rer Elernentflache auskommt.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt durch einen Ver¬ polschutz nach Patentanspruch 1. Der Kommutierungsstrom wird hierbei über ein Kommutierungsventil gespiegelt die Steuer¬ elektrode des als Verpolschutz dienenden Elements, also des Verpolungsschutzelements, geführt. Man kommt hierbei mit verminderter innerer Elementfläche aus. Durch die niedrigere zu übertragende Leistung im Verpolungsschutzelement kann

dieses in einen IC-Kreis integriert werden.

Wenn auf die Sendespule zumindest ein Sendeventil arbeitet und die Sendespule zugleich in einem Kommutierungszweig mit zumindest einem Kommutierungsventil angeordnet ist, kann als Kommutierungsventil vorteilhaft ein Transistor in Basis¬ schaltung dienen. Besonders symmetrisches Verhalten beim Senden und bei der Kommutierung wird durch ein Kommutie¬ rungsventil aus zwei antiseriellen Transistoren bei ver- bundener Basis erzielt. Die antiseriellen Transistoren können insbesondere als Doppel-Kollektor-Transistor im Kommutierungskreis ausgeführt sein. Besonders günstig ist ein symmetrischer Doppel-Kollektor-Transistor.

Die antiseriellen Transistoren und besonders der symme¬ trische Doppel-Kollektor-Transistor kann vorteilhaft in ein IC-Bauteil integriert werden.

Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher er¬ läutert werden:

In FIG 1 ist ein Verpolschutz bei einem kommutierenden Freilaufkreis wiedergegeben. In FIG 2 ist die Schaltungsanordnung nach FIG 1, jedoch in Verbindung mit antiseriellen Transistoren als Kommutierungsventil dargestellt. In FIG 3 ist für eine Schaltungsanordnung nach FIG 1 der Kommutierungsstrom veranschaulicht.

Die elektrische Schaltung 2 bzw. Sendeschaltung einer Ankop- plungsschaltung 1 nach FIG 1 arbeitet auf ein Leitersystem 3, beispielsweise ein Bussystem. Ein Verpolungsschutzelement 4 in der Ausführung als Doppel-Emitter-Transistor sorgt für

polungsgerechten Anschluß, indem er den Ankopplungspfad 5 bei verpolungsrichtigem Anschluß freigibt und bei falschιe!m Anschluß sperrt. Ein derartiges Verpolungsschutzelement ist im einzelnen in EP-A-0 487 759 beschrieben. Das Verpolungs- schutzelement 4 wird von einer Ansteuerschaltung 16 ge¬ steuert. Das Verpolungsschutzelement 4 liegt mit sein. n Arbeitselektroden im Ankopplungspfad 5. Bei induktiver An¬ kopplung der Sendeschaltung 2 an das Leitersystem 3 mittels eines Wandlers 6 wird der Sendestrom über die pri ärseitige Sendespule 7 geführt. Eine Gleichspannung steht als Bord¬ netzspannung zwischen dem Ankopplungspfad 5 bzw. dem Kon¬ densator 11 an. Die Schaltung kann als Weiche wirken zwi¬ schen einer im Leitersystem geführten Gleichspannungsenergie und einer Wechselspannungsinformation. Die Sekundärwick- lungen 8 des Wandlers 6 liegen im Ankopplungspfad 5. Zu Sendeventilen 12 und 13 für symmetrischen Sendevorgang liegen parallel Kommutierungsventile 14 und 15, die eine Freilaufschaltung zur Sendewicklung 7 bilden. Der Kommu¬ tierungsstrom in der Freilaufphase ist in FIG 3 veranschau- licht und grundsätzlich in EP-A-0 37? 902 beschrieben.

Wesentlich ist jedoch, daß der Kommutierungsstrom über das Kommutierungsventil 15 gespiegelt und der Steuerelektrode des Verpolungsschutzelements 4 zu geführt ist. Eines der Kommutierungsventile, das Kommutierungsventil 15, ist im Ausführungsbeispiel nach den FIG 1 und FIG 3 ein Transistor in Basisschaltung. Die Ansteuerschaltung 16 ist zwischen Basis und Kollektor an das Kommutierungsventil 15 ange¬ schlossen. Der Ansteuerausgang 21 ist mit der Basis bzw. der Steuerelektrode des Verpolungsschutzelements 4 verbunden. Der weitere Ansteuerausgang 22 der Ansteuerschaltung 16 ist mit der Bezugsmasse der Sendeschaltung 2 verbunden.

Um symmetrische Verhältnisse zu erzielen, kann das Kommutie¬ rungsventil 15 aus zwei antiseriellen Transistoren bei verbundener Basis gebildet werden, wie es in FIG 2 ver¬ anschaulicht ist. Dieses Kommutierungsventil kann insbeson- dere als Doppel-Kollektor-Transistor ausgeführt sein. Diese Ausbildungen eignen sich insbesondere zur Integration in einem IC-Kreis. Besonders vorteilhaft ist ein symmetrischer Doppel-Kollektor-Transistor.

Die Ansteuerschaltung 16 ist dafür ausgelegt, daß sie je nach Betriebszustand, z.B. Empfangen oder Senden oder hoher Gleichstrombedarf für das Bordnetz, dem Verpolungsschutzele¬ ment 4 einen entsprechenden Ansteuerstrom zuführt. Es sei angenommen, daß im normalen Empfangsbetriebszustand über das Verpolungsschutzelement 4 ein Strom von einigen Milliampere fließt, beispielsweise von 10 Milliampere. Bei Sendebetrieb fließt dann ein Strom in der Größenordnung von beispiels¬ weise + 0,3 Ampere. Hierfür ist ein erheblich größerer Steuerstrom für das Verpolungsschutzelement 4 erforderlich. Beim erfindungsgemäßen Verpolschutz wird hierzu der Arbeits¬ strom, der über die senderseitige Wicklung 7 fließt, über die Steuerelektrode des Verpolungsschutzelements geleitet und so der größere Steuerstrom aufgebracht. Im Ausführungs¬ beispiel nach FIG 1 und FIG 2 dient als Steuerelektrode die Basis eines symmetrischen Doppelemitter (symmetrischer bi¬ polarer Transistor) -Transistors. Unter einem symmetrischen Doppelemittertransistor ist also ein symmetrischer Aufbau, beispielsweise eines pnp-Bipolartransistors zu verstehen, bei welchem je nach Stromrichtung einer der Emitter zum Kollektor wird. Bezogen auf einen normalen Transistor mit Emitter und Kollektor fließt einmal der Strom im Normal¬ betrieb und dann im Inversbetrieb.

Die Ansteuerschaltung 16 ist dafür ausgelegt, daß bei rich¬ tiger Polung durch Ziehen von Strom aus der Basis des Ver¬ polungsschutzelements 4 das Verpolungsschutzelement leitend gesteuert wird. Bei falscher Polung, also bei verpoltem An- schluß der Sendeschaltung 2, zieht die Ansteuerschaltung 16 keinen Strom, sperrt also, so daß das Verpolungsschutzele¬ ment 4 nicht leitend gesteuert wird, also sperrt. Weiterhin ist sie dafür ausgelegt, daß bei Sendebetrieb, bzw. bei er¬ höhtem Strombedarf der angeschlossenen Schaltung, ein- schließlich der Sendeschaltung 2, jeweils der erforder¬ liche Steuerstrom bereitgestellt wird.

Beim Verpolungsschutz nach der Erfindung wird der Kommutie¬ rungsstrom als Steuerstrom mit herangezogen. Üblicherweise weist eine Regeleinheit nach Art der Ansteuerschaltung 16 eine Regelträgheit auf, so daß vor positivem bzw. negativem Strom durch das angesteuerte Element ein hochohmiger Zwi¬ schenzustand auftritt. Durch die erfindungsgemäße Umleitung des Kommutierungsstroms und das Heranziehen als Steuerstrom, wobei dieser über die Basis des Verpolungsschutzelements 4 geführt wird, das hier als zusteuerndes Element angesehen werden kann, wird dieser Nachteil vermieden. Man vermeidet also durch das Heranziehen des Kommutierungsstroms als zu¬ sätzlichen Steuerstrom den hochohmigen Zwischenzustand. Damit erziehlt man eine trägheitslose Ansteuerung.

Das Kommutierungsventil 15 durch zwei antiserielle Transis¬ toren zu bilden, ist besonders in den Anwendungsfällen günstig, in denen die Ausgangsspannung an der primärsei- tigen Sendewicklung 7 größer ist als die Zenerspannung an der Basis-Emitter-Strecke. Bei einem derartigen Kommutie¬ rungsventil ist die Basis-Emitter-Zenerspannung gleich der

maximalen Kollektor-Emitter-Sperrspannung. Entsprechende Verhältnisse liegen bei einem Kommutierungsventil in der Ausführung als Doppel-Kollektor-Transistor vor.

Bei einem Kommutierungsventil 15 aus zwei antiseriellen Transistoren und bei einem Doppel-Kollektor-Transistor, einem neuartigen Element, arbeitet die zweite Emitter- Basis-Kollektorstrecke hinsichtlich der ersten im Invers- betrieb. Im Sättigungsbetrieb wird die erste Transistor- strecke leitend und reißt die zweite Transistorstrecke in den leitenden Zustand mit. Der Kommutierungsstrom wird dadurch zum Verpolungsschutzelement 4 umgeleitet. Diese Umleitung wirkt als zusätzlicher Stromstoß auf das Ver¬ polungsschutzelement, und zwar verzögerungsfrei. Dieser Vorgang wirkt wie ein zusätzlicher Ansteuerungsstrom auf das Verpolungsschutzelement 4. Die Ansteuerung für das Verpol¬ ungsschutzelement wird also aus dem Kommutierungsstrom gewonnen, so daß das Verpolungsschutzelement hinsichtlich Anfang und Ende des Kommutierungsstroms verzögerungsfrei durch den Kommutierungsstrom selbst gesteuert wird.