DE19901351A1

DE19901351A1 - Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Spannungsverpolung

Info

Publication number: DE19901351A1
Application number: DE1999101351
Authority: DE
Inventors: Peter Ahner; Herbert Lohner; Peter Dominke; Chi-Thuan Cao; Helmut Janetzke; Wolfgang Pfeiffer; Bo Yuan; Bernd Mueller; Werner Harter; Eberhard Schoch; Thomas Sauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-01-15
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2000-07-27
Also published as: WO2000042688A1; AU3031400A

Abstract

Eine mit wenig Aufwand realisierbare und auf eine Spannungsverpolung zuverlässig reagierende Schaltvorrichtung besteht aus einer Abschalt-Sicherung (4) mit einem pyrotechnischen Zündelement (6), das durch einen Steuerstrom aktiviert wird, wenn es zu einer Verpolung der Versorgungsspannung (2) kommt.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz von elektrischen Einrichtungen in einem Fahrzeug gegen Verpolung der Versorgungsspannung; wobei ein elektrisch steuerbarer Schalter vorgesehen ist, der einen ihn öffnenden Steuerstrom erhält, wenn es zu einer Verpolung der Versorgungsspannung kommt.

Durch Verpolung der Fahrzeugbatterie oder Einbau einer Ersatzbatterie mit vertauschter Polbelegung können ein oder mehrere elektronische Systeme im Fahrzeug erheblich beschädigt werden. Gemäß der DE 196 09 219 A1 ist zum Schutz von Schaltungen in einem Fahrzeug vor Zerstörung durch Verpolung der Versorgungsspannung ein MOS-FET-Transistor vorgesehen. Ein derartiger Verpolschutz ist nicht geeignet für elektronische Systeme im Fahrzeug, die sehr hohe Arbeitsströme (bis zu 100 Ampere) benötigen, wie z. B. eine elektrische Servolenkung oder eine elektromotorische Bremse etc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Schaltungsaufwand möglichst gering ist und die mit einer möglichst hohen Zuverlässigkeit elektrische Einrichtungen im Fahrzeug gegen Verpolung der Versorgungsspannung schützt.

Vorteile der Erfindung

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß eine Abschalt-Sicherung mit einem pyrotechnischen Zündelement vorgesehen ist, das durch einen bei Verpolung der Versorgungsspannung fließenden Steuerstrom aktiviert wird. Eine solche pyrotechnische Abschalt- Sicherung hat eine extrem kurze Reaktionszeit von weniger als 0,5 ms, so daß sich bei ein oder mehreren von der Versorgungsspannung gespeisten elektrischen Einrichtungen eine Spannungsverpolung erst gar nicht auswirken kann. Nach einer Spannungsverpolung bleiben alle elektrischen Einrichtungen funktionsfähig und es braucht nur die relativ kostengünstige pyrotechnische Abschalt-Sicherung ersetzt zu werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Das Zündelement der Abschalt-Sicherung liegt zweckmäßigerweise in einem an die Versorgungsspannung angeschlossenen Stromkreis, in dem Schaltungsmittel vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von der Polung der anliegenden Versorgungsspannung den Stromkreis öffnen oder schließen. Diese Schaltungsmittel können beispielsweise aus einer Diode oder einem Transistor bestehen.

Sofern eine pyrotechnische Abschalt-Sicherung als Batterietrennschalter vorhanden ist, der im Falle eines Fahrzeugcrashes aktiviert wird, kann diese ebenso als Verpolschutz eingesetzt werden.

Zeichnung

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer Spannungs- Verpolschutzschaltung,

Fig. 1a und 1b zwei als Alternative zu einer Diode verwendbare Transistorschaltungen,

Fig. 2 eine Schaltung einer Spannungs- Verpolschutzschaltung, die auch als Batterie-Trennschalter im Falle eines Fahrzeugcrashes dient und

Fig. 3 eine Schaltung einer Spannungs-Verpolschutzschaltung mit einer Anpassung des Steuerstroms für eine pyrotechnische Abschalt-Sicherung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In der Fig. 1 symbolisiert der Schaltblock 1 ein oder mehrere in einem Fahrzeug vorhandene elektrische Einrichtungen, vorzugsweise solche, die hohe Arbeitsströme (bis ca. 100 Ampere) benötigen wie z. B. eine elektrische Servolenkung oder eine elektromotorisch betriebene Bremse. Diese elektrischen Einrichtungen 1 erhalten ihre Versorgungsgleichspannung von einer Fahrzeugbatterie 2. Elektrische Schaltungen im Fahrzeug sind in der Regel auf eine feste Polung der Versorgungsgleichspannung ausgelegt. Eine Verpolung der Versorgungsspannung würde also zu einer Zerstörung der elektrischen Schaltungen führen. Deshalb muß dafür gesorgt werden, daß die Versorgungsspannung, wenn es z. B. beim Einbau einer Batterie zu einer Vertauschung der Polanschlüsse kommt, möglichst schnell von den elektrischen Einrichtungen abgetrennt wird. Zu diesem Zweck ist in die Leitung 3 zum Pluspol der Batterie 2 eine pyrotechnische Abschalt-Sicherung 4 eingefügt.

Pyrotechnische Abschalt-Sicherungen sind an sich bekannt aus Datenblättern EPAS von 1994 der Firma Dynamit Nobel. Solche pyrotechnischen Abschalt-Sicherungen bestehen im wesentlichen aus einem Schalter 5 und einem durch einen Steuerstrom aktivierbaren pyrotechnischen Zündelement 6. Fließt ein Steuerstrom durch das Zündelement 6, so zündet dieses innerhalb einer sehr kurzen Reaktionszeit von weniger als 0,5 ms und sprengt den in der Leitung 3 liegenden Schalter 5 auf.

Ein Steuerstrom soll nur dann durch das Zündelement 6 fließen, wenn es zu einer Verpolung der Anschlüsse der Batterie 2 kommt. Ansonsten muß ein Stromfluß durch das Zündelement 6 ausgeschlossen sein. Das Zündelement 6 liegt zu diesem Zweck in einem an die Versorgungsspannung der Batterie 2 angeschlossenen Stromkreis. In diesem Stromkreis befindet sich die Reihenschaltung aus einem Widerstand 7 und einer Diode 8. Die Diode 8 ist so gepolt, daß sie nur, wenn der Plus- und der Minuspol der Batterie 2 gegeneinander vertauscht worden sind, in Durchflußrichtung geschaltet ist. Bei normaler Polung der Batterie 2 ist die Diode 8 in Sperr- Richtung geschaltet. Somit ist gewährleistet, daß in dem Stromkreis, in dem das Zündelement 6 liegt, nur bei einer Verpolung der Batterie 2 ein Steuerstrom fließt, der das Zündelement 6 aktiviert.

Anstelle der Reihenschaltung aus dem Widerstand 7 und der Diode 8 kann in den Stromkreis des Zündelements 6 auch, wie in Fig. 1a dargestellt, ein Transistor 81 oder, wie Fig. 1b zeigt, ein als Konstantstromquelle betriebener Feldeffekttransistor 83 mit Widerstand 82 geschaltet sein, der bei Verpolung der Batterie 2 durchschaltet und das Zündelement 6 aktiviert.

In Fahrzeugen, die mit Airbagsystemen ausgestattet sind, gibt es heute bereits Batterie-Trennschalter, die im Falle eines Fahrzeugcrashes die Batterie vom daran angeschlossenen Kabelbaum abtrennen. Als Batterie-Trennschalter werden auch pyrotechnische Abschalt-Sicherungen der oben beschriebenen Art verwendet. Es kann daher zweckmäßigerweise sowohl für den Verpolschutz als auch für die Batterieabtrennung im Falle eines Fahrzeugcrashes dieselbe pyrotechnische Abschalt-Sicherung verwendet werden. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, erhält bei einem Fahrzeugcrash das Zündelement 6 der Abschalt-Sicherung 4 aus einem Steuergerät 9 ein Steuersignal, wenn ein an das Steuergerät 9 angeschlossener Crashsensor (z. B. Beschleunigungssensor) 10 einen Fahrzeugcrash signalisiert. Das Steuergerät 9 sendet dann ein Auslösesignal an ein oder mehrere daran angeschlossene Rückhaltevorrichtungen 11 aus. Das Steuergerät 9 speist den Steuerstrom für das Zündelement 6 hinter der Diode 8 in den Stromkreis für das Zündelement 6 ein.

Es ist ein Anwendungsfall vorstellbar, bei dem bei Verpolung der Batterie 2 der Steuerstrom für die Zündung des Zündelements 6 nicht ausreicht, weil die verfügbare Spannung für die Auslösung des Zündelements 6 durch eine Verpolschutzdiode 13, wie in Fig. 3 dargestellt, auf z. B. 1 V begrenzt wird, um die elektronischen Steuergräte vor hoher Verpolspannung zu schützen. Dazu ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 12 und einer Verpolschutzdiode 13 parallel zur Batterie 2 geschaltet. Durch eine Ansteuerschaltung 14 wird die Ansteuerspannung für das Zündelement 6 entsprechend hochgesetzt, so daß ein ausreichend großer Steuerstrom für das Zündelement 6 bereitgestellt wird. Die Information für die Aktivierung des Zündelements 6 erhält die Ansteuerschaltung 14 aus dem Strom, der durch die Verpolschutzdiode 13 fließt, hier in Form des Spannungsabfalls an dem Widerstand 12. Im einfachsten Fall ist die Ansteuerschaltung 14 ein Transistor, wie in der Fig. 3 dargestellt. Es ist aber auch eine erweiterte Schaltung möglich, die beispielsweise einen Verstärker oder einen Komparator zur feineren Einstellung das Strom-Ansprechwertes bei Verpolung enthält.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Schutz von elektrischen Einrichtungen in einem Fahrzeug gegen Verpolung der Versorgungsspannung, wobei ein elektrisch steuerbarer Schalter (4) vorgesehen ist, der einen ihn öffnenden Steuerstrom erhält, wenn es zu einer Verpolung der Versorgungsspannung (2) kommt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) eine Abschalt-Sicherung mit einem durch den Steuerstrom aktivierbaren pyrotechnischen Zündelement (6) ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündelement (6) in einem an die Versorgungsspannung (2) angeschlossenen Stromkreis liegt, in dem Schaltungsmittel (7, 8, 81, 83) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von der Polung der anliegenden Versorgungsspannung (2) den Stromkreis öffnen oder schließen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel eine Diode (8) oder einen Transistor (81, 83)aufweisen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Abschalt-Sicherung (4) auch als Batterie-Trennschalter dient, der im Falle eines Fahrzeugcrashes aktiviert wird.