4. zusätzliche schutzeinrichtungen

Berner Fachhochschule
Haute école spécialisée bernoise
Hochschule für
Technik und Informatik
Haute école technique et informatique
www.hti.bfh.ch
Automobiltechnik
Ausschaltverzögerung
einer
Innenbeleuchtung
Karl Meier-Engel
Mai 06
HTI
Automobiltechnik
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Inhaltsverzeichnis
1. LERNZIELE .................................................................................................................................................. 3
2. FUNKTIONSWEISE...................................................................................................................................... 3
3. KOMMENTAR ZU DEN LERNZIELEN.................................................................................................... 3
4. ZUSÄTZLICHE SCHUTZEINRICHTUNGEN.......................................................................................... 4
5. SCHLUSSBEMERKUNG.............................................................................................................................. 4
Anhang:
Schaltpläne
Berner Fachhochschule
Hochschule für Technik und Informatik Biel-Bienne
Automobiltechnik
Quellgasse 21
2501 Biel-Bienne
Karl Meier-Engel
Dipl. Ing. HTL
Professor für Elektrotechnik und Elektronik
032 321 66 51
FAX
032 321 66 01
e-mail: [email protected]
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1. Lernziele
- Verstehen und erklären der Funktionsweise eines PNP-Transistors !
- Verstehen und erklären des Funktionsprinzips eines MOS-FET-Transistors!
- Verstehen und erklären der Funktionsweise einer Ausschaltverzögerung !
- Verstehen und erklären Funktionsweise der Z-Diode als Schutzeinrichtung !
- Verstehen und erklären der Funktionsweise des Varistors als Schutzeinrichtung !
2. Funktionsweise
Mit dem Drücken des Schalters S1 wird die Lampe eingeschaltet.
Nach dem Loslassen von S1 bleibt die Lampe eingeschaltet, bis sich der Kondensator über die Widerstände
3,9 kΩ und 1,5 MΩ entladen hat.
3. Kommentar zu den Lernzielen
Funktionsweise des PNP-Transistors verstehen und erklären !
Der PNP-Transistor wird hier mit dem Schalter S1 eingeschaltet. Dabei befindet sich der Schalter zwischen der
Basis und der Masse. Ein Widerstand von 100 kΩ begrenzt den Basisstrom.
Interessant ist beim PNP-Transistor, dass die Spannung UBE = -0,7 V beträgt. Das Minuszeichen entsteht durch
die Bezeichnung der Spannung mit den Buchstaben BE. Damit wird nämlich der Spannungsvektor
(Spannungspfeil) von B nach E gezeichnet. Da in der Elektrotechnik der Spannungsvektor von Plus nach Minus
definiert wird, zeigt er eigentlich in die falsche Richtung. Diese Tatsache wird mit dem Minuszeichen
ausgedrückt. Der Widerstand 1 kΩ erzeugt am Schalter S1 eine Spannung von 12 V, wenn dieser ausgeschaltet
ist. Damit wird die Spannung UBE = 12 – 12 = 0 V.
Funktionsprinzip des MOS-FET-Transistors verstehen und erklären.
Der MOS-FET-Transistor wird mit einer Spannung UGS von 5 – 12 V eingeschaltet. Dabei wird das „Gate“,
welches eigentlich einen Kondensator darstellt, aufgeladen. Es fliesst also ein Einschaltstrom.
Zum Ausschalten des MOS-FET-Transistors muss das Gate wieder entladen werden.
Der Widerstand 10 kΩ dient der Strombegrenzung beim Einschalten, weil entladene Kondensatoren im
Einschaltmoment grosse Ströme aufnehmen.
Der Widerstand 3,9 kΩ begrenzt den Einschaltstrom für den MOS-FET-Transistor.
Funktionsweise einer Ausschaltverzögerung verstehen und erklären.
Beim Einschalten der Innenbeleuchtung wird der MOS-FET-Transistor eingeschaltet und gleichzeitig der
Kondensator aufgeladen. Nach dem Ausschalten von S1 und dem PNP-Transistor dient der Kondensator als
Energiespeicher für das Einschalten des MOS-FET-Transistors. Ueber die Widerstände 3,9 kΩ und 1,5 MΩ
wird der Kondensator langsam entladen. Sobald er entladen ist, schaltet der MOS-FET-Transistor die
Innenbeleuchtung aus.
Funktionsweise der Z-Diode als Schutzeinrichtung verstehen und erklären.
Die Z-Diode schaltet in der Sperrichtung bei einer Spannung von 16 V ein. Damit kann sie den PNP-Transistor
vor Spannungsspitzen schützen, welche vom Bordnetz erzeugt werden. Allfällige negative
Selbstinduktionsspannungen werden ebenfalls von der Z-Diode am PNP-Transistor vorbeigeführt.
Funktionsweise des Varistors als Schutzeinrichtung verstehen und erklären.
Ein Varistor ist ein Widerstand, welcher ab einer bestimmten Spannung niederohmig wird. Im vorliegenden Fall
beginnt diese Reaktion ab etwa 20 V. Damit werden Spannungen welche grösser als etwa 20 V sind am MOSFET-Transistor abgebaut.
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4. Zusätzliche Schutzeinrichtungen
Die Wahl des MOS-FET-Transistors fiel auf einen Tempfet. Das ist ein Transistor der in seinem Inneren auf der
Halbleiterschicht einen Temperatursensor und einen Thyristor aufweist. Sobald eine Ueberhitzung der
Halbleiterschicht (z. Bsp. durch einen Kurzschluss) erfolgt wird der Gate-Anschluss mit Source verbunden. Der
Transistor schaltet sofort ab. Da es sich bei dem elektronischen Schalter um einen Thyristor handelt, muss die
Schaltung nach der Behebung des Fehlers aus- und wieder eingeschaltet werden.
Weil beim Entladen des Kondensators die Spannung UGS abnimmt, nimmt die Spannung UDS zu. Damit steigt
auch die Verlustleistung Pv = UDS * ID. Um eine unnötige Erwärmung des Transistors zu vermeiden, schaltet die
Transistor T2 mit Hilfe der Spannung UDS einen zusätzlichen Widerstand von 22 kΩ parallel zum Kondensator
ein. Damit wird dieser rasch entladen. Diese Schutzfunktion wurde auf der Frontplatte bewusst weggelassen,
damit die Hauptfunktion gut sichtbar wird.
5. Schlussbemerkung
Wir wünschen Ihnen viel Erfolg beim Einsatz dieses Unterrichtsmodells in Ihrem Unterricht. Selbstverständlich
stehen wir Ihnen für Fragen im Zusammenhang damit gerne zur Verfügung.
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