4. zusätzliche schutzeinrichtungen
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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 www.hti..bfh.ch 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] Karl Meier-Engel Elektrotechnik und Elektronik 2 HTI Automobiltechnik www.hti..bfh.ch 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. Karl Meier-Engel Elektrotechnik und Elektronik 3 HTI Automobiltechnik www.hti..bfh.ch 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. Anhang: Karl Meier-Engel Elektrotechnik und Elektronik 4 HTI Automobiltechnik www.hti..bfh.ch Karl Meier-Engel Elektrotechnik und Elektronik 5
