CN102545199B

CN102545199B - 板上供电保护

Info

Publication number: CN102545199B
Application number: CN201110453501.1A
Authority: CN
Inventors: A.格拉夫
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: US20120169116A1; EP2472698A3; CN102545199A; US9041244B2; EP2472698A2

Abstract

本发明涉及板上供电保护。系统包括：第一和第二供电端子，配置成让电池和发电机中的至少一个连接到它们；耦合到第一供电端子的第一外部端子和耦合到第二供电端子的第二外部端子；以及保护单元，连接于第一外部端子与第一供电端子之间。保护单元包括：半导体切换单元，具有负载路径和控制端子，负载路径连接于第一外部端子与第一供电端子之间；以及控制电路，耦合到半导体切换单元的控制端子并且配置成根据板上供电系统中的至少一个电参数来接通和关断所述切换单元。

Description

板上供电保护

技术领域

本发明的实施例涉及一种板上供电系统并且具体地涉及板上供电系统的反向极性保护。

背景技术

汽车板上供电系统通常包括电池和发电机。多个电负载可以耦合到板上供电系统。这些负载可以包括启动器、电马达和灯以及用于驱动个别负载的控制和驱动器单元。连接到板上供电系统的电负载中的多数负载需要具有给定极性的供电电压并且必须不让它们的供电电压的极性反向。这些负载中的每个负载可以包括反向极性保护电路或者元件（比如二极管）。然而这增加整个系统的成本。

尽管在现代汽车中几乎不可能在板上供电系统中连接具有反向极性的汽车电池，但是反向极性错误可能在板上系统连接到外部电源（比如电池充电器或者另一汽车的电池）时出现。可能为了对电池充电或者出于助推启动（jump-start）的目的而需要将电池连接到外部电源。在现代汽车中，用于连接外部电源的端子位于远离电池处并且通过电连接接线而连接到板上系统。这些端子也称为助推启动端子或者辅助启动端子。

虽然以应当防止反向极性化的方式标记这些端子，但是可能出现错误。

发明内容

第一方面涉及一种板上供电系统。该系统包括：第一和第二供电端子，配置成让电池和发电机中的至少一个连接到它们；耦合到第一供电端子的第一外部端子和耦合到第二供电端子的第二外部端子；以及保护单元，连接于第一外部端子与第一供电端子之间。保护单元包括：半导体切换单元，具有负载路径和控制端子，负载路径连接于第一外部端子与第一供电端子之间；以及控制电路，耦合到半导体切换单元的控制端子并且配置成根据板上供电系统中的至少一个电参数来接通和关断切换单元。

第二方面涉及一种用于保护板上供电系统的方法。供电系统包括：第一和第二供电端子，配置成让电池和发电机中的至少一个连接到它们；以及耦合到第一供电端子的第一外部端子和耦合到第二供电端子的第二外部端子。该方法包括：在第一外部端子与第一供电端子之间连接具有半导体切换单元的保护单元；并且根据板上供电系统中的至少一个电参数来接通和关断该切换单元。

附图说明

现在将参照附图来说明例子。附图用来图示基本原理，使得仅图示对于理解基本原理而言必需的方面。附图未按比例。在附图中，相同参考字符表示相似特征。

图1示意性地图示了包括反向极性保护单元的板上供电系统的第一实施例；

图2图示了保护单元的半导体切换单元的实施例；

图3图示了板上供电系统的第二实施例；

图4图示了根据第一实施例的反向极性保护单元的操作原理；

图5图示了保护单元的控制电路的第一实施例；

图6图示了其中外部电源正确连接到板上供电系统的第一操作场景；

图7图示了其中外部电源连接到具有反向极性的板上供电系统的第二操作场景；

图8图示了其中外部负载连接到板上供电系统的第三操作场景；

图9图示了保护单元的半导体切换单元的又一实施例；

图10图示了反向极性保护单元的控制电路的实施例；

图11图示了根据又一实施例的保护单元的操作原理；并且

图12示意性地图示了如下布置，在该布置中每个具有反向极性保护单元的两个板上供电系统让它们的外部端子相互连接。

具体实施方式

图1示意性地图示了板上供电系统（比如汽车板上供电系统）的第一实施例。供电系统包括第一和第二供电端子1、2，这些供电端子被配置成让电池11和发电机13中的至少一个连接到它们。在图1中所示的实施例中，电池11和发电机13两者均连接到供电端子1、2。然而这仅为例子。可以有如下板上供电系统或者可以有如下板上供电系统的操作场景：其中电池11和发电机13之一分别不可用或者缺失。电池11可以是提供12V或者在现代汽车中为24V、42V或者48V的供电电压Vbat的常规汽车电池。发电机13可以是由内燃机（未示出）驱动并且在由内燃机驱动时提供供电电压的常规发电机。发电机13可以是独立发电机或者可以与启动器组合（启动器-发电机）。

多个负载可以连接到供电端子1、2。这些负载包括连接于供电端子1、2之间的启动器12和具有多个另外电负载的负载布置20。这些负载可以包括：电动窗提升；电动座椅调节；媒体设备（比如无线电设备、CD或者DVD播放器）；内部和外部照明；汽车导航系统；以及安全设备（比如ABS、气囊或者座椅安全带张紧器）。负载布置20可以包括持久连接到供电端子1、2的负载。这些负载通常由图1中所示的负载21表示。负载布置20还可以包括仅在汽车的点火钥匙已开启时（这意味着在点火锁已激活时）连接到供电端子1、2的负载。在图1中，这些负载由负载23表示。点火锁由连接于负载23与供电端子1、2之间的切换元件22表示。

板上供电系统还包括第一和第二外部端子31、32，其中第一外部端子31耦合到第一供电端子1而第二外部端子32耦合到第二供电端子2。供电端子1、2例如由电池11的电池端子（柱）形成。在现代汽车中，电池可以装配于不可接近或者仅难以接近的位置（比如例如在后座之下）。外部端子31、32位于远离电池处并且分别通过电连接线而连接到供电端子1、2或者电池端子。这些外部端子31、32允许将外部电源连接到板上供电系统或者允许将外部电负载连接到板上供电系统。

将连接到外部端子31、32的外部电源例如是用于对汽车电池11充电的电池充电器或者例如是另一汽车的电池。另一汽车的电池例如在汽车自己的电池11耗尽使得需要助推启动或者辅助启动时连接到板上供电系统。连接到外部31、32的外部负载可以是将向其提供助推启动的另一汽车的板上供电系统或者可以是可以由汽车板上供电系统供电的比如绞盘、压缩机、灯等的多个不同负载之一。

尽管几乎不可能将具有反向极性的汽车电池11连接到板上供电系统的供电端子1、2，但是有用户将具有反向极性的外部电压源（比如电池充电器或者另一汽车的电池）连接到外部端子1、2的风险。连接到板上供电系统的电负载中的多数负载需要具有给定极性的供电电压。为了保护这些负载免受损坏，这些负载必须不让它们的供电电压的极性反向。另外，发电机（比如图1的发电机13）通常包括如下内部整流器布置（未示出），该布置能够阻隔具有第一极性的供电端子1、2之间的供电电压但是在具有第二极性——相对于第一极性的反向极性——的供电电压将施加于供电端子1、2之间时将允许电流流动。

由于不能防止在外部端子31、32之间施加具有反向极性的外部供电电压，所以应当防止向板上供电系统的供电端子1、2施加这一供电电压。出于这一目的，图1的板上供电系统包括连接于第一外部端子31与第一供电端子1之间的反向极性保护单元40。应当注意，保护单元40也可以连接于第二供电端子2与第二外部端子32之间；或者可以提供两个保护单元：第一个在第一外部端子31与第一供电端子1之间而第二个在第二供电端子2与第二外部端子32之间。

保护单元40包括具有负载路径和控制端子的半导体切换单元41，其中半导体切换单元41的负载路径连接于第一外部端子31与第一供电端子1之间。保护单元40还包括控制电路42，该控制电路耦合到半导体切换单元41的控制端子。控制电路被配置成根据板上供电系统的至少一个电参数来接通和关断半导体切换单元41。下文将更详细说明这一点。

可以用至少一个晶体管来实施半导体切换单元41。在图1中，这一晶体管实施为如下n型MOSFET，该MOSFET让它的源极端子连接到第一外部端子31而让它的漏极端子连接到第一供电端子1。然而用n型MOSFET来实施半导体切换单元41仅为例子。也可以使用任何其它类型的半导体切换元件，比如p型MOSFET、IGBT（绝缘栅双极晶体管）或者BJT（双极结晶体管）。半导体切换单元41中的p型MOSFET将让它的漏极端子连接到第一外部端子31而将让它的源极端子连接到第一供电端子1。

可以用一个晶体管来实施半导体切换单元41。然而参照图2，也有可能用多个（两个或者更多）晶体管41₁、41_n来实施半导体切换单元41，这些晶体管让它们的负载路径并联连接。在图2中，这些晶体管实施为n型晶体管。然而也可以使用任何其它类型的晶体管。

控制电路42可以经由控制或者驱动信号S41接通和关断半导体切换单元41。当半导体切换单元41接通时，板上供电系统的供电端子1、2电连接到外部端子31、32。在这一情况下，可以经由外部端子31、32向板上供电系统供应电流I3，或者板上供电系统可以向外部端子31、32供应电流。在第一情况下，电流I3在如图1中所示的方向上流动，而在第二情况下，电流在相反方向上流动。

控制电路42被配置成在与板上供电系统的供电电压的所需极性相比具有反向极性的外部电压V3供应于外部端子31、32之间时关断半导体切换单元41。在图1的实施例中，板上供电系统的供电电压是电池和/或发电机提供的电压Vbat。在图1中，板上供电系统的第一供电端子1为正供电端子，而第二供电端子2为负供电端子或者参考端子。在图1中，第二供电端子2连接到板上供电系统实施于其中的汽车的接地。外部电压V3在外部电压V3是第一与第二外部端子31、32之间的负电压时具有反向极性。

控制电路42被配置成评估板上供电系统中的至少一个电参数以便检测外部电压V3的反向极性，其中在检测到反向极性时半导体切换单元41关断以便保护板上供电系统。

根据一个实施例，控制电路42被配置成仅评估第一电压V3（该第一电压是在第一与第二外部端子31、32之间的外部电压）并且在这一电压为负电压时关断半导体切换单元。

根据图3中所示的另一实施例，控制单元42被配置成评估第一电压V3（该第一电压是在第一与第二外部端子31、32之间的外部电压）并且评估第二电压V4（该第二电压是在第一外部端子31与第一供电端子1之间的电压）。第二电压V4对应于在半导体切换单元41的负载路径两端的电压。参照图3，保护单元40包括配置成测量第一电压V3并且向控制电路42提供第一电压测量信号S3的第一电压测量单元44。第一电压测量信号S3表示第一电压V3。根据一个实施例，第一电压测量信号S3与第一电压V3成比例。保护单元40还包括配置成测量第二电压V4并且向控制电路42提供第二电压测量信号S4的第二电压测量单元45。第二电压测量信号S4表示第二电压V4。根据一个实施例，第二电压测量信号S4与第二电压V4成比例。第一和第二电压测量单元44、45可以实施为常规电压测量单元。这样的电压测量单元通常是已知的，使得就这一点而言无需进一步说明。

现在将参照图4说明图3的控制电路42的第一实施例的操作原理。在这一实施例中，控制电路42被配置成在第一电压V3高于第一阈值V3_TH时并且在第二电压V4在从第一电压值V4_TH1变动到第二电压值V4_TH2的给定第一电压范围以外时接通半导体切换单元41。第一阈值V3_TH例如在零以下。根据一个实施例，从自约-5V变动至约-0.05V具体地自约-2V变动至约-0.5V的电压范围中选择第一阈值V3_TH。外部电压V3可以在低欧姆外部负载（诸如灯）连接到外部端子31、32时并且在保护单元40关断时迫近零值。当保护单元40然后接通时，电池11将供应负载。

例如从在约-5V与约-0.05V之间的电压选择第一电压值V4_TH1，而例如从在约0.05V与约1V之间的电压选择与第一电压值一起限定第一电压范围的第二电压值V4_TH2。根据一个实施例，第一电压范围相对于零（0V）为对称，但是第一电压范围也可以不对称。

在图5中示意性地图示了具有如图4中所示的功能的控制电路42的实施例。这一控制电路42包括三个比较器：第一比较器421，用于比较第一电压测量信号S3与表示第一阈值V3_TH的第一阈值信号S3_TH；第二比较器422，用于比较第二电压测量信号S4与表示第一电压值V4_TH1的第一信号值S4_TH1；以及第三比较器423，用于比较第二电压测量信号S4与表示第二电压值V4_TH2的第二信号值S4_TH2。在图5的控制电路42中，驱动信号S41在第一逻辑门425（该第一逻辑门在这一情况下为与门）的输出处可用。可选地，使用放大器或者驱动器级426来放大逻辑门425的输出信号S41以便提供用于半导体切换单元41的驱动信号。驱动信号S41可以采用（assume）两个不同信号电平之一：半导体切换单元41接通所处的开电平（on-level）；以及半导体切换单元41关断所处的关电平（off-level）。出于说明目的，可以假设在图5中的控制电路42中，开电平为高信号电平而关电平为低信号电平。在这一控制电路42中，驱动信号S41在第一比较器421的比较器信号S421与第二和第三比较器422、423的比较器信号S422、S423之一具有开电平时采用开电平。在这一情况下，第一电压V3在阈值V3_TH以上，而第二电压V4在第一和第二电压值V4_TH1、V4_TH2限定的电压范围以外。与门425在第一输入端子处接收第一比较器信号S421。第二和第三比较器信号S422、S423由或门424进行或连接，其中在与门425的第二输入端子处接收或门424的输出信号。

应当注意图5中所示的控制电路42表示其中可以对具有如图4中所示的功能的控制电路进行实施的多种不同方式中的仅一种方式。评估第一和第二电压V3、V4以便判决半导体切换单元41是否接通具有以下效果：保护板上供电系统免于让具有反向极性的外部电压V3连接到它，因为半导体切换单元41在外部电压V3在阈值电压V3_TH以下时关断；切换单元41也在外部端子31、32之间的电压与在供电端子1、2之间的内部供电电压Vbat仅略微不同时关断。在这一情况下，第二电压V4将在第一和第二电压值V4_TH1、V4_TH2限定的第一电压范围内。当第二电压在第一电压范围内时，可以假设第一和第二外部端子浮置，这意味着无连接到外部端子的外部设备。

将参照其中图示了不同操作场景的图6至图8更好地理解参照图2至图5说明的保护单元40的操作原理。在这些图中，保护单元40仅图示为电路块。

图6图示了其中外部电压源50连接于第一与第二外部端子31、32之间的第一操作场景。在这一场景中，外部电压源具有正确极性，使得在外部端子31、32之间的电压V3为正电压。外部电压源50可以是电池充电器或者可以是另一汽车的电池。在这一操作场景中，保护单元40在外部电压V3超过内部供电电压Vbat达多于第二电压值V4_TH2时开启即接通半导体切换单元41（见图1和图3）。

图7图示了其中外部电压源50连接到外部端子31、32的又一操作场景。在这一场景中，外部电压源50连接到具有反向极性的外部端子31、32，使得外部电压V3等于外部电源50提供的供电电压V50的负值-V50。假设外部电源50的供电电压V50的绝对值高于第一阈值V3_TH的绝对值，使得在这一场景中保护单元40为关，即让它的半导体切换单元41关断。

图8图示了其中外部负载60连接到外部端子31、32的操作场景。负载60在图8中表示为阻抗。然而负载也可以包括电压源。负载60例如是将向其提供助推启动的另一汽车的板上供电系统，但是也可以是任何其它种类的可以连接到汽车板上供电系统的负载。当外部负载60连接到外部端子31、32时，第一外部端子31的电势拉向接地GND或者负载60中的内部电压源（未示出）的电势。这引起在保护单元40两端的负第二电压V4而第一电压V3为零或者正。当保护单元40两端的电压降V4的绝对值高于第一电压值V4_TH1时，保护单元40开启。因此，保护单元40不仅保护板上供电系统免于让具有反向极性的供电电压连接到它而且允许向另一汽车提供助推启动或者供应连接到外部端子31、32的某一外部负载。

根据一个实施例，保护单元40的半导体切换单元41被配置成具有高电流输送容量以便在外部负载60（见图8）中的短路出现时保护半导体切换单元41免受损坏。例如选择电流输送容量使得它允许对汽车自己的电池11放电而未损坏或者破坏保护单元40。根据一个实施例，半导体切换单元41的电流输送容量为1000A达10秒或者500A达1分钟。

当用至少一个n型MOSFET或者至少一个p型MOSFET来实施半导体切换单元41（见图1和图3）时，有存在于第一外部端子31与第一供电端子1之间的二极管，其中二极管的阳极耦合到第一外部端子31而二极管的阴极耦合到第一供电端子1。这一二极管为MOSFET（具体为功率MOSFET）的内部体二极管。在图1和图3的保护单元40中也图示了这一体二极管。体二极管在外部电压V3施加于第一与第二外部端子31、32之间时并且在这一外部电压V3比内部电压Vbat高出多于体二极管的正向电压时导通。借助这一体二极管的存在，当比如在图6中所示的操作场景中，外部电压源正确连接到外部端子31、32时将不必接通半导体切换单元41。然而在处于其开态的MOSFET中出现的电损耗低于在正向偏置的体二极管中出现的损耗，使得就减少功率损耗而言有利的是也在向外部端子31、32供应正供电电压时接通半导体切换单元。

根据图9中图示的又一实施例，用串联连接的两个MOSFET41₁、41₂来实施半导体切换单元41。在图9的实施例中，这些MOSFET为如下n型MOSFET，这些n型MOSFET让它们的漏极端子连接在一起。然而也将有可能连接这些MOSFET41₁、41₂使得它们让它们的源极端子连接在一起。另外，可以使用p型MOSFET而不是n型MOSFET。具有两个MOSFET41₁、41₂的布置可以阻隔在保护单元40两端的正电压和负电压。控制电路（在图9中未示出）同时接通和关断两个MOSFET41₁、41₂。为此，可以向两个MOSFET41₁、41₂提供共同的控制或者驱动信号S41。备选地，控制电路42生成并且向个别MOSFET41₁、41₂提供单独驱动信号。

图10示意性地图示了控制电路42的又一实施例。在这一实施例中，控制电路42包括逻辑单元46和驱动单元47。在这一控制电路42中，逻辑单元46根据第一和第二电压测量信号S3、S4生成驱动信号S41——该驱动信号由驱动器级47放大。逻辑单元46可以包括与图5中所示的逻辑电路对应的逻辑电路。另外，逻辑单元46可以激活和去激活驱动器级47。逻辑单元46被配置成在驱动信号S41采用关电平时或者之后去激活驱动器级47而在驱动信号S41采用开电平时或者之前激活驱动器级47。半导体切换单元41包括为常断晶体管的至少一个晶体管，使得关断的半导体切换单元41在驱动器级47去激活时保持于它的关态。通过去激活驱动器级47，可以减少保护单元40的功率消耗。低功率消耗在停放汽车并且未对电池充电时特别相关。

根据又一实施例，逻辑单元46被配置成不仅根据第一和第二电压测量信号S3、S4而且根据点火信号S22激活或者去激活驱动器级47。点火信号S22表示在前文说明的图中的开关22表示的点火锁的切换状态。

将参照其中图示了状态图的图11来说明图10的控制电路42的操作原理。状态图图示了保护单元40可以采用的不同操作状态。在第一状态101中，保护单元40关闭，这意味着半导体切换单元41关断并且驱动器级去激活。保护单元40在第一和第二电压测量信号S3、S4表明第一电压V3高于阈值V3_TH并且第二电压V4在第一和第二电压值V4_TH1、V4_TH2限定的电压范围以外时进入第二状态102。图11中的S3=T并且S4=T表明这一点。在这一第二状态102中评估点火信号S22。当点火信号S22表明点火锁已激活（点火钥匙已开启）时，保护单元40在第三状态103中开启。保护单元40保持于这一开态103直至第一电压V3降至阈值V3_TH以下（这由图11中的S3=F表明）或者直至点火锁去激活（这由22=关表明）。状态序列101-102-103-101是可能在当汽车处于操作时（即在点火钥匙已开启时）汽车接收助推启动、向另一汽车提供助推启动或者供应外部负载时出现的典型序列。

当在步骤102中确定点火锁去激活时，则保护单元40在状态104中激活。保护单元40在第一电压V3降至阈值V3_TH以下时或者在保护单元40在状态104中开启时激活的内部定时器已时间流逝（elapse）时离开该开态104至关态101。定时器例如设置成若干分钟上至若干小时的时间段。序列101-102-104-101是在当汽车未处于操作时板上供电系统连接到外部电压源（比如电池充电器）或者连接到外部负载时的典型序列。在这一情况下，定时器防止保护单元在汽车停放期间保持于它的开态——它在该开态中消耗功率——达很长时间。当在定时器已引起保护单元关闭之后仍然有要求开启保护单元的操作条件时，它再次开启直至定时器再次时间流逝。

在多数汽车中有耦合到电池11的电池传感器（在附图中未示出）。这一电池传感器提供关于电池11的充电状态（SOC）和/或关于流入或者流出电池的电流和/或电池的健康状态（SOH）和/或功能状态（SOF）的信息。根据一个实施例，除了根据定时器关闭保护单元40之外或者对此备选地，保护单元根据电池参数来关闭（从状态104向状态101转变）。

保护单元40例如在电池的充电状态（SOC）降至给定阈值（诸如它的容量的50%）以下时关断。这防止电池11免受外部负载过度地放电。在这一情况下，保护单元40可以仅在用户例如通过开启点火钥匙来确认接通时再次接通以进一步供应负载。因此，必须锁定从状态101向104的转变直至点火钥匙转向开。

根据另一实施例，保护单元40在电池的充电状态（SOC）超过给定阈值（诸如它的容量的90%）时和/或在充电电流降至给定值（诸如10mA）以下达给定时间（诸如若干分钟上至若干小时或者甚至几天）时关断。在这一情况下，保护单元40在电池充分充电时关断。

图12图示了如下实施例，在该实施例中两个板上供电系统（即前文说明的板上供电系统和又一板上供电系统）让它们的外部端子连接在一起。在图12中，第二板上供电系统的相似特征具有与第一板上供电系统相同的参考字符，其中第二板上供电系统的特征具有带有索引“1”的参考字符。

参照图1和图3，可选电阻器43可以与保护单元40中的半导体切换单元41的负载路径并联连接。这一电阻器43可以帮助将在第一外部端子处的电势设置成限定值。这在具有保护单元的两个板上供电系统连接在一起时特别有用。根据一个实施例，电阻器43实施为PTC（正热系数）电阻器。切换元件（诸如晶体管或者与电阻器串联的晶体管）而不是电阻器可以与切换单元41的负载路径并联连接。

对电阻器43备选地或者除电阻器43之外，另一电阻器（未示出）可以连接在第一外部端子31与接地之间。

另外，二极管44可以与供电端子1、12并联连接。这一二极管44可以箝位反向电压尖峰。

半导体切换单元41和控制电路42可以实施于共同的半导体芯片中或者可以实施于不同的半导体芯片中。

根据又一实施例，控制电路被配置成防止半导体切换单元41在外部负载（图8中的60）连接到外部端子时接通。这可以保护汽车电池。根据一个实施例，当电池11的充电状态为低时防止供应外部负载。在这一情况下，保护单元40也从传感器单元接收关于电池的充电状态的信息以便评估这一信息。

汽车电池11和/或在外部端子31、32处可用的电压可以提供保护单元40（具体为保护单元40的控制电路42）的供电电压。如果这两个电压均为具有反向极性的电压，则将未供应保护单元40从而使保护单元40（保持）关断。根据一个实施例，半导体切换单元包括在未向保护单元40供应适当供电电压时关断的常断晶体管。

在前文说明的实施例中，评估外部电压（第一电压）V3和在保护单元40两端的电压（第二电压）V4以便判决保护单元是要激活（接通）还是去激活（关断）。根据又一实施例，评估经过保护单元40的电流I3而不是第二电压。在这一情况下，保护单元40在这一电流I3在给定电流范围以外时并且在第一电压高于第一阈值V3_TH时激活（见图4）。在图3中也示意性地图示了保护单元40的激活与电流I3的相关性。参照图3，保护单元在第一电压在阈值以下时和/或在电流I3在包括零的给定范围内时去激活或者关断。这一电流范围是从第一阈值电流I3_TH1变动至第二阈值电流I3_TH2。第一阈值电流I3_TH1例如在约-1A与约-100μA之间、具体从约-100mA变动至约-1mA，而第二阈值电流I3_TH2例如在约100μA与约1A之间、具体从约1mA变动至约100mA。这一电流范围可以相对于零为对称或者不对称。

已说明的与评估第二电压V4以便激活或者去激活保护单元40有关的一切内容相应地适用于评估电流I3而不是第二电压V4。就这一点而言应当提到，当保护单元40去激活时，与半导体切换单元41的负载路径并联连接的电阻器43允许电流I3在图1中所示的第一方向上和在相反第二方向上流动直至保护单元40激活。当使用具有至少一个MOSFET的半导体切换单元41时，MOSFET的体二极管在保护单元40去激活时允许电流I3在第一方向上流动。

虽然已公开本发明的各种示例性实施例，但是本领域技术人员将清楚可以做出将实现本发明的一些优点的各种改变和修改而未脱离本发明的精神和范围。本领域合理技术人员将清楚，可以适当地代用其它执行相同功能的部件。应当提到，即使在尚未明确提到这一点的那些情况下，参照具体图说明的特征仍然可以与其它图的特征组合。另外，可以在使用适当处理器指令的全软件实施方式中或者在利用硬件逻辑与软件逻辑的组合的混合实施方式中实现本发明的方法以实现相同结果。这样对发明概念的修改旨在于由所附权利要求所覆盖。

Claims

1.一种板上供电系统，所述系统包括：

第一供电端子和第二供电端子，配置成让电池和/或发电机连接到它们，其中所述供电系统被配置成具有施加到第一和第二供电端子上的第一电极性；

耦合到所述第一供电端子的第一外部端子和耦合到所述第二供电端子的第二外部端子；以及

保护单元，连接于所述第一外部端子与所述第一供电端子之间，

其中所述保护单元包括：

半导体切换单元，具有负载路径和控制端子，所述负载路径连接于所述第一外部端子与所述第一供电端子之间；以及

控制电路，耦合到所述半导体切换单元的所述控制端子并且配置成根据所述板上供电系统中的至少一个电参数来接通和关断所述半导体切换单元，其中所述控制电路被配置成在所述至少一个电参数指示施加到所述第一和第二外部端子上的电极性与第一电极性相反时关断半导体切换单元，其中当所述半导体切换单元被关断时，所述第一电极性被供给第一和第二供电端子以及连接到它们的电池和/或发电机；

所述系统还包括：由点火开关操作的开关，并且其中所述控制电路还被配置成根据所述开关的切换状态来接通和关断所述切换单元。

2.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述至少一个电参数包括在第一与第二外部端子之间的第一电压。

3.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述至少一个电参数包括在所述保护单元两端的第二电压。

4.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述至少一个电参数包括经过所述保护单元的电流。

5.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述控制电路被配置成根据在所述外部端子之间的第一电压并且根据在所述保护单元两端的第二电压来接通和关断所述半导体切换单元。

6.根据权利要求5所述的板上供电系统，其中所述控制电路被配置成在所述第一电压高于第一阈值时并且在所述第二电压在给定第一电压范围以外时接通所述半导体切换单元。

7.根据权利要求6所述的板上供电系统，其中所述第一阈值是在-5V与-0.05V之间的电压。

8.根据权利要求6所述的板上供电系统，其中所述第一电压范围包括零。

9.根据权利要求6所述的板上供电系统，其中所述第一电压范围是从在-5V与-0.05V之间变动到在0.05V与1.0V之间。

10.根据权利要求6所述的板上供电系统，其中所述第一电压范围相对于零为对称。

11.根据权利要求6所述的板上供电系统，其中所述第一电压范围相对于零为不对称。

12.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述半导体切换单元包括至少一个半导体切换元件。

13.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述半导体切换单元包括并联连接的至少两个半导体切换元件。

14.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述半导体切换单元包括n型MOSFET、p型MOSFET、IGBT或者BJT之一。

15.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述保护单元还包括连接于所述第一外部端子与所述第一供电端子之间的电阻元件。

16.根据权利要求15所述的板上供电系统，其中所述电阻元件包括欧姆电阻器、PTC电阻器、切换元件或者恒定电流源。

17.根据权利要求15所述的板上供电系统，其中所述控制电路被配置成根据在所述外部端子之间的第一电压并且根据经过所述保护单元的电流来接通和关断所述半导体切换单元。

18.根据权利要求16所述的板上供电系统，其中所述控制电路被配置成在所述第一电压高于第一阈值时并且经过所述保护单元的电流在从第一阈值电流变动至第二阈值电流的给定电流范围以外时接通所述半导体切换单元。

19.根据权利要求18所述的板上供电系统，其中所述第一阈值电流选自于在-1A与-100μA之间的电流。

20.根据权利要求18所述的板上供电系统，其中所述第二阈值电流选自于在100μA与1A之间的电流。

21.根据权利要求18所述的板上供电系统，其中所述电流范围包括零。

22.根据权利要求18所述的板上供电系统，其中所述电流范围相对于零为对称。

23.根据权利要求18所述的板上供电系统，其中所述电流范围相对于零为不对称。

24.根据权利要求1所述的板上供电系统，其中所述保护单元还包括连接于所述第一外部端子与所述第一供电端子之间的二极管。

25.一种用于保护根据权利要求1至24之一所述的板上供电系统的方法，所述板上供电系统包括：第一供电端子和第二供电端子，配置成让电池和/或发电机连接到它们；以及耦合到所述第一供电端子的第一外部端子和耦合到所述第二供电端子的第二外部端子，所述方法包括：

在所述第一供电端子与所述第二供电端子之间连接第一负载，其中连接第一负载包括将第一极性从所述第一供电端子和第二供电端子施加到所述第一负载；

在所述第一外部端子与所述第二外部端子之间连接第二负载；

在所述第一外部端子与所述第一供电端子之间连接具有半导体切换单元的保护单元；

根据所述板上供电系统中的至少一个电参数来接通和关断所述切换单元；并且

在关断所述切换单元时维持在所述第一负载与所述第一和第二供电端子之间的连接。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个电参数包括在所述外部端子之间的第一电压。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个电参数包括在所述保护单元两端的第二电压。

28.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个电参数包括经过所述保护单元的电流。

29.根据权利要求25所述的方法，其中切换包括根据在所述外部端子之间的第一电压并且根据在所述半导体切换单元的负载路径两端的第二电压来接通和关断所述半导体切换单元。

30.根据权利要求29所述的方法，其中切换包括在所述第一电压高于第一阈值时并且在所述第二电压在给定第一电压范围以外时接通所述半导体切换单元。

31.根据权利要求29所述的方法，其中切换包括根据在所述外部端子之间的第一电压并且根据经过所述保护单元的电流来接通和关断所述半导体切换单元。