CN103460542A - 过压保护电路和用于检验过压保护电路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过压保护电路（20），其具有至少一个带有非线性的特征曲线的第一电子元器件（D1），第一电子元器件导电地连接在能施加供电电势（VCC）的分接点（200）和节点（220）之间。过压保护电路（20）还具有至少一个带有非线性的特征曲线的第二电子元器件（D2，D3），第二电子元器件导电地连接在能施加地电势（GND）的分接点（210）和节点（220）之间。过压保护电路（20）还包括电阻（R1），其了连接在节点（220）和控制接口（DIO）之间。最后过压保护电路（20）包括监测单元（230），该监测单元设计用于在控制接口（DIO）上提供预定的电压或经过控制接口（DIO）输出预定的电流，并且由此相应地用于在节点（220）上测定电压或电势，其中，监测单元（230）设计用于在节点（220）上检测到的电压与预期的电压不存在预定的关系时识别过压保护电路（20）的故障。

Description

过压保护电路和用于检验过压保护电路的方法

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的过压保护电路以及用于检验过压电路的方法。

背景技术

在例如用于商用车中的安全装置的控制设备的传统电子电路中，经常使用保护电路，用于避免在集成的电路的接口上的过高的电压。在此，大多数不能检验的是，保护电路在运行的时间内是否还起作用，或其功能已经由于腐蚀或其它的环境影响已经丧失。如果保护电路不再起作用，这在现有技术中不能鉴别，并且仅仅存在假定的、针对在集成电路的接口上的这种过高电压的保护。这意味着，当集成电路的接口上实际上出现过高电压时，无法再确保这种保护电路的保护功能，从而在这种情况下尽管设有保护电路，但集成电路也可能受损。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种改进的过压保护电路以及一种用于检验过压电路的改进的方法，其实现一种例如用在控制设备中的成本低廉并能测试的过压保护电路。

本发明提供了一种过压保护电路，其具有以下特征：

-至少一个具有非线性的特征曲线的第一电子元器件，该第一电子元器件导电地连接在能施加供电电势的分接点和节点之间；

-至少一个具有非线性的特征曲线的第二电子元器件，该第二电子元器件导电地连接在能施加地电势的分接点和节点之间；

-电阻，该电阻连接在节点和控制接口之间；以及

-监测单元，该监测单元设计用于在控制接口上提供预定的电压，或经过控制接口输出预定的电流，并且由此相应地用于在节点上检测电压或电势，其中，监测单元(230)设计用于在检测到的电压或检测到的电势与预期的电压或预期的电势不存在预定的关系时识别所述过压保护电路的故障。

此外，本发明提供了一种用于检验根据前述权利要求中任一项所述的过压保护电路的方法，其中该方法包括以下的步骤：

-向控制接口施加预定的电压或将预定的电流注入控制接口；

-在节点上检测电压或电势；以及

-如果检测到的电压或检测到的电势与预期的电压或预期的电势不存在预定的关系，则识别过压保护电路的故障。

也有利的是，具有程序代码的计算机程序产品，该计算机程序产品可以存储在如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器那样的机器可读的载体上，并且当在如计算机或相设备那样的信号处理系统上运行该程序时，用于执行根据前面描述的实施方式中任一项所述的方法。

本发明基于这样的认知，即现在过压保护可以通过应用两个串联的电子元器件来实现，其中在这两个元器件之间的节点容易用于进行分接或注入电压。通过这个节点一方面借助电阻能由控制接口注入相应的电压或者相应的电流，由此能检验第一和/或第二元器件的反应，其中，第一和第二元器件与地电势或供电电势连接。例如当预定的电压提供在控制接口上或当预定的电流注入控制接口时，如果预期的电压相对于在节点(分别相对于地电势)上测定的电压出现了偏差，则通过这种方式可以监测第一和第二元器件的功能。这种监测现在有利地相对于现有技术实现了对单个元器件的检验，由该元器件组成了用于一个另外的电子器件的保护电路(例如集成电路)，在现有技术中，能施加有供电电势的第一接口和能施加有地电势的第二接口之间仅有一个元器件。在此应用非线性的电子元器件能有效地实现针对过高电压的保护功能。非线性的电子元器件在此特别是在电压电流图中具有该元器件的非线性的特征曲线的电子元器件。在此特别是可以考虑如二极管、齐纳二极管、晶体管、晶闸管或类似的元器件的电子元器件，其在电压电流图中具有非线性的特征曲线。监测单元在此自身可以是集成电路的部件，其需要被保护防止过高电压，例如微控制器、数字信号处理器或类似物。

有利的是，根据本发明的一个实施方式，第一电子元器件是二极管，特别是该二极管的阴极与能施加供电电势的分接点连接，并且该二极管的阳极与节点连接。本发明的这种实施方式提供的优点是，特别简单地设计方案第一电子元器件，从而实现成本低廉的过压保护电路。

特别优选地是，二极管是齐纳二极管。本发明的这种实施方式提供的优点是，简单地设计第一电子元器件，其中，当供电电势接口和地电势接口之间实际出现过高电压时不会损坏第一元器件。更多地，可以通过这种齐纳二极管实现将过高电压定义地导出，其中，齐纳二极管的击穿电压能实现在供电电势接口和地电势接口之间的电压的大幅的电压下降。

此外，根据本发明的另一个实施方式，第二电子元器件可以是二极管。本发明的这种实施方式同样提供的优点是，非常简单地设计第二电子元器件，从而实现成本低廉的过压保护电路。

此外有益的是，第二电子元器件的这个二极管利用阳极与节点连接，并且该二极管的阴极与能施加地电势的分接点连接。本发明的这种实施方式确保的是，第二电子元器件确保在供电电势接口和地电势接口之间的电压过高时将电流由节点定义地引导至地电势、也就是说至能施加地电势的分接点。

为了设置定义的电压，基于过压保护电路，在需要保护的集成电路的环境下实施电流的导出，此外设有至少一个具有非线性的特征曲线的第三电子元器件，其中，第三电子元器件导电地连接在第二电子元器件和能施加地电势的分接点之间，特别是其中，第三电子元器件是二极管，二极管的阳极与第二电子元器件连接，并且二极管的阴极与能施加地电势的分接点连接。本发明的这种实施方式提供了的优点是，通过第二电子元器件和第三电子元器件的串联电路能实现对在第二和第三电子元器件上下降的电压进行累积，使得针对第二和第三电子元器件的小击穿电压，仍然能实现在节点和能施加地电势的分接点之间的总体上更高的击穿电压。与仅仅需要对在节点和能施加地电势的分接点之间的低电压评估时相比，这能实现更精确地识别过压保护电路的故障。

可替换地，作为第二电子元器件也可以使用二极管，该二极管是齐纳二极管，特别是其中齐纳二极管的阴极与节点连接，并且齐纳二极管的阳极与能施加地电势的分接点连接。与在使用一个或多个串联的二级管作为第二电子元器件时相比，本发明的这种实施方式提供的优点是，击穿电压更高。因此利用单个电子元器件实现了在节点和能施加地电势的分接点之间的击穿电压，由此能成本低廉并且简单地设计过压保护电路。

根据本发明的另一个实施方式提出根据前面描述的过压保护电路的和/或根据前面描述的方法在商用车中的应用，特别是用在安全装置控制设备中、特别是用在ABS控制设备中。本发明的这种实施方式确保了商用车的正确工作方式，或确保这种安全装置设备的功能性在例如载重车或公共汽车这样的商用车中能经过非常长的时间段，因为例如可以在确定的时间间隔中检验第一和/或第二电子元器件的功能，并且同样能发出故障警告。损坏的元器件能以这种方式及时地被识别出并且更换。由此能成本低廉地实现对乘客或其它的交通参与者的高度保护。

附图说明

以下参考附图详细地阐述了本发明的有利的实施例。附图示出：

图1是商用车的框图，该商用车具有根据本发明的过压保护电路的实施例；和

图2是根据本发明的过压保护电路的第一实施例的电路图；

图3是根据本发明的过压保护电路的第二实施例的电路图；和

图4是根据本发明的方法的实施例的流程图。

在对本发明有利的实施例的以下描述中，对于在不同的附图中示出的和起到类似作用的元件应用相同的或类似的参考标号，其中，省略了对这个元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出商用车的框图，该商用车具有根据本发明的过压保护电路的实施例。图1示出商用车100，例如载重汽车或公共汽车，其具有用于ABS功能的控制装置110，以便向商用车100的车轮的制动单元120提供相应的控制信号。在此，控制装置110例如由能量存储器130(例如电池)提供电能，其中，在供电电势接口VCC和地电势接口GND之间提供有电导线。此外，其它在图1中未示出的组件也可以与供电电势接口VCC和地电势接口GND连接。例如设有用于为能量存储器130充电的充电插座，能通过该能量存储器使这两个提到的电势接口电接触。

如果现在例如以过高的电压进行能量存储器130的充电，则控制装置110也施加这个过高的电压，从而可能会损坏控制装置110的电子组件。为了避免这种损坏，在现有技术中设置过压保护电路，该过压保护电路例如在于，在供电电势接口VCC和地电势接口GND之间反向于流动方向地使用齐纳二极管，其中在供电电势接口和地电势接口之间施加过高的电压时，超过击穿电压。在这种情况下，因此以绕过控制装置110的电压敏感的组件的旁路的形式实现了电流的导出，由此使得在供电电势接口和地电势接口之间的电压下降至最大值或者预期值。

然而如果现在用于确保保护功能的这种电子元器件(例如齐纳二极管)损坏了，这种损坏在现有技术中不能被探测出，从而也在用于确保预期的保护功能的电子元器件存在时，例如保护功能不再有效。这种损坏例如可以由电子元器件的老化、或在供电电势接口和地电势接口之间实际出现过高电压的情况来操纵。

为了现在识别出在电子元器件中出现损坏的这种情况，该电子元器件确保预期的保护功能防止在用于供电电势VCC的接口和用于地电势GND的接口之间的过高电压，现在根据本发明的第一实施例提出，使用两个电子元器件，在它们之间有节点或分接点供使用，在该节点或分接点上可以提供或分接信号。本发明的第一实施例的电路图在图2中示出。通过在这两个电子元器件之间分接信号的可能性，现在能检验两个电子元器件正确的功能性，这两个电子元器件确保预期的保护功能，防止在用于供电电势VCC的接口和用于地电势GND的接口之间的过高的电压。

根据在图2中示出的根据本发明的过压保护电路20的第一实施例的电路图，在能施加供电电势VCC的分接点200和能施加地电势GND的分接点210之间串联连接齐纳二极管D1以及第一二极管D2和第二二极管D3。在齐纳二极管D1和第一二极管D2之间布置有节点220，该节点通过电阻R1与监测单元230的第一输出端DIO(DIO＝Digital Input/Output＝数字输入端/输出端)连接，其中，第一输出端DIO用作用于随后监测过压保护电路的控制接口。齐纳二极管D1在此这样连接，即其阳极与节点220连接，而其阴极与能施加供电电势的分接点200连接。第一二极管D2的阳极与节点220连接，相反地，第一二极管D2的阴极与第二二极管D3的阳极连接，并且第二二极管D3的阴极与能施加地电势GND的分接点210连接。监测单元230在此同样与能施加供电电势VCC的分接点200以及能施加地电势GND的分接点210连接，并且此外也还包括控制装置的其它的组件，如微控制器μC的集成电路，以便实现例如商用车100的ABS功能。监测单元230由此可以是控制器μC的部件。此外监测单元230还设计用于也能例如通过模拟的输入端AD读取在节点220和地电势GND之间的电压。

当VCC和GND之间的供电电压应施加5V时，齐纳二极管D1例如具有37或42V的击穿电压。第一二极管D2和第二二极管D3例如在使用经过二极管的电流时可以具有07V的正向电压，从而仅从共同的正向电压14V开始，电流开始流经第一和第二二极管的串联电路。

根据在图2中示出的实施例的过压保护电路20在此例如包括：由至少两个串联的二极管；和能通过在微控制器μC中的监测单元230接通的电阻R1，该电阻根据图2中的电路图具有电阻值1kΩ；以及通过在节点220上的电压分接的可能性的模拟的反馈信号。电阻R1一方面位于两个二极管D1和D2的、能接通的电阻R1的节点220与μC(也就是监测单元230)的模拟输入端AC之间并且另一方面位于控制接口DIO上，如果该电阻在控制输入端DIO设置在高电平上(也就是说在供电电势VCC电平上)，那么位于GND上的二极管D2或者说这两个二极管D2和D3借助于模拟反馈信号通过AD输入端(也就是说在节点220和地电势GND之间的电压的读入处)进行测试。在这种情况下，在节点220上的电压应该经过二极管D2和D3的正向电压下降到14伏特，使得在节点220上的电压与这个预期的值偏差一个值的情况下，能识别出在二极管D2、或二极管D2或D3中任一个中的故障。剩余的电压在这种情况下通过电阻R1下降至供电电势VCC。

同样地齐纳二极管D1通过接通电阻R1在GND上进行测试，该齐纳二极管与能施加供电电势VCC的分接点200邻接。例如能通过将控制接口DIO的电势设置为地电势GND的值来检验齐纳二级管D1的连接情况。在这种测试情况下，在节点220上电压应该下降至这样的值，其一方面相应于在供电电势VCC和地电势GND之间的电压的差值，并且另一方面相应于齐纳二极管Z1的击穿电压。剩余的电压在这种情况下通过电阻R1下降至地电势。如果在前面所述的在控制接口上施加地电势GND的测试情况下，在节点220上检测到的电压值与提到的预期的电压值存在偏差，同样地在这种情况下在齐纳二极管D1中可以再次判断为故障。

图3示出过压保护电路的本发明的第二实施例的电路图。过压保护电路20的电路拓扑在此有区别地相应于图2的过压保护电路20的电路拓扑，即将另一个齐纳二极管D2用作第二元器件替代作为第二元器件的第一二极管D2和/或第二二极管D3。在此这样设置该另一个齐纳二极管D2的极，即其阳极与能施加地电势GND的分接点210连接，并且其阳极与节点220连接。本发明的这个实施例相对于图2中示出的电路拓扑提供了这样的优点，即仅仅需要使用一个元器件，并且同时能实现足够大的击穿电压，该击穿电压导致在节点220上足够大的能分接的电压，使得能实现可靠地识别在第一和/或第二电子元器件中的故障。

可替换地，也能够将以齐纳二极管D1形式的第一电子元器件通过两个二极管的串联电路设置，其中，这两个二极管相应于图2中的极性连接，也就是说与图2和3中的齐纳二极管D1的极性相反。

图4示出根据本发明的实施例的用于检验过压保护电路20的方法40的流程图。该方法使用过压保护电路，如同其在前面描述的那样。方法40包括步骤：向控制接口施加410预定的电压或将预定的电流输入控制接口上。此外该方法包括步骤：在节点上检测420电压；和如果在节点和地电势之间检测到的电压与在节点上的预期的电压之间不存在预定的关系，则识别430过压保护电路的故障功能。

因此本发明的背景在于，例如过压保护借助Z二极管在控制装置的寿命内无法测试无差错性。因此本发明的重要观点在于，消除过压保护的不可监测性，由此具有这种不可检验的过压保护的控制装置不会被考虑用于真正提高在商用车中的安全需求。

根据在此提出的解决方案，过压保护电路现在可以是内部的计算机供电电压单元的部件。过压保护电路在结构上的设计由标准器件构成。通过在这提出的途径可以在运行时根据存在或者说有效性来检验过压保护。同时对于实现在此介绍的途径考虑了仅仅较低的硬件费用。

仅仅有利地选择所述的实施例并且可以彼此组合。

参考标号表

100    商用车

110    控制装置

120    制动单元

130    能量存储器，电池

20     过压保护电路

200    能施加供电电势的分接点

210    能施加地电势的分接点

220    节点

230    监测单元

D1     齐纳二极管

D2     第一二极管，齐纳二极管

D3     第二二极管

R1     电阻

DIO    控制接口

AD     模拟输入端

40     用于检验过压保护电路的方法

410    步骤施加

420    步骤检测

430    步骤识别

Claims (10)

1.一种过压保护电路（20），所述过压保护电路具有以下特征：

-至少一个具有非线性的特征曲线的第一电子元器件（D1），所述第一电子元器件导电地连接在能施加供电电势（VCC）的分接点（200）和节点（220）之间；

-至少一个具有非线性的特征曲线的第二电子元器件（D2，D3），所述第二电子元器件导电地连接在能施加地电势（GND）的分接点（210）和所述节点（220）之间；

-电阻（R1），所述电阻连接在所述节点（220）和控制接口（DIO）之间；以及

-监测单元（230），所述监测单元设计用于在所述控制接口（DIO）上提供预定的电压，或经过所述控制接口（DIO）输出预定的电流，并且由此相应地用于在所述节点（220）上检测电压或电势，其中，所述监测单元（230）设计用于在检测到的所述电压或检测到的所述电势与预期的电压或预期的电势不存在预定的关系时识别所述过压保护电路（20）的故障。

2.根据权利要求1所述的电压保护电路（20），其特征在于，所述第一电子元器件（D1）是二极管，特别地所述二极管的阴极与能施加所述供电电势（VCC）的所述分接点（200）连接，并且所述二极管的阳极与所述节点（220）连接。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路（20），其特征在于，所述二极管（D1）是齐纳二极管。

4.根据前述权利要求中任一项所述的过压保护电路（20），其特征在于，所述第二电子元器件（D2，D3）是二极管。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路（20），其特征在于，所述第二电子元器件（D2）是二极管，所述二极管的阳极与所述节点（220）连接，并且所述二极管的阴极与能施加所述地电势（GND）的所述分接点（210）连接。

6.根据权利要求5所述的过压保护电路（20），其特征在于，还设置有至少一个具有非线性的特征曲线的第三电子元器件（D3），其中，所述第三电子元器件（D3）导电地连接在所述第二电子元器件（D2）和能施加所述地电势（GND）的所述分接点（210）之间，特别是其中，所述第三电子元器件（D3）是二极管，所述二极管的阳极与所述第二电子元器件（D2）连接，并且所述二极管的阴极与能施加所述地电势（GND）的所述分接点（210）连接。

7.根据权利要求4所述的过压保护电路（20），其特征在于，所述第二电子元器件（D2）是齐纳二极管，特别是其中，所述齐纳二极管（D2）的所述阴极与所述节点（220）连接，并且所述齐纳二极管（D2）的所述阳极与能施加所述地电势（GND）的所述分接点（210）连接。

8.一种用于检验根据前述权利要求中任一项所述的过压保护电路（20）的方法（40），其中，所述方法（40）包括以下步骤：

-向所述控制接口施加（410）预定的电压或将预定的电流注入所述控制接口；

-在所述节点上检测（420）电压或电势；以及

-如果检测到的所述电压或检测到的所述电势与预期的电压或预期的电势不存在预定的关系，则识别（430）所述过压保护电路（20）的故障。

9.一种计算机程序产品，具有用于当在信号处理系统上运行所述程序时执行根据权利要求8所述的方法（40）的程序代码。

10.一种根据权利要求1至7中任一项所述的过压保护电路（20）的和/或根据权利要求8的方法（40）的在商用车（100）中的应用，特别是用在所述商用车（100）的安全装置控制设备（110）中，特别是用在ABS控制设备中。

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