CN105408171B - 用于隔离多电压车载电网的部件的电路模块 - Google Patents

用于隔离多电压车载电网的部件的电路模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的多电压车载电网(10)，所述多电压车载电网具有带有收发器(110)的第一子电网(100)和带有控制单元(210)的第二子电网(200)。将收发器(110)的第一信号输出端(120)耦联到控制单元(210)的第一信号输入端(220)上的第一控制信号路径(102)构成为并且设置成，将第一控制信号从第一信号输出端(120)传输到第一信号输入端(220)。根据本发明，第一控制信号路径(102)包括第一电路模块(300)，所述第一电路模块构成为，根据第一子电网(100)和/或第二子电网(200)中的有故障的工作电压供给来采用截止状态，在所述截止状态中禁止将第一控制信号从第一信号输出端(120)经由第一控制信号路径(102)传输至第一信号输入端(220)。

Description

用于隔离多电压车载电网的部件的电路模块
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的多电压车载电网以及一种用于隔离多电压车载电网的电路模块。
背景技术
有时，车辆例如客车、货车、列车等配设有多电压车载电网，其中第一子电网构成为在第一工作电压下运行，并且第二子电网构成为，在第二工作电压下运行。在此情况下，尤其已知用于客车的12V子电网以及48V子电网。
两个子电网中的一个子电网可以配设有收发器，所述收发器经由第一子电网的例如以第一接地柱形式的第一接地端子连接到接地部。收发器通常用于发送和接收控制信号，其中在收发器中也可以进行对接收到的控制信号的继续处理。这种收发器的一个示例形成LIN(Local Interconnect Network(局域互联网))收发器。收发器可以在第一工作电压下运行，即例如在12V下运行。
第二子电网可以配设有控制单元，如微控制器。控制单元和收发器可以集成在一个壳体中并且就此而言构建成一件式的部件。控制单元经由第二子电网的第二接地端子连接到与收发器相同的接地部上，第二接地端子与第一接地端子空间隔离地设置并且例如以第二接地柱形式存在。接地部通常为车辆的接地部。
控制单元通常在5V或3.3V的电压下工作。所述电压通常经由电压变换器例如DC/DC转换器或线性调节器提供给控制单元，所述电压变换器对例如为48V的第二工作电压进行相应转换。控制单元将控制信号输送给车辆电子装置的电子单元，例如功率电子开关的驱动器。随后，所述电子单元控制车辆的一个或多个电动机，例如电的车辆驱动器、座椅调节驱动器等。
第一子电网的收发器以通信的方式耦联到第二子电网的控制单元。通常，对此在收发器和控制单元之间设置有多个控制信号路径，所述控制信号路径将收发器的一个或多个信号输出端与控制单元的信号输入端连接并且将控制单元的信号输出端与收发器的信号输入端连接。控制信号路径将控制信号从控制单元传输到收发器并且将控制信号从收发器传输到控制单元。通常，所述控制信号路径为低欧姆的直接连接装置。这种控制信号路径例如从对PHILIPS LIN-Transceiver TJA 1020的数据表AN00093的图12中已知。
在多电压车载电网中的问题是，第一子电网的收发器通常连接到第一接地端子上，并且第二子电网的控制单元通常连接到与第一接地端子空间隔离的第二接地端子上。然而，不仅第一接地端子而且第二接地端子因此星形地与相同的接地部、即车辆接地部连接。如果在第一子电网中和/或在第二子电网中出现有故障的工作电压供给，那么在多电压车载电网中并且尤其在控制信号路径中或者在连接到两个子电网上的部件之内会出现补偿电流，所述补偿电流会损伤并且有时毁坏第一子电网的和/或第二子电网的单元。
EP 1 291 998 B1在此处提出，在两个子电网之间，也就是说在两个电压水平之间，设有电流隔离装置，例如以通常的变压器形式。此外，在那里设有监控模块，所述监控模块执行子电网的绝缘监控。监控模块集成在控制设备中，所述控制设备与至少两个电压水平连接。控制设备还具有用于隔离一个或多个子电网与控制设备的连接的装置和/或用于在检测到有故障的工作电压供给时关断控制设备的装置。
该已知的方式的缺点是耗费的构造。需要多个监控模块并且此外提出借助于变压器的电流隔离装置，所述变压器重量大并且带来相对高的成本。
DE 10 2012 215 542 A1提到在多电压车载电网中共同的接地部接合中的问题。如果在所述共同的接地导线上出现干扰，那么会出现具有低电压的子电网中的部件的反极性。在那里，为了解决该问题提出，设有另一个接地端子，所述接地端子配属于测量机构，所述测量机构构建成用于，对经过另一个接地端子的电流进行测量。此外，设有诊断机构，所述诊断机构基于测量的电流根据多电压车载电网的至少一个工作状态来诊断在共同的接地端子中和/或在另一个接地端子中的干扰。
发明内容
本发明的目的是，提出一种多电压车载电网，所述多电压车载电网具有改进的故障电流耐受性并且同时特征在于简单的构造。此外，本发明的一个目的是，提出一种用于隔离多电压车载电网的子电网的电路模块。
所述目的根据本发明的第一方面通过具有根据本发明的实施例的特征的多电压车载电网来实现。根据第二方面，所述目的通过具有根据本发明的实施例的特征的电路模块来实现。有利的改进方案的特征在如下描述中给出。
根据本发明的第一方面提出，将收发器的第一信号输出端耦联到控制单元的第一信号输入端的第一控制信号路径包括第一电路模块。
经由第一电路模块，第一控制信号路径一方面连接到第一接地端子和/或第二接地端子上，并且另一方面加载有第一工作电压和/或第二工作电压。第一控制信号路径的第一电路模块构成为，根据第一子电网中和/或第二子电网中的有故障的工作电压供给来采用截止状态，其中禁止将第一控制信号从第一信号输出端经由第一控制信号路径传输至第一信号输入端。
本发明基于，对多电压车载电网或对多电压车载电网的耦联到两个工作电压端子和两个接地端子的部件越来越多地提出要求：在工作电压供给有故障的情况下，具有限定的故障电流耐受性。尤其，在多电压车载电网中应避免，从具有较高的工作电压的子电网到具有较低的工作电压的子电网中的击穿损伤或损毁多电压车载电网的部件。
因此，例如当收发器和/或控制单元不再连接到接地部上时，存在有故障的工作电压供给。这种事故也称作为接地部拆除或接地部损耗。此外，如果在第一子电网中和/或在第二子电网中出现短路，和/或第一接地端子和第二接地端子之间的电势差超过阈值、例如+/-1V，那么存在有故障的工作电压供给。
后一故障情况也称作为接地部错位。其中第一电路模块采用截止状态的阈值的数值可以通过第一电路模块的部件的尺寸设计来确定。
由于这种有故障的工作电压供给出现的故障电流根据需求目录不允许超过特定的最大值、例如有限的几微安培。对于这种电流限制，根据本发明第一控制信号路径包括的第一电路模块是适合的，因为第一控制信号路径经由第一电路模块一方面连接到第一接地端子和/或第二接地端子上，并且另一方面加载有第一工作电压和/或第二工作电压。有故障的工作电压供给因此直接地作用于第一控制信号路径，并且更确切地，使得在第一控制信号路径中禁止第一控制信号的传输。第一控制信号路径因此作为对有故障的工作电压供给的反应而截止。
因此，多电压车载电网的第一子电网与第二子电网的隔离在例如包括LIN-(LocalInterconnect Networ(局域互联网))收发器的收发器和例如包括微控制器的控制单元之间进行。
根据本发明的解决方案的优点在于，两个子电网的隔离在一方为收发器与另一方为控制单元之间进行，因为在那里可隔离相对少的导线。例如，在LIN收发器和微控制器之间通常仅设置有四个信号路径。为了实现故障电流耐受性，因此需要相对小的耗费。
此外，在收发器和控制单元之间通常仅隔离下述控制信号路径，其中信号传输的线性与例如在用于传输模拟测量信号的测量导线中相比不是那么重要的。因此，用于实现故障电流耐受性的耗费也是相对低的。
第一子电网例如为12V车载电网，而第二子电网为48V车载电网。第一子电网在此借助12V的第一工作电压运行并且第二子电网借助48V的第二工作电压运行。根据本发明的多电压车载电网的两个子电网具有相应的接地端子。不仅第一子电网的第一接地端子而且第二子电网的与第一接地端子空间隔离地设置的第二接地端子连接到相同的接地部上，通常为车辆接地部。第一接地端子例如以第一接地柱形式存在，而第二接地端子以第二接地柱形式存在，其中第二接地柱与第一接地柱空间隔离地设置。第一和第二接地端子聚集到共同的车辆接地部上优选在第一电路模块之外或者在可以设置有控制单元和接收器的部件之外进行。
通过第一控制信号路径经由第一电路模块不仅连接到两个接地端子之一上、而且加载有两个工作电压中的至少一个，第一电路模块可以对第一和/或第二子电网中的有故障的工作电压供给做出反应。作为对这种有故障的工作电压供给的反应，第一电路模块采用截止状态，其中禁止从第一信号输出端至第一信号输入端的信号传输。尤其，第一电路模块在此也避免在第一控制信号路径中出现高于允许的最大值的故障电流。
第一电路模块选择性地直接加载有第一和/或第二工作电压或者替选地借助于一个或多个电压变换器来加载。第一电路模块因此也可以加载有经过转换的第一工作电压和/或经过转换的第二工作电压。
包括第一电路模块的第一控制信号路径优选为单向的控制信号路径，所述控制信号路径构成为，允许沿一个方向的信号流并且禁止沿相反方向的信号流。通常，将这种单向的控制信号路径用于LIN收发器在微控制器上的耦联。在第一控制信号路径上，不仅可以在狭义范围中传输控制信号，而且例如也可以传输数字化的测量信号和/或数据信号。因此，第一控制信号例如可以以测量信号、数据信号形式和/或以控制信号形式存在。优选地，收发器提供第一控制信号作为数字信号。
例如，第一控制信号路径将第一信号输出端直流耦联到第一信号输入端上。因此，优选的是，在收发器和控制单元之间不设有电流隔离装置。
下面，描述根据本发明的多电压车载电网的其他实施方式。所述其他实施方式的特征可以彼此和/或与在上文中已经提到的可选的特征组合以形成其他变型形式，即使其并未详细地作为彼此的替选方案予以描述时也如此。
在多电压车载电网的第一实施方式中，第一电路模块包括具有第一信号端子和第一控制端子的晶体管，其中第一信号端子连接到第一或第二接地端子上，并且其中第一控制端子连接到第一信号输出端上。通过在第一信号输出端上提供第一控制信号，收发器因此控制第一晶体管。从收发器到控制单元的信号传输经由第一晶体管进行。晶体管构成为，在工作电压供给有故障的情况下采用截止状态，在截止状态中不进行从收发器至控制单元的信号传输，尤其即使在那里流动的电流也不超过预设的最大值。
例如，第一晶体管为电流控制的晶体管，其中第一信号端子通过发射极端子形成，所述发射极端子连接到第一接地端子上，例如直接地或者经由电阻连接。第一控制端子在该变型形式中为基极端子，所述基极端子通过由收发器提供的第一控制信号来控制。例如第一晶体管为NPN双极型晶体管。
此外，第一电路模块优选包括第二晶体管，所述第二晶体管为了将第一控制信号传输至第一信号输入端而耦联到第一晶体管上并且一方面加载有第二工作电压并且另一方面连接到第二接地端子以及第一信号输入端上。因此，在不存在有故障的工作电压供给的正常情况下，第一控制信号从收发器的第一信号输出端至控制单元的第一信号输入端的传输经由第一晶体管和第二晶体管进行。两个晶体管优选为电流控制的晶体管，例如双极型晶体管。第一晶体管例如是NPN双极型晶体管并且第二晶体管是PNP双极型晶体管。在正常情况下，第一控制信号的传输经由这两个晶体管进行。通过第一晶体管连接到第一接地端子上并且第二晶体管加载有第二工作电压并且连接到第二接地端子上，第一子电网中和/或第二子电网中的有故障的工作电压供给在第一控制信号路径中引起截止状态，在截止状态中不再进行第一控制信号的传输，并且尤其在该第一控制信号路径中的可能的故障电流不超过预设的最大值。
在一个变型形式中，第一晶体管为场效应晶体管，所述场效应晶体管具有第二信号端子，其中第一信号端子是栅极端子，所述栅极端子连接到第一接地端子上，并且第二信号端子是源极端子，所述源极端子连接在控制单元的第一信号输入端上，并且其中连接到收发器的第一信号输出端上的第一控制端子是漏极端子。如果在多电压车载电网中出现有故障的工作电压供给，那么场效应晶体管截止，因为在栅极端子和源极端子之间不再存在电势差。在任何情况下仍有漏电流流动，然而通常所述漏电流远远小于例如为200nA的允许的最大的故障电流。优选地，场效应晶体管为P沟道MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应晶体管))。
在另一个优选的实施方式中，第一电路模块包括第一二极管，所述第一二极管具有阳极端子以及阴极端子，其中收发器的第一信号输出端连接到阳极端子上，并且其中阴极端子连接到控制单元的第一信号输入端上以及经由电阻连接到第二接地端子上。第一二极管防止第二子电网的电压水平击穿到第一子电网的电压水平中。因此，第一控制信号路径通过第一二极管分开。在正常情况下，第一二极管将第一控制信号从收发器传输至控制单元，即从第一信号输出端传输至第一信号输入端。如果在第二子电网中出现接地部损耗，那么在第二接地端子上出现电势升高，所述电势升高也反映在第一二极管的阴极端子上。由此，第一二极管置于截止状态，在截止状态中第一控制信号从收发器传输至控制单元不进行。
在多电压车载电网的另一个实施方式中，第一电路模块包括电容器，所述电容器具有第一电极端子和第二电极端子，其中第一信号输出端连接到第一电极端子上并且第一信号输入端连接到第二电极端子上。该变型形式尤其适合于，第一控制信号为交变信号，即为下述信号，所述信号的电平以特定的频率例如20kHZ改变。例如，所述变型形式适合于下述情况，第一控制信号路径为收发器和控制单元之间的数据信号导线。电容器也不引起两个子电网的电流隔离，因为所述子电网经由其接地端子与相同的接地部连接。由于通过电容器的电容性的耦联，在第一控制信号中的陡峭的边沿是可能的，而在此不出现功能干扰。该实施方式的特征在于极其小的电路耗费以及高的鲁棒性。
优选地，在具有电容器的实施方式中，设有两个上拉电阻，其中第一上拉电阻耦联在第一电极端子上并且加载有第一工作电压，并且其中第二上拉电阻加载有第二工作电压并且耦联到第二电极端子上。此外，电容器的第二电极端子优选经由沿截止方向设置的第二二极管连接到第二接地部上。通过第二上拉电阻和电容器的尺寸设计固定，第一信号输出端上的第一控制信号的电平变换如何在控制单元的第一信号输入端上产生影响。在下文中，进一步介绍这种尺寸设计的示例。第二二极管能实现第一控制信号路径中的快速的电平变换和持久的高电平。
在上文中，迄今描述控制信号路径，所述控制信号路径构成为，将第一控制信号从第一子电网的收发器传输至第二子电网的控制单元。通常，也将控制信号从控制单元传输至收发器，如在下文中阐述的那样。
在多电压车载供电网的另一个优选的实施方式中，控制单元构成为，提供第二控制信号。此外，多电压车载电网在该实施方式中包括第二控制信号路径，所述第二控制信号路径将控制单元的第二信号输出端耦联到收发器的第二信号输入端上，并且构成为并且设置成，将第二控制信号从第二信号输出端传输到第二信号输入端上。第二控制信号路径包括第二电路模块，经由所述第二电路模块，第二控制信号路径一方面连接到第一接地端子和/或第二接地端子上并且另一方面加载有第一工作电压和/或第二工作电压。第二电路模块构成为，如果在第一子电网中和/或在第二子电网中存在有故障的工作电压供给，那么采用截止状态，在截止状态中禁止将第二控制信号从第二信号输出端传输至第二信号输入端。
第二电路模块可以以与第一电路模块类似的方式实现。例如，第二电路模块包括多个电流控制的晶体管，这参考实施例在下文中进一步予以详细阐述。
在多电压车载电网的一个实施方式中，收发器和控制单元经由多个第一控制信号路径和多个第二控制信号路径彼此耦联。每个第一控制信号路径、即每个能实现从收发器至控制单元的信号传输的控制信号路径优选包括相应的第一电路模块，其中第一电路模块可以不同地实现。例如，一个第一电路模块包括所述第一电容器，并且另一个第一电路模块包括所述的第一二极管或以电压控制的晶体管形式的所述第一晶体管。每个第二控制信号路径、即每个能实现从控制单元至收发器的信号传输的控制信号路径优选包括相应的第二电路模块，其中第二电路模块也可以不同地实现。例如，至少一个第二电路模块包括多个电流控制的晶体管。因此，控制信号路径的电路模块可以根据信号方向和/或根据要传输的信号的类型不同地实现。
在第一控制信号路径上有信号变换时，会出现补偿电流，所述补偿电流流过多电压车载电网。因此，第一电路模块在另一个优选的实施方式中包括补偿电容器，所述补偿电容器具有第一电极端子和第二电极端子，其中第一电极端子连接到第一接地端子上并且第二电极端子连接到第二接地端子上。通过在第一接地端子和第二接地端子之间设置有补偿电容器，电磁兼容性(EMV)、尤其与导线有关的EMV得以改进并且对导线的干扰得以减小。补偿电容器构成为，补偿短时的补偿电流，使得所述补偿电流不流过多电压车载电网，而是仅在包括控制单元、收发器和第一电路模块的部件中流动。补偿电容器尤其在下述情况下是有利的，第一电路模块具有所述电容器。但是，其在第一电路模块的其他变型形式中也适合于改进EMV并且减少干扰。
如已经在上文中提到的那样，收发器优选为LIN收发器，所述LIN收发器在12V的工作电压下运行。第二子电网的控制单元优选为微控制器，所述微控制器在5V的工作电压下运行。
根据本发明的第二个方面，在上文中提到的目的通过根据独立权利要求19所述的电路模块来实现。本发明的第二方面的根据本发明的电路模块共享本发明的第一方面的在上文中提到的优点。电路模块的优选的实施方式按照意义对应于在上文中提到的实施方式，尤其如其在从属权利要求中说明的那样。
附图说明
本发明的其他的特征和优点在下面参照附图对实施例的描述中变得清楚。
附图示出：
图1示出根据本发明的多电压车载电网的一个实施方式的示意性的并且示例性的部分视图；
图2示出用于隔离多电压车载电网的子电网的第一电路模块的第一设计方案变型形式的示意性的并且示例性的视图；
图3示出第一电路模块的第二设计方案变型形式的示意性的并且示例性的视图；
图4示出第一电路模块的第三设计方案变型形式的示意性的并且示例性的视图；
图5示出第一电路模块的第四设计方案变型形式的示意性的并且示例性的视图；并且
图6示出第一电路模块的第五设计方案变型形式的示意性的并且示例性的视图。
具体实施方式
图1示意性地并且示例性地示出根据本发明的用于车辆的多电压车载电网10的构造。多电压车载电网10包括第一子电网100和第二子电网200。第一子电网100在第一工作电压下运行，而第二子电网200在第二工作电压下运行。第一工作电压例如为12V，而第二工作电压例如为48V。
第二子电网200包括控制单元210，例如微控制器(μC)。控制单元210将控制信号发送给多电压车载电网10的驱动器260。驱动器260接通一个或多个功率电子开关265。由此，马达270(M)可以借助设定的电压和/或设定的电流来控制。经由测量导线266，将测量信号输送给控制单元210。根据所述测量信号，控制单元210控制驱动器260。
第一子电网100具有收发器110，例如以LIN收发器或LIN主机形式。
收发器110和控制单元210以通信方式经由第一控制信号路径102和第二控制信号路径201彼此耦联。经由第一控制信号路径102，收发器110为控制单元210输送第一控制信号，并且经由第二控制信号路径201，控制单元210为收发器110输送第二控制信号。两个控制信号路径102和201因此为单向的控制信号路径，所述控制信号路径仅允许沿一个方向的信号流。除了所述第一控制信号路径102和第二控制信号路径201之外，为了将收发器110耦联到控制单元210上，可以设有其他控制信号路径。
为了避免第一控制信号路径102中和第二控制信号路径201中通过第一子电网100和/或第二子电网200中有故障的工作电压供给引起的故障电流，根据本发明在第一控制信号路径102中设有第一电路模块300，并且在第二控制信号路径201中设有第二电路模块400。
当收发器110或控制单元210不再连接到接地部上时，那么例如存在有故障的工作电压供给。这种事故也称作为接地部拆除(Masseabriss)或接地部损耗(Masseverlust)。此外，当在第一子电网100中和/或在第二子电网200中出现短路时，和/或当在第一接地端子150(见图2至6)和第二接地端子250(见图2至6)之间的电势差超过阈值、例如+/-1V时，存在有故障的工作电压供给。由于这种有故障的工作电压供给出现的故障电流根据需求目录不允许超过特定的最大值、例如几微安培。对于这种电流限制，第一控制信号路径102根据本发明包括的第一电路模块300和第二控制信号路径201根据本发明包括的第二电路模块400是适当的。
不仅第一电路模块300而且第二电路模块400构成为用于，传输控制信号。更确切地说，第一电路模块300构成为，将由收发器110在第一信号输出端120(见图2至6)上提供的第一控制信号传输到控制单元210的第一信号输入端220(见图2至6)。同样地，第二电路模块400构成为，将控制单元210在第二信号输出端240(见图2至6)上提供的第二控制信号提供给收发器110的第二信号输入端140(见图2至6)。
对第一子电网100中和/或第二子电网200中的有故障的工作电压供给直接反应地，第一电路模块300和第二电路模块400分别采用截止状态，在截止状态中禁止将第一控制信号从第一信号输出端120传输至第一信号输入端220和将第二控制信号从第二信号输出端240传输至第二信号输入端140。
因此，根据本发明，两个子电网100和200的隔离在收发器110和控制单元210之间进行。在第一子电网100和第二子电网200之间的竖直的虚线在图1至6中标记两个子电网100和200的所述隔离。
多电压车载电网10的优点在于，两个子电网100和200的隔离在一方为收发器110和另一方为控制单元210之间进行。在那里，隔离相对少的导线。因此，为了实现故障电流耐受性，需要相对小的耗费。此外，在两个控制单元之间通常仅隔离下述控制信号导线，其中信号传输的线性不是那么重要的。例如，避免测量导线266的隔离。在那里，需要线性以正确地检测测量信号。
参照图2，现在详细阐述收发器110在第一子电网100中的设置和控制单元210在第二子电网200中的设置。所述阐述也适用于根据图3至6的设计方案变型形式。
例如为12V的第一工作电压由第一供能单元190、例如电池提供。第二工作电压由第二供能单元290、例如同样以电池形式提供。第二工作电压例如为48V。
在第一子电网100中，为了提供第一工作电压设有多个第一工作电压端子180。与此类似地，在第二子电网200中，为了提供(经过转换的)第二工作电压设有多个第二工作电压端子280。
第一子电网100具有多个第一接地端子150，经由所述第一接地端子，第一子电网100的部件连接到接地部上。同样地，第二子电网200具有多个第二接地端子250，经由所述第二接地端子，第二子电网200的部件连接到接地部上。接地端子150和250例如为空间彼此隔离的接地柱，所述接地柱连接于车辆车身。因此，不仅第一接地端子150而且第二接地端子250与相同的接地部、通常与车辆的接地部连接。这对应于第一和第二接地端子150、250到车辆的接地部的星形的布线。接地端子150和250聚集到共同的车辆接地部上在电路模块300和400之外并且必要时在设置有控制单元210和收发器110的部件之外进行。
第一子电网100具有收发器110，所述收发器连接于第一接地端子150并且连接于第一工作电压端子180。收发器110例如是LIN收发器。
第二子电网200包括控制单元210，例如微控制器。控制单元210连接到第二接地端子250上。借助于以DC/DC转换器的电压变换器284，第二工作电压被输送给控制单元210。例如，DC/DC转换器为将48V的输入电压转换成5V的输出电压并且将所述5V提供给控制单元210的转换器。替代DC/DC转换器，也可以设有线性调节器或其他电压变换器。
经由第一电路模块300，第一控制信号路径102不仅连接到第一接地端子150上而且也连接到第二接地端子250上。同样内容适用于第二电路模块400，经由所述第二电路模块，第二控制信号路径201不仅连接到第一接地端子150上而且也连接到第二接地端子250上。
下面，参考图2至6介绍第一电路模块300和第二电路模块400的具体的设计方案变型形式。电路模块300和400分别用于在工作电压供给有故障的情况下隔离子电网100和200。
根据图2的第一电路模块300的第一设计方案变型形式基于两个电流控制的晶体管、双极型晶体管310和320的应用。第一双极型晶体管310是NPN双极型晶体管，其基极端子310.3经由电阻312连接到收发器110的第一信号输出端120(Tx)上。第一晶体管310的第一发射极端子310.1经由另一个电阻314连接到第一接地端子150上。经由另一个电阻316，第一晶体管310的集电极端子310.2连接到第二晶体管320的基极端子320.3上。所述第二晶体管320为PNP双极型晶体管。其发射极端子320.1连接到第二工作电压端子280上，即连接到DC/DC转换器的输出端上。经由两个其他的电阻322和324，第二晶体管320的集电极端子320.2连接到第二接地端子250上。在两个电阻322和324之间设有端子，所述端子引向控制单元210的第一信号输入端220(Rx)。
第二晶体管320优选为模拟的晶体管，所述晶体管具有70V的耐压强度。第一晶体管310可以要么模拟地要么数字地(即借助集成的串联电阻)构成。
如果在第一子电网100中和/或在第二子电网200中出现有故障的工作电压供给，那么第一电路模块300通过两个晶体管310和320采用截止状态，在截止状态中在第一信号路径102中近似没有补偿电流流动并进而收发器110和控制单元210都不被这种补偿电流损伤或损毁。
第二电路模块400与第一电路模块300类似地构造。所述第二电路模块构成为，将由控制单元210在第二信号输出端240上提供的控制信号输送给收发器110的第二信号输入端140。对此，第二电路模块400同样具有两个双极型晶体管，即以NPN双极型晶体管形式的第三双极型晶体管410和以PNP双极型晶体管的形式的第四双极型晶体管420。第二信号输出端240经由电阻412引向第三晶体管410的基极端子410.3。经由另一个电阻414，第三晶体管410的发射极端子410.1引向第二接地端子250。第三晶体管410的集电极端子410.2经由第三二极管430和另一个电阻416引向第四晶体管420的基极端子420.3。
第四晶体管420的发射极端子420.1连接于第一工作电压端子180。由控制单元210提供的信号经由第四晶体管420的集电极端子420.2和另一个电阻422输送给收发器110的第二信号输入端140。第二信号输入端140此外经由另一个电阻424连接到第一接地端子150上。
如果在第一子电网100中和/或在第二子电网200中出现有故障的工作电压供给，那么第二电路模块400通过两个晶体管410和420采用截止状态，在截止状态中在第二信号路径201中近似没有补偿电流流动并进而收发器110和控制单元210都不被这种补偿电流损伤或损毁。
图3以示意性类型和方式示出第一电路模块300的第二设计方案变型形式，所述第一电路模块集成在第一控制信号路径102中。在图3中，如在图4至图6中同样地，收发器110和控制单元210简化地示出。
在第一电路模块300的第二设计方案变形性中，根据图3设有P沟道MOSFET，其漏极端子330.3引向第一信号输出端120。场效应晶体管330的栅极端子330.1连接到第二接地端子250上。源极端子330.2引向第一信号输入端220。此外，设有上拉电阻332，经由所述上拉电阻，第一信号输出端120和漏极端子330.3耦联到第一工作电压端子180上。
收发器110在第一信号输出端120上提供的第一控制信号因此由电路模块300经由漏极-源极连接输送给控制单元210的第一信号输入端220。如果第一控制信号具有高电平，那么场效应晶体管330接通。如果控制信号具有低电平，那么场效应晶体管330截止。如果现在例如在第二子电网200中出现有故障的工作电压供给，那么栅极端子330.1和源极端子330.2之间的电压为大约0V，使得场效应晶体管330截止并且在控制信号路径102中近似不出现故障电流。至多出现几毫微安的漏电流。
第一电路模块300的该设计方案变型形式可以在下述情况下使用：第一控制信号为直流信号或交变信号。第一控制信号在其具有例如为20kHz的大于最小频率的频率时是交变信号。例如，第一控制信号为数据信号，所述数据信号包含位顺序。第一控制信号在其电平不改变或仅偶尔改变时为直流信号。在该设计方案变型形式中经由第一电路模块300传输的第一控制信号可以具有陡峭的边沿，而在此不出现功能损坏。所述设计方案变型形式的特征在于尤其简单的尺寸设计以及非常小的电路耗费。此外，其对干扰是鲁棒的。所述设计方案变型形式尤其适合于将收发器110的控制信号传输至控制单元210，即尤其将信号从LIN收发器传输至微控制器。
图4示意性地并且示例性地示出第一电路模块300的第三设计方案变型形式。在那里，在控制信号路径102中设有第一二极管340。第一二极管具有阳极端子340.1和阴极端子340.2，其中第一信号输出端120连接到阳极端子340.1上，并且其中阴极端子340.2连接到第一信号输入端220上以及经由电阻342连接到第二接地端子250上。
此外，设有上拉电阻344，经由所述上拉电阻，第一信号输出端120和阳极端子340.1连接到第一工作电压端子180上。只要第二接地端子250上的电势低于第一子电网100的电压，第一二极管340才导通。如果在第二子电网200中出现有故障的工作电压供给，例如由于接地部损耗，那么第二接地端子250上的电压上升并且第一二极管340采用截止状态。因此，在第一控制信号路径102中没有补偿电流流动。至多出现几毫微安的二极管漏电流。
根据图4的第三设计方案变型形式不仅适合于传输以直流信号形式或以交变信号形式的第一控制信号。在此，在第一控制信号中的陡峭的边沿是也可能的，而不出现功能损坏。第一电路模块300的第三设计方案变型形式的特征在于简单的尺寸设计、非常小的电路耗费以及对干扰的鲁棒性。尤其，根据图3的第三设计方案变型形式适合于，将控制信号从收发器110传输至第二控制单元210，即从LIN收发器传输至微控制器。
图5示出第一电路模块300的第四设计方案变型形式。据此，设有电容器350。第一信号输出端120连接到电容器350的第一电极端子350.1上。电容器350的第二电极端子350.2连接到第一信号输入端220上。此外，两个电极端子350.1和350.2经由相应的上拉电阻352、354连接到第一工作电压端子180或第二工作电压端子280上。此外，设有第二二极管356，所述第二二极管连接在第二接地端子250和第二电极端子350.2之间并且沿截止方向设置。上拉电阻354和第二二极管356在接收侧上、也就是说在第二子电网200的一侧上设置，以便能实现快速的信号变换以及持久的高电平。
第四设计方案变型形式尤其适合于下述情况，从收发器110传输至第二单元210的第一控制信号为交变信号。例如，第一控制信号路径102在该变型形式中为数据信号路径，如结合LIN收发器已知的RXD或TXD导线。
上拉电阻352例如具有1kΩ的数值并且电容器350具有150nF的数值。上拉电阻354的尺寸设计取决于第一控制信号的频率。例如，所述频率例如为20kHz，其中信号具有低电平的时间是相对短的，例如为几百微秒，如676μs。第一控制信号的低电平例如最大为0.5V并且高电平例如至少为4V。在这种数值的情况下，例如得到为几十kΩ、例如42.8kΩ的用于上拉电阻354的电阻值。
当收发器110在第一信号输出端120上提供的第一控制信号的电平从高电平变换成低电平时，在电容器350上出现电荷补偿并且控制单元210上的电压偏移对应于收发器110上的电压偏移。控制单元210上的电压偏移因此取决于上拉电阻354的数值和电容器350的电容值。
如果由收发器110提供的第一控制信号的信号电平从低电平改变成高电平，那么回路经由第二二极管356闭合并且再次在电容器350上出现电荷补偿。在此，控制单元210上的电压偏移对应于收发器110上的电压偏移。
第一电路模块300的第四设计方案变型形式的优点一方面在于对直流通过电容器350实现的截止。由于电容性的耦联，在要传输的第一控制信号中的陡峭的边沿也是可能的。此外，第四电路变型形式的特征也在于非常小的电路耗费并进而也在于对干扰的高的鲁棒性。此外，第一接地端子150和第二接地端子250之间的DC接地部错位是不重要的，因为第一控制信号以差动方式传输。
根据图6的第一电路模块300的变型形式基本上对应于在图5中示出的变型形式的部分。在第一控制信号路径102上的信号变换时，在那里当然会出现补偿电流，所述补偿电流流过多电压车载电网10。附加地，第一电路模块300因此在根据图6的变型形式中包括补偿电容器360，所述补偿电容器具有第一电极端子360.1和第二电极端子360.2，其中第一电极端子360.1连接到第一接地端子150上，并且第二电极端子360.2连接到第二接地端子250上。通过在第一接地端子150和第二接地端子250之间设有补偿电容器360，电磁兼容性(EMV)、尤其与导线有关的EMV得以改进并且对多电压车载电网10的导线的干扰得以降低。补偿电容器360补偿短时的补偿电流，使得所述补偿电流不流过多电压车载电网10，而是仅在包括控制单元210、收发器110和第一电路模块300的部件中流动。补偿电容器360尤其在下述情况下是有利的：第一电路模块300具有所述电容器350。但是，所述电容器在第一电路模块300的另一个变型形式中也适合于改进EMV。
收发器110和控制单元210例如分别在单独的芯片中实现。不仅收发器110而且控制单元210可以集成在共同的部件中。收发器110例如形成第二子电网的第二控制单元的一部分。
作为第一子电网和第二子电网的示例提到12V车载电网和48V车载电网。但是，本发明绝不限制于这两种车载电网，而是原则上适合于所有类型的多电压车载电网。
附图标记列表：
10 多电压车载电网
100 第一子电网
110 收发器
120 第一信号输出端
140 第二信号输入端
150 第一接地端子
180 第一工作电压端子
190 第一供能单元
102 第一控制信号路径
200 第二子电网
201 第二控制信号路径
210 控制单元
220 第一信号输入端
240 第二信号输出端
250 第二接地端子
260 驱动器
265 多个功率电子开关
266 测量导线
270 马达
280 第二工作电压端子
284 电压变换器
290 第二供能单元
300 第一电路模块
310 第一晶体管
310.1-310.3 第一晶体管的发射极端子、集电极端子和基极端子
312-316 电阻
320 第二晶体管
320.1-320.3 第二晶体管的发射极端子、集电极端子和基极端子
322，324 电阻
330 场效应晶体管
330.1-330.3 场效应晶体管的栅极端子、源极端子和漏极
332 上拉电阻
340 第一二极管
340.1，340.2 第一二极管340的阳极端子和阴极端子
344 上拉电阻
342 上拉电阻
350 电容器
350.1，350.2 电容器的电极端子
352，354 上拉电阻
356 第二二极管
360 补偿电容器
360.1，360.2 补偿电容器的电极端子
400 第二电路模块
410 第三晶体管
410.1-410.3 第三晶体管的发射极端子、集电极端子和基极端子
412，414，416 电阻
420 第四晶体管
420.1-420.3 第四晶体管的发射极端子、集电极端子和基极端子
422，424 电阻
430 第三二极管

Claims (19)

1.一种用于车辆的多电压车载电网(10)，具有：
-第一子电网(100)，所述第一子电网构成为，在第一工作电压下运行，并且所述第一子电网包括收发器(110)，所述收发器经由第一接地端子(150)连接到接地部上，其中所述收发器(110)构成为，提供第一控制信号；
-第二子电网(200)，所述第二子电网构成为，在第二工作电压下运行，并且所述第二子电网包括控制单元(210)，所述控制单元经由第二接地端子(250)连接到相同的接地部上；和
-第一控制信号路径(102)，所述第一控制信号路径将所述收发器(110)的第一信号输出端(120)耦联到所述控制单元(210)的第一信号输入端(220)上，并且所述第一控制信号路径构成为并且设置成，将所述第一控制信号从所述第一信号输出端(120)传输到所述第一信号输入端(220)；
其特征在于，
所述第一控制信号路径(102)包括第一电路模块(300)，经由所述第一电路模块，所述第一控制信号路径(102)一方面连接到所述第一接地端子(150)和/或所述第二接地端子(250)上，并且另一方面加载有第一工作电压和/或第二工作电压，其中所述第一电路模块(300)构成为，根据所述第一子电网(100)和/或所述第二子电网(200)中的有故障的工作电压供给而采用截止状态，在所述截止状态中禁止将所述第一控制信号从所述第一信号输出端(120)经由所述第一控制信号路径(102)传输至所述第一信号输入端(220)。
2.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
如果符合至少一项，那么存在有故障的工作电压供给：
-所述收发器(110)不再连接到接地部上；
-所述控制单元(120)不再连接到接地部上；
-在所述第一子电网(100)中和/或在所述第二子电网(200)中有短路；或者
-在所述第一接地端子(150)和所述第二接地端子(250)之间的电势差超过阈值。
3.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一电路模块(300)包括具有第一信号端子(310.1；330,1)和第一控制端子(310.3；330.3)的第一晶体管(310；330)，其中所述第一信号端子(310.1；330.1)连接到所述第一或第二接地端子(150；250)上，并且其中所述第一控制端子(310.3；330.3)连接到所述第一信号输出端(120)上。
4.根据权利要求3所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一晶体管(310)是电流控制的晶体管，其中所述第一信号端子(310.1)是所述电流控制的晶体管的发射极端子(310.1)，所述发射极端子连接到所述第一接地端子(150)上，并且其中所述第一控制端子(310.3)是基极端子。
5.根据权利要求3所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一电路模块包括第二晶体管(320)，所述第二晶体管为了将第一控制信号传输至所述第一信号输入端(220)耦联到第一晶体管(310)并且一方面加载有所述第二工作电压而另一方面连接到所述第二接地端子(25)上以及连接到所述第一信号输入端(220)上。
6.根据权利要求3所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一晶体管(330)是场效应晶体管，所述场效应晶体管具有第二信号端子(330.2)，其中所述第一信号端子(330.1)是栅极端子，所述第二信号端子(330.2)是源极端子，所述源极端子连接到所述第一信号输入端(220)上，并且其中所述第一控制端子(330.3)是漏极端子。
7.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一电路模块(300)包括第一二极管(340)，所述第一二极管具有阳极端子(340.1)和阴极端子(340.2)，其中所述第一信号输出端(120)连接到所述阳极端子(340.1)上，并且其中所述阴极端子(340.2)连接到所述第一信号输入端(220)上以及经由电阻(342)连接到所述第二接地端子(250)上。
8.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一电路模块(300)包括电容器(350)，所述电容器具有第一电极端子(350.1)和第二电极端子(350.2)，其中
-所述第一信号输出端(120)连接到所述第一电极端子(350.1)并且所述第一信号输入端(220)连接到所述第二电极端子(350.2)。
9.根据权利要求8所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
-所述第一电极端子(350.1)经由第一上拉电阻(352)加载有所述第一工作电压；和
-所述第二电极端子(350.2)经由第二上拉电阻(354)加载有所述第二工作电压。
10.根据权利要求8所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第二电极端子(350.2)经由沿截止方向设置的第二晶体管(356)连接到所述第二接地端子(250)上。
11.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
-所述控制单元(210)构成为，提供第二控制信号；
-所述多电压车载电网(10)具有第二控制信号路径(201)，所述第二控制信号路径将所述控制单元(210)的第二信号输出端(240)耦联到所述收发器(110)的第二信号输入端(140)上，并且所述第二控制信号路径构成为并且设置成，将所述第二控制信号从所述第二信号输出端(240)传输给所述第二信号输入端(140)，
其特征在于，
所述第二控制信号路径(201)包括第二电路模块(400)，经由所述第二电路模块，所述第二控制信号路径(201)一方面连接到所述第一接地端子(150)和/或所述第二接地端子(250)上，并且另一方面加载有所述第一工作电压和/或加载有所述第二工作电压，其中所述第二电路模块(400)构成为，根据所述第一子电网(100)和/或所述第二子电网(200)中的有故障的工作电压供给而采用截止状态，在所述截止状态中禁止将所述第二控制信号从所述第二信号输出端(240)传输至所述第二信号输入端(140)。
12.根据权利要求11所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一控制信号路径(102)和/或所述第二控制信号路径(201)是单向的控制信号路径。
13.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述收发器(110)包括LIN收发器，所述LIN收发器构成为，在所述第一工作电压下运行。
14.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述控制单元(210)具有微控制器，所述微控制器构成为，在由电压变换器(284)转换的第二工作电压下运行。
15.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一工作电压低于所述第二工作电压。
16.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述接地部是所述车辆的接地部。
17.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一控制信号路径(102)将所述第一信号输出端(120)直流耦联到所述第一信号输入端(220)上。
18.根据权利要求1所述的多电压车载电网(10)，
其特征在于，
所述第一电路模块(300)包括补偿电容器(360)，所述补偿电容器具有第一电极端子(360.1)和第二电极端子(360.2)，其中所述第一电极端子(360.1)连接到所述第一接地端子(150)上，并且所述第二电极端子(360.2)连接到所述第二接地端子(250)上。
19.一种用于隔离车辆的多电压车载电网(10)的子电网(100，200)的电路模块(300)，其中所述多电压车载电网(10)具有：
-第一子电网(100)，所述第一子电网构成为，在第一工作电压下运行，并且所述第一子电网包括收发器(110)，所述收发器经由第一接地端子(150)连接到接地部上，其中所述收发器(110)构成为，提供第一控制信号；
-第二子电网(200)，所述第二子电网构成为，在第二工作电压下运行，并且所述第二子电网包括控制单元(210)，所述控制单元经由第二接地端子(250)连接到相同的接地部上；和
-第一控制信号路径(102)，所述第一控制信号路径将所述收发器(110)的第一信号输出端(120)耦联到所述控制单元(210)的第一信号输入端(220)上，并且所述第一控制信号路径构成为并且设置成，将所述第一控制信号从所述第一信号输出端(120)传输到所述第一信号输入端(220)上；
其特征在于，
所述电路模块(300)构成为用于设置在所述第一控制信号路径(102)中并且此外构成为，
-将所述第一控制信号路径(102)一方面连接到所述第一接地端子(150)和/或所述第二接地端子(250)上，并且另一方面加载有第一工作电压和/或第二工作电压；并且
-根据所述第一子电网(100)和/或所述第二子电网(200)中的有故障的工作电压供给而采用截止状态，在所述截止状态中禁止将所述第一控制信号从所述第一信号输出端(120)经由所述第一控制信号路径(102)传输至所述第一信号输入端(220)。
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