CN105830300A - 带有两个供电电压的电气或者电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种能够以分别来自第一电网(3)和来自第二电网(8)的两个不同值的电压供电的电气或者电子装置(7)，该电气或者电子装置包括：第一连接接口(70)，其能够在正常连接状态下与第一电网(3)的接地导体(GND_12)和电压导体链接；第二连接接口(71)，其能够在正常连接状态下与第二电网(8)的接地导体(GND_48)和电压导体链接；两个连接接口(70、71)的接地连接链接在一起以形成公共地；和串联地插入在公共地上的至少一个开关模块(74、75)，该开关模块能够跟随第一或第二接口的连接状态的变化而切换到断开位置。

Description

带有两个供电电压的电气或者电子装置
技术领域
本发明涉及需要两个不同供电电压的电气或电子装置。
本发明特别地但非专有地涉及如下的机动车辆领域，其中一些装备部件必需设计为利用具有不同值两个供电电压、典型地大约12伏的低电压和大约48伏的中等电压进行操作。
背景技术
对于这些类型的装备部件，机动车制造商联盟目前提出了特别地限定一些架构规则和验证测试的规范。这一规范(“ElectricalandElectroniccomponentsinthevehicle48V-vehicleelectricalsystem,Requirementandtests”，2011年8月29日的规范148)特别地要求：
-任何的12伏/48伏装备部件应该具有公共地，并且包括用于允许连接到12伏车辆网络的12伏连接器接口和用于允许连接到48伏车辆网络的48伏连接器接口，各连接器接口本身均具有接地连接；
-任何的12伏/48伏装备部件应该满足漏电流测量测试，以便确保对48伏和12伏电源的良好保护，以免受这些漏电流的影响；
-任何的12伏/48伏装备部件应该满足48伏网络的接地电缆的失去测试，以便确保12伏网络在所述48伏网络的接地电缆故障之后不存在损坏的风险。
图1示意性地示出为与电气或者电子装置1的漏电流相关的验证试验而制造的装备，该电气或者电子装置1包括用于12伏的第一连接器接口10和用于48伏的第二连接器接口11。这一测试包括：将第一连接器接口10的全部输入/输出连接到直流电压发生器的第一端子；将第二连接器接口11的输入连接到直流电压发生器的第二端子；借助于所述直流电压发生器施加70伏的电压；以及使用常规电流计测量电流。如果在这一测试中，测量的电流保持为小于或等于1微安(作为绝对值)，则电气或者电子装置1有效。
第二接地失去测试包括：将电气或者电子装置连接在两个12伏和48伏电源之间；在48伏侧模拟接地电缆失去；以及在12伏侧上观察对接地电缆的任何损伤。如果在这一测试中，在近似30分钟时间的终了时未观察到损伤，则电气或者电子装置1是有效的。
可能以两个供电电压操作的电气或电子装置的架构是已知的。图2示意性地特别地示出了使用两个12伏电压作为其电源的附加加热器模块2，其中一个12伏电压具有低功率，表现为电压发生器3，另一个12伏电压具有典型地大约1000至1200瓦的高功率，表现为电压发生器4。该附加加热器在起动机动车辆时使用，用于更快速地加热内部。低功率电源3用于模块2的控制和对接，而高功率电源4用于对容纳在模块中的加热电阻器(未示出)供电。如在图2的架构中可看到的，仅仅电压发生器4中的接地被连接到模块。此外，模块的数据输入LIN由电压发生器3及发生器4的接地供电。因此，这样的架构不能用于符合上述规范的、需要用于各供电网的两个不同接地的12伏/48伏装置。此外，发生器4的接地电缆失去指模块2不再能通过它的数据输入LIN通信。
图3示意性地例示了用在电动机动车辆中的电气或者电子装置5的另一已知架构。这里，装置5通过两个连接器接口50、51以两个非常不同的电压供电，一个电压是大约12伏的低第一电压，表示为电压发生器3，而另一电压是大约400伏的非常高的第二电压，表现为电压发生器6。为安全的目的，该类型的装置5有必要必须包括分隔变压器52，以在12伏电源和400伏电源之间形成电化绝缘。
类似架构可用于产生与前述规范兼容的12伏/48伏电气或者电子装置。然而，这种方案由于使用了分隔变压器而是花费大且庞大的，并且实施起来仍较复杂。
发明内容
本发明目的在于通过提出一种电气或者电子装置的简单架构来减轻以上缺陷，该电气或者电子装置带有例如12伏/48伏的两个供电电压，其符合规范中关于设置两个接地端子的要求，并且使得可以满足上述两个测试中的至少一个测试。
本发明通过提出一种电气或者电子装置满足这一目的，该电气或者电子装置适于在操作中以第一电网产生的第一电压值供电并且以第二电网产生的且比第一电压值高的第二电压值供电，该装置包括：
-第一连接器接口，所述第一连接器接口适于在标准链接状态下被连接到第一电网的接地导体和电压导体；
-第二连接器接口，所述第二连接器接口适于在标准链接状态下被连接到第二电网的接地导体和电压导体；
每个连接器接口均包括接地连接，并且两个连接器接口的所述接地连接被连接在一起以形成公共地(commonground)；并且
-串联插入在公共地上的至少一个开关模块，该开关模块能够跟随所述第一或者第二接口的变化而切换到断开位置。
标准链接状态应该理解为指装置的正常操作、即连接器接口到两个电网的通常连接所需的联接。
根据其它特别有利的可能特征：
-开关模块能够在第二电网的接地导体失去(loss)的情况下切换到断开位置；
-在本示例中，开关模块能够包括串联在公共地上的正系数电阻器；
-作为变型，所述开关模块包括由适于测量在公共地上流动的电流的一电流测量电路控制的晶体管；
-开关模块可以能够在第一连接器接口的全部输入/输出连接在一起时切换到断开位置；
-开关模块在本示例中能够包括由第一电网供给电压的MOSFET晶体管；
-开关模块关联于非回流(non-return)二极管，该非回流二极管适于在开关模块处于断开位置时防止任何电流朝向第一连接器接口流动。
附图说明
本发明及其带来的优点根据以下结合附图关于本发明非限制性示例性实现的描述将更好地理解，其中：
图1如上所述示意性地例示了用于前述规范148所规定的12伏/48伏装置的漏电流测量测试的等效电路；
图2如上所述示意性地示出了用于使用12伏电源电压的装置的已知架构；
图3如上所述示意性地示出了用于使用12伏电源电压和400伏电源电压的装置的已知架构；
图4示意性地示出了依照本发明的带有例如12伏/48伏的两个供电电压的电气或者电子装置的示例性架构。
具体实施方式
图4以双12伏/48伏电源的非限制性情形表示了根据本发明的可能实施方式的电气或者电子装置7。装置7以它的使用状态示出，即装置7正在从12伏的第一网络(以电压发生器3表示)接收12伏的第一供电电压以及从48伏的第二网络(以电压发生器8表示)接收典型地大约48伏的更高第二供电电压。为此，装置7包括：
-第一连接器接口70，该第一连接器接口70适于连接到电压发生器3的两个端子，也就是说，在实践中，连接到12伏的第一网络的接地导体GND_12和12伏的电压导体；
-第二连接器接口71，该第二连接器接口71适于连接到电压发生器8的两个端子，也就是说，在实践中，连接到48伏的第二网络的接地导体GND_48和48伏的电压导体。
在装置7内，两个连接器接口70和71的接地连接被连接到一起，以形成公共地。在装置7内，两个连接器接口70和71的接地连接被连接到一起，以形成公共地。
在两个连接器接口70、71之间，装置7优先地包括用于消除可能的电压变化的EMC(电磁兼容性)过滤模块72以及整合了装置专用功能性的12伏/48伏接口模块73。例如，如果装置7是附加的加热器，则模块73将包括管理部件和接口以及加热电阻器。
装置7进一步包括第一开关模块74，第一开关模块74串联插入在连接连接器接口70、71的两个接地连接的公共地上，只要通过第一开关模块74的电流低于大约近似200mA的阈值，则第一开关模块74能够被控制在接通位置，并且如果通过第一开关模块74的电流超过所述阈值，则切换到断开位置。
第一开关模块74能够通过典型地由放大器和比较器组成的电流测量电路与被控制以在电流测量电路检测到比阈值高的电流时立即断开电路的MOSFET晶体管的结合制成。
作为变型并且优先地，开关模块74将由如果通过电阻器的电流比阈值高得多则具有无穷值的可重设熔断器组成，例如正温度系数电阻器或者PTC电阻器。
第一开关模块74的存在允许装置7满足接地电缆GND_48的失去测试。实际上，如果接地电缆GND_48切断，则强电流将穿过公共地并且引起开关74断路。
装置7进一步包括也串联在公共地上的关联于非回流二极管76的第二开关模块75。第二开关模块是例如由12伏网络供电的MOSFET晶体管，也就是说，该MOSFET晶体管的源极S和漏极D分别连接到连接器模块70的接地连接和连接器模块71的接地连接，并且该MOSFET晶体管的栅极G接收12伏电压。在正常操作中，该MOSFET晶体管通常在接通位置，然后其栅极和源极之间的电压VGS则等于12伏。二极管76会将它的部分上将电流沿12伏方向传送到12V/48V接口模块73。
第二开关模块75的益处在于，它允许装置7满足漏电流测量测试。实际上，在执行这一测试(根据图1的电路图)时，第一连接器接口70的全部输入/输出连接在一起，从而电压VGS为零，即使施加由测试规定的70伏电压也是如此，并且导致晶体管切换到它的断开位置。非回流二极管76在它的部分上确保没有电流能够在另一方向上流动，也就是说，从第二连接器接口71向第一连接器接口70流动。
根据以上所述，先前说明的两个开关模块74、75均能够跟随第一或者第二接口的链接状态的变化而切换到断开位置：特别地，对于漏电流测量测试，连接器接口70的连接相对于正常操作被改变，因此开关模块75接通。类似地，接地电缆GND_48的失去(断开或电缆损伤)构成第二连接器接口71的正常链接状态的变化，从而导致开关模块74的接通。
装置7当然能够包括这些开关模块中的仅一个开关模块，而不偏离本发明范围。
在任何情况下，所获得的装置解决了规范148的各款要求，但其结构简单、花费不多并且体积较小。
虽然已经在机动车辆领域的12伏/48伏应用的情形下描述了本发明，但本发明在其中装置要求具有所谓安全电压值的双电源的所有情况中会是有价值的。

Claims (8)

1.一种电气或者电子装置(7)，所述电气或者电子装置适于在操作中被供给由第一电网(3)产生的第一电压值、和由第二电网(8)产生的且比所述第一电压值高的第二电压值，所述装置包括：
-第一连接器接口(70)，所述第一连接器接口适于在标准链接状态下被连接到所述第一电网(3)的接地导体(GND_12)和电压导体；
-第二连接器接口(71)，所述第二连接器接口适于在所述标准链接状态下被连接到所述第二电网(8)的接地导体(GND_48)和电压导体；
每个连接器接口均包括接地连接，并且两个连接器接口(70、71)的接地连接被连接在一起以形成公共地；和
-串联插入在所述公共地上的至少一个开关模块(74、75)，所述开关模块能够跟随所述第一接口或者所述第二接口的变化而切换到断开位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关模块(74)能够在所述第二电网(8)的接地导体(GND_48)的失去的情况下切换到断开位置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关模块(74)包括串联在所述公共地上的正系数电阻器。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关模块(74)包括由适于测量所述公共地上流动的电流的一电流测量电路控制的晶体管。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关模块(75)能够在所述第一连接器接口的全部输入/输出连接在一起时被切换到断开位置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述开关模块(75)包括由所述第一电网(3)供电的MOSFET晶体管。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的装置，其特征在于，所述开关模块(75)关联于非回流二极管(76)，所述非回流二极管适于在所述开关模块(75)处于所述断开位置时防止任何电流朝向所述第一连接器接口(70)流动。
8.根据先前权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一电压值是12伏，并且所述第二电压值是48伏。
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