CN112334364A

CN112334364A - 特别用于机动车辆的电气系统

Info

Publication number: CN112334364A
Application number: CN201980043728.3A
Authority: CN
Inventors: L.多门格; H.伊哈达登; R.菲利普
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-02-05
Also published as: EP3814175B1; FR3083187A1; KR102459722B1; JP2021528316A; JP7110411B2; ES2926367T3; FR3083187B1; KR20210013186A; WO2020002672A1; EP3814175A1

Abstract

本发明涉及一种特别用于机动车辆的电气系统(10)，其包括：第一电子电路(12)，其具有第一接地(GND1)并在第一电源端子(B1)处由第一电压(V1)供电；第二电子电路(14)，其具有与第一接地(GND1)分开的第二接地(GND2)，并且在第二电源端子(B2)处由不同于第一电压(V1)的第二电压(V2)供电；和电容元件(20)，其将第一电子电路(12)的第一电势点(A)连接到第二电子电路(14)的第二电势点(B)。

Description

特别用于机动车辆的电气系统

技术领域

本发明涉及一种电气系统，其特别是用于机动车辆。

背景技术

本发明尤其涉及配备有集成电气系统的旋转电机。具体地，特别是在机动车辆中，存在越来越多的所谓的高压(例如48V)电子设备。这种类型的高压设备通常连接到被以低电压(通常为12V)供电的一个或多个传感器。

因此，在机动车辆的电子设备中，越来越多地存在低压部分和高压部分之间的共存，所述低压部分通常连接到从车辆供给12伏电压的电路，并且高压部分通常连接到从车辆供给48V或更高电压的电路。

在这种情况下，所谓的“LV148”标准规定保持70伏的电压，以使得在低压电路(通常为12V)和高压电路的两个接地之间的漏电流小于1μA。

为了满足该要求，已知将电流隔离用于模拟和数字信号。

但是，这种隔离比较昂贵。

发明内容

因此，本发明提出提供一种用于纠正该问题的电气系统。

为此，本发明的一个目的是一种电气系统，其特别是用于机动车辆，该电气系统性包括：

-第一电子电路，其具有第一接地，并且在第一电源端子处被第一电压供电，

-第二电子电路，其具有与第一接地分开的第二接地，并且在第二电源端子处被不同于第一电压的第二电压供电，

-电容元件，其将第一电子电路的第一电势点连接到第二电子电路的第二电势点。

换句话说，所述电容元件被布置在其电势即电压不同的两个点之间。

有利地，这种电气系统使得可以省去通常使用的电流隔离，而用电容性隔离代替，从而降低了生产成本，特别是在电气系统中的温度测量的情况下。

根据本发明的电气系统还可包括以下一个或多个特征，这些特征可单独考虑或以任何技术上可行的组合考虑：

·当在与第一电路12的第一电源端子相连的第一接地和与第二电路14的第二电源端子相连的第二接地之间施加基本等于或等于70V的电压时，在第一电路和第二电路之间测得的泄漏电流小于1μA；和/或

·第二电压大于或等于第一电压；和/或

·第一电压在3V至40V之间，并且第二电压在20V至70V之间；和/或

·电容元件的电容在1到4.7μF之间；和/或

·RNS电气系统还包括电阻随温度而变化的可变电阻器，所述可变电阻器被串联布置在电容元件和第二接地之间；和/或

·所述电气系统还包括温度测量装置，该温度测量装置包括：电压发生器，采集装置，计算单元和第一电阻器，所述第一电阻器的第一电端子连接到电压发生器的端子，并且所述第一电阻器的第二电端子连接到第一电子电路的第一电势点，其中：

ο电压发生器被配置为在第一电阻器的第一端子上发出周期性信号，

ο采集装置被配置为对存在于输入端子上的电势进行周期性采样，所述输入端子连接到第一电子电路的第一电势点，并且

ο计算单元被配置为从采集装置采集的样本中估计温度；

和/或

·在第一电阻器的第一端子上发出的周期性信号是周期性电压；和/或

·在采集装置的输入端子上的电势是电压；和/或

·在所述电气系统中，当所述电气系统运行时，第一电子电路的第一接地电连接到第二电子电路的第二接地，优选地仅通过电缆进行连接；和/或

·电压发生器被配置为发出方波信号；和/或

·电压发生器被配置为发出占空比大于或等于40％且小于或等于60％的信号；和/或

·温度测量装置还包括滤波装置，所述滤波装置被布置和配置为：在采集装置对存在于第一电子电路的第一电势点处的电势进行采样之前，所述滤波装置对所述电势进行滤波，所述滤波装置包括：

ο第二电阻器，其连接在第一电子电路的第一电势点和采集装置的输入端子之间，

ο串联连接的第一滤波电容器和第一开关，所述第一滤波电容器和第一开关的串联组合被并联布置在采集装置的输入端子与第一接地之间，

ο串联连接的第二滤波电容器和第二开关，所述第二滤波电容器和第二开关的串联组合被并联布置在采集装置的输入端子与第一接地之间，

ο所述第一和第二开关的断开或接通状态由电压发生器发出的方波信号控制，当第二开关接通时，第一开关断开，以及反之。

附图说明

通过阅读以非限制性示例的方式给出并结合以下附图例示的实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。

-图1示出了根据本发明第一实施例的电路图；

-图2显示了例示图1中的电气系统的运行的时序图；

-图3示出了根据本发明第二实施例的电路图；

-图4示出了一个时序图，该时序图例示了在第一接地和第二接地之间存在噪声，并且例示了该噪声对图1中的电气系统的运行的影响；和

-图5示出了一个时序图，其示出图3中的电气系统的滤波装置的操作。

在附图中，相似元件由相同附图标记表示。此外，为了给出易于理解本发明的视图，各种元件不一定按比例显示。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的电气系统的第一实施例，其特别是用于机动车辆。

电气系统10包括第一电子电路12，所述第一电子电路12具有第一接地GND1并且在第一电源端子B1处被第一电压V1供电。

电气系统10还包括第二电子电路14，所述第二电子电路14具有第二接地GND2并且在第二电源端子B2处被第二电压V2供电。

第一电子电路12的第一接地GND1与第二电子电路14的第二接地GND2分开。

此外，第二电压不同于第一电压。例如，第二电压V2大于或等于第一电压V1。

优选地，第一电压V1在3V至40V之间，第二电压V2在20V至70V之间。在附图所示的示例中，第一电压V1为大约12V，第二电压V2为大约48V。

根据本发明，所述电气系统有利地包括电容元件20，其将第一电子电路12的第一电势点(标示为A)与第二电子电路14的第二电势点(标示为B)连接。

电容元件20优选地具有在1和4.7μF之间并且优选地在1和2.2μF之间的电容。电容元件20的这种特定大小使得可以保证：当在连接到第一电子电路12的第一端子的第一接地与连接到第二电子电路14的第二端子的第二接之间在施加基本上等于70V的电压时，在第一电路12的第一接地与第二电路14的第二接地之间测得的泄漏电流小于1μA。电气系统10因此符合LV148标准的E48-20测试。

此外，可以通过一种测量方法容易地测量这种电气系统的泄漏电流，其中，当在连接到第一电路12的第一端子的第一接地与连接到第二电路14的第二端子的第二接地之间施加基本上等于70V的电压之后，在第一电子电路12和第二电子电路14之间测量泄漏电流。所述电气系统还有利地包括电阻随温度而变化的可变电阻器30。该可变电阻器30经由其一个端子电连接至第二电子电路14的第二电势点，并且经由其另一端子电连接至第二电路14的第二接地GND2。换句话说，所述可变电阻器30连接在电容元件20与第二电路14的第二接地GND2之间。

在这里描述的示例中，所述可变电阻器30是NTC(负温度系数)热敏电阻，其电阻R30随着温度升高而减小，以及反之。

作为变型，所述可变电阻器30可以是PTC(正温度系数)热敏电阻，其电阻随着温度升高而增大，以及反之。

有利地，根据本发明的电气系统10还包括温度测量装置40。温度测量装置40包括电压发生器42、采集装置44和具有值R46的电阻器46。电阻器46具有连接到电压发生器42的端子的第一电端子C和连接到第一电子电路12的第一电势点A的第二电端子D。

电压发生器42优选地被配置为在电阻器46的第一端子C上发出周期性信号。

在这里描述的示例中，在电阻器46的第一端子C上发出的所述周期性信号是周期性电压。

如图2所示，电压发生器42优选地被配置为发出具有周期T₀的方波信号，从而使得可以简化待处理信号的形状。

优选地，采集装置44被配置为对在与第一电子电路12的第一电势点A相连的电阻器46的第二端子D处的模拟信号进行采样。例如，在第二端子D处的模拟信号对应于在这一点D上存在的电势，即电压。

优选地，采集装置44被配置为：当电压发生器42发出的信号是周期性信号时，以是该信号的周期T₀的一半的采样频率T1对电阻器46的第二端子D处的模拟信号进行采样。

优选地，通过将微控制器μC的通用输入/输出GPIO端口和缓冲级放大器48串联布置来形成电压发生器42，该GPIO端口被配置为输出端口，在该输出端口上发出由缓冲级放大器48放大的二进制数字信号。换句话说，存在于缓冲级放大器48的输出上的电压包括周期为T₀的方波周期信号发展。缓冲级放大器48还使得能够避免第一电端子C处的任何负载波动干扰到由微控制器的μC的GPIO端口发出的信号的频率。

优选地，采集装置44由模数转换器形成。在此处描述的示例中，模数转换器已集成到微处理器μC中，并且可通过所谓的A/D或ADC(模数转换器)输入进行访问。

在图中描述的示例中，但不限于此地，由GPIO端口发出的数字二进制信号具有3.3V的高电平幅值，和0V的低电平时幅值，而在缓冲级放大器48的输出处的方波周期信号具有在0至5V之间变化的幅值。

当电气系统10运行时，第一电子电路12的第一接地电连接到第二电子电路14的第二接地，优选仅通过电缆进行连接。

当电压发生器42在电阻器46的第一端子C上发出周期性信号时，在所述第一和第二接地之间的连接阻抗Z优选地相对于可变电阻器30的阻抗R30且相对于电阻器46的阻抗R46可以忽略不计。

因此，当电气系统10运行时，与使用变压器相比，本发明的优点在于仅使用一根导线来形成可变电阻器30与采集装置44之间的电连接，通过前述的在第一电子电路12的第一接地与第二电子电路14的第二接地形成接地回路。

有利地，电压发生器42被配置为发出占空比大于或等于40％且小于或等于60％、优选基本等于50％的信号。因此，温度测量可以从模拟信号(即，参考图2由采集装置44采集的在点D处的电势或电压)的高状态和低状态之间的测量得出。

优选地，由电容元件20、可变电阻器30和电阻器46形成的RC电路的时间常数(电容器20的值与电阻器30、46之和的乘积)远大于电压发生器42发出的(即在所述示例中，在缓冲级放大器48的输出处发出的)方波信号的半周期。

在这些条件下，RC电路充当RC积分器电路。在稳态下，电容元件20的两端具有恒定电压，该恒定电压等于电压发生器42发出的信号的平均值V_av。

举例来说，图2示出了对于具有下列值的元件形成的RC电路，当温度测量装置40如图1所述并且电压发生器42发出T₀＝0.2ms的方波周期信号时，所考虑的信号的形状：

·在25℃的温度下，R30＝10kΩ，

·R46＝10kΩ，并且

·C20＝1μF。

在图2所示的示例中，在电压发生器42的输出处的方波周期信号的幅值在0到5V之间变化。

图2还示出了在第一电子电路12的第一电势点A处存在的对应电压。

RC电路的时间常数t_au为0.02s，远大于激励该RC电路的信号的0.2ms的周期T0。此外，在点C处存在的电压的平均值为V_av＝2.5V。

在稳态下，电阻器30和46形成分压器桥。

此外，在图2中描述的示例中，采集装置44被配置为以等于由电压发生器42发出的信号的周期T₀的一半的采样周期T₁对点A处的模拟信号进行采样。因此，采样装置44采样的样本E_max和E_min分别具有值V_max和V_min。

而且，电势差V_max-V_min取决于可变电阻器30的值R30，该值本身取决于可变电阻器30周围的温度。

因此，电势差Vmax-Vmin取决于可变电阻器30周围的温度，该关系能够在包含两列的对应表中进行说明。第一列列出了V_max-V_min的可能值，并且第二列列出了可变电阻器30周围的温度，这些温度与第一列中列出的V_max-V_min的值相对应。

因此，在该示例中，温度测量设备40的微控制器μC在其输入A/D上连续接收样本E_max和E_min，计算它们之间的差，并通过使用对应表来计算电阻器30周围的温度。

在上述示例中，微控制器μC使用差E_max-E_min来确定电阻器30周围的温度。作为变型，微控制器μC可以仅使用样本E_max或仅使用样本E_min来确定电阻器30周围的温度。

根据图3所示的第二实施例，电气系统10还包括滤波装置50，该滤波装置50被布置和配置为在采集装置44对点A处存在的模拟信号采样之前，对所述模拟信号进行滤波。

在这里描述的示例中，在点A处存在的模拟信号是相对于第一接地GND1的电势，即电压。

由于采集装置44的采样时间通常为约几微秒，因此在存在高频噪声的情况下，方波图案的测量时间对测量的精度有很大影响。例如，该噪声可能因电气系统的电力开关操作而产生。

如图4a所示，该噪声被表示为存在于第一接地GND1和第二接地GND2之间的波动电压VF，并且可以被建模为存在于第一接地GND1和第二接地GND2之间的电压源SB。这种噪声给方波信号增加了高振幅峰值(见图4b)，有时会在同步循环中出现。尽管噪声平均为零，但是如果开关噪声的时间模式与样本E_max和/或E_min的采集时间同步，则温度测量装置40确定的电阻器30周围的温度将具有偏差。

此外，由于噪声的时间模式不是对称的，因此在样本E_max和E_min上产生的偏差将是不相同的。

噪声的这些特征意味着难以通过对样本E_max和E_min进行简单的连续滤波来获得噪声的零平均值。

图3所示的滤波装置50包括：

-电阻R2，其连接在第一电子电路12的第一电势点A和采集装置44的输入端子A/D之间。

-串联连接的第一滤波电容器C21和第一开关I1，第一滤波电容器C21和第一开关I1的串联组合被并联布置在采集装置44的输入端子(称为A/D)与第一接地GND1之间，

-串联连接第二滤波电容器C22和第二开关I2，第二滤波电容器C22和第二开关I2的串联组合被并联布置在采集装置44的输入端子(称为A/D)与第一接地GND1之间，

此外，第一和第二开关的断开或接通状态由电压发生器42发出的方波信号来控制，当第二开关I2接通时，第一开关I1断开，以及反之。

开关I1和I2的接通和断开相对于电压发生器42发出的方波信号的这种同步分别通过两个用于控制开关I1和I2的逻辑门来实现。

第一逻辑门LO1是使电压发生器发出的信号反相的反相逻辑门。第二逻辑门LO2是具有输入和输出的逻辑门，该逻辑门LO2将其输入上可用的信号复制到其输出上。因此，在这里描述的示例中，当电压发生器42发出的方波信号取其最大值时，第一开关断开，而第二开关接通。

开关I1和I2可例如是晶体管，例如MOSFET晶体管或双极型晶体管，其由电压发生器42通过逻辑门LO1和LO2发出的信号来控制。

在这些条件下，所述两个RC电路充当两个所谓的RC积分器电路，它们在采集装置44根据电压发生器42发出的信号对点A处存在的电势采样之前，对所述电势进行交替滤波。

因此，在稳态下，电容器C21充电至电压V_min，而电容器C22充电至电压V_max。

换句话说，当微控制器μC的GPIO输出端口上发出的二进制数字二进制信号取高值时，则开关I2接通，而开关I1断开，并且采集装置44对电容器C22的两端上存在的电势进行采样。

同样，当在微控制器μC的GPIO输出端口上发出的二进制数字二进制信号取低值时，则开关I2断开，而开关I1接通，并且采集装置44对电容器C21的两端上存在的电势进行采样。

作为示例，以下值可以用于形成图3所示的滤波装置50：

·C21＝C22＝1μF，并且

·R2＝10kΩ。

由电容元件C21和电阻器R2形成的RC电路具有大于或等于10ms的时间常数(电容器21的值与电阻器R2的值的乘积)和小于或等于100Hz的截止频率。

此外，由滤波元件C22和电阻器R2形成的RC电路具有与由滤波元件C21和电阻器R2形成的RC电路相同的时间常数和相同的截止频率。

因此，滤波装置50被配置为具有远低于临界滤波频率的截止频率和非常高的时间常数，以便获得令人满意的噪声积分，所述临界滤波频率为10kHz。

因此，可以在与采集装置44所采集的信号的高状态和低状态相对应的非常低频率处获得滤波值，同时具有非常高的噪声衰减水平。

图5示出了使用噪声滤波装置50的优点。

曲线CO1示出了在第一电子电路12的第一电势点A处存在的电压。由于在第一接地GND1和第二接地GND2之间存在噪声，该曲线非常嘈杂。

曲线CO2示出了从采集装置44看到的电压。

这两条曲线表明，面对第一接地GND1和第二接地GND2之间存在的噪声，滤波装置的抑制是低频滤波，各部分V_max和V_min均被独立滤波。

有利地，可以在分别与电压发生器42所发出的信号的高状态和低状态相对应的连续半周期T₀/2中的任何时间采集样本E_max和/或E_min。

本发明不限于上述实施例。具体地，对于本领域技术人员显而易见的是，可以对其进行修改。

此外，所使用的术语不应被理解为限于上述实施例的元件，而是相反地应被理解为覆盖本领域技术人员可以从其常识中得出的所有等同元件。

Claims

1.一种电气系统(10)，其特别地用于机动车辆，所述电气系统(10)包括：

-第一电子电路(12)，所述第一电子电路(12)具有第一接地(GND1)，并且在第一电源端子(B1)处被第一电压(V1)供电，

-第二电子电路(14)，所述第二电子电路具有第二接地(GND2)，并且在第二电源端子(24)处被第二电压(V2)供电，所述第二电压(V2)与所述第一电压(V1)，

-电容元件(20)，所述电容元件(20)将所述第一电子电路(12)的第一电势点(A)连接到所述第二电子电路(14)的第二电势点(B)。

2.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述第二电压(V2)大于或等于所述第一电压(V1)，优选地，所述第一电压(V1)在3V至40V之间，并且所述第二电压(V2)在3V至40V之间。。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的电气系统，其中，所述电容元件(20)具有在1和4.7μF之间的电容。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电气系统，还包括电阻随温度而变化的可变电阻器(30)，所述可变电阻器(30)被串联布置在所述电容元件(20)和所述第二接地(GND2)之间。

5.根据权利要求4所述的电气系统，还包括温度测量装置(40)，所述温度测量装置(40)包括：电压发生器(42)，采集装置(44)，计算单元(μC)，和第一电阻器(46)，所述第一电阻器(46)的第一电端子(C)连接到所述电压发生器(42)的端子，并且所述第一电阻器(46)的第二电端子(D)连接到所述第一电子电路(12)的所述第一电势点(A)，其中：

-所述电压发生器(42)被配置为在所述第一电阻器(46)的第一端子(C)上发出周期性信号，

-所述采集装置(44)被配置为对存在于输入端子(A/D)上的电势进行周期性采样，所述输入端子与所述第一电子电路(12)的所述第一电势点(A)相连接，并且

-所述计算单元(μC)被配置为从所述采集装置(44)采集的样本中估计温度。

6.根据权利要求5所述的电气系统，其中，当所述电气系统(10)运行时，所述第一电子电路(12)的所述第一接地(GND1)电连接至所述第二电子电路(14)的所述第二接地(GND2)，优选仅通过电缆进行连接。

7.根据权利要求5或6所述的电气系统，其中，所述电压发生器(42)被配置为发出方波信号。

8.根据权利要求5至7中的一项所述的电气系统，其中，所述电压发生器(42)被配置为发出占空比大于或等于40％且小于或等于60％的信号。

9.根据从属于权利要求7的权利要求8所述的或根据权利要求7所述的电气系统，其中，所述温度测量装置(40)还包括滤波装置(50)，所述滤波装置(50)被布置和配置为：在所述采集装置(44)对存在于所述第一电子电路(12)的所述第一电势点(A)处的电势进行采样之前，所述滤波装置(50)对所述电势进行滤波，所述滤波装置包括：

-第二电阻器(R2)，所述第二电阻器(R2)被连接在所述第一电子电路(12)的所述第一电势点(A)和所述采集装置(44)的输入端子(A/D)之间，

-串联连接的第一滤波电容器(C21)和第一开关(I1)，所述第一滤波电容器(C21)和所述第一开关(I1)的串联组合被并联布置在所述采集装置(44)的所述输入端子(A/D)与所述第一接地(GND1)之间，

-串联连接的第二滤波电容器(C22)和第二开关(I2)，所述第二滤波电容器(C22)和所述第二开关(I2)的串联组合被并联布置在所述采集装置(44)的所述输入端子(A/D)与所述第一接地(GND1)之间，

-所述第一开关和所述第二开关的断开或接通状态由所述电压发生器(42)发出的方波信号控制，当所述第二开关接通时，所述第一开关断开，以及反之。