CN115377934A - 用于保护电容性负载的电子配电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子配电装置，其包括：用于向电容性负载供电的电导线；用于保护电容性负载的第一电子开关；用于在接通第一电子开关之前对电容性负载进行预充电的第二电子开关；与第二电子开关的第二可切换电流路径串联的电阻，其中，该串联电路与第一电子开关的第一可切换电流路径并联连接；以及控制器。该控制器设计为，在接通第一电子开关向电容性负载供电之前接通第二电子开关以便对电容性负载进行预充电，并且只有在电阻上的电压达到阈值时才接通第一电子开关。

Description

用于保护电容性负载的电子配电装置

技术领域

本发明涉及用于保护电容性负载的电子配电装置和保护电容性负载的 方法，例如用于保护车辆中的电容性负载。特别地，本发明涉及一种针对切 换到电容性负载时的起动电路(Inrush-Schaltung)或者说上电电路 (Einschalt-Schaltung)和控制器。

背景技术

例如，用于汽车领域的电子配电器，必须保护大量的负载路径。由于电 源的安全性含义，电子保护是必要的。传统的保险丝作用非常缓慢，因此不 能无反作用地断开故障。然而，接入电容性负载是有问题的。当车载电网电 压被切换到负载的输入电容时，会出现非常大的起动电流。这些起动电流可 能超过快速短路断开装置的阈值。因此，当切换到电容性负载时，MOSFET 会立即再次断开。

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现一种可靠的上电电路和控制器的设计， 其中稳定地进行电源的接通。特别地，本发明要解决的技术问题是提供一种 可靠的上电电路和控制器，其中，不会由于上电过程中短路断开装置重复响 应而导致电源持续接通和断开。

本发明基于如下构思：当车载电网电压被接通时，通过一个额外的(小 型)MOSFET(旁路MOSFET)将电容性负载短暂地(例如2ms)充电到例如2V。 2ms后，测量负载处的电压。如果该电压大于2V，说明负载没有被短路。 然后，可以通过控制器断开MOSFET的快速短路断开装置，MOSFET可以 被控制导通。然后，负载处的电压迅速上升到12V。

在本发明中描述了配电装置。配电装置是由一个或多个配电器和其他的 电子组件(例如，一个或多个电子开关和控制器)组成的装置。

配电器是一种设备或例如在印刷电路板上的装置，其中，布置有保护器 和开关元件以用于配电(主要在低压网络领域)。实际上，配电器存在于每一 个电气化的车辆或建筑中。电导线从配电器直接通向用电点，例如通向机动 车的传感器、风扇或内部照明，或通向家用电器的接线盒，通向插座，通向 建筑物的照明设备或通向下一个下级的配电器。

在本发明中描述了电子开关。电子开关，也称为模拟开关或半导体开关， 是实现机电开关功能的电子电路中的部件。场效应晶体管(FET)，例如金属 氧化物半导体场效应晶体管，和双极晶体管以及二极管可用作开关元件。在 更广泛的意义上，晶闸管和半导体继电器也可以作为电子开关使用。

在本发明中描述了金属氧化物-半导体场效应晶体管。金属氧化物半导 体场效应晶体管(MOSFET)是一种绝缘门场效应晶体管，由金属门电极、半 导体和中间的氧化物电介质组成的层堆确定，该构造方式属于具有绝缘栅极 的场效应晶体管。这代表了一种金属-绝缘体-半导体结构。在两个电端子(漏 极和源极)之间的半导体区域的电流的控制由第三端子(即，所谓的栅极)的控 制电压(栅极-源极电压)或控制电位(栅极电位)控制。它通过电介质与半导体 (因此与漏极和源极)电绝缘。

根据第一方面，该技术问题是由一种电子配电装置来实现，该电子配电 装置包括：用于向电容性负载供电的电导线；用于保护电容性负载的第一电 子开关，其中，第一电子开关在第一电子开关的第一负载端子和第二负载端 子之间具有第一可切换电流路径，并且该电导线与第一电子开关的第一负载 端子相连，第一电子开关的第二负载端子可与电源连接，以便向电容性负载 供电；第二电子开关，其用于在接通第一电子开关之前对电容性负载进行预 充电，其中第二电子开关在第二电子开关的第一负载端子和第二负载端子之 间具有第二可切换电流路径；与第二电子开关的第二可切换电流路径串联的 电阻，其中，该电阻与第二电子开关的串联电路与第一电子开关的第一可切 换电流路径并联连接；以及用于控制第一电子开关和第二电子开关的控制器， 其中该控制器被设计为用于在接通第一电子开关以向电容性负载供电之前 接通第二电子开关，以便对电容性负载进行预充电，并且仅在电阻上的电压 达到阈值时才接通第一电子开关。

这样的电子配电装置提供了可靠和稳定的电源接入。电子配电装置提供 了可靠的上电电路和控制器，在上电过程中不会因为短路断开装置的重复响 应而出现持续接通和断开电源。这大大减少了对电路元件的压力，使配电装 置稳定地运行并节约资源。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器被设计为通过从电源 经由第二电子开关的第二可切换电流路径和电阻到电容性负载的旁路电路 对电容性负载进行预充电。

这在技术上的优势是，该旁路可以用来测试电容性负载是否保持充电状 态，或者是否存在无法保持充电状态的短路。因此可以有效地确定负载路径 中是否存在短路。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，电阻上的电压阈值高于电容 性负载短路时电阻上出现的电压。

这实现了一个技术优势，即通过这样一个电压阈值的选择，可以可靠地 检测出负载路径中是否存在短路。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器被设计为当第一电子 开关被接通时，断开第一电子开关的短路断开装置。

这实现了一个技术优势，即在没有短路的情况下，可以断开短路断开装 置，以使负载能够被硬接入，从而加速启动过程。

根据该电子配电装置的一个示例性实施方式，第一电子开关的短路断开 装置在控制器中实现，并被设计为当流经第一电子开关的第一可切换电流路 径的电流达到断开阈值时断开第一电子开关。

这实现了一个技术优势，即电子配电装置符合相关的安全规定，根据该 规定，在发生短路的情况下，负载会快速有效地从电源上断开。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器被设计成当第一电子 开关被接通时，允许高于断开阈值的电流流过第一可切换电流路径。

这实现了技术上的优势，即在没有短路的情况下，电子配电装置能够快 速、安全地接入负载。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器被设计成，自第二电 子开关被接通时起，经过预定的时间后检测电阻上的电压。

这实现了一个技术优势，即通过第二电子开关可以测试电容性负载的预 充电状态。在预定的时间之后，如果负载路径中没有短路，电容性负载应该 已经呈现出能够确定的预充电状态。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器被设计为，如果在预 定时间过后，电阻上的电压仍然低于电压阈值，则使第一电子开关处于断开 状态。

这提供了一个技术上的优势，即电阻两端的电压可以用来测试负载路径 是否处于短路状态，即通过检查电阻两端的电压。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，该电压阈值低于电容性负载 的电压调节器的启动电压。

这样做的技术优势是，通过与启动电压相比较，很容易确定是否存在短 路。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，第一电子开关和/或第二电 子开关包括MOSFET晶体管。

这实现了一个技术优势，即这种电子配电装置特别容易用MOSFET来 实现，因为MOSFET晶体管是标准元件，可以低成本获得。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器包括专用集成电路， 即ASIC，特别是电子保险丝ASIC，即eFASic。

这实现了技术上的优势，即控制器通过ASIC具有快速的响应时间，并 且易于编程，并且也易于再次再编程。

根据电子配电装置的一个示例性实施方式，该控制器被设计为基于对第 一电子开关和第二电子开关的控制来控制车载电网电压接入到电容性负载。

因此，实现的技术优势是，这样的电子配电装置有效地防止了电源的重 复接通和断开，从而稳定地接入了负载。

根据第二方面，该技术问题通过一种电子配电装置得到解决，包括：用 于向电容性负载供电的电导线；用于保护电容性负载的电子开关，其中，该 电子开关在第一负载端子和第二负载端子之间具有可切换电流路径，并且电 导线与第一负载端子相连，第二负载端子可与电源相连，以向电容性负载供 电；以及用于控制电子开关的控制器，该控制器包括短路断开装置，其被设 计为在流经电子开关的可切换电流路径的电流达到断开阈值时断开电子开 关，并在断开后再次接通电子开关，从而逐级地对电容性负载充电，其中， 该控制器被设计为用于检测电容性负载上的电压，并在检测到的电容性负载 上的电压达到阈值时接通该电子开关。

这样的电子配电装置提供了可靠和稳定的上电电路。电子配电装置提供 可靠的上电电路和控制器，其中，电路元件的压力大大降低。与根据第一方 面的电子配电装置相比，这里节省了额外的电子元件，如第二电子开关和电 阻。

根据按照第二方面的电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器被设 计为在达到电子开关的断开阈值后的预定时间后再次接通电子开关。

这实现了一个技术优势，即电容性负载被逐步预充电，以测试负载路径 中是否存在短路。

根据按照第二方面的电子配电装置的一个示例性实施方式，在电容性负 载上的电压的阈值高于在电容性负载短路时建立在电容性负载上的电压。

这实现了一个技术优势，即可以有效地检测出负载路径中是否存在短路。

根据根据第二方面的电子配电装置的一个示例性实施方式，控制器被设 计为在电子开关被接通时断开电子开关的短路断开装置。

这实现了一个技术优势，即在负载路径没有短路的情况下，可以非常迅 速地接入负载，也就是将负载连接到电源上。

根据第三方面，该技术问题通过一种用于保护通过电导线连接到电子配 电装置的电容性负载的方法得到解决，该电子配电装置包括：第一电子开关， 在第一电子开关的第一负载端子和第二负载端子之间具有第一可切换电流 路径，其中，电导线与第一电子开关的第一端子相连，而第一电子开关的第 二端子与电源相连，用于向电容性负载供电；第二电子开关，在第二电子开 关的第一负载端子和第二负载端子之间具有第二可切换电流路径；与第二电 子开关的第二可切换电流路径串联的电阻，其中，该电阻与第二电子开关的 串联电路与第一电子开关的第一可切换电流路径并联；该方法包括以下步骤： 在接通第一电子开关之前接通第二电子开关，以对电容性负载进行预充电； 检测电阻两端的电压；以及当检测到的电阻两端的电压达到阈值时，接通第 一电子开关。

这种方法提供了可靠和稳定的电源接入。该方法提供了一种可靠的上电 电路和控制器，其中，不存在由于上电过程中短路断开装置的重复响应而导 致的电源的持续接通和断开。这大大减少了对电路元件的压力，从而实现了 稳定和节省资源的操作。

根据第四方面，该技术问题通过一种用于保护通过电导线连接到电子配 电装置的电容性负载的方法得到解决，该电子配电装置包括：电子开关，在 第一负载端子和第二负载端子之间具有可切换电流路径，其中电导线连接到 第一负载端子，而第二负载端子连接到电源，以向电容性负载供电；该方法 包括以下步骤：当流经电子开关的可切换电流路径的电流达到断开阈值时， 逐步断开第一电子开关，并在断开后再次接通电子开关，以逐级地给电容性 负载充电；检测电容性负载上的电压；以及当检测到的电容性负载上的电压达到阈值时接通电子开关。

这种方法使电源能可靠和稳定地接入。该方法提供了可靠的上电电路和 控制器，并大大降低了电路元件的压力。与根据第三方面的方法相比，这里 节省了额外的电子元件，如第二电子开关和电阻。

根据本发明的第五方面，该技术问题由一种计算机程序解决，该计算机 程序包括用于在控制器上执行根据第三或第四方面的方法的程序代码，该控 制器特别是根据第一或第二方面的电子配电装置的控制器。

这实现的技术优势是，计算机程序可以简单地在控制器上执行。

附图说明

下面将参照实施例和附图对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示出了通过重复连接电子开关将电容性负载连接到车载电网电压 时的电流曲线的示意图；

图2示出了通过重复连接电子开关将电容性负载连接到车载电网电压 时的电容性负载的电压曲线的示意图，在达到电压阈值后没有硬导通；

图3示出了根据本发明的第一方面的电子配电装置100的示意图；

图4示出了根据本发明的第一方面的电子配电装置200的一个实施例的 示意图；

图5a示出了当通过电子配电装置200成功接入电容性负载而负载支路 中没有短路时，电容性负载的电流曲线500a的示意图；

图5b示出了当通过电子配电装置200成功接入电容性负载而负载支路 中没有短路时，电容性负载的电压曲线500b的示意图；

图6a示出了当通过电子配电装置200接入电容性负载而负载支路中出 现短路时，电容性负载的电流曲线600a的示意图；

图6b示出了当通过电子配电装置200接入电容性负载而负载支路中出 现短路时，电容性负载的电压曲线600b的示意图；

图7示出了根据本发明的第二方面的电子配电装置700的示意图；

图8示出了根据本发明的第三方面的用于保护电容性负载的方法800的 示意图；以及

图9示出了根据本发明的第四方面的用于保护电容性负载的方法900的 示意图。

在下面的详细描述中，参考了构成本文一部分的附图，其中通过说明的 方式示出了本发明的具体实施方式。可以理解的是，在不背离本发明概念的 情况下，可以使用其他的实施方式，也可以进行结构或逻辑上的改变。因此， 下面的详细描述不应理解为是限定性的。可以进一步理解的是，本文所述的 各种实施方式的特征可以相互结合，除非特别说明。

将参照附图描述这些方面和实施方式，其中类似的附图标记一般指的是 类似的元素。在下面的描述中，为了提供对本发明的一个或多个方面的深入 理解，列出了许多具体的细节，以达到解释的目的。然而，对于本领域的技 术人员来说，一个或多个方面或实施方式可以用较少的具体细节来体现。在 其他情况下，已知的结构和元素以示意图形式示出，以方便描述一个或多个 方面或实施方式。可以理解的是，在不背离本发明概念的情况下，可以使用 其它的实施方式，也可以进行结构或逻辑上的改变。

具体实施方式

图1示出了通过重复接通电子开关将电容性负载接入车载电网时的电 流曲线10的示意图。

电流曲线10示出了一些随时间变化的连续的电流斜坡。在这个例子中， 示出了八个连续的电流斜坡。这个数字通常也可能是几百或几千。

在也被称为“起动”的电流切换过程中，在这个过程中，负载被切换到 车载电网上，通过快速短路断开装置完成断开后立即被重新接入。随着每次 开关操作，部分电荷被加载到负载的电容上。因此，负载的电容器上的电压 慢慢增加。

智能场效应晶体管通常有这样的机制，即通过不断地再次接入到电容性 负载中，逐级地对负载的电容进行充电。

图1所示的电容性负载中的电流增加i(t)受到线路电感的限制。如果达 到MOSFET驱动器的断开阈值，MOSFET就会断开。随后立即重新启动。 随着每个i(t)三角形的出现，电荷被施加到电容上，电压逐级增加。

图2示出了通过重复接通电子开关将电容性负载接入车载电网电压时 的电容性负载的电压曲线20的示意图，在达到电压阈值后没有硬接通。

图2示出了电容性负载上的电压u(t)是如何随着每次接入而增加的，如 上图1所示。在大约4.5V到5.5V时，由于超过了电压调节器的启动电压， 负载的μ控制器开始启动。然而，此刻的电容是由μ控制器和负载本身加载 的。因此，电容的电压会下降。该电压可能会再次下降到调节器的工作电压 以下。根据负载的特性，包括μ控制器在内的负载可能出现不稳定的启动。 不稳定的启动(Brown-In)会导致负载的不确定特性，从而导致难以识别的错 误，而且这种错误也可能只是零星发生。

图3示出了根据本发明的第一方面的电子配电装置100的示意图。

电子配电装置100用于保护电容性负载170。电子配电装置100包括用 于向电容性负载170供电的电导线110；用于保护电容性负载170的第一电 子开关120；用于给电容性负载170预充电的第二电子开关130；电阻160 以及控制器140。

第一电子开关120在第一电子开关120的第一负载端子121和第二负载 端子122之间具有第一可切换电流路径125。电导线110与第一电子开关120 的第一负载端子121相连。第一电子开关120的第二负载端子122可连接到 电源150，例如电气化车辆的车载电网，以向电容性负载170供电。

第二电子开关130用于在接通第一电子开关120之前对电容性负载170 进行预充电。第二电子开关130在第二电子开关130的第一负载端子131和 第二负载端子132之间具有第二可切换电流路径135。

电阻160与第二电子开关130的第二可切换电流路径135串联。电阻 160与第二电子开关130的串联电路与第一电子开关120的第一可切换电流 路径125并联。

控制器140设计为控制第一电子开关120和第二电子开关130。

控制器140被设计为在接通第一电子开关120以向电容性负载170供电 之前接通第二电子开关130，以便对电容性负载170进行预充电，并且仅在 电阻160上的电压达到阈值时才接通第一电子开关120。

例如，控制器140被设计为通过从电源150经由第二电子开关130的第 二可切换电流路径135和电阻160到电容性负载170的旁路电路对电容性负 载170进行预充电。

例如，电阻160上的电压阈值高于在电容性负载170短路时电阻160上 产生的电压。

例如，控制器140被设计为在第一电子开关120被接通时断开第一电子 开关120的短路断开装置。

第一电子开关120的短路断开装置例如在控制器140中实现，并且可以 被设计为，例如，当流经第一电子开关120的第一可切换电流路径125的电 流达到断开阈值时，断开第一电子开关120，例如，对应于上述图1和图2 的电流和电压曲线。

控制器140可被设计为当第一电子开关120被接通时，允许高于断开阈 值的电流流经第一可切换电流路径125，如图5a中所示。

控制器140可以被设计为，自第二电子开关130被接通时起，经过预定 的时间后检测电阻160上的电压。

控制器140可被设计为，如果在预定时间过去后，电阻160上的电压仍 低于电压阈值，则将第一电子开关120保持在断开状态。

例如，电压阈值可以低于电容性负载170的电压调节器的启动电压。

在图4中更详细地示出的电子配电装置100的一个实施方式中，第一电 子开关120和/或第二电子开关130包括MOSFET晶体管220、230。

在图4中更详细示出的电子配电装置100的一个实施方式中，控制器 140包括专用集成电路(ASIC)，例如电子保险丝ASIC，在此也被称为eFASic 240。

控制器140被设计为，例如，根据第一电子开关120和第二电子开关 130的调控来控制车载电网电压接入到电容性负载170。

图4示出了根据本发明的第一方面的电子配电装置200的一个实施例的 示意图。

电子配电装置200用于保护电容性负载170。电子配电装置100包括用 于向电容性负载170供电的电导线110；用于保护电容性负载170的第一电 子开关120，在本实施例中实现为第一MOSFET 220；用于对电容性负载170 进行预充电的第二电子开关130，在本实施例中实现为第二MOSFET 230； 电阻160；以及控制器140。

第一电子开关120在第一负载端子121(例如第一MOSFET 220的漏极 或源极)和第二负载端子122(例如第一MOSFET 220的源极或漏极)之间具有 第一可切换电流路径225，例如第一MOSFET的n通道或p通道。电导线 110连接到第一MOSFET 220的第一负载端子121。第一MOSFET 220的第 二负载端子122可连接到电源150，例如电气化车辆的车载电网，以向电容 性负载170供电。

第二MOSFET 230用于在第一MOSFET 220接通之前对电容性负载170 进行预充电。第二MOSFET 230在第二MOSFET 230的第一负载端子131(例 如漏极或源极)和第二负载端子132(例如源极或漏极)之间具有第二可切换电 流路径235，例如第二MOSFET 230的n通道或p通道。

电阻160与第二MOSFET 230的第二可切换电流路径235串联。电阻 160与第二MOSFET 230的串联电路与第一MOSFET 220的第一可切换电流 路径125并联。

控制器140用于控制第一MOSFET 220和第二MOSFET 230。

控制器140被设计为在接通第一MOSFET 220以向电容性负载170供 电之前接通第二MOSFET 230，以便对电容性负载170进行预充电，并且仅 在电阻160上的电压达到阈值时才接通第一MOSFET 220。

在这个实施方式中，控制器包括eFASic 242(电子保险丝-ASIC组件)， 即，被实施为电子保险丝的ASIC(专用集成电路)。eFASic 242可以相应地控 制第一MOSFET 220和第二MOSFET 230。

图5a示出了当电容性负载通过电子配电装置200成功接入而负载支路 没有短路时，电容性负载处的电流曲线500a的示意图。

在图5a的图示中，对于很短的测试时间段，例如2ms，通过例如1.5 欧姆的电阻160有限的电流流向电容性负载170(见图4)。由于接入时间短， 电阻的热负荷仍然很低。晶体管230的串联电阻也可以选择得相应地小，例 如Rdson＝10mOhm。在这个例如2ms的测试时间段501之后，可以通过 eFASic 240的驱动器241测量负载170的电压。测量负载电压的测量时间502 或测量时间段502显示在电流曲线500a中。如果该电压高于0V，则说明负 载或负载电路没有短路。应选择要达到的电压阈值510，使其低于负载170 的电压调节器的启动电压，例如2V，如电压曲线500b中所示。当达到这个 例如2V的电压阈值510时，驱动器241的快速短路断开装置被断开。此后， 即对于时间503或激活时间503，开关MOSFET 220被驱动器241控制导通。

图5b示出了当电容性负载170通过电子配电装置200成功接入而负载 支路没有短路时，电容性负载的电压曲线500b的示意图。电压曲线500b和 相关的电流曲线500a示出了在成功接入而负载支路没有短路的情况下，在 所述的起动控制器下的特性。通过经由晶体管230和电阻160的旁路支路(见 图4)，负载170的电容可以被充电到与高于电压阈值510(例如2V)的电压相 对应的数值，因为没有短路会阻止负载170的这种充电。因此，快速过流断 开装置可以被控制器240停用，并且控制器240使硬接入能够实现。在电流 曲线500a中，起动电流或上电电流上升到一个否则会被过流断开装置所阻 止的较高的值，而电压迅速上升到例如12V的车载电压，如电压曲线500b 所示。

图6a示出了当电容性负载通过电子配电装置200接入并且在负载支路 中出现短路或负载支路的不允许的低阻抗时，电容性负载处的电流曲线的示 意图600a。

如上文对图5a的描述，对于很短的测试时间段501，例如2ms，通过例 如1.5欧姆的电阻160的有限的电流流向电容性负载170(见图4)。在这个例 如2ms的测试时间段501之后，可以通过eFASic 240的驱动器241测量负 载170的电压。测量负载处电压的测量时间502显示在电流曲线500a中。 如果该电压低于之前描述的电压阈值510，例如2V，如电压曲线600b所示， 则控制器240检测到负载支路的短路或负载支路的不允许的低阻抗。因此，驱动器241的快速短路断开装置没有被停用，而是保持接通状态，在接下来 的时间间隔503或激活时间503，开关MOSFET 220没有被驱动器241控制 导通，而是保持在阻断状态。由于旁路电荷没有在负载支路上建立电压，所 以开关晶体管220没有硬导通。

图6b示出了当电容性负载通过电子配电装置200接入并且在负载支路 中存在短路或负载支路的不允许的低阻抗时，电容性负载上的电压曲线600b 的示意。

电压曲线600b和相应的电流曲线600a显示了所述的起动控制器在负载 支路中存在短路或负载支路的不允许的低阻抗情况下的特性。通过经由晶体 管230和电阻160的旁路支路(见图4)，负载170的电容可以被充电到对应 于电压阈值510以上的电压，例如2V。然而，由于存在短路，所以对负载 170的这种充电被阻碍。因此，控制器240的快速过流断开装置仍然被激活， 并且防止了由于短路而会导致不稳定状态的硬接入。在电流曲线600a中，电流在接下来的时间间隔510中保持为零，在电压曲线600b的图示中，电 压也是如此。

图7示出了根据本发明的第二方面的电子配电装置700的示意图。

电子配电装置700用于保护电容性负载170，包括用于向电容性负载170 供电的电导线110；用于保护电容性负载170的电子开关120；以及用于控 制电子开关120的控制器140。

电子开关120在第一负载端子121和第二负载端子122之间具有可切换 电流路径125。电导线110与第一负载端子121连接，第二负载端子122可 与电源150连接，以向电容性负载170供电。

控制器140包括短路断开装置，其被设计为当流经电子开关120的可切 换电流路径125的电流达到断开阈值时，断开电子开关120。控制器140被 进一步设计为在断开后重新接通电子开关120，从而逐级地给电容性负载170 充电，例如根据图2中的电压曲线表示。

控制器140被设计为检测电容性负载170上的电压，并在检测到的电容 性负载170上的电压达到阈值时接通电子开关120。

控制器140可以被设计为在达到电子开关120的断开阈值后的预定时间 后再次接通电子开关120，从而能够逐级地对负载170充电。

电容性负载170上的电压阈值可以被选择为高于在电容性负载170上发 生短路时在电容性负载170上建立的电压。

控制器140可以被设计为当电子开关120被接通时，禁用电子开关120 的短路断开装置。

在电容性负载处电压曲线的特性在图2中被示出。如上文对图5a、图 5b、图6a、图6b的描述，电容性负载170的电压被逐级地充电，直到达到 例如2V的阈值。如果该阈值在随后的测量区间内保持不变，则检测到电容 性负载没有被短路。在这种情况下，短路断开装置可以被停用，控制器140 使硬接入能够实现，如上文关于图5a、图5b、图6a、图6b的描述。

然而，如果在随后的测量区间内不能保持这个阈值，就会检测到电容性 负载被短路了。在这种情况下，短路断开装置保持被激活，控制器140防止 短路的电容性负载被接入，从而防止电压和电流曲线的不稳定。

图8示出了根据本发明的第三方面的用于保护电容性负载的方法800的 示意图。

该方法800用于保护通过电导线110连接到电子配电装置100的电容性 负载170，如上文有关图3和图4所述。这样的电子配电装置100包括：第 一电子开关120，该第一电子开关在其第一负载端子和第二负载端子之间具 有第一可切换电流路径，其中，电导线连接到第一电子开关的第一端子，而 第一电子开关的第二端子连接到电源150，以向电容性负载170供电；第二 电子开关130，该第二电子开关在其第一负载端子和第二负载端子之间具有 第二可切换电流路径；与第二电子开关130的第二可切换电流路径135串联 的电阻160，其中，电阻160与第二电子开关130的串联电路与第一电子开 关120的第一可切换电流路径125并联。

该方法800包括以下步骤：在接通第一电子开关120之前，接通801第 二电子开关130以预充电容性负载120，如上文关于图3和4所述；检测802 电阻上的电压，如上文关于图3和4所述；以及当检测到的电阻上的电压达 到阈值时，接通803第一电子开关120，如上文关于图3和4所述。

图9示出了根据本发明的第四方面，用于保护电容性负载的方法900的 示意图。

该方法900用于保护通过电导线110连接到电子配电装置700的电容性 负载170，如上面关于图7的描述。该电子配电装置700包括：电子开关120， 其在第一负载端子和第二负载端子之间具有可切换电流路径125，其中，电 导线与第一负载端子相连，第二负载端子与电源相连，以向电容性负载170 供电，如上文结合图7所述。

该方法900包括以下步骤：当流经电子开关的可切换电流路径的电流达 到断开阈值时，逐步断开第一电子开关901，并在断开后重新接通电子开关， 以逐级地对电容性负载充电，如上文结合图7所述；检测902电容性负载上 的电压，如上文结合图7所述；以及当检测到的电容性负载上的电压达到阈 值时，接通电子开关903，如上文结合图7所述。

此外，可以提供包括用于在控制器(例如上述结合图3、图4和图7所述 的电子配电装置100、200、700的控制器140)中执行方法800、900的程序 代码的计算机程序。

附图标记列表

10 将电容性负载连接到车载电网电压时的电流曲线

20 将电容性负载连接到车载电网电压时的电压曲线

100 根据第一方面的用于保护电容性负载的电子配电装置

110 电导线

120 第一电子开关

121 第一电子开关的第一负载端子

122 第一电子开关的第二负载端子

125 第一电子开关的可切换电流路径

130 第二电子开关

131 第二电子开关的第一负载端子

132 第二电子开关的第二负载端子

135 第二电子开关的可切换电流路径

140 控制器

150 电源

160 电阻

170 电容性负载

200 根据第一方面的实施方式的用于保护电容性负载的电子配电装置

240 eFASic，电子保险丝ASIC

241 在eFASic中的用于测量负载上的电压的驱动器

220 第一MOSFET晶体管

225 第一MOSFET的可切换电流路径，例如n沟道或p沟道

223 第一MOSFET的控制端子，例如栅极电极

230 第二MOSFET晶体管

235 第二MOSFET的可切换电流路径，例如n沟道或p沟道

233 第二MOSFET的控制端子，例如栅极电极

500a 在成功接入而不发生短路情况下电容性负载的电流曲线

500b 在成功接入而不发生短路情况下电容性负载的电压曲线

501 测试时间段

502 测量负载电压的测量时间或测量时间段

503 激活时间

510 电压阈值

600a 负载路径上有短路时电容性负载的电流曲线

600b 负载路径上有短路时电容性负载的电压曲线

700 根据第二方面的用于保护电容性负载的电子配电装置

800 根据第一方面的用于保护电容性负载的方法

801 第一方法步骤

802 第二方法步骤

803 第三方法步骤

900 根据第二方面的用于保护电容性负载的方法

901 第一方法步骤

902 第二方法步骤

903 第三方法步骤

Claims (18)

1.一种用于保护电容性负载(170)的电子配电装置(100)，其包括：

用于向电容性负载(170)供电的电导线(110)；

用于保护所述电容性负载(170)的第一电子开关(120)，其中，所述第一电子开关(120)具有在所述第一电子开关(120)的第一负载端子(121)和第二负载端子(122)之间的第一可切换电流路径(125)，并且所述电导线(110)与所述第一电子开关(120)的所述第一负载端子(121)相连，所述第一电子开关(120)的所述第二负载端子(122)能够与电源(150)相连，以向所述电容性负载(170)供电；

第二电子开关(130)，该第二电子开关用于在接通所述第一电子开关(120)之前对所述电容性负载(170)进行预充电，其中，所述第二电子开关(130)包括在其第一负载端子(131)和第二负载端子(132)之间的第二可切换电流路径(135)；

与所述第二电子开关(130)的所述第二可切换电流路径(135)串联的电阻(160)，

其中，所述电阻(160)与所述第二电子开关(130)的串联电路与所述第一电子开关(120)的所述第一可切换电流路径(125)并联；以及

控制器(140)，该控制器用于控制所述第一电子开关(120)和所述第二电子开关(130)，

其中，所述控制器(140)被设计为在接通所述第一电子开关(120)以向所述电容性负载(170)供电之前接通所述第二电子开关(130)，以便对电容性负载(170)进行预充电，并且仅在所述电阻(160)上的电压达到阈值时才接通第一电子开关(120)。

2.根据权利要求1所述的电子配电装置(100)，

其中，所述控制器(140)设计为通过从所述电源(150)经由所述第二电子开关(130)的所述第二可切换电流路径(135)和所述电阻(160)到所述电容性负载(170)的旁路电路对所述电容性负载(170)进行预充电。

3.根据权利要求1或2所述的电子配电装置(100)，

其中，所述电阻(160)上的阈值电压高于所述电容性负载(170)短路时在所述电阻(160)上的电压。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电子配电装置(100)，

其中，所述控制器(140)被设计为在所述第一电子开关(120)被接通时断开所述第一电子开关(120)的短路断开装置。

5.根据权利要求4所述的电子配电装置(100)，

其中，所述第一电子开关(120)的所述短路断开装置是在所述控制器(140)中实现的，并且被设计为当流经所述第一电子开关(120)的所述第一可切换电流路径(125)的电流达到断开阈值时断开所述第一电子开关(120)。

6.根据权利要求5所述的电子配电装置(100)，

其中，所述控制器(140)被设计为在所述第一电子开关(120)被接通时允许高于所述断开阈值的电流流经所述第一可切换电流路径(125)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电子配电装置(100)，

其中，所述控制器(140)被设计为，自所述第二电子开关(130)被接通时起，经过预定的时间后检测所述电阻(160)上的电压。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电子配电装置(100)，

其中，所述控制器(140)被设计为，在预定时间过后所述电阻(160)上的电压仍低于电压阈值时，将所述第一电子开关(120)保持在断开状态。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电子配电装置(100)，

其中，所述电压阈值低于所述电容性负载(170)的电压调节器的启动电压。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电子配电装置(100、200)，

其中，所述第一电子开关(120)和/或所述第二电子开关(130)包括MOSFET晶体管(220、230)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的电子配电装置(100、200)，

其中，所述控制器(140)包括专用集成电路ASIC，特别是电子保险丝ASIC，eFASic(240)。

12.根据上述权利要求中任一项所述的电子配电装置(100、200)，

其中，所述控制器(140)被设计为根据所述第一电子开关(120)和所述第二电子开关(130)的控制来控制车载电网电压接入到电容性负载(170)。

13.一种用于保护电容性负载(170)的电子配电装置(700)，其包括：

用于向所述电容性负载(170)供电的电导线(110)；

用于保护所述电容性负载(170)的电子开关(120)，其中，所述电子开关(120)在第一负载端子(121)和第二负载端子(122)之间具有可切换电流路径(125)，所述电导线(110)连接到所述第一负载端子(121)，所述第二负载端子(122)能够连接到电源(150)以向所述电容性负载(170)供电；和

用于控制所述电子开关(120)的控制器(140)，

其中，所述控制器(140)包括短路断开装置，所述短路断开装置设计为在流经所述电子开关(120)的所述可切换电流路径(125)的电流达到断开阈值时断开所述电子开关(120)，并在断开后再次接通所述电子开关(120)，从而逐级地对电容性负载(170)充电，

其中，所述控制器(140)被设计为用于检测所述电容性负载(170)上的电压，并在检测到的电容性负载(170)上的电压达到阈值时接通所述电子开关(120)。

14.根据权利要求13所述的电子配电装置(700)，

其中，所述控制器(140)被设计为在达到所述电子开关(120)的断开阈值后的预定时间后再次接通所述电子开关(120)。

15.根据权利要求13或14所述的电子配电装置(700)，

其中，电容性负载(170)处的电压的阈值高于在电容性负载(170)处发生短路的情况下建立在电容性负载(170)上的电压。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的电子配电装置(700)，

其中，所述控制器(140)被设计为在电子开关(120)被接通时断开电子开关(120)的短路断开装置。

17.一种用于保护电容性负载(170)的方法(800)，所述电容性负载通过电导线(110)连接到电子配电装置(100)，所述电子配电装置包括：第一电子开关(120)，所述第一电子开关在所述第一电子开关的第一负载端子和第二负载端子之间具有第一可切换的电流路径，其中，电导线与第一电子开关的第一端子相连，并且第一电子开关的第二端子与电源(150)相连，以向电容性负载(170)供电；第二电子开关(130)，所述第二电子开关在所述第二电子开关的第一负载端子和第二负载端子之间具有第二可切换电流路径；与所述第二电子开关(130)的第二可切换电流路径(135)串联的电阻(160)，其中，所述电阻(160)与所述第二电子开关(130)的串联电路与所述第一电子开关(120)的所述第一可切换电流路径(125)并联；其中所述方法(800)包括以下步骤：

在接通所述第一电子开关(120)之前接通(801)所述第二电子开关(130)，以便对所述电容性负载(120)进行预充电；

检测(802)所述电阻上的电压；以及

当检测到的所述电阻上的电压达到阈值时，接通(803)所述第一电子开关(120)。

18.一种保护电容性负载(170)的方法(900)，所述电容性负载通过电导线(110)连接到电子配电装置(700)，所述电子配电装置具有：电子开关(120)，所述电子开关在第一负载端子和第二负载端子之间具有可切换的电流路径(125)，其中，电导线连接到所述第一负载端子，而所述第二负载端子连接到电源以向所述电容性负载(170)供电；所述方法(900)包括以下步骤：

当流经所述电子开关的可切换电流路径的电流达到断开阈值时，逐步地断开(901)所述第一电子开关，并在断开后重新接通电子开关，以便对电容性负载逐级地充电；

检测(902)所述电容性负载上的电压；以及

当检测到的所述电容性负载上的电压达到阈值时，接通所述电子开关(903)。

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