CN115412079A - 电子配电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向多个负载通道供电的电子配电器，包括第一电子开关，该第一电子开关具有第一可切换电流路径，其连接在电源端子和多个负载通道中的第一负载通道之间并被设计为用于保护第一负载通道免受过电流影响；电气旁路，其与第一电子开关的第一可切换电流路径并联连接在电源端子和第一负载通道之间，其中，该电气旁路具有机电式断路器，其被设计为，在第一负载通道短路的情况下，通过机电式断路器中的电弧消减由于第一可切换电流路径断开而换向到电气旁路的短路功率。

Description

电子配电器

技术领域

本发明涉及一种用于向多个负载通道供电的电子配电器和一种向多个负载通道供电的方法。特别是，本发明涉及静态电源和通过双金属断路器(Circuit Breaker)进行的MOSFET保护。

背景技术

对于未来的配电器，继电器和熔断器的组合将被用于电子钳位电路的MOSFET开关和负载通道的电子保险装置取代。在此存在以下问题：1)端子30通道(即连接到电池电压的通道)在静止状态下也必须有电池电压供应。然而，当短路保护处于激活状态时，MOSFET的连续导通会导致电子配电器的静态电流消耗。2)在激活模式下发生短路断开的情况下，MOSFET可能被电感性过压损坏，以至于它们可能不再能够断开。因此，通常为抗过电压提供保护电路。然而，在有些情况下，短路时的有效电感并不真正已知，因此，保护电路的设计是有问题的。此外，在大的短路电流下，MOSFET的临界电压可能被超过。3)当车辆静止时，一些静止时活动的负载会消耗大量电流，使电池放电过快。因此，期望用于故障检测的特定于通道的测量。然而，到目前为止，这样做的成本非常高，因为对于每个通道都必须解析几毫安范围内的电流。4)在“空中下载”(OTA，over the air)软件升级的情况下，在成功升级后期望将负载专门进行重置。到目前为止，只有整个端子30-F组可以通过端子继电器来断开。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是实现一种电子配电器的设计，特别是用于车辆的车载电网，它克服了上述问题。

特别是，本发明要解决的技术问题是设计一种用于电子钳位电路和负载通道的电子保险装置的电子配电器，它满足了车辆的车载电网中功能安全(FUSI)的安全要求。

本发明是基于如下思路：与MOSFET通道并联连接一个由二极管组成的旁路，其用于与双金属断路器耦合。旁路完成以下两个任务：1)被保险的静态电源(连接到电池端子)。2)如果在活动模式下发生短路，MOSFET会以其快速切断的方式进行中断。然后电流通向旁路，这样MOSFET就不会出现过压。在旁路中，(机电)断路器随之中断。这在其触点之间产生了电弧。电弧消减了电路中的电感能量，并将过电压限制到电弧电压。在触点空气间隙为1mm的情况下该电弧电压通常低于30V。因此，电感能量是在断路器中转换的，而不是在MOSFET中。只有在电弧断裂的瞬间，才会出现短的过电压脉冲。然后，该过电压脉冲可以通过MOSFET中的雪崩或通过小型Transil二极管进行转换。

这一设计的技术优势之一是，这样的电弧可以在断路器中转换相对较高的电感能量。另一个优点是，通过断路器和用于多样化的FUSI通道的Transil二极管，实现了MOSFET的冗余过压保护。此外，在休眠模式下，即静态电流模式下，可以实现端子30的供电，而本身不导致静态电流。

根据第一方面，上述技术问题是由一种用于向多个负载通道供电的电子配电器解决的，该电子配电器包括：第一电子开关，其具有第一可切换电流路径，该第一可切换电流路径连接在电源端子和多个负载通道的第一负载通道之间并且被设计为用于保护第一负载通道免受过流的影响；在电源端子和第一负载通道之间与第一电子开关的第一可切换电流路径并联连接的电气旁路，其中，该电气旁路具有机电式断路器，该机电式断路器设计为，在第一负载通道短路的情况下，通过机电式断路器中的电弧消减由于第一可切换电流路径断开而换向到电气旁路中的短路功率。

这样的电子配电器具有技术优势，它可以通过断路器中的电弧来转换相对较高的电感能量。电子配电器可以通过断路器和用于多样化的FUSI通道的、特定于通道的Transil二极管确保对MOSFET进行冗余过压保护。此外，在休眠模式下，端子30的电压供应可以通过旁路路径实现，而其自身不导致静态电流。

因此，电子配电器满足了车辆的车载电网中功能安全(FUSI)的安全要求。

根据电子配电器的示例性实施方式，机电式断路器具有双金属继电器，该双金属继电器被设计为将由于短路功率引起的发热转化为机械运动，以断开双金属继电器的触点。

这就实现了技术上的优势，即通过用于断开双金属继电器触点的机械运动和随后通过继电器触点的电弧，双金属继电器可以有效地将短路电流转化为热能并将其排出。

根据电子配电器的示例性实施方式，机电式断路器被设计为将第一负载通道短路期间出现的过电压限制为电弧的电压。

这实现了技术上的优势，即过电压可以被限制到确定的数值，因此不会发生对电子配电器的破坏。

根据电子配电器的示例性实施方式，电子配电器包括第一Transil二极管，其与第一电子开关的第一可切换电流路径并联，并且在电源端子和第一负载通道之间与电气旁路路径在截止方向上并联。

这实现了技术上的优势，即通过该第一Transil二极管可以冗余地减少短路电流。首先，短路电流通过断路器传导。如果这不再是可能的，则短路电流也可以通过第一Transil二极管进行传导。

根据电子配电器的示例性实施方式，第一Transil二极管被设计为用于消减在电弧断裂时出现在机电式断路器中的过电压脉冲。

这实现了技术优势，即只有一小部分短路能量需要通过Transil二极管来消减，而大部分能量在机电式断路器的电弧中消减。

根据电子配电器的示例性实施方式，第一Transil二极管被设计为在第一负载通道短路期间吸收部分短路功率，直到克服旁路的漏电感，而短路功率通过机电式断路器中的电弧来消减。

这实现了技术优势，即短路能量的积累部分可以在机电式断路器做出反应之前通过Transil二极管消减。因此，这不会导致电子开关或MOSFET晶体管在短路的初始阶段损坏。

根据电子配电器的示例性实施方式，第一Transil二极管被设计为在机电式断路器损坏时吸收和消减至少一部分短路功率。

这实现了技术优势，即，电子配电器满足功能安全(FUSI)要求，因为以冗余的方式提供断路器和第一Transil二极管，以消减短路能量。

根据电子配电器的示例性实施方式，电子配电器包括诊断电容器，其与第一电子开关的第一可切换电流路径并联，并设计为在第一可切换电流路径被断开时检测施加到第一可切换电流路径的电压，以便由微控制器进行诊断。

由此的技术优势是可以通过诊断电容器检测施加在相应电流路径上的电压。这些信息可用于确定电流路径是否已经损坏，以便及时启动更换。

根据电子配电器的示例性实施例，电子配电器包括第二电子开关，该第二电子开关具有第二可切换电流路径，其连接在多个负载通道的第二负载通道和电源端子之间并被设计为用于保护第二负载通道免受过电流影响，其中电气旁路还与第二电子开关的在电源端子和第二负载通道之间的第二可切换电流路径并联连接。

这提供了技术上的优势，即不同负载通道上的短路可以通过断路器有效地消除。

根据电子配电器的示例性实施方式，电气旁路具有分支，该分支允许电气旁路从通往电源端子的主路径分支为通往第一负载通道的第一子路径和通往第二负载通道的第二子路径，其中，机电式断路器被布置在电气旁路的主路径中。

这实现了技术上的优势，即，只需要为多个负载通道提供一个断路器，这使得电子配电器非常具有成本效益。

根据电子配电器的示例性实施方式，电子配电器包括第一二极管，其布置在电气旁路的第一子路径中并在正向方向上从电源端子连接到第一负载通道，其中，第一二极管设计为将第一负载通道从第二负载通道解耦，以便在第一负载通道短路的情况下将第一负载通道与第二负载通道独立断开。

这实现了技术优势，即不同的负载通道在短路方面是解耦的，因此一个通道的短路不会影响另一个通道。

根据电子配电器的示例性实施方式，第一电子开关被形成为第一MOSFET晶体管；而第二电子开关被形成为第二MOSFET晶体管。

因此，可以实现的技术优势是，电子配电器可以使用标准元件(如MOSFET晶体管)以较低的成本和开销来实现，这些元件可提供低的通道电阻。

根据电子配电器的示例性实施方式，电气旁路具有与机电式断路器串联的p型MOSFET晶体管，该晶体管被设计为在发生静态电流破坏时断开电气旁路。

由此的技术优势是，在出现静态电流破坏的情况下，可以有效地断开旁路，从而不会出现不期望的电池放电。

根据电子配电器的示例性实施方式，电气旁路具有与机电式断路器和p型MOSFET晶体管串联的测量电阻，其设计为通过流经测量电阻的电流指示静态电流破坏。

这具有技术优势，即通过测量电阻，可以有效地确定静态电流破坏，其方式是，确定测量电阻上的电压降。根据电压降，相应高的电流会流经旁路。

根据电子配电器的示例性实施方式，电子配电器包括比较器，其输入端与测量电阻并联，并被设计为在静态电流破坏的情况下，通过比较器的输出端的状态变化来将流经测量电阻的电流指示给控制电路，以用于诊断。

这样做的技术优势是，可以用比较器来有效地确定是否发生了静态电流破坏。

根据第二方面，上述技术问题是通过一种通过电子配电器向多个负载通道供电的方法来解决的，该电子配电器包括：第一电子开关，其具有连接在电源端子和多个负载通道中的第一负载通道之间的第一可切换电流路径；电气旁路，其与第一电子开关的在电源端子和第一负载通道之间的第一可切换电流路径并联，其中，该电气旁路包括机电式断路器，该方法包括：通过断开第一电子开关的第一可切换电流路径，保护第一负载通道不发生短路；以及在第一负载通道发生短路的情况下，通过机电式断路器中的电弧消减由于第一负载通道的第一可切换电流路径断开而换向到电气旁路中的短路功率。

这种方法具有技术优势，即可以通过断路器中的电弧来转换相对较高的电感能量，以消减短路能量。该方法允许根据FUSI标准进行冗余设计。特别是，通过电子配电器，可以通过断路器和用于多样化的FUSI通道的、特定于通道的Transil二极管来确保对MOSFET进行的冗余过压保护。此外，这种方法允许在休眠模式下通过旁路路径向端子30供电，而其自身不导致静态电流。

根据第三方面，该技术问题由计算机程序解决，该程序包括用于在控制器，特别是电子熔断器电路或EFASic上执行根据第二方面所述方法的程序代码。

这实现了技术优势，即计算机程序可以很容易地在控制器上执行，例如在电子熔断器电路或EFASic上。

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是根据本发明的电子配电器100的示意图。

图2是根据本发明的电子配电器200的示意图。

图3是根据本发明的电子配电器300的示意图。

图4是图3的电子配电器300的示例性控制的电流曲线401和电压曲线402。

图5是根据本发明向多个负载通道供电的方法500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显示了本发明可以实施的具体实施方式。可以理解的是，在不脱离本发明概念的情况下，也可以使用其他的实施方式，并且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一种限制性的意义。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。

具体实施方式

这些方面和实施方式将参照附图进行描述，其中类似的参考符号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了解，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显示，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，可以使用其他的实施方式，也可以进行结构或逻辑上的改变。

本发明描述了车辆功能安全(FUSI)的标准和要求。功能安全是指系统安全的部分，它取决于与安全有关的系统和其他降低风险的措施的正确运作。在汽车领域，功能安全通常用ASIL(“汽车安全完整性等级”)分类来描述。ASIL分类由各种因素组成，这些因素是：1)“严重性-S”，对应于故障的严重性，对用户或环境的危害；2)“暴露度-E”，对应于发生的概率，即运行状态的频率和/或持续时间；3)“可控性-C”，对应于故障的可控性。这些因素导致了四种不同的ASIL等级：ASIL A：建议的故障概率小于10^-6/小时；ASIL B：建议的故障概率小于10^-7/小时；ASIL C：要求的故障概率小于10^-7/小时；ASIL D：要求的故障概率小于10^-8/小时。

在本发明中，描述了配电器。配电器是一种例如在印刷电路板上的设备或装置，其中设置有主要在低压电网区域分配电力的熔断器和开关元件。它几乎在每辆车上都能找到。电线从配电器直接通向用电点，例如通向传感器、风扇或机动车的内部照明，或者通向下一个下级配电器。

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，晶闸管和固态继电器也可作为电子开关使用。

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)是一种具有绝缘栅极的场效应晶体管设计，它由金属栅电极、半导体和中间的氧化物电介质的层叠结构形成。这代表了一种金属-绝缘体-半导体结构。在两个电端子即漏极和源极之间的半导体区域的电流由第三端子，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。

本发明描述了机电式断路器，特别是双金属断路器。根据本发明的机电式断路器是车辆的电气装置或车载电网中的过流保护装置。机电式断路器用于低压电网，以保护线路不因电流过大导致的发热而损坏。如下所述，在双金属断路器的情况下，在过载的情况下发生跳闸。如果流经断路器的电流在较长时间内明显超过规定的额定值，就会发生跳闸。直到跳闸的时间取决于过电流的严重程度；在大的过电流的情况下，该时间比轻微超过额定电流的情况下要短。双金属片用于跳闸，它在被流经它的电流加热后会发生弯曲，并触发断开机制(热跳闸)。

本发明中描述了Transil二极管。抑制二极管，也被称为“瞬态电压抑制器”(TVS)或Transil二极管，是用于保护电子电路免受短期电压脉冲影响的二极管。由于电源的开关操作或近距离的雷击，这种电压脉冲可能发生在与电路相连的线路上。短时间内达到的电压可能足以破坏电路中的半导体元件。当超过一个特定于组件的电压阈值时，Transil二极管就会导电。脉冲的电流通过并联电路从要保护的部件旁经过。这可以防止破坏性的电压积累到超过晶体管二极管的击穿电压。在正常工作中，该二极管的表现是中性的，除了在小的漏电流和额外的电容的情况下，它们特别地在高频应用中具有干扰作用。

图1示出了根据本发明的电子配电器100的示意图。电子配电器100用于向多个负载通道101、102供电。

电子配电器100包括第一电子开关110，该第一电子开关具有第一可切换电流路径111，其连接在电源端子150和多个负载通道101、102中的第一负载通道101之间，并被设计为用于保护第一负载通道101免受过电流影响。

电子配电器100包括电气旁路路径140，其与第一电子开关110的第一可切换电流路径111并联连接在电源端子150和第一负载通道101之间。电气旁路140具有机电式断路器143，该机电式断路器被设计为在第一负载通道101发生短路时，通过机电式断路器143中的电弧144消减由于第一可切换电流路径111断开而换向到电气旁路140的短路功率。

例如，电源端子150可以包括车辆的电网电压端子，如12V电池端子。

在图1的实施例中，电子配电器100包括第二电子开关120，该第二电子开关具有第二可切换电流路径121，其连接在电源端子150和多个负载通道101、102中的第二负载通道102之间，并被设计为用于保护第二负载通道101免受过电流影响。

机电式断路器143可以进一步设计为，在第二负载通道102短路的情况下，通过机电式断路器143中的电弧144消减由于第二可切换电流路径121断开而换向到电气旁路路径140的短路功率。

机电式断路器143可以包括双金属继电器，该双金属继电器被设计为将短路功率引起的发热转化为机械运动，以断开双金属继电器的触点。

机电式断路器143可被设计为将第一负载通道101短路期间出现的过电压限制为电弧144的电压。

电子配电器100可以包括第一Transil二极管112，其与第一电子开关110的第一可切换电流路径111并联并且与在电源端子150和第一负载通道101之间的电气旁路路径140在截止方向上并联。

第一Transil二极管112可以被设计为用于消减在机电式断路器143中随着电弧144的断裂产生的过电压脉冲。

第一Transil二极管112可以被设计为在第一负载通道101短路期间吸收一部分短路功率，直到克服电气旁路140的漏电感113，并且短路功率通过机电式断路器143中的电弧144被消减。

第一Transil二极管112可以被设计为在机电式断路器143被损坏时吸收和消减至少一部分短路功率。

电子配电器100可以包括第二Transil二极管122，其与第二电子开关120的第二可切换电流路径121并联并且在电源端子150和第二负载通道102之间与电气旁路140在截止方向上并联。

第二Transil二极管122可被设计为用于消减在电弧144断裂时机电式断路器143中产生的过电压脉冲。

第二Transil二极管112可被设计为在第二负载通道102短路期间吸收部分短路功率，直到克服电气旁路140的漏电感123，并且短路功率通过机电式断路器143中的电弧144被消减。

第二Transil二极管122可被设计为在机电式断路器143损坏时吸收和消减至少一部分短路功率。

如上所述，电子配电器100可以包括第二电子开关120，其具有第二可切换电流路径121，该第二可切换电流路径连接在多个负载通道101、102的第二负载通道102和电源端子150之间并被设计为用于保护第二负载通道102免受过电流影响。电气旁路140进一步与第二电子开关120的第二可切换电流路径121并联在电源端子150和第二负载通道102之间。

在图1的图示中，电子配电器100示例性包括两个负载通道101、102。每个通道101、102都由相应的电子开关110、120来防止短路或过电流。电子配电器100用于将相应的负载路径连接到电源上，例如，车辆的内部照明系统、冷却系统、车窗升降系统等。每个负载路径101、102都可与电源端子或电源接线柱150连接，以便向相应的负载通道供电，从而向与其连接的负载供电。图1示例性示出了两个负载通道101、102。当然，具有不同数量的负载通道的其他设计也是可能的，例如，具有三个负载通道的设计，例如图3所示，或者具有4、5、6、7、8或更多通道的设计。可以理解的是，只具有一个负载通道的设计也是可行的，并包括在本发明中。

电气旁路140可以具有分支，其使得电气旁路140从通往电源端子150的主路径140分支为通往第一负载通道101的第一子路径141和通往第二负载通道102的第二子路径142。机电式断路器143可以布置在电气旁路的主路径140中，如图1所示。

电子配电器100可进一步包括第一二极管145，该第一二极管可被布置在电气旁路140的第一子路径141中，并在正向方向上从电源端子150连接到第一负载通道101。第一二极管145可被设计为将第一负载通道101与第二负载通道102解耦，以便在第一负载通道101短路的情况下独立于第二负载通道102断开第一负载通道101。

电子配电器100可进一步包括第二二极管146，该第二二极管可设置在电气旁路140的第二子路径142中，并在正向方向上从电源端子150连接到第二负载通道102。第二二极管146可被设计为将第二负载通道102与第一负载通道101解耦，以便在第二负载通道102短路的情况下独立于第一负载通道101断开第二负载通道102。

第一电子开关110可以形成为第一MOSFET晶体管M1，如图1所示。第二电子开关120可以形成为第二MOSFET晶体管M2，如图1所示。两个MOSFET都可以是p沟道或n沟道MOSFET。

电子配电器100可进一步包括诊断电容器214，如关于图2的进一步描述的，其与第一电子开关110的第一可切换电流路径111并联，并被设计为在第一可切换电流路径111断开时检测施加到第一可切换电流路径111的电压，以便由微控制器260进行诊断。

电气旁路140可以进一步包括与机电式断路器143串联的p型MOSFET晶体管341，如图3所示，该晶体管被设计为在发生静态电流破坏时断开电气旁路140。当如下情况时发生静态电流破坏，即，例如，当车辆处于“休眠模式”(即静态模式)时，例如，当点火钥匙被移除时，但仍有一些耗电器处于活动状态，并通过电池吸取高于预定的可容忍阈值的电流。例如，该阈值可以设定为，使得可以从电池中吸收小的电流，而不是超过可容忍阈值并导致电池在空闲模式下过快放电且有可能在空闲模式下完全放电的大电流。

如图3所示，电气旁路140可以包括与机电式断路器143和p型MOSFET晶体管341串联的测量电阻342，其被设计为通过流经测量电阻342的电流来指示静态电流破坏。

电子配电器100可以包括比较器343，如图3所示，其输入端与测量电阻342并联，并被设计为在静态电流破坏时通过比较器343的输出端的状态变化向控制电路360指示流经传感电阻342的电流，以供诊断。

下面将更详细地描述图1所示的电子配电器100的运行方式。

MOSFET M1和M2是电子配电器100的电子开关。通过它们可以设置用于“SW定义的熔断”，即软件定义的通道的保险，它在主动模式下进行。提供二极管D1 145和D2 146来解耦两个通道，以便它们可以独立断开。

在常规的装置中，断路器143和二极管D1、D2145、146并不存在。在MOSFET M1或M2短路断开的情况下，短路电流换向到Transil二极管TD1 112或TD2 122。Transil二极管112122的电压降一方面取决于Transil二极管的阈值，例如33V，另一方面取决于Transil二极管沟道电阻上的电压降。由于短路电流，该电压降可能是如此之高，以至于在晶体二极管两端的电压以及因此MOSFET两端的电压超过了例如40V的临界值，即MOSFET的过电压强度

要断开的短路回路中的电感越大，这种影响就越明显。

根据本发明的解决方案，有了通过断路器143的旁路140，就不会出现这种潜在的过压情况：如果在有源情况下，例如在L1，即在第一负载通道101中发生短路，MOSFET M1就会断开。电流然后换向到由D1 145和断路器143组成的旁路140。为此，在第一时间仅须克服旁路140的漏电感。必须在(小的)Transil二极管TD1 112中转换的有效能量非常小，并且由漏电感的大小预先决定(大约在皮亨范围内)。在旁路140中，随之建立的(机电式的)断路器143的电流断开。在其触点之间产生电弧144。电弧144消减了电路中的电感能量(输入和输出电感)，并将过电压限制到电弧电压。在触点间隙为1mm的情况下，该电压通常低于30V。因此，电感能量在断路器143中转换，而不是在Transil二极管112中转换。只有在电弧144断裂的时刻，才出现短的过电压脉冲。然而，该过电压脉冲可以在一个小的Transil二极管112中被消减，或者不在Transil二极管112中被消减，因为它发生在接近0A的电流下，因此Transil二极管112通道上的电压降是无效的。

断路器143或热自动开关的原理是基于将过电流的发热转化为机械运动，从而导致触点的打开。为此目的，例如使用双金属条或所谓的“咔哒片(Knackscheiben)”。由于测量的变量是温度，所以热自动开关的反应速度取决于外部温度。事实上，热自动开关在较高温度下跳闸更快，但线路的热储备在温度较高时也相应较低。

然而，这对晶体管的保护功能没有影响，因为随着MOSFET断开，电流会非常迅速地(即在μs范围内)换向到自动开关143。其反应时间在ms范围内。

在下文中，描述了功能安全(FUSI)的各个方面，这里介绍的电子配电器100可以满足这些要求。

对于许多应用来说，技术安全目标是必须能够在过电流或欠电压的情况下进行断开。

如果一个MOSFET经历了过压损坏，它可能不再能够可靠地中断电路。因此，保护电路的安全设计是必要的。在这里提出的解决方案中，电感能量可以通过三种机制消减：1.在断路器143的电弧中；2.在Transil二极管112中；3.通过MOSFET M1的雪崩击穿，但只有几次，因为雪崩击穿预先损坏了MOSFET。

这里有不同的机制(即多样性)，这对FUSI是积极的。然而，对于FUSI来说，应该增加一个诊断范围，以便可以检测到潜在的故障。

这样的诊断电路在图2中有更详细的描述。

图2示出了根据本发明的电子配电器200的示意图。电子配电器200与图1中描述的电子配电器100相对应，但另外具有诊断电路。

这包括诊断电容器C1 214，它与第一电子开关110的第一可切换电流路径111并联，并被设计为在第一可切换电流路径111被断开时检测施加到第一可切换电流路径111的电压，以便由微控制器260进行诊断。

在图2的示例中，二极管215和电阻216的并联电路与诊断电容214串联。诊断电路不仅可以用于第一负载通道101，如图2所示，还可以用于其他负载通道，例如第二负载通道102，但这在图2中没有显示。

诊断电路的运行方式描述如下。

这里提供了“采样和保持”电容C1 214，以进行诊断。该电容保持了在断开期间发生的MOSFET M1的最大漏极-源极电压，因此可以通过微控制器(μC)260读出。因此，μC 260可以在每次断开过程后测量由第一Transil二极管112和断路器143组成的保护电路是否失效，并且由此驱动MOSFET M1进入雪崩状态。

对于电容性负载，在车辆的初始化阶段也可以进行诊断。为此，可以将MOSFET M1、M2的快速断开阈值设置为低值，以便它们通过进入电容性负载的浪涌电流触发。在MOSFETM1因浪涌电流而断开后，再测量C1、214两端的电压。如果该电压值高于阈值，例如38V，则保护电路无效，存在故障。

图3示出了根据本发明的电子配电器300的示意图。电子配电器300与图1中描述的电子配电器100相对应，但具有三个带有相应电路的负载通道101、102、103以及旁路路径140。

电气旁路140包括与机电式断路器143串联的p型MOSFET晶体管341，该晶体管被设计为在发生静态电流破坏时断开电气旁路140。

电气旁路140可包括与机电式断路器143和p型MOSFET晶体管341串联的测量电阻342，并被设计为通过流经测量电阻342的电流来指示静态电流破坏。

电子配电器300可以具有比较器343，其输入端与测量电阻342并联，并且被设计为，在静态电流破坏的情况下，通过比较器343输出端的状态变化向控制电路360(例如电子熔断器电路，也称为eFASic)指示流过测量电阻342的电流，以便进行诊断。例如，这个eFASic 360可以是微控制器的前端，例如图2中所述的μC 260。

在下文中，将更详细地描述图3所示的电子配电器300的运行方式。

在图3的实施方式中，P型MOSFET 341的串联被用来断开静态电流旁路。这使得静态电流旁路可以在有源阶段(Aktiv-Phase)断开。此外，它允许在静态电流破坏的情况下进行通道特定的电压隔离。

下面将解释对静态电流破坏进行特定于通道的检测及其与电池电压进行特定于通道的分离。

如果车辆处于静态模式，则EFASic 360被断开，因此不会导致静态电流。MOSFETM1至M3断开(即它们是高阻抗的)。旁路140无静态电流地导通，并且为L1至L3(即三个负载通道101、102、103)提供电压。为此，旁路中的P型MOSFET 341的栅极被接地。双金属开关(或机电式断路器)143接管了短路保护。如果现在出现静态电流破坏，例如因为L2或第二负载通道102包含μP，该μP没有休眠并且由于存储器溢出(Speicherüberlauf)而吸取了过高的电流320(例如超过100mA)，则该电流导致了比较器343的上升沿。该上升沿唤醒了控制EFASic 360的μC 260。μC 260现在激活EFASic 360。如果M1现在导通，则通过旁路140的电流(1)340不变。当M3导通时，情况也是如此。另一方面，如果M2被接通，则通过旁路140的电流变为零，并且比较器343显示下降沿。

由此μC 260中的软件能够确定静态电流破坏源自于L2。随后，当所有通道M1至M3导通时，借助通过μC 260进行的控制，经过P型MOSFET 341的旁路140被断开。随后，M2通过EFASic 360被断开(即高阻抗)。因此，M2无电压，并且从而可以对发生静态电流破坏的负载进行特定于通道的复位。

这个功能在“空中下载”(OTA)升级后特别有用，因为已经升级的控制单元可以被专门重置。

图4示出了电子配电器300的示例性控制的电流曲线401和电压曲线402。

如上文对图3的描述，它们示出了，在存在静态电流破坏的情况下，旁路140中的电流340和三个MOSFET M1、M2、M3的栅极电压的时间历程。

如果存在这样的静态电流破坏，因为例如L2或第二负载通道102包含没有休眠并且由于存储器溢出而吸取太高的电流320(例如超过100mA)的μP，则这导致比较器343的上升沿。该上升沿唤醒了控制EFASic360的μC 260。μC 260现在激活EFASic 360。如果M1现在被接通，正如在电压曲线402中可以看到的那样，通过旁路140的电流(1)、340没有任何变化，这也可以在电流曲线401中看到。如果M3被导通，如电压曲线402中可以看出，通过旁路140的电流(1)、340也没有变化，如电流曲线401中也可以看出。另一方面，如果M2被导通，正如在电压曲线402中可以看到的那样，通过旁路140的电流归零，正如在电流曲线401中可以看到的那样，并且比较器343显示下降沿。

图5示出了根据本发明的向多个负载通道供电的方法500的示意图。

该方法500用于通过电子配电器100向多个负载通道101、102供电，如上文关于图1至3的描述。

电子配电器100包括：第一电子开关110，其具有连接在电源端子150和多个负载通道中的第一负载通道101之间的第一可切换电流路径111，如上文有关图1至3所述；电气旁路140，其与第一电子开关110的第一可切换电流路径111并联连接在电源端子150和第一负载通道101之间，如上文有关图1至3所述。电气旁路140包括机电式断路器143，如上文关于图1至3的描述。

该方法300包括以下步骤：通过断开第一电子开关110的第一可切换电流路径101，保护501第一负载通道101不发生短路；以及在第一负载通道101发生短路的情况下，通过机电式断路器143中的电弧144消减502由于第一可切换电流路径111断开而换向到电气旁路路径140中的第一负载通道101的短路功率。

此外，可以提供计算机程序，包括程序代码，用于在控制器中执行方法400，例如，在上文图3所示的电子熔断器电路或eFASic 360上或在上文图2所示的微控制器260上执行。

附图标记列表

100 电子配电器

101 第一负载通道

102 第二负载通道

150 电源接口或电源端子

110 第一电子开关，第一MOSFET

111 第一电子开关的第一可切换电流路径

112 第一Transil二极管

113 第一负载通道的第一漏电感

120 第二电子开关，第二MOSFET

121 第二电子开关的第二可切换电流路径

122 第二Transil管二极管

123 第二负载通道的第二漏电感

145 第一二极管

146 第二二极管

147 第三二极管

143 机电式断路器或断路器

144 机电式断路器中的电弧

140 旁路路径或旁路路径中的主路径

141 旁路路径中的第一子路径

142 旁路路径中的第二子路径

200 电子配电器

214 诊断电容器

215 至诊断电容器的二极管

216 至诊断电容器的电阻

260 带有模拟-数字转换器(ADC)的微控制器

300 电子配电器

360 电子熔断器电路或eFASic

341 p型MOSFET晶体管

342 测量电阻

343 比较器

401 电子配电器300的控制的电流曲线

402 电子配电器300的控制的电压曲线

500 用于向多个负载通道供电的方法

501 第一方法步骤

502 第二方法步骤

Claims (11)

1.一种用于向多个负载通道(101、102)供电的电子配电器(100)，所述电子配电器包括：

第一电子开关(110)，其具有第一可切换电流路径(111)，所述第一可切换电流路径连接在电源端子(150)和多个负载通道(101、102)中的第一负载通道(101)之间，并被设计为用于保护第一负载通道(101)免受过电流影响，

电气旁路(140)，其在电源端子(150)和第一负载通道(101)之间与第一电子开关(110)的第一可切换电流路径(111)并联，

其中，电气旁路(140)具有机电式断路器(143)，所述机电式断路器被设计为，在第一负载通道(101)短路的情况下，通过机电式断路器(143)中的电弧(144)消减由于第一可切换电流路径(111)断开而换向到电气旁路(140)的短路功率。

2.根据权利要求1所述的电子配电器(100)，

其中，所述机电式断路器(143)包括双金属继电器，所述双金属继电器被设计为将短路功率引起的发热转换为机械运动，以断开双金属继电器的触点。

3.根据权利要求1或2所述的电子配电器(100)，

其中，所述机电式断路器(143)被设计为将第一负载通道(101)短路期间出现的过电压限制在电弧(144)的电压。

4.根据前述权利要求中任何一项所述的电子配电器(100)，所述电子配电器包括：

第一Transil二极管(112)，其与第一电子开关(110)的第一可切换电流路径(111)并联，并且在电源端子(150)和第一负载通道(101)之间与电气旁路路径(140)在截止方向上并联。

5.根据权利要求4所述的电子配电器(100)，

其中，所述第一Transil二极管(112)被设计为用于消减在电弧(144)断裂时在机电式断路器(143)中产生的过电压脉冲。

6.根据权利要求4或5所述的电子配电器(100)，

其中，所述第一Transil二极管(112)被设计为在第一负载通道(101)短路期间吸收部分的短路功率，直到电气旁路(140)的漏电感(113)被克服，并且短路功率通过机电式断路器(143)中的电弧(144)被消减。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的电子配电器(100)，

其中，所述第一Transil二极管(112)被设计为在机电式断路器(143)损坏的情况下吸收和消减至少一部分短路功率。

8.根据前述权利要求中任何一项所述的电子配电器(200)，

所述电子配电器包括诊断电容器(214)，所述诊断电容器与第一电子开关(110)的第一可切换电流路径(111)并联，并被设计为在第一可切换电流路径(111)被断开时检测施加到第一可切换电流路径(111)的电压，以便由微控制器(260)进行诊断。

9.根据前述权利要求中任何一项所述的电子配电器(100)，所述电子配电器包括：

第二电子开关(120)，其具有第二可切换电流路径(121)，所述第二可切换电流路径连接在多个负载通道(101、102)中的第二负载通道(102)和电源端子(150)之间，并被设计为用于保护第二负载通道(102)免受过电流影响，

其中，电气旁路(140)还与第二电子开关(120)的在电源端子(150)和第二负载通道(102)之间的第二可切换电流路径(121)并联连接。

10.根据权利要求9所述的电子配电器(100)，

其中，电气旁路(140)包括分支，所述分支使电气旁路(140)从通往电源端子(150)的主路径(140)分支为通往第一负载通道(101)的第一子路径(141)和通往第二负载通道(102)的第二子路径(142)，

其中，所述机电式断路器(143)被布置在电气旁路的主路径(140)中。

11.一种通过电子配电器(100)向多个负载通道(101、102)供电的方法(500)，其中，所述电子配电器(100)包括：第一电子开关(110)，其具有连接在电源端子(150)和多个负载通道中的第一负载通道(101)之间的第一可切换电流路径(111)；在电源端子(150)和第一负载通道(101)之间与第一电子开关(110)的第一可切换电流路径(111)并联的电气旁路(140)，其中，所述电气旁路(140)具有机电式断路器(143)，其中，所述方法(300)包括：

通过断开第一电子开关(110)的第一可切换电流路径(101)来保护(501)第一负载通道(101)免受短路影响；以及

在第一负载通道(101)短路的情况下，通过机电式断路器(143)中的电弧(144)消减(502)由于第一负载通道(101)的第一可切换电流路径(111)的断开而换向到电气旁路路径(140)中的短路功率。

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