DE10053584A1 - Redundant voltage supply for at least one safety-relevant consumer in car has first voltage supply connected via second decoupling element with safety-relevant consumer and second voltage supply via third decoupling element - Google Patents

Redundant voltage supply for at least one safety-relevant consumer in car has first voltage supply connected via second decoupling element with safety-relevant consumer and second voltage supply via third decoupling element

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Abstract

A redundant voltage supply for at least one safety-relevant consumer in a car comprises a first voltage supply and a second voltage supply arranged in the on-board system. The first and second voltage supplies are connected via a decoupling element. The decoupling element guarantees a directed current flow from the first to the second voltage supply. The first voltage supply (1) is connected via a second decoupling element with the safety-relevant consumer (10,20) and the second voltage supply via a third decoupling element. The decoupling elements guarantee a directed current flow from the voltage supplies to the safety-relevant consumer.

Description

Die Erfindung betrifft eine redundante Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher in einem Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a redundant power supply for safety-relevant consumers in a motor vehicle according to the generic term of claim 1.

In modernen Kraftfahrzeugen existieren eine Vielzahl von sicherheitsrelevanten Verbrauchern, deren Spannungsversorgung sichergestellt sein muß, da es sonst zu schweren Unfällen oder undefinierten Fahrzeugzuständen kommen könnte. Daher ist es bekannt, sicherheitsrelevante Verbraucher mit einer redundanten Spannungsversorgung auszubilden. Hierzu ist der sicherheitsrelevante Verbraucher in einem separaten Bordnetz angeordnet, das über einen DC/DC-Wandler vom Kraftfahrzeugbordnetz entkoppelt ist. In dem separaten Bordnetz ist eine zweite Spannungsversorgung angeordnet, wobei über den DC/DC-Wandler im Normalfall ein gerichteter Stromfluß vom Kraftfahrzeugbordnetz zum separaten Bordnetz erzeugt wird. Bei Ausfall der Bordnetzbatterie übernimmt dann die zweite Spannungsversorgung die Energieversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers. Nachteilig an den bekannten Spannungsversorgern ist, daß die DC/DC-Wandler relativ schwer und teuer sind.A large number exist in modern motor vehicles safety-relevant consumers, their voltage supply must be ensured, as otherwise there would be serious accidents or undefined vehicle conditions could come. Therefore it is known safety-relevant consumers with a redundant Train power supply. For this is the security relevant Consumers are arranged in a separate on-board electrical system, which has DC / DC converter is decoupled from the vehicle electrical system. By doing separate electrical system, a second power supply is arranged, whereby via the DC / DC converter a directional current flow from the Motor vehicle electrical system is generated for the separate electrical system. If the The on-board electrical system battery then takes over the second power supply Energy supply for the safety-relevant consumer. Disadvantageous The known voltage suppliers is that the DC / DC converter is relative are heavy and expensive.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine redundante Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist. The invention is therefore based on the technical problem, a redundant power supply for safety relevant consumers in to create a motor vehicle that is simple and inexpensive to build is.  

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the subject the features of claim 1. further advantageous Embodiments of the invention result from the subclaims.

Hierzu ist die erste Spannungsversorgung mit der zweiten Spannungsversorgung über ein erstes Entkopplungselement verbunden. Des weiteren ist die erste Spannungsversorgung über ein zweites Entkopplungselement und die zweite Spannungsversorgung über ein drittes Entkopplungselement mit dem sicherheitsrelevanten Verbraucher verbunden, wobei die Entkopplungselemente einen gerichteten Stromfluß von den Spannungsversorgungen zu dem sicherheitsrelevanten Verbraucher gewährleistet. Durch die Aufteilung auf zwei Zweige kann auf DC/DC-Wandler verzichtet werden. Die Entkopplungselemente müssen nur jeweils einen gerichteten Stromfluß gewährleisten, um einerseits Entladungen der Spannungsversorgungen zu verhindern und andererseits bei Kurzschlüssen die Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher sicherzustellen.For this, the first power supply is with the second Power supply connected via a first decoupling element. Furthermore, the first power supply is via a second Decoupling element and the second voltage supply via a third Decoupling element with the safety-relevant consumer connected, the decoupling elements having a directed current flow from the power supplies to the safety-relevant Guaranteed consumers. By dividing it into two branches, you can DC / DC converters can be dispensed with. The decoupling elements only have to each ensure a directed current flow, on the one hand To prevent discharges of the power supplies and on the other hand in the event of short circuits, the voltage supply to the safety-relevant Ensure consumers.

Vorzugsweise wird zwischen der ersten Spannungsversorgung und dem ersten Entkopplungselement eine Sicherung angeordnet, die bei einem Kurzschluß vor oder hinter dem ersten Entkopplungselement den Zweig mit der zweiten Spannungsversorgung abschaltet.Is preferably between the first power supply and the arranged a first decoupling fuse, which at a Short circuit in front of or behind the first decoupling element with the branch the second power supply switches off.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die Entkopplungselemente als Dioden ausgebildet, die ohne weitere Zusatzmaßnahmen die Funktionalität erfüllen.In a second preferred embodiment, the Decoupling elements designed as diodes, which without further Additional measures to fulfill the functionality.

Nachteilig an der Ausführungsform mit den Dioden sind die Spannungsabfälle über den Dioden, so daß nur eine reduzierte Spannung für die sicherheitsrelevanten Verbraucher zur Verfügung steht. Daher werden in einer alternativen Ausführungsform die Dioden durch Schalter mit Stromrichtungserkennung ausgebildet. Aufgrund des vernachlässigbaren Spannungsabfalls über dem Schalter steht dann die volle Spannung für die sicherheitsrelevanten Verbraucher zur Verfügung.The disadvantage of the embodiment with the diodes are Voltage drops across the diodes so that only a reduced voltage  is available for safety-relevant consumers. Therefore in an alternative embodiment, the diodes are connected by switches Current direction detection trained. Because of the negligible The voltage drop across the switch then stands for full voltage safety-relevant consumers.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schalter als Feldeffekttransistoren, insbesondere als Leistungs-MOSFETs ausgebildet, die mit einer internen Kurzschlußstromerkennung ausgebildet sind.In a preferred embodiment, the switches are as Field effect transistors, in particular designed as power MOSFETs, which are designed with an internal short-circuit current detection.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden jeweils unabhängigen sicherheitsrelevanten Verbrauchern separate Schaltungsanordnungen zugeordnet, wobei die erste Spannungsversorgung gemeinsam allen Schaltungsanordnungen zugeordnet ist.In a further preferred embodiment, each independent safety-relevant consumers Circuit arrangements assigned, the first voltage supply is commonly assigned to all circuit arrangements.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der redundanten Spannungsversorgung sind Steuergeräte und Zusatzkomponenten von x-by-wire-Systemen.A preferred area of application for redundant power supply are control devices and additional components of x-by-wire systems.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schaltungsanordnung der redundanten Spannungsversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher.The invention is based on a preferred Embodiment explained in more detail. The only figure shows one schematic circuit arrangement of the redundant Power supply for safety-relevant consumers.

Die redundante Spannungsversorgung umfaßt eine erste Spannungsversorgung 1, die jeweils über eine Schaltungsanordnung mit unabhängigen sicherheitsrelevanten Verbrauchern 10, 20 verbunden ist. Die Schaltungsanordnungen umfassen jeweils eine Sicherung 11, 21, eine erste Diode 12, 22, eine zweite Spannungsversorgung 13, 23, eine zweite Diode 14, 24 und eine dritte Diode 15, 25. Die zweite Diode 14, 24 ist dabei direkt zwischen der ersten Spannungsversorgung 1 und den sicherheitsrelevanten Verbrauchern 10, 20 angeordnet. Die zweite Diode 14, 24 ist dabei parallel zum Zweig mit der Sicherung 11, 21, der ersten Diode 12, 22, der zweiten Spannungsversorgung 13, 23 und der dritten Diode 15, 25 geschaltet.The redundant voltage supply comprises a first voltage supply 1 , each of which is connected to independent safety-relevant consumers 10 , 20 via a circuit arrangement. The circuit arrangements each include a fuse 11 , 21 , a first diode 12 , 22 , a second voltage supply 13 , 23 , a second diode 14 , 24 and a third diode 15 , 25 . The second diode 14 , 24 is arranged directly between the first voltage supply 1 and the safety-relevant consumers 10 , 20 . The second diode 14 , 24 is connected in parallel to the branch with the fuse 11 , 21 , the first diode 12 , 22 , the second voltage supply 13 , 23 and the third diode 15 , 25 .

Nachfolgend soll nun die Funktion und Wirkungsweise der einzelnen Elemente der ersten Schaltungsanordnung erläutert werden, wobei diese Ausführungen analog auch für die zweite und weitere Schaltungsanordnungen gelten. Die erste Diode 12 zwischen der ersten Spannungsversorgung 1 und der zweiten Spannungsversorgung 13 bewirkt eine gerichtete Ladestrecke von der ersten zur zweiten Spannungsversorgung, d. h. nur wenn die Spannung der ersten Spannungsversorgung 1 0,7 V größer als die zweite Spannungsversorgung 13 ist, ist die Diode 12 in Flußrichtung gepolt. In diesem Fall wird die zweite Spannungsversorgung 13 durch die erste Spannungsversorgung 1 geladen. Die dritte Diode 15 sperrt dann und die gesamte Spannungsversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 10 erfolgt über die erste Spannungsversorgung 1 über die zweite Diode 14. Ist die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannungsversorgung 1 und der zweiten Spannungsversorgung 13 zwischen 0 V und 0,7 V, so sperrt die Diode 12. Die zweite Spannungsversorgung 13 wird nicht mehr geladen. Die Diode 15 bleibt jedoch solange gesperrt, bis die zweite Spannungsversorgung 13 eine höhere Spannung als die erste Spannungsversorgung aufweist. Erst dann wird die Diode 15 in Flußrichtung gepolt und die zweite Spannungsversorgung 13 übernimmt die Spannungsversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 10.In the following, the function and mode of operation of the individual elements of the first circuit arrangement will be explained, these explanations also analogously applying to the second and further circuit arrangements. The first diode 12 between the first voltage supply 1 and the second voltage supply 13 effects a directional charging path from the first to the second voltage supply, ie the diode 12 is only if the voltage of the first voltage supply 1 is 0.7 V greater than the second voltage supply 13 poled in the direction of the river. In this case, the second voltage supply 13 is charged by the first voltage supply 1 . The third diode 15 then blocks and the entire voltage supply of the safety-relevant consumer 10 takes place via the first voltage supply 1 via the second diode 14 . If the voltage difference between the first voltage supply 1 and the second voltage supply 13 is between 0 V and 0.7 V, the diode 12 blocks. The second voltage supply 13 is no longer charged. However, the diode 15 remains blocked until the second voltage supply 13 has a higher voltage than the first voltage supply. Only then is the diode 15 poled in the direction of flow and the second voltage supply 13 takes over the voltage supply of the safety-relevant consumer 10 .

Ein Extremfall für die Spannungsdifferenz ist der Kurzschluß der ersten Spannungsversorgung. Auch hier übernimmt die zweite Spannungsversorgung 13 die Spannungsversorgung, wobei die sperrende Diode 14 eine Rückwirkung des Kurzschlusses auf den sicherheitsrelevanten Verbraucher 10 verhindert. Bei einem Kurzschluß der zweiten Spannungsversorgung 13 wird die Diode 12 extrem in Flußrichtung gepolt, so daß der Strom steil ansteigt und zur Zerstörung der Diode 12 und somit zum Kurzschluß der ersten Spannungsversorgung 1 führen würde. Hier spricht dann die Sicherung 11 an und trennt die Verbindung zwischen erster und zweiter Spannungsversorgung auf, so daß die erste Spannungsversorgung 1 vom Kurzschluß entkoppelt wird und den sicherheitsrelevanten Verbraucher so versorgen kann.An extreme case for the voltage difference is the short circuit of the first voltage supply. Here, too, the second voltage supply 13 takes over the voltage supply, the blocking diode 14 preventing the short circuit from reacting to the safety-relevant consumer 10 . If the second voltage supply 13 is short-circuited, the diode 12 is polarized extremely in the flow direction, so that the current rises steeply and would lead to the destruction of the diode 12 and thus to the short-circuit of the first voltage supply 1 . The fuse 11 then responds here and disconnects the connection between the first and second voltage supply, so that the first voltage supply 1 is decoupled from the short circuit and can thus supply the safety-relevant consumer.

Claims (7)

1. Redundante Spannungsversorgung für mindestens einen sicherheitsrelevanten Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine im Bordnetz angeordnete erste Spannungsversorgung und eine zweite Spannungsversorgung, wobei die erste und zweite Spannungsversorgung über ein Entkopplungselement verbunden sind, wobei das Entkopplungselement einen gerichteten Stromfluß von der ersten zur zweiten Spannungsversorgung gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannungsversorgung (1) über ein zweites Entkopplungselement und die zweite Spannungsversorgung (13, 23) über ein drittes Entkopplungselement mit dem sicherheitsrelevanten Verbraucher (10, 20) verbunden sind, wobei die Entkopplungselemente einen gerichteten Stromfluß von den Spannungsversorgungen (1, 13, 23) zu dem sicherheitsrelevanten Verbraucher (10, 20) gewährleistet.1. Redundant voltage supply for at least one safety-relevant consumer in a motor vehicle, comprising a first voltage supply and a second voltage supply arranged in the vehicle electrical system, the first and second voltage supply being connected via a decoupling element, the decoupling element ensuring a directed current flow from the first to the second voltage supply , characterized in that the first voltage supply ( 1 ) is connected via a second decoupling element and the second voltage supply ( 13 , 23 ) via a third decoupling element to the safety-relevant consumer ( 10 , 20 ), the decoupling elements ensuring a directed current flow from the voltage supplies ( 1 , 13 , 23 ) to the safety-relevant consumer ( 10 , 20 ). 2. Redundante Spannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Spannungsversorgung (1) und dem ersten Entkopplungselement eine Sicherung (11, 21) angeordnet ist.2. Redundant power supply according to claim 1, characterized in that a fuse ( 11 , 21 ) is arranged between the first power supply ( 1 ) and the first decoupling element. 3. Redundante Spannungsversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungselemente als Dioden (12, 14, 15, 22, 24, 25) ausgebildet sind. 3. Redundant power supply according to claim 1 or 2, characterized in that the decoupling elements are designed as diodes ( 12 , 14 , 15 , 22 , 24 , 25 ). 4. Redundante Spannungsversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungselemente als Schalter mit Stromrichtungserkennung ausgebildet sind.4. Redundant power supply according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the decoupling elements as switches with Current direction detection are formed. 5. Redundante Spannungsversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind.5. Redundant power supply according to claim 4, characterized characterized in that the switches are designed as field effect transistors are. 6. Redundante Spannungsversorgung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils unabhängigen sicherheitsrelevanten Verbrauchern (10, 20) eine separate Schaltungsanordnung zugeordnet ist, wobei die erste Spannungsversorgung (1) gemeinsam allen Schaltungsanordnungen zugeordnet ist.6. Redundant voltage supply according to one of the preceding claims, characterized in that in each case independent safety-relevant consumers ( 10 , 20 ) is assigned a separate circuit arrangement, the first voltage supply ( 1 ) being assigned to all circuit arrangements. 7. Redundante Spannungsversorgung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sicherheitsrelevanten Verbraucher (10, 20) als Steuergeräte eines x-by-wire-Systems ausgebildet sind.7. Redundant power supply according to one of the preceding claims, characterized in that the safety-relevant consumers ( 10 , 20 ) are designed as control units of an x-by-wire system.
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