DE10149113A1

DE10149113A1 - Power supply device, in particular for a motor vehicle electrical system, with a protective function for protecting electronic components against overvoltages

Info

Publication number: DE10149113A1
Application number: DE2001149113
Authority: DE
Inventors: Rainer Topp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2021-10-06
Also published as: FR2830693B1; FR2830693A1; GB2385217B; GB0223066D0; GB2385217A; DE10149113B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Spannungsversorgungsvorrichtung (1), insbesondere für ein Kfz-Bordnetz, mit Schutzfunktion zum Schutz elektronischer Bauelemente vor Überspannungen, welcher eine Netzspannung von einer elektrischen Spannungsquelle (2) zuführbar ist, mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss (7, 8); mindestens einer mit der elektrischen Spannungsquelle (2) und den Ausgangsanschlüssen (7, 8) verbundenen Spannungsbegrenzungseinrichtung (3) zum Begrenzen von Überspannungen der Netzspannung; einer mit den Ausgangsanschlüssen (7, 8) verbundenen, steuerbaren Absorbereinrichtung (4) zum Aufnehmen eines Absorberstroms und einer elektronischen Überwachungseinrichtung (5), die mit der Spannungsquelle (2) und mit der Absorbereinrichtung (4) verbunden ist, zum Erfassen von von der Spannungsquelle (2) gelieferten Spannungswerten und zum Erzeugen eines Steuersignals für die Absorbereinrichtung (4), basierend auf den erfassten Spannungswerten.The invention relates to a voltage supply device (1), in particular for a vehicle electrical system, with a protective function for protecting electronic components against overvoltages, to which a mains voltage can be supplied from an electrical voltage source (2), with a first and a second output connection (7, 8 ); at least one voltage limiting device (3) connected to the electrical voltage source (2) and the output connections (7, 8) for limiting overvoltages of the mains voltage; a controllable absorber device (4) connected to the output connections (7, 8) for receiving an absorber current and an electronic monitoring device (5) which is connected to the voltage source (2) and to the absorber device (4) for detecting Voltage source (2) delivered voltage values and for generating a control signal for the absorber device (4), based on the detected voltage values.

Description

STATE OF THE ART

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsvorrichtung, insbesondere für ein Kfz-Bordnetz, mit Schutzfunktion zum Schutz elektronischer Bauelemente vor Überspannungen. The present invention relates to a Power supply device, in particular for a motor vehicle electrical system, with Protection function to protect electronic components from Surges.

Obwohl auf beliebige Schaltungen anwendbar, werden die folgende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf ein an Bord eines Kraftfahrzeuges befindliches Bordnetz erläutert. Although applicable to any circuit, the following invention and the underlying problem in relation to one on board a motor vehicle Vehicle electrical system explained.

Es ist allgemein bekannt, dass bei induktiven Lasten, wie Spulen oder dergleichen, direkt oder indirekt Überspannungen induziert werden. Besonders schädigende Überspannungen entstehen beispielsweise bei einem schlechten Kontakt oder einer augenblicklichen Trennung der Batterie im Betrieb des Generators (Load-Dump). Beispielsweise können im Kraftfahrzeugbereich bei einer Versorgungsspannung von 12 V Überspannungen bis zu 80 V in einem Zeitraum von 400 Millisekunden auftreten. Diese Transienten können verschiedene elektronische Schaltungen, beispielsweise integrierte Schaltungen im Kraftfahrzeug zerstören, falls diese nicht wirksam gegen solche Überspannungen geschützt sind. It is generally known that with inductive loads such as Coils or the like, directly or indirectly Surges are induced. Particularly damaging surges arise, for example, from poor contact or an instantaneous disconnection of the battery during operation of the Generators (load dump). For example, in Motor vehicle area with a supply voltage of 12 V. Overvoltages up to 80 V in a period of 400 milliseconds occur. These transients can be different electronic circuits, for example integrated circuits in the Destroy motor vehicle if it is not effective against such surges are protected.

Es besteht die Möglichkeit, einer Zerstörung der elektronischen Bauelemente durch Überspannungen des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges dadurch entgegenzuwirken, dass die entsprechenden Bauelemente jeweils entsprechend den maximal auftretenden Spannungsspitzen ausgelegt werden. Dies ist allerdings äußerst kostenaufwendig und nicht rentabel. There is a possibility of destruction of the electronic components due to overvoltages in the vehicle electrical system To counteract the motor vehicle in that the corresponding components each corresponding to the maximum occurring voltage peaks can be designed. This is however extremely costly and not profitable.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht also allgemein darin, eine Spannungsversorgungsvorrichtung zu schaffen, die für einen normalen Betrieb ausgelegte Bauelemente vor Überspannungen der Netzspannung eines Generators effektiver schützen soll. The underlying problem of the present invention generally consists of one To create power supply device necessary for normal operation designed components against overvoltages of the mains voltage Protect generator more effectively.

Passive Diodengleichrichter mit Zener-Dioden sind geeignet, vom Generator erzeugte Überspannungen auf einen gewünschten Wert oberhalb der normal eingestellten Bordnetzspannung zu begrenzen. Passive diode rectifiers with Zener diodes are suitable Overvoltages generated by the generator to a desired one Value above the normally set vehicle electrical system voltage limit.

Als nachteilig bei diesem Ansatz hat sich die Tatsache herausgestellt, dass die Zener-Dioden-Begrenzungsspannung einen großen Toleranzbereich aufweist und erheblich von der an dem Bauelement anliegenden Temperatur abhängig ist. Denn eine thermische Belastung der Zener-Dioden führt zu einer ansteigenden Sperrschichttemperatur und somit zu einer anwachsenden Durchbruchsspannung der Diode im Betrieb. Bei einem Übergang zu beispielsweise einer höheren Kraftfahrzeug-Bordspannung, beispielsweise einer 42 V-Spannung, wie serienmäßig bereits in Planung, werden somit diese Toleranz- und Temperaturabhängigkeiten zu groß für eine sinnvolle Anwendung. The fact has proven to be disadvantageous in this approach found that the Zener diode limiting voltage has a large tolerance range and significantly different from the temperature applied to the component is dependent. Because a thermal load on the Zener diodes leads to a rising junction temperature and thus to a increasing breakdown voltage of the diode in operation. at a transition to, for example, a higher one Motor vehicle on-board voltage, for example a 42 V voltage, such as already in the planning stage as a result, these will be Tolerance and temperature dependencies too large for one sensible application.

Die DE 197 10 073 A1 beschreibt eine Überspannungs-Schutzvorrichtung zum Schutz elektrischer Anlagen vor Überspannungen, wobei die Anlage ein von einem elektrischen Generator gespeistes Bordnetz und daran angeschlossene elektrische Einrichtungen aufweist, mit einer Begrenzungseinrichtung, deren Schwellwert oberhalb der Generatornennspannung liegt, wobei an der Ausgangsseite des Generators parallel zum Bordnetz eine Einheit angeschlossen ist, welche mindestens einen Leistungszweig parallel zum Bordnetz mit mindestens zwei Widerstandskomponenten aufweist, wobei mindestens eine Widerstandskomponente bei Überschreiten der Begrenzungsschwelle im Sinne einer Widerstandsverminderung ansteuerbar ist. DE 197 10 073 A1 describes one Surge protection device to protect electrical systems from Surges, the system being one of an electrical Generator-powered electrical system and connected to it has electrical devices with a Limiting device, its threshold value above the nominal generator voltage lies, parallel to the output side of the generator a unit is connected to the vehicle electrical system, which with at least one power branch parallel to the vehicle electrical system has at least two resistance components, at least a resistance component when the Limitation threshold in the sense of a reduction in resistance is controllable.

Nachteilig bei diesem Ansatz ist die Tatsache, dass durch die Klammerung der Load-Dump-Spannung ausschließlich über ein separates aktives Spannungsbegrenzungsmodul eine vollständige Trennung der Gleichrichter- und Spannungsbegrenzungsfunktionen in verschiedenen Baugruppen erfolgt, wodurch zur Pufferung der gesamten Load-Dump-Überschussleistung dieses System sehr aufwendig und kostenintensiv ausgelegt werden muss. Zusätzlich kann ein Ausfall des Moduls, sei es durch den Ausfall einzelner Modulkomponenten oder durch die Abtrennung einer seiner Anschlüsse an den Plus- oder Minuspol, nicht im Normalbetrieb vorab erkannt werden. Somit kann vor dem Eintreten einer Überspannung das System nicht in einen sicheren Zustand überführt und das Risiko eines Ausfalls von großen Teilen der Bordelektronik im Überspannungsfall verringert werden. A disadvantage of this approach is the fact that through the bracketing of the load dump voltage exclusively via a separate active voltage limiting module complete separation of the rectifier and Voltage limiting functions in different assemblies, thereby buffering the entire This system's load-dump excess power is very complex and cost-intensive must be interpreted. In addition, a failure of the Module, be it due to the failure of individual module components or by disconnecting one of its connections to the Positive or negative pole, not recognized in advance in normal operation become. Thus, before an overvoltage occurs System is not brought into a safe state and that Risk of failure of large parts of the on-board electronics be reduced in the event of an overvoltage.

Ein weiterer Ansatz liegt darin, eine Load-Dump-Spannungsbegrenzung dadurch zu erreichen, dass beim Auftreten der Lastabfall-Bedingung alle drei Phasenanschlüsse der Startorwicklungen des Generators über die oberen Schalttransistoren eines Wechselrichters gemeinsam auf einen Ausgangskondensator kurzgeschlossen werden. Somit wird die gesamte Überschussleistung des Generators im Überspannungsfall auf den Ausgangskondensator gespeist. Zur Gewährleistung einer ausreichend geringen Ausgangsspannungswelligkeit im Normalbetrieb des Generators ist der Ausgangskondensator vorzugsweise groß auszulegen. Somit führt die auftretende Überschussleistung nicht zu einer unzulässigen Spannungsüberhöhung am Generatorausgang. Another approach is one To achieve load dump voltage limitation by the fact that when the Load drop condition all three phase connections of the Start windings of the generator over the top Switching transistors of an inverter together on one Output capacitor are short-circuited. So the whole Excess power of the generator in the event of an overvoltage fed the output capacitor. To ensure a sufficiently low output voltage ripple in the Normal operation of the generator is the output capacitor preferably large. Thus, the one that occurs Excess power does not become an impermissible Voltage surge at the generator output.

Allerdings ist bei diesem Ansatz nachteilig, dass dieses System nur bei einem ausreichend großen Ausgangskondensator eingesetzt werden kann. Allerdings gehen die Bestrebungen aus Kosten- und Platzgründen dahin, Generator- und aktive Gleichrichter- bzw. Wechselrichtersysteme ohne große Ausgangskondensatoren zu entwickeln. Eine Vergrößerung der Ausgangskondensatoren ausschließlich zur Pufferung der Load-Dump-Energie ist aus Kostengründen nicht sinnvoll. However, the disadvantage of this approach is that this System only with a sufficiently large output capacitor can be used. However, the aspirations are going there for cost and space reasons, generator and active Rectifier or inverter systems without large To develop output capacitors. An enlargement of the Output capacitors only for buffering the Load dump energy does not make sense for cost reasons.

ADVANTAGES OF THE INVENTION

Die erfindungsgemäße Spannungsversorgungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass die im Normalbetrieb bereits benötigten Generatorkomponenten sowohl zur Spannungsgleichrichtung bzw. -glättung im Normalbetrieb als auch zur Spannungsbegrenzung im Load-Dump-Störfall genutzt werden können, und dass trotzdem auch beispielsweise für 42 V-Bordnetze eine ausreichend eng tolerierbare Load-Dump- Spannungsbegrenzung möglich ist. The voltage supply device according to the invention the features of claim 1 points over the known Approaches have the advantage that in normal operation already required generator components both for Voltage rectification or smoothing in normal operation as also used to limit the voltage in the event of a load dump can be, and that for example also for 42 V on-board networks a sufficiently narrow tolerable load dump Voltage limitation is possible.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass ein Generatorsystem, dessen integrierte Überspannungsbegrenzungsfähigkeit für bestimmte Belastungsfälle nicht ausreichend leistungsfähig ist, zwischen seinen Gleichspannungsausgangsanschlüssen mit mindestens einer zusätzlichen Energieabsorbereinrichtung zum Aufnehmen bestimmter Impulsenergien versehen wird und diese Absorbereinrichtung mit mindestens einer Signalleitung mit der Generatorsteuerelektronik verbunden ist. The underlying idea of the present invention consists of a generator system whose integrated Surge limiting capability for certain Is not sufficiently powerful between its stress cases DC voltage output connections with at least one additional energy absorber device for recording certain pulse energies is provided and these Absorber device with at least one signal line with the Generator control electronics is connected.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Schutzvorrichtung. There are advantageous ones in the subclaims Developments and improvements to that specified in claim 1 Guard.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erzeugt die Überwachungseinrichtung ein Steuersignal, das die Größe des Absorberstroms festlegt. According to a preferred development, the Monitoring device a control signal that the size of the Absorber current determines.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Absorbereinrichtung eine steuerbare Stromsenke auf. According to a further preferred development, the Absorber device a controllable current sink.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Absorbereinrichtung eine mit der steuerbaren Stromsenke verbundene Logiksteuereinheit auf, welcher das Steuersignal zuführbar ist. According to a further preferred development, the Absorber device one with the controllable current sink connected logic control unit on which the control signal is feedable.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sendet die Logiksteuereinheit eine Zustandsinformation über den an der Absorbereinrichtung auftretenden Absorberstrom an die Überwachungseinrichtung für eine Funktionsüberwachung. According to a further preferred development, the Logic control unit provides status information on the at the Absorber flow occurring to the Monitoring device for function monitoring.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Absorbereinrichtung eine zusätzliche Spannungsbegrenzungseinrichtung auf, welche mit der steuerbaren Stromsenke verbunden ist. Diese dient als zusätzliche Sicherung, die beim Ausfall bzw. einer Überlastung der Spannungsbegrenzung im Gleich- bzw. Wechselrichter oder beim Ausfall der Steuerungsfähigkeit des Stromabsorbers eingreift und einen zusätzlichen Schutz zur Begrenzung der Überspannungen im Bordnetz darstellt. Vorzugsweise soll diese Begrenzung jedoch in ihrem Wert derart hoch dimensioniert sein, dass sie bei einer korrekten Funktion der Spannungsbegrenzung im Gleich- bzw. Wechselrichter nicht zum Eingriff kommt. According to a further preferred development, the Absorber device an additional Voltage limiting device, which with the controllable current sink connected is. This serves as an additional safeguard that the Failure or an overload of the voltage limitation in the Rectifier or inverter or if the Control ability of the current absorber intervenes and one additional protection to limit overvoltages in the Represents electrical system. This limitation should preferably be used however, be of such a high value that they with a correct function of the voltage limitation in the Rectifier or inverter does not intervene.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung gibt die Überwachungseinrichtung in vorbestimmten zyklischen Abständen der Absorbereinrichtung einzustellende Stromwerte zur Funktionsüberprüfung vor. According to a further preferred development, the Monitoring device in predetermined cyclical Distances of the absorber device current values to be set Function check before.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung steuert die Überwachungseinrichtung beim Erfassen eines negativen Funktionszustandes der Absorbereinrichtung die Spannungsquelle in einen definierten Sicherheitszustand. According to a further preferred development, the Monitoring device when detecting a negative Functional state of the absorber device, the voltage source in a defined security state.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Steuersignal auf einer Steuerleitung übertragbar, die als bidirektionale 1-Draht-Steuerleitung ausgebildet ist. According to a further preferred development, this is Control signal transferable on a control line, which as bidirectional 1-wire control line is formed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Spannungsquelle als Drehstromgenerator ausgebildet. According to a further preferred development, the Voltage source designed as a three-phase generator.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der im Generator integrierte Spannungsbegrenzer als Teil einer Gleichrichtereinrichtung vorgesehen. According to a further preferred development, the im Generator integrated voltage limiter as part of a Rectifier device provided.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Aktivierung des Stromabsorbers dergestalt, dass der von der Überwachungseinrichtung vorgegebene einzustellende Stromwert abhängig vom erfassten Stromwert des Generatorausgangs ist. According to a further preferred development, the Activation of the current absorber in such a way that that of the Monitoring device specified to be set Current value depending on the detected current value of the generator output is.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der im Generator integrierte Spannungsbegrenzer ein Halbleiter- Bauelement, insbesondere eine Zener-Diode, auf. According to a further preferred development, the Generator integrated voltage limiter a semiconductor Component, in particular a Zener diode.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der im Generator integrierte Spannungsbegrenzer einen Ausgangskondensator auf. According to a further preferred development of the Generator integrated voltage limiter one Output capacitor on.

DRAWINGS

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the description below explained.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. The single figure shows a schematic representation of a Protection device according to an embodiment of the present invention.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Die in der Figur dargestellte Spannungsversorgungsvorrichtung 1 ist für ein Kfz-Bordnetz entworfen und hat eine Schutzfunktion zum Schutz elektronischer Bauelemente vor Überspannungen. The voltage supply device 1 shown in the figure is designed for a vehicle electrical system and has a protective function for protecting electronic components against overvoltages.

Bezugszeichen 2 bezeichnet einen üblichen Drehstromgenerator, dessen drei Ausgangsleitungen mit einem Gleichrichter 3 verbunden sind, der ebenfalls eine übliche Spannungsbegrenzungseinrichtung aufweist, die einer Begrenzung des Überspannungswertes zum Schutz der elektronischen Bauelemente eines mit den Ausgangsanschlüssen 7, 8 verbundenen, zu schützenden Bordnetzes dient. Reference numeral 2 denotes a conventional three-phase generator, the three output lines of which are connected to a rectifier 3 , which also has a conventional voltage limiting device which serves to limit the overvoltage value to protect the electronic components of an on-board electrical system to be protected and connected to the output connections 7 , 8 .

Vorzugsweise besteht der Spannungsbegrenzer im Gleichrichter 3 aus bereits im Bordnetz vorhandenen Komponenten, beispielsweise aus Gleichrichter-Zener-Dioden im Falle eines passiven Gleichrichters oder einem Ausgangskondensator im Falle eines aktiven Gleichrichters. The voltage limiter in the rectifier 3 preferably consists of components already present in the vehicle electrical system, for example rectifier zener diodes in the case of a passive rectifier or an output capacitor in the case of an active rectifier.

Diese Komponenten nehmen im Überspannungsfall die Load- Dump-Energie so weit wie möglich auf und begrenzen die maximale Ausgangsspannung im Load-Dump-Fall. Dabei sind diese Komponenten vorzugsweise entsprechend ihren Anforderungen im Normalbetrieb auszulegen, d. h. eine Überdimensionierung aufgrund von Überspannungsschutz-Anforderungen erfolgt nicht. In the event of an overvoltage, these components take the load Dump energy as much as possible and limit the maximum output voltage in the case of a load dump. Here are these Components preferably according to their requirements to be interpreted in normal operation, d. H. an oversizing due to surge protection requirements Not.

Der Spannungsbegrenzer im Gleichrichter 3 ist mit einer Überwachungseinrichtung 5 verbunden, wobei die Elektronik der Überwachungseinrichtung 5 im Falle einer Überspannung die in einem aktiven Gleich- bzw. Wechselrichter des Spannungsbegrenzers zur Spannungsbegrenzung notwendigen Schaltzustände der entsprechenden Brückentransistoren aktiviert. Somit gehen die entsprechenden Komponenten des Spannungsbegrenzers von ihrem normalen Betrieb in einen Überspannungsschutz-Betrieb über bzw. werden für den Überspannungsschutz-Betrieb aktiviert. The voltage limiter in the rectifier 3 is connected to a monitoring device 5, the electronics of the monitoring device 5 activating the switching states of the corresponding bridge transistors required for voltage limitation in an active rectifier or inverter of the voltage limiter in the event of an overvoltage. The corresponding components of the voltage limiter thus switch from their normal operation to an overvoltage protection operation or are activated for the overvoltage protection operation.

In jeder Begrenzungseinrichtung können auch Wechselrichter mit passiver oder aktiver Überspannungsbegrenzung verwendet werden. Inverters can also be installed in each limiting device used with passive or active overvoltage limitation become.

Der Spannungsbegrenzer ist beispielsweise mit den drei Phasenanschlüssen der Statorwicklungen des Generators 2 über die Schalttransistoren eines Wechselrichters bzw. Gleichrichters verbunden. The voltage limiter is connected, for example, to the three phase connections of the stator windings of the generator 2 via the switching transistors of an inverter or rectifier.

Die Spannungsversorgungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Absorbereinrichtung 4, die vorzugsweise über die Ausgangsanschlüsse 7, 8 vom Gleichrichter 3 mit Spannungsbegrenzer indirekt mit dem Generator 2 verbunden ist. Die Absorbereinrichtung 4 dient einer Aufnahme bestimmter Überspannungsenergien und umfasst daher eine steuerbare Stromsenke 41, z. B. in Form eines Leistungstransistors. The voltage supply device 1 further comprises an absorber device 4 , which is preferably connected indirectly to the generator 2 via the output connections 7 , 8 from the rectifier 3 with voltage limiter. The absorber device 4 serves to absorb certain overvoltage energies and therefore comprises a controllable current sink 41 , e.g. B. in the form of a power transistor.

Die Absorbereinrichtung 4 unterstützt zusätzlich die Überspannungsbegrenzung des Gleichrichters 3, wobei die Absorbereinrichtung 4 in ihrer Leistungsfähigkeit vorzugsweise derart auszulegen ist, dass sie im ungünstigsten Überspannungs-Betriebszustand einen solchen Laststrom bzw. eine solche Überspannungsenergie aufnehmen kann, der bzw. die notwendig ist, um die Überspannungsbegrenzungsfunktion des Gleich- bzw. Wechselrichters des Spannungsbegrenzers bzw. die maximale Ausgangsspannung des Generators 2 im Überspannungsfall unterhalb eines bestimmten kritischen Wertes halten zu können. Dadurch wird die maximal zulässige Bordnetzspannung nicht überschritten und es treten keine Schädigungen der elektrischen Komponenten des Bordnetzes und im Generator 2 aufgrund eines zu hohen Spannungsimpulses auf. The absorber device 4 additionally supports the overvoltage limitation of the rectifier 3 , the performance of the absorber device 4 preferably being designed in such a way that, in the most unfavorable overvoltage operating state, it can absorb such a load current or overvoltage energy that is necessary to achieve the To be able to keep the overvoltage limiting function of the rectifier or inverter of the voltage limiter or the maximum output voltage of the generator 2 in the event of an overvoltage below a certain critical value. As a result, the maximum permissible on-board electrical system voltage is not exceeded and there is no damage to the electrical components of the on-board electrical system and in generator 2 due to an excessively high voltage pulse.

Die Absorbereinrichtung 4 besitzt vorteilhaft eine interne Logiksteuereinheit 40, welche ein von der Überwachungseinrichtung 5 auf der Steuerleitung 6 übertragenes Steuersignal hinsichtlich Zeit und Höhe des Absorberstroms umsetzt und die Stromsenke 41 entsprechend aufsteuert. The absorber device 4 advantageously has an internal logic control unit 40 , which converts a control signal transmitted by the monitoring device 5 on the control line 6 with regard to the time and level of the absorber current and controls the current sink 41 accordingly.

Sie sendet vorzugsweise ebenfalls eine Zustandsinformation über den an der Absorbereinrichtung 4 auftretenden Strom zur Funktionsüberwachung an die Überwachungseinrichtung 5 zurück. Dazu wird der auftretende Strom an der Absorbereinrichtung 4 detektiert und eine Statusmeldung über die Steuerleitung 6 an die Überwachungseinrichtung 5 gesendet. Die Steuerleitung 6 ist dabei vorzugsweise als zusätzliche bidirektionale 1-Draht-Steuerleitung 6 ausgebildet. It also preferably sends status information about the current occurring at the absorber device 4 back to the monitoring device 5 for function monitoring. For this purpose, the current occurring at the absorber device 4 is detected and a status message is sent to the monitoring device 5 via the control line 6 . The control line 6 is preferably designed as an additional bidirectional 1-wire control line 6 .

Die Statusmeldung bzw. Zustandsinformation enthält z. B. Informationen darüber, ob der Ausgangsstrom der Absorbereinrichtung 4 gemäß der entsprechenden Vorgabe einen korrekten bzw. einen, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls der Leistungskomponenten oder aufgrund eines Abfalls der Leistungsanschlüsse der Absorbereinrichtung 4, stark abweichenden Stromwert liefert. The status message or status information contains e.g. B. Information about whether the output current of the absorber device 4 delivers a correct or a strongly different current value, for example due to a failure of the power components or due to a drop in the power connections of the absorber device 4 , according to the corresponding specification.

Die Absorbereinrichtung 4 weist vorzugsweise eine zusätzliche Spannungsbegrenzungseinrichtung 42 auf, die als zusätzliche Sicherung zur Begrenzung der Überspannungen im Bordnetz vorgesehen ist, falls beispielsweise die Spannungsbegrenzungen im Gleich- bzw. Wechselrichter des Strombegrenzers im Gleichrichter 3 ausfallen bzw. überlastet sind. The absorber device 4 preferably has an additional voltage limiting device 42 , which is provided as an additional fuse for limiting the overvoltages in the vehicle electrical system, for example if the voltage limits in the rectifier or inverter of the current limiter in the rectifier 3 fail or are overloaded.

Da die Funktionalität der Spannungsbegrenzungseinrichtung 42 schwer zu überprüfen ist und nur zur Absicherung des Ausfalls von anderen Maßnahmen zur Unterdrückung von Load- Dump-Überspannungen vorgesehen ist, ist sie derart zu dimensionieren, dass sie bei einer korrekten Funktionalität der Spannungsbegrenzung im Gleichrichter 3 und der übrigen Teile der Absorbereinrichtung 4 nicht zum Einsatz kommt. Since the functionality of the voltage limiting device 42 is difficult to check and is only intended to safeguard the failure of other measures for suppressing load-dump overvoltages, it must be dimensioned such that, with correct functionality of the voltage limiting in the rectifier 3 and the others Parts of the absorber device 4 is not used.

Wie oben bereits erwähnt ist die Absorbereinrichtung 4 über die zusätzliche Steuerleitung 6 mit der Überwachungseinrichtung 5 verbunden, welche wiederum entweder als Teil des Generators 2 ausgebildet oder mit diesem zumindest verbunden ist. Die Überwachungseinrichtung 5 führt sämtliche Steuer- und Überwachungsfunktionen des Generator-Normalbetriebes aus. Dabei speichert die Überwachungseinrichtung 5 vorzugsweise den jeweils aktuellen Wert des Generatorausgangsstromes bzw. einen entsprechenden Korrelationswert, beispielsweise das Steuer-/Tastverhältnis des Erregerstromes. Somit erfasst die Überwachungseinrichtung 5 den durch eine Überspannung verursachten Spannungsanstieg am Generatorausgang und schaltet die im Gleichrichter 3 zur Spannungsbegrenzung notwendigen Zustände der entsprechenden Transistoren. As already mentioned above, the absorber device 4 is connected via the additional control line 6 to the monitoring device 5 , which in turn is either designed as part of the generator 2 or is at least connected to it. The monitoring device 5 carries out all control and monitoring functions of the normal generator operation. The monitoring device 5 preferably stores the current value of the generator output current or a corresponding correlation value, for example the control / duty cycle of the excitation current. The monitoring device 5 thus detects the voltage rise at the generator output caused by an overvoltage and switches the states of the corresponding transistors required in the rectifier 3 for voltage limitation.

Im Falle einer detektierten Überspannung aktiviert und steuert die Überwachungseinrichtung 5 die Absorbereinrichtung 4 derart, dass diese zwischen den Ausgangsklemmen des Gleichrichters 3 einen definierten Laststrom zieht und somit eine definierte Überspannungsenergie aufnimmt. Dabei wird vorzugsweise der Laststrom der Absorbereinrichtung 4 in Abhängigkeit des vor dem Eintreten der Überspannung abgespeicherten Generatorausgangsstromes von der Überwachungseinrichtung 5 vorgegeben und für eine vorbestimmte Zeit bzw. bis zum Unterschreiten einer definierten Generatorausgangsspannung aufrecht erhalten. Somit wird die maximal zulässige Bordnetzspannung nicht überschritten und die Bauteile des Bordnetzes nicht durch Überspannungsspitzen geschädigt. In the event of a detected overvoltage, the monitoring device 5 activates and controls the absorber device 4 in such a way that it draws a defined load current between the output terminals of the rectifier 3 and thus absorbs a defined overvoltage energy. The load current of the absorber device 4 is preferably predetermined by the monitoring device 5 as a function of the generator output current stored before the overvoltage occurs and is maintained for a predetermined time or until the generator output voltage falls below a defined value. This means that the maximum permissible on-board electrical system voltage is not exceeded and the components of the on-board electrical system are not damaged by overvoltage peaks.

Zur Funktionsüberwachung der Absorbereinrichtung 4 sendet die Überwachungseinrichtung 5 vorzugsweise in zyklischen Abständen ein Vorgabesignal eines einzuprägenden Laststromes und überprüft die von der Absorbereinrichtung 4 zurückgemeldete Statusinformation. Im Falle einer negativen Statusinformation während eines solchen Testzyklusses kann die Überwachungseinrichtung 5 die Elektronik des Generators 2 in einen vorbestimmten Sicherheitszustand steuern. Somit wird eine Schädigung der Elektronik des Generators 2 auch im Falle eines Ausfalls der Absorbereinrichtung 4 verhindert. To monitor the function of the absorber device 4 , the monitoring device 5 preferably sends a preset signal of a load current to be impressed at cyclical intervals and checks the status information reported by the absorber device 4 . In the event of negative status information during such a test cycle, the monitoring device 5 can control the electronics of the generator 2 into a predetermined safety state. Damage to the electronics of the generator 2 is thus prevented even in the event of a failure of the absorber device 4 .

Die vorliegende Erfindung schafft eine leistungsfähige, sichere und kostengünstige Schutzvorrichtung vor Überspannungen, da die im Normalbetrieb bereits benötigten Generatorkomponenten sowohl zur Spannungsgleichrichtung bzw. -glättung im Normalbetrieb als auch zur Spannungsbegrenzung im Überspannungsbetrieb genutzt werden. The present invention provides a powerful, safe and inexpensive protection device Overvoltages because they are already required in normal operation Generator components both for voltage rectification or smoothing in normal operation as well as for voltage limitation in Overvoltage operation can be used.

Dabei ist eine applikationsabhängig skalierbare und minimale Auslegung der zusätzlichen Leistungsabsorbereinrichtung bzgl. Volumen und Kosten möglich. Here is an application-dependent scalable and minimal design of the additional power absorber device in terms of volume and costs possible.

Ferner kann die Schutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso für beispielsweise 42 V-Bordnetze verwendet werden, da eine ausreichend eng tolerierte Überspannungs- Begrenzung möglich ist. Furthermore, the protection device according to the present Invention also used for example for 42 V electrical systems as a sufficiently closely tolerated overvoltage Limitation is possible.

Eine zyklische Überprüfung der Überspannungs-Begrenzungskomponenten zur Vermeidung von umfangreichen Folgeschäden ist ebenfalls möglich. Schließlich gewährleistet die Schutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch beim Ausfall einer der beiden parallel aktivierbaren Schutzelemente, einerseits der Begrenzungskomponenten des Gleichrichters 3 und andererseits der Komponenten der Absorbereinrichtung 4, einen zumeist ausreichenden Überspannungsschutz. A cyclical check of the overvoltage limiting components to avoid extensive consequential damage is also possible. Finally, the protective device according to the present invention also ensures, in the event of failure of one of the two protective elements which can be activated in parallel, on the one hand the limiting components of the rectifier 3 and on the other hand the components of the absorber device 4 , in most cases adequate overvoltage protection.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Although the present invention is based on a preferred one described embodiment above, it is not limited to this, but in a variety of ways modifiable.

Claims

1. Power supply device ( 1 ), in particular for a vehicle electrical system, with a protective function for protecting electronic components against overvoltages, to which a mains voltage can be supplied from an electrical voltage source ( 2 ), with:
a first and a second output connection ( 7 , 8 );
at least one voltage limiting device ( 3 ) connected to the electrical voltage source ( 2 ) and the output connections ( 7 , 8 ) for limiting overvoltages of the mains voltage;
a controllable absorber device ( 4 ) connected to the output connections ( 7 , 8 ) for receiving an absorber current; and
an electronic monitoring device ( 5 ), which is connected to the voltage source ( 2 ) and to the absorber device ( 4 ), for detecting voltage values supplied by the voltage source ( 2 ) and for generating a control signal for the absorber device ( 4 ) based on the detected voltage values.

2. Device according to claim 1, characterized in that the monitoring device ( 5 ) generates a control signal which defines the size of the absorber current.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the absorber device ( 4 ) has a controllable current sink ( 41 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the absorber device ( 4 ) has a logic control unit ( 40 ) which is connected to the controllable current sink ( 41 ) and to which the control signal can be supplied.

5. The device according to claim 4, characterized in that the logic control unit ( 40 ) sends status information about the absorber current set on the absorber device ( 4 ) to the monitoring device ( 5 ) for function monitoring.

6. The device according to at least one of the preceding claims 3 to 5, characterized in that the absorber device ( 4 ) has an additional voltage limiting device ( 42 ) which is connected to the controllable current sink ( 41 ).

7. The device according to at least one of the preceding claims 5 or 6, characterized in that the monitoring device ( 5 ) specifies current values to be set at predetermined cyclical intervals of the absorber device ( 4 ) for functional testing.

8. The device according to claim 7, characterized in that the monitoring device ( 5 ) controls the voltage source ( 2 ) in a defined safety state when detecting a negative functional state of the absorber device ( 4 ).

9. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the control signal can be transmitted on a control line ( 6 ) which is designed as a bidirectional 1-wire control line.

10. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the voltage source ( 2 ) is designed as a three-phase generator ( 2 ).

11. The device according to claim 10, characterized in that the voltage limiting device ( 3 ) is provided as part of a rectifier device.

12. The device according to claim 11, characterized in that the monitoring device ( 5 ) for activating the voltage limiting device ( 3 ) is connected to the same based on the detected voltage values.

13. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the voltage limiting device ( 3 ) has a semiconductor component, in particular a Zener diode.

14. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the voltage limiting device ( 3 ) has an output capacitor.

15. Use of the device according to at least one of the Claims 1 to 14 in a 42 V vehicle electrical system Motor vehicle.