DE102009003019A1

DE102009003019A1 - Method for operating electronic automobile-control device to protect controller area network bus transceiver in motor vehicle, involves reducing voltage by series connection of protective diodes and capacitor during short-circuit

Info

Publication number: DE102009003019A1
Application number: DE200910003019
Authority: DE
Inventors: Steffen Rathgeber; Andrew Searle; Peter Szollosi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-18

Abstract

The method involves reducing voltage by a series connection of protective diodes (11, 15) i.e. bipolar Zener-diodes, and a capacitor (14) during short-circuit between a connection line and a voltage guiding line. The capacitor is unloaded over a parallel switched ohmic resistor (12). An independent claim is also included for a device for operating an electronic automobile control device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Automobil-Steuergeräts mit einer elektrischen Verbindungsleitung zweier Baugruppen des Automobil-Steuergeräts.The The invention relates to a method for operating an electronic Automobile control unit with an electrical connection line two assemblies of the automotive control unit.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektronischen Automobil-Steuergeräts, wobei zwischen Baugruppen des Steuergeräts eine Verbindungsleitung vorgesehen ist.The The invention further relates to an apparatus for operating a electronic automotive control unit, being between assemblies the control unit is provided a connecting line.

Stand der TechnikState of the art

Die Kommunikation zwischen elektrischen und elektronischen Baugruppen in Steuergeräten in Kraftfahrzeugen und den zugeordneten Sensoren wird in der Regel über ein CAN-Bus-System abgewickelt. Von einem Mikrocontroller wird über einen CAN-Controller ein CAN-Bus-Tranceiver oder ein High-Speed-CAN-Bus-Tranceiver angesteuert, der die Schnittstelle zum Kabelbaum des Kraftfahrzeugs darstellt. Hierbei wird gefordert, dass die Ein- und Ausgänge des CAN-Bus-Tranceivers kurzschlussfest bei Verbindung einer Verbindungsleitung mit Masse und Batteriespannung ausgelegt sind. Bei Automobilen mit einem 12 V-Bordnetz werden die Komponenten für eine Kurzschlussfestigkeit bis zu einer Verbindung mit 14 bis 18 V permanent und typisch 32 bis 36 V transient ausgelegt. Soll eine solche Komponente in einem Nutzfahrzeug mit 24 V-Bordnetz, in dem die reale anliegende Versorgungsspannung über 30 V liegen kann, eingesetzt werden, ist ein zusätzlicher Schutz des CAN-Bus-Tranceivers erforderlich, da die höheren auftretenden Spannungen die internen Schutzmaßnahmen des CAN-Bus-Tranceivers überlasten können.The Communication between electrical and electronic assemblies in control units in motor vehicles and their associated Sensors are usually handled via a CAN bus system. From a microcontroller is via a CAN controller a CAN bus transceiver or a high-speed CAN bus transceiver, which represents the interface to the wiring harness of the motor vehicle. This requires that the inputs and outputs of the CAN bus transceiver short-circuit-proof when connecting a connection cable are designed with ground and battery voltage. In automobiles with a 12 V electrical system, the components for a short-circuit strength up to a connection with 14 to 18 V permanent and typically 32 to 36 V transiently designed. Should such a component in a commercial vehicle with 24 V electrical system, in which the real voltage applied over 30 V can be used, is an additional Protection of the CAN bus transceiver required, as the higher tensions the internal protective measures of the CAN bus transceivers overload.

Eine Ausführung einer Schutzschaltung zur Absicherung von CAN-Bus-Leitungen ist in dem Artikel „EMI/ESD Solutions for the CAN Network (ISBN 0-7803-8812-7) beschrieben. Gemäß diesem Stand der Technik werden die CAN-Bus-Leitungen über Avalanche-Dioden mit Fahrzeugmasse verbunden. Tritt eine Überspannung auf, wird sie über das Bauteil abgeleitet. Nachteilig ist hier, dass bei Verbindung mit einer Überspannungsquelle hoher Leistung, wie dies ein Kurzschluss mit dem Pluspol des Bordnetzes darstellt, die Ableitdiode zerstört werden kann.An embodiment of a protection circuit for securing CAN bus lines is in the article "EMI / ESD Solutions for the CAN Network (ISBN 0-7803-8812-7) described. According to this prior art, the CAN bus lines are connected via avalanche diodes with vehicle ground. If an overvoltage occurs, it is dissipated via the component. The disadvantage here is that when connected to a high voltage power source, as this represents a short circuit to the positive pole of the electrical system, the dissipating diode can be destroyed.

Eine Schutzschaltung für einen für ein 12 V-Bordnetz ausgelegten CAN-Bus-Tranceiver zum Betrieb an einem 42 V-Bordnetz wird in der DE 1025147383 angegeben. Die Schrift beschreibt eine Schutzschaltung zum Schutz gegen Überspannung für einen spannungsmäßig für ein erstes Bordnetz (Vbat1) ausgelegten CAN-Bus-Tranceiver (TC), welcher in einem zweiten Bordnetz (Vbat2) mit einer gegenüber dem ersten Bordnetz (Vbat1) mehrfach höheren Bordnetzspannung allein oder in einem Zweispannungsbordnetz mit dem ersten (Vbat1) und dem zweiten Bordnetz (Vbat2) betrieben wird. Die Schutzschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Busanschlüssen (TCHI, TCLO) des Tranceivers (TC) zwei Dioden (D3, D3') angeordnet sind, deren Katoden miteinander verbunden sind und auf ein vorgegebenes Potential (P) gelegt sind, dass zwischen jedem Busanschluss (TCHI, TCLO) des Tranceivers (TC) und der ihm zugeordneten Busleitung (HI, LO) ein Begrenzungswiderstand (R3, R4) angeordnet ist und dass zur Wiederherstellung der durch die Begrenzungswiderstände (R3, R4) verringerten Spannungspegel an den Busleitungen (HI, LO) zwischen dem Pluspol (+Vcc) der Versorgungsspannungsquelle (Vcc) des Tranceivers (TC) und der ersten Busleitung (HI) eine erste Stromspiegelschaltung (Q1-Q2) angeordnet ist und zwischen der zweiten Busleitung (LO) und Bezugspotential (GND) eine zweite Stromspiegelschaltung (Q3-Q4) angeordnet ist.A protection circuit for a designed for a 12 V electrical system CAN bus transceiver for operation on a 42 V electrical system is in the DE 1025147383 specified. The document describes a protection circuit for protection against overvoltage for a voltage for a first vehicle electrical system (Vbat1) designed CAN bus transceiver (TC), which in a second electrical system (Vbat2) with respect to the first electrical system (Vbat1) multiple board voltage alone or in a two-voltage on-board network with the first (Vbat1) and the second on-board network (Vbat2) is operated. The protection circuit is characterized in that two diodes (D3, D3 ') are arranged between the two bus terminals (TCHI, TCLO) of the tranceiver (TC), whose cathodes are connected to one another and are connected to a predetermined potential (P) a limiting resistor (R3, R4) is arranged in each bus connection (TCHI, TCLO) of the transceiver (TC) and its associated bus line (HI, LO), and in order to restore the voltage level at the bus lines (R3, R4) reduced by the limiting resistors (R4) HI, LO) between the positive pole (+ Vcc) of the supply voltage source (Vcc) of the tranceiver (TC) and the first bus line (HI), a first current mirror circuit (Q1-Q2) is arranged and between the second bus line (LO) and reference potential (GND ) a second current mirror circuit (Q3-Q4) is arranged.

Nachteilig bei den Lösungen nach dem Stand der Technik ist deren hoher zusätzlicher Schaltungsaufwand. Beispielhaft wird zum Schutz des CAN-Bus-Tranceivers in die CAN-Busleitung ein ohmscher Widerstand eingefügt, an dem ein Spannungsabfall auftritt, der zur Wiederherstellung der Spannungsniveaus der CAN-Signale durch eine Zusatzschaltung kompensiert werden muss.adversely in the solutions according to the prior art is their high additional circuit complexity. Exemplary becomes protection of the CAN bus transceiver into the CAN bus line an ohmic resistance inserted, at which a voltage drop occurs, the Restoration of the voltage levels of the CAN signals by a Additional circuit must be compensated.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung für einen für ein 12 V Bordnetz ausgelegten CAN-Bus-Tranceiver anzugeben, so dass der CAN-Bus-Tranceiver in einem Fahrzeug mit einem 24 V Bordnetz verwendet werden kann und bei einem Kurzschluss gegen Masse und Batterie-Pluspol geschützt ist.It Object of the invention is a protection circuit for a indicate for a 12 V vehicle electrical system CAN bus transceiver, so that the CAN bus transceiver in a vehicle with a 24V Vehicle electrical system can be used and in case of a short circuit to ground and battery positive pole is protected.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kurzschluss der Verbindungsleitung mit einer Spannung führenden Leitung die Spannung mittels einer Reihenschaltung einer Schutzdiode und eines Kondensators abgebaut wird. Durch die eingeschleppte Spannung wird die Schutzdiode leitfähig, der Kondensator wird aufgeladen und nimmt die Energie des Störimpulses auf. Ist der Kondensator geladen, geht der Strom zurück und die Schutzdiode ist vor Ausfall durch Überlastung gesichert. Bei Anordnungen nach dem Stand der Technik werden Schutzdioden ohne den erfindungsgemäß eingefügten Kondensator verwendet und können bei einem länger andauernden Kurzschluss einer CAN-Bus-Leitung mit Versorgungsspannung beschädigt werden.The the problem of the method is solved by a short circuit of the connecting line with a voltage leading Lead the voltage by means of a series connection of a protective diode and a capacitor is degraded. Due to the introduced voltage the protection diode becomes conductive, the capacitor is charged and absorbs the energy of the glitch. Is the capacitor charged, the current goes back and the protection diode is secured against failure due to overload. In arrangements According to the prior art, protective diodes are inserted without the invention Capacitor used and can last longer ongoing short circuit of a CAN bus line with supply voltage to be damaged.

Wird ein für ein 12 V-Bordnetz ausgelegter CAN-Bus-Tranceiver in einem Fahrzeug mit 24 V-Bordnetz verwendet, tritt ein weiterer möglicher Schadensverlauf ein, der mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden kann. Tritt ein Kurzschluss einer CAN-Bus-Leitung gegen positive Batteriespannung ein, führt die Induktivität einer in die Leitung zur Verminderung von Gleichtaktstörungen eingeschleiften CAN-Drossel zu einer Spannungsüberhöhung auf der CAN-Bus-Leitung. Diese Spannungsüberhöhung kann eine interne Schutzschaltung des CAN-Bus-Tranceivers auslösen, die die Spannungsbegrenzung auf der betroffenen CAN-Bus-Leitung beispielhaft von 40 V auf 30 V absenkt. Diese Absenkung kann aufgrund der Zener-Dioden-Charakteristik der internen Schutzschaltung auftreten. Ist nun die momentane Batteriespannung mit beispielhaft 32 V höher als die verminderte Spannungsbegrenzung von 30 V, fließt ein so hoher Strom in den Anschluss des CAN-Bus-Tranceivers, dass dieser zerstört wird. Die erfindungsgemäße Schutzbeschaltung kann gerade solche induktiven – und daher transienten – Spannungsüberhöhungen ableiten und erreichen, dass die interne Schutzschaltung des CAN-Bus-Tranceivers nicht anspricht.Is a CAN bus transceiver designed for a 12 V vehicle electrical system in a vehicle with 24 V-electrical system used, another possible damage occurs, which can be avoided with the inventive arrangement. If a short circuit of a CAN bus line against a positive battery voltage occurs, the inductance of a CAN throttle looped into the line to reduce common mode interference leads to a voltage overshoot on the CAN bus line. This voltage overshoot can trigger an internal protection circuit of the CAN bus transceiver, which reduces the voltage limit on the affected CAN bus line from 40 V to 30 V, for example. This lowering can occur due to the Zener diode characteristic of the internal protection circuit. If the instantaneous battery voltage is 32 V higher than the reduced voltage limit of 30 V, for example, such a high current will flow into the CAN bus transceiver terminal that it will be destroyed. The protective circuit according to the invention can precisely derive such inductive - and therefore transient - voltage overshoots and ensure that the internal protection circuit of the CAN bus tranceiver does not respond.

Werden zum Abbau der Spannung als Schutzdioden bipolare Zener-Dioden verwendet, können auch Störspannungen mit sehr schnellen Anstiegsflanken abgeleitet werden und die CAN-Bus-Leitungen sind gegen Störimpulse positiver als auch negativer Polarität abgesichert.Become used to reduce the voltage as protective diodes bipolar zener diodes, can also interference voltages with very fast rising edges are derived and the CAN bus lines are against glitches hedged positive as well as negative polarity.

Wird der Kondensator über einen ihm parallel geschalteten ohmschen Widerstand entladen, ist die Schutzschaltung nach kurzer Zeit wieder einsatzbereit.Becomes the capacitor via a parallel connected ohmic Unload resistor, the protection circuit is after a short time again ready for use.

Wird ein statischer Strom durch die Schutzdioden mittels des ohmschen Widerstands begrenzt, kann die Schaltung nicht nur vor transienten Störspannungen sondern auch vor einem dauernd anliegender Kurzschluss weitgehend geschützt werden. Durch die Auslegung des Widerstands kann der Strom durch die Schutzdioden begrenzt werden, so dass diese vor Ausfall durch Überlastung geschützt werden können.Becomes a static current through the protective diodes by means of ohmic Resistance limited, the circuit can not only before transient Interference voltages but also in front of a permanently applied Short circuit are largely protected. By the design of the resistor, the current can be limited by the protective diodes, so that they are protected from failure due to overload can.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zwischen der Verbindungsleitung und der Fahrzeug-Masse eine Reihenschaltung einer Schutzdiode und eines Kondensators vorgesehen ist. Tritt eine Überspannung, beispielhaft durch einen Kurzschluss zwischen einer CAN-Bus-Leitung mit einer anderen Spannung führenden Leitung auf, wird die Schutzdiode leitfähig, der Kondensator wird aufgeladen und nimmt die Energie des Störimpulses auf. Ist der Kondensator geladen, geht der Strom zurück und die Schutzdiode ist vor Ausfall durch Überlastung gesichert.The The object of the invention relating to the device is solved by that between the connecting line and the vehicle ground a series connection a protective diode and a capacitor is provided. Occurs an overvoltage, by way of example by a short circuit between a CAN bus line with a other voltage leading line, the protective diode conductive, the capacitor is charged and takes the Energy of the interference pulse. Is the capacitor charged, the current goes back and the protective diode is in front of failure secured by overload.

Störspannungen mit sehr schnellen Anstiegsflanken können abgeleitet werden und die CAN-Bus-Leitungen sind gegen Störimpulse positiver als auch negativer Polarität abgesichert, wenn die Schutzdioden als bipolaren Zener-Dioden ausgebildet sind.interference voltages with very fast rising edges can be derived and the CAN bus lines are more positive against interference pulses as well as negative polarity when the protection diodes are designed as bipolar zener diodes.

Ist dem Kondensator ein elektrischer Widerstand parallel geschaltet, kann sich der Kondensator nach Ende eines Störimpulses oder nach Beseitigung des Kurzschlusses entladen und die Schutzschaltung ist wieder betriebsbereit.is the capacitor is connected in parallel with an electrical resistance, The capacitor may be at the end of an interference pulse or after removal of the short circuit discharge and the protection circuit is ready for use again.

Weiterhin bewirkt der Widerstand eine Begrenzung des Stroms durch die Schutzdioden, so dass diese bei einem dauerhaft anliegenden Kurzschluss vor Überlastung gesichert werden können.Farther the resistor causes a limitation of the current through the protective diodes, so that these in case of a permanently applied short circuit from overload can be secured.

Die Schutzschaltung kann vorteilhaft in einem CAN-Bus-System zum Schutz der elektronischen Komponenten eingesetzt werden, indem dem Kondensator zwei bipolare Zener-Dioden als Schutzdioden zugeordnet sind, die mit zwei CAN-Bus-Leitungen an Ein- und Ausgängen eines CAN-Bus-Tranceivers verbunden sind. Durch die Verwendung von bipolaren Zener-Dioden schützt die Anordnung sowohl vor positiven als auch vor negativen Störspannungen.The Protection circuit can be beneficial in a CAN bus system for protection The electronic components are used by the capacitor two bipolar zener diodes are assigned as protective diodes, the with two CAN bus lines at inputs and outputs of a CAN bus transceivers are connected. By the use of bipolar Zener diodes protect the device from both positive as well as against negative interference voltages.

Werden das erfindungsgemäße Verfahrens und die Vorrichtung zum Schutz eines CAN-Bus-Tranceivers in einem 24 V-Bordnetz verwendet, können kostengünstige Komponenten, die für 12 V-Bordnetze spezifiziert sind, auch für Nutzfahrzeuge mit 24 V-Bordnetz verwendet werden. Eine eigene Entwicklung und Fertigung spezieller Komponenten kann entfallen. Weiterhin können erfindungsgemäß geschützte Komponenten auch in Systemen mit gemischten Bordnetzen mit mehreren Bordspannungen verwendet werden.Become the method according to the invention and the device used to protect a CAN bus transceiver in a 24 V electrical system can be cost effective components for 12 V electrical systems are specified, also for commercial vehicles be used with 24 V electrical system. An own development and Manufacturing of special components can be omitted. Furthermore you can Protected components according to the invention also in systems with mixed electrical systems with several on-board voltages be used.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to one shown in the figures Embodiment explained. Show it:

1 eine CAN-Bus-Ansteuerung nach dem Stand der Technik 1 a CAN bus control according to the prior art

2 eine CAN-Bus-Ansteuerung mit erfindungsgemäßer Schutzschaltung 2 a CAN bus control with inventive protection circuit

3 den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung bei einem Kurzschluss mit positiver Batteriespannung. 3 the time course of current and voltage in case of a short circuit with positive battery voltage.

1 zeigt eine Ansteuerschaltung für einen CAN-Bus nach dem Stand der Technik. Signale eines Mikrocontrollers 20 werden einem CAN-Bus-Tranceiver 21 zugeführt und über eine CAN-Drossel 22 an einen CAN-Steckverbinder 23 weitergeleitet, von dem sie einer ersten CAN-Bus-Leitung 28 und einer zweiten CAN-Bus-Leitung 29 zugeführt werden. Die erste CAN-Bus-Leitung 28 fungiert als HI-Leitung, die zweite CAN-Bus-Leitung 29 fungiert als LO-Leitung. Bei einem „rezessiven L-Pegel” des CAN-Busses liegen beide CAN-Bus-Leitungen 28, 29 auf 2,5 V Potential. Bei einem „dominanten H-Pegel” des CAN-Busses liegt die erste CAN-Bus-Leitung 28 auf 3,5 V Potential und die zweite CAN-Bus-Leitung 29 liegt auf 1,5 V Potential, so dass sich ein Pegelunterschied von 2 V zwischen den CAN-Bus-Leitungen ergibt. Die Leitungsimpedanz des CAN-Busses beträgt beispielhaft 120 Ohm. Hierzu wird der CAN-Bus beidseitig mit ohmschen Widerständen abgeschlossen. In 1 ist eine Seite dieses Abschlusses dargestellt. Die erste CAN-Bus-Leitung 28 ist mit einem ersten Abschlusswiderstand 24 verbunden, die zweite CAN-Bus-Leitung 29 ist mit einem zweiten Abschlusswiderstand 25 verbunden. Die Abschlusswiderstände 24, 25 haben einen Wert von je 60 Ohm und sind an ihrer Verbindung über einen Entstörkondensator 26 mit Bezugspotential 27 verbunden. Der Entstörkondensator 26 hat einen Wert von 0,1 Mikrofarad. Diese Schaltung dient der Unterdrückung von Gleichtaktsignalen und verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit der Anordnung. 1 shows a drive circuit for a CAN bus according to the prior art. Signals of a microcontroller 20 become a CAN bus transceiver 21 fed and via a CAN throttle 22 at a CAN connector 23 forwarded from which they have a first CAN bus line 28 and a second CAN bus line 29 be supplied. The first CAN bus line 28 acts as HI line, the second CAN bus line 29 acts as LO line. With a "recessive L level" of the CAN bus, both CAN bus lines are located 28 . 29 to 2.5V potential. At a "dominant H level" of the CAN bus is the first CAN bus line 28 to 3.5 V potential and the second CAN bus line 29 is at 1.5 V potential, so that there is a level difference of 2 V between the CAN bus lines. The line impedance of the CAN bus is 120 ohms by way of example. For this purpose, the CAN bus is terminated on both sides with ohmic resistors. In 1 is a page of this degree presented. The first CAN bus line 28 is with a first terminator 24 connected, the second CAN bus line 29 is with a second terminator 25 connected. The terminators 24 . 25 have a value of 60 ohms each and are at their connection via a suppression capacitor 26 with reference potential 27 connected. The suppression capacitor 26 has a value of 0.1 microfarads. This circuit serves to suppress common-mode signals and improves the electromagnetic compatibility of the device.

Die CAN-Bus-Leitung 28 ist über eine erste Schutzdiode 11, die CAN-Bus-Leitung 29 über eine zweite Schutzdiode 15 mit Bezugspotential 27 verbunden. Die Schutzdioden 11, 15 können auch zwischen dem CAN-Bus-Tranceiver 21 und der CAN-Drossel 22 angeordnet sein. Diese Lösung zur Absicherung eines CAN-Bus ist beispielhaft in dem Artikel „EMI/ESD Solutions for the CAN Network (ISBN 0-7803-8812-7) beschrieben.The CAN bus line 28 is via a first protection diode 11 , the CAN bus line 29 via a second protection diode 15 with reference potential 27 connected. The protective diodes 11 . 15 can also be between the CAN bus transceiver 21 and the CAN throttle 22 be arranged. This solution for securing a CAN bus is exemplary in the article "EMI / ESD Solutions for the CAN Network (ISBN 0-7803-8812-7) described.

Die Drossel 22 besteht aus zwei in die erste und zweite CAN-Bus-Leitung 28, 29 eingeschleifte Spulen und hat die Wirkung eines Übertragers, der Differenzen in den Signalverläufen zwischen der ersten CAN-Bus-Leitung 28 und der zweiten CAN-Bus-Leitung 29 ausgleicht, so dass die Signalverläufe symmetrisch werden und weiterhin Signalspitzen, die elektromagnetische Störfelder hervorrufen würden, vermindert werden. Nachteilig ist allerdings, dass beim Auftreten eines Kurzschlusses einer Leitung mit der positiven Batteriespannung durch die induktive Wirkung der Drossel 22 auf der betroffenen CAN-Bus-Leitung 28, 29 eine zusätzliche Spannungsspitze auftritt, die zur Zerstörung des CAN-Bus-Tranceivers 21 führen kann. Überschreitet diese Spannungsspitze die für den CAN-Bus-Tranceiver 21 spezifizierte ESD-Spannungsbegrenzung (ESD = electrostatic discharge) von beispielhaft 40 V, so wird eine im CAN-Bus-Tranceiver 21 vorgesehene Schutzschaltung aktiviert und die Spannungs begrenzung für die CAN-Bus-Leitungen 28, 29 sinkt auf Grund der internen Zener-Dioden-Charakteristik auf einen niedrigeren Wert von beispielhaft 30 V ab. Wird nun die Schaltung in einem Fahrzeug mit 24 V-Bordnetz genutzt und liegt die momentane Batteriespannung bei einem höheren Wert von beispielhaft 32 V, fließt ein hoher Strom in den betroffenen Anschluss des CAN-Bus-Tranceivers 21 und kann diesen zerstören.The throttle 22 consists of two in the first and second CAN bus line 28 . 29 looped coils and has the effect of a transformer, the differences in the waveforms between the first CAN bus line 28 and the second CAN bus line 29 so that the waveforms become symmetrical and continue to reduce signal spikes that would cause EMI. The disadvantage, however, is that when a short circuit of a line with the positive battery voltage by the inductive effect of the throttle occurs 22 on the affected CAN bus line 28 . 29 an additional voltage spike occurs, destroying the CAN bus transceiver 21 can lead. Exceeds this peak voltage for the CAN bus transceiver 21 specified ESD voltage limit (ESD = electrostatic discharge) of example 40 V, so is one in the CAN bus transceiver 21 provided protection circuit and the voltage limitation for the CAN bus lines 28 . 29 decreases due to the internal zener diode characteristic to a lower value of 30 V by way of example. If now the circuit is used in a vehicle with 24 V electrical system and the current battery voltage is at a higher value of example 32 V, a high current flows into the affected port of the CAN bus transceiver 21 and can destroy it.

2 zeigt eine Ansteuerschaltung für einen CAN-Bus mit einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung 10, so dass der für den Betrieb an einem 12 V-Bordnetz ausgelegte CAN-Bus-Tranceiver 21 auch in einem Nutzfahrzeug mit 24 V-Bordnetz verwendet werden kann. Die Schutzschaltung 10 ist zwischen dem CAN-Bus-Tranceiver 21 und der CAN-Drossel 22 angeordnet. Die erste CAN-Bus-Leitung 28 ist mit der ersten Schutzdiode 11, die zweite CAN-Bus-Leitung 29 mit der zweiten Schutzdiode 15 verbunden. Die erste und die zweite Schutzdiode 11, 15 besitzen einen gemeinsamen Fußpunkt. Der gemeinsame Fußpunkt ist über einen Widerstand 12 und einen dazu parallel geschalteten Kondensator 14 mit der Fahrzeug-Masse 13 verbunden. Die Schutzdioden 11, 15 sind als schnelle bipolare Zener-Dioden ausgebildet. 2 shows a drive circuit for a CAN bus with a protection circuit according to the invention 10 , so that the designed for operation on a 12 V electrical system CAN bus transceiver 21 can also be used in a commercial vehicle with 24 V electrical system. The protection circuit 10 is between the CAN bus transceiver 21 and the CAN throttle 22 arranged. The first CAN bus line 28 is with the first protection diode 11 , the second CAN bus line 29 with the second protection diode 15 connected. The first and the second protection diode 11 . 15 have a common footing. The common footing is over a resistance 12 and a capacitor connected in parallel with it 14 with the vehicle mass 13 connected. The protective diodes 11 . 15 are designed as fast bipolar zener diodes.

Die Schutzdioden 11, 15 sind so ausgelegt, dass bei Auftreten einer Spannungsspitze an einer der CAN-Bus-Leitungen 28, 29, die die für den CAN-Bus-Tranceiver 21 spezifizierte ESD-Spannungsbegrenzung (ESD = electrostatic discharge) von beispielhaft 40 V überschreiten würde, die zugeordnete Schutzdiode 11, 15 leitfähig wird und die Überspannung durch Aufladung des Kondensators 14 kurzschließt. Der Widerstand 12 wirkt als Begrenzung des statischen Stroms durch die Schutzdioden 11, 15 um diese vor Zerstörung zu schützen. Liegt die Überspannung nicht mehr an, entlädt sich der Kondensator 14 über den Widerstand 12 und die Schutzschaltung 10 ist wieder bereit. Die Schutzschaltung 10 bewirkt, dass Spannungsspitzen, die ohne die erfindungsgemäße Schutzschaltung 10 beispielhaft 45 V betragen würden und daher den für eine ESD-Spannungsbegrenzung von 40 V spezifizierten CAN-Bus-Tranceiver 21 schädigen könnten, auf unter 40 V begrenzt werden.The protective diodes 11 . 15 are designed so that when a voltage spike occurs on one of the CAN bus lines 28 . 29 which are the ones for the CAN bus transceiver 21 specified ESD voltage limit (ESD) would exceed 40 V, for example, the associated protective diode 11 . 15 becomes conductive and the overvoltage by charging the capacitor 14 shorts. The resistance 12 acts as a limitation of the static current through the protective diodes 11 . 15 to protect them from destruction. If the overvoltage is no longer present, the capacitor discharges 14 about the resistance 12 and the protection circuit 10 is ready again. The protection circuit 10 causes voltage spikes without the protection circuit according to the invention 10 by way of example 45 V, and therefore the CAN bus transceiver specified for an ESD voltage limit of 40 V. 21 could be limited to less than 40V.

In 3 ist in einem Diagramm 30 der zeitliche Verlauf von Strom und Spannung in einem Kurzschlussfall auf einer CAN-Bus-Leitung dargestellt. In dem Diagramm 30 ist entlang einer Signalachse 31 und einer Zeitachse 36 der zeitliche Verlauf von Signalen auf der CAN-Bus-Leitung 28, 29 dargestellt. Eine Stör-Spannung 34 steigt durch die induktive Wirkung der CAN-Drossel 22 bis zu einem Maximalwert über die für den CAN-Bus-Tranceiver 21 spezifizierte ESD-Spannungsbegrenzung an. Hierbei wird zu einem Abschaltzeitpunkt 33 eine interne Schutzschaltung des CAN-Bus-Tranceivers 21 aktiviert. Hierdurch sinkt eine CAN-Signal-Spannung 32 am betroffenen Anschluss des CAN-Bus-Tranceivers 21 von ihrem vorherigen Wert von etwa 40 V auf einen durch die interne Beschaltung mit Zener-Dioden bestimmten Wert von 30 V ab. Dieser Wert liegt unterhalb der momentanen Batteriespannung von 32 V, wodurch ein Stromverlauf 35 stark ansteigt, der den Strom zum betroffenen Anschluss des CAN-Bus-Tranceivers 21 darstellt. Dieser Stromverlauf 35 erreicht so hohe Werte, dass der CAN-Bus-Tranceiver 21 zerstört wird.In 3 is in a diagram 30 the time history of current and voltage in a short circuit case on a CAN bus line shown. In the diagram 30 is along a signal axis 31 and a timeline 36 the time course of signals on the CAN bus line 28 . 29 shown. An interference voltage 34 rises due to the inductive effect of the CAN throttle 22 up to a maximum value above that for the CAN bus transceiver 21 Specified ESD voltage limit. This becomes a shutdown time 33 an internal protection circuit of the CAN bus transceiver 21 activated. This reduces a CAN signal voltage 32 at the affected connection of the CAN bus transceiver 21 from its previous value of about 40V to a value of 30V determined by internal Zener diode circuitry. This value is below the current battery voltage of 32V, which causes a current waveform 35 rises sharply, the current to the affected port of the CAN bus transceiver 21 represents. This current course 35 reaches such high values that the CAN bus transceiver 21 gets destroyed.

Mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung 10 wird die Stör-Spannung 34 auf einen Wert kurz vor dem Abschaltzeitpunkt 33 begrenzt, so dass der Abfall der CAN-Signal-Spannung 32 nicht auftritt. Die CAN-Signal-Spannung 32 bleibt über der momentanen Batteriespannung von 32 V und die Werte im Stromverlauf 35 bleiben so niedrig, dass der CAN-Bus-Tranceiver 21 nicht zerstört wird. Mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung 10 kann der für den Automobilbereich mit einer Bordspannung von 12 V ausgelegte CAN-Bus-Tranceiver 21 auch im Nutzfahrzeugbereich mit einer Bordspannung von 24 V verwendet werden.With the protection circuit according to the invention 10 becomes the disturbance voltage 34 to a value just before the shutdown time 33 limited, so that the drop of the CAN signal voltage 32 does not occur. The CAN signal voltage 32 remains above the current battery voltage of 32 V and the values in the current curve 35 stay so low that the CAN bus transceiver 21 not destroyed. With the protection circuit according to the invention 10 is the CAN bus transceiver designed for the automotive sector with an on-board voltage of 12 V. 21 also be used in the commercial vehicle sector with an on-board voltage of 24 V.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 1025147383 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- "EMI / ESD Solutions for the CAN Network (ISBN 0-7803-8812-7) [0004]
- "EMI / ESD Solutions for the CAN Network (ISBN 0-7803-8812-7) [0024]

Claims

Method for operating an electronic automotive control unit with an electrical connection line between two modules of the automotive control unit, characterized in that when a short circuit of the connecting line with a voltage-carrying line, the voltage by means of a series circuit of a protective diode ( 11 . 15 ) and a capacitor ( 14 ) is degraded.

A method according to claim 1, characterized in that for reducing the voltage as protective diodes ( 11 . 15 ) bipolar Zener diodes can be used.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the capacitor ( 14 ) via a resistor connected in parallel therewith ( 12 ) is unloaded.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a static current through the protective diodes ( 11 . 15 ) by means of the ohmic resistance ( 12 ) is limited.

Device for operating an electronic automotive control device, wherein a connecting line is provided between assemblies of the control device, characterized in that between the connecting line and the vehicle ground ( 13 ) a series connection of a protective diode ( 11 . 15 ) and a capacitor ( 14 ) is provided.

Device according to Claim 5, characterized in that the protective diodes ( 11 . 15 ) are formed as bipolar zener diodes.

Device according to claim 5 or 6, characterized in that the capacitor ( 14 ) an electrical resistance ( 12 ) is connected in parallel.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the capacitor ( 14 ) two bipolar zener diodes as protective diodes ( 11 . 15 ) associated with two CAN bus lines ( 28 . 29 ) at the inputs and outputs of a CAN bus transceiver ( 21 ) are connected.

Use of a method and a device according to one of the preceding claims for the protection of a CAN bus transceiver ( 21 ) in a 24 V electrical system.