DE102013221578A1

DE102013221578A1 - Electronic device and method for operating an electronic device

Info

Publication number: DE102013221578A1
Application number: DE201310221578
Authority: DE
Inventors: Istvan Hegedues-Bite; Michael KECKEISEN; Andreas Fuessl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung (110) für ein Fahrzeug weist eine erste Spannungsschnittstelle (112) zum Verbinden der Vorrichtung (110) mit einer ersten Spannungsversorgung (102) zum Bereitstellen einer ersten Spannung, eine zweite Spannungsschnittstelle (114) zum Verbinden der Vorrichtung (110) mit einer zweiten Spannungsversorgung (104) zum Bereitstellen einer zweiten Spannung, ein mit der zweiten Spannung betreibbares Leistungselement (120) und eine Steuerschaltung (122) zum Steuern des Leistungselements (120) auf. Ferner weist die Vorrichtung (110) ein erstes Koppelungselement (242) und ein zweites Kopplungselement (243) auf, die je ausgebildet sind, um einen Stromfluss von einem Eingang zu einem Ausgang der Koppelungselemente (242, 243) zu ermöglichen und umgekehrt zu sperren. Ferner weist die Vorrichtung (110) ein Trennelement (240) mit einem ersten Eingang und einem galvanisch von dem ersten Eingang entkoppelten ersten Ausgang auf, wobei der erste Eingang mit den Ausgängen der Koppelungselemente (242, 243) verbunden ist. Ferner weist de Vorrichtung (110) einen Spannungswandler (272) auf, der zwischen den ersten Ausgang des Trennelements (240) und einem ersten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung (122) geschaltet ist.An electronic device (110) for a vehicle has a first voltage interface (112) for connecting the device (110) to a first voltage supply (102) for providing a first voltage, a second voltage interface (114) for connecting the device (110) a second power supply (104) for providing a second voltage, a power element (120) operable with the second voltage, and a control circuit (122) for controlling the power element (120). Further, the device (110) has a first coupling element (242) and a second coupling element (243) each formed to allow current flow from an input to an output of the coupling elements (242, 243) and vice versa. Furthermore, the device (110) has a separating element (240) with a first input and a first output galvanically decoupled from the first input, wherein the first input is connected to the outputs of the coupling elements (242, 243). Furthermore, the device (110) has a voltage converter (272) which is connected between the first output of the isolating element (240) and a first supply voltage input of the control circuit (122).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung für ein Fahrzeug. The present invention relates to an electronic device and a method of operating an electronic device for a vehicle.

Um Hochleistungsverbraucher im Automotiv Bereich elektrifizieren zu können, ist das herkömmliche 12V/24V Versorgungsnetz (nachfolgend auch Bordnetz BN12 / BN24 genannt) bei Fahrzeugen teilweise an seinen Grenzen gestoßen. Um den Bordnetzstrom mit der steigenden Anzahl an elektrischen Leistungsverbrauchern zu reduzieren, wird eine neue höhere Bordnetzspannung ergänzend ins Fahrzeug implementiert. Für Anwendungen bis ca. 2–3 kW Leistungsklassen kann die Bordnetzspannung auf niedriger als 60V DC ausgelegt werden, um Berührschutzmaßnahmen zu vermeiden. Für diese Anwendungen ist das 48V Bordnetz (BN48) am besten geeignet. In order to be able to electrify high-performance consumers in the automotive sector, the conventional 12V / 24V supply network (also referred to as vehicle electrical system BN12 / BN24) has partially reached its limits in vehicles. In order to reduce the on-board electrical system current with the increasing number of electrical power consumers, a new higher vehicle electrical system voltage will be implemented in addition to the vehicle. For applications up to approx. 2-3 kW power classes, the vehicle electrical system voltage can be designed to be lower than 60V DC in order to avoid touch protection measures. For these applications, the 48V electrical system (BN48) is best suited.

Die DE 102 35 162 A1 offenbart ein Steuergerät für ein Fahrzeug, bei dem die Energieversorgung über einen Wandler läuft, der eine galvanische Trennung bereitstellt. The DE 102 35 162 A1 discloses a control device for a vehicle in which the power supply passes through a converter providing galvanic isolation.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte elektronische Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present invention provides an improved electronic device and an improved method for operating an electronic device for a vehicle according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.

Es wird ein Versorgungskonzept einer elektronischen Vorrichtung für ein Fahrzeug, beispielsweise einem Steuergerät vorgestellt, welches mit zwei Bordnetzspannungen versorgt wird. Das eine Bordnetz kann ein erstes Bordnetz mit beispielsweise 12V oder 24V sein und das andere Bordnetz kann ein zweites Bordnetz mit beispielsweise 48V sein. Eine solche Vorrichtung kann neben einem mit dem zweiten Bordnetz betreibbaren Leistungselement eine Steuerschaltung umfassen, die sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Bordnetz mit einer Versorgungsspannung versorgt werden kann. Vorteilhafterweise kann die Steuerschaltung somit auch bei Ausfall eines der zwei Bordnetze, insbesondere auch bei Ausfall des zweiten Bordnetzes noch betrieben werden. It is presented a supply concept of an electronic device for a vehicle, such as a control unit, which is supplied with two vehicle electrical system voltages. The one electrical system can be a first electrical system with, for example, 12V or 24V, and the other electrical system can be a second electrical system with, for example, 48V. In addition to a power element which can be operated with the second electrical system, such a device may comprise a control circuit which can be supplied with a supply voltage both from the first and from the second vehicle electrical system. Advantageously, the control circuit can thus be operated even in case of failure of one of the two Bordnetze, in particular in case of failure of the second electrical system.

Eine elektronische Vorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine erste Spannungsschnittstelle zum Verbinden der Vorrichtung mit einer ersten Spannungsversorgung zum Bereitstellen einer ersten Spannung, eine zweite Spannungsschnittstelle zum Verbinden der Vorrichtung mit einer zweiten Spannungsversorgung zum Bereitstellen einer zweiten Spannung, ein mit der zweiten Spannung betreibbares Leistungselement und eine Steuerschaltung zum Steuern des Leistungselements. An electronic device for a vehicle comprises a first voltage interface for connecting the device to a first voltage supply for providing a first voltage, a second voltage interface for connecting the device to a second voltage supply for providing a second voltage, a power element operable with the second voltage, and a Control circuit for controlling the power element.

Bei der elektronischen Vorrichtung kann es sich um ein Gerät des Fahrzeugs handeln. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder beispielsweise auch ein Wasserfahrzeug handeln. Die erste Spannung kann beispielsweise eine 12V oder eine 24V Gleichspannung sein. Die zweite Spannung kann beispielsweise eine 48V Gleichspannung sein. Die zweite Spannung kann somit größer als die erste Spannung sein. Die Spannungsschnittstellen können beispielsweise als Steckverbinder, elektrische Kontakte oder elektrische Leitungen ausgeführt sein. Eine Spannungsschnittstelle kann je einen ersten Potenzialanschluss, beispielsweise einen Plus-Pol und einen zweiten Potenzialanschluss, beispielsweise einen Minus-Pol oder Masseanschluss aufweisen. Die Spannungsversorgungen können beispielsweise als Batterien ausgeführt sein. Die Steuerschaltung kann beispielsweise eine integrierte Schaltung umfassen. Die Steuerschaltung kann ausgebildet sein, um einen Zustand des Leistungselements zu steuern oder zu überwachen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung ausgebildet sein, um das Leistungselement auch bei einem Ausfall der zweiten Spannung zu steuern, beispielsweise in einen sicheren Zustand zu überführen oder eine Diagnose des Leistungselements durchzuführen. Sind zwei Elemente miteinander verbunden, so kann dies bedeuten, dass sie direkt über eine elektrische Leitung oder über ein Zwischenelement elektrisch verbunden sind. The electronic device may be a device of the vehicle. The vehicle may be, for example, a passenger car, a truck or, for example, a watercraft. The first voltage may be, for example, a 12V or 24V DC. The second voltage may be, for example, a 48V DC voltage. The second voltage may thus be greater than the first voltage. The voltage interfaces can be designed, for example, as plug connectors, electrical contacts or electrical lines. A voltage interface can each have a first potential connection, for example a plus pole and a second potential connection, for example a negative pole or ground connection. The power supplies can be designed, for example, as batteries. The control circuit may comprise, for example, an integrated circuit. The control circuit may be configured to control or monitor a state of the power element. For example, the control circuit can be designed to control the power element even in the event of a failure of the second voltage, for example to transfer it to a safe state or to carry out a diagnosis of the power element. If two elements are connected to each other, this may mean that they are electrically connected directly via an electrical line or via an intermediate element.

Die Vorrichtung weist ferner folgende Merkmale auf:
ein erstes Koppelungselement mit einem Eingang, der mit einem ersten Potenzialanschluss der ersten Spannungsschnittstelle verbunden ist und mit einem Ausgang, wobei das erste Koppelungselement ausgebildet ist, um einen Stromfluss von dem Eingang zu dem Ausgang des ersten Koppelungselements zu ermöglichen und einen Stromfluss von dem Ausgang zu dem Eingang des ersten Koppelungselements zu sperren;
ein zweites Koppelungselement mit einem Eingang, der mit einem ersten Potenzialanschluss der zweiten Spannungsschnittstelle verbunden ist und mit einem Ausgang, wobei das zweite Kopplungselement ausgebildet ist, um einen Stromfluss von dem Eingang zu dem Ausgang des zweiten Koppelungselements zu ermöglichen und einen Stromfluss von dem Ausgang zu dem Eingang des zweiten Koppelungselements zu sperren;
ein Trennelement mit einem ersten Eingang und einem galvanisch von dem ersten Eingang entkoppelten ersten Ausgang, wobei der erste Eingang mit den Ausgängen der Koppelungselemente verbunden ist; und
einen Spannungswandler, der zwischen den ersten Ausgang des Trennelements und einem ersten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung geschaltet ist. The device further has the following features:
a first coupling element having an input connected to a first potential terminal of the first voltage interface and having an output, wherein the first coupling element is configured to allow a current to flow from the input to the output of the first coupling element and a current flow from the output to disable the input of the first coupling element;
a second coupling element having an input connected to a first potential terminal of the second voltage interface and having an output, the second coupling element configured to allow current to flow from the input to the output of the second coupling element and to conduct current from the output disable the input of the second coupling element;
a separator having a first input and a first output galvanically decoupled from the first input, the first input connected to the outputs of the coupling elements; and
a voltage converter connected between the first output of the separator and a first supply voltage input of the control circuit.

Ein Kopplungselement kann beispielsweise eine Diode oder ein Wandler sein. Das Kopplungselement kann eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung aufweisen. Aus Richtung des Trennelements können die Kopplungselemente als Isolator wirken. In entgegengesetzter Richtung können die Kopplungselemente als Durchgangsleiter wirken. Somit können die Kopplungselemente einen Stromfluss zwischen den ersten Potenzialanschlüssen der Spannungsschnittstellen unterbinden. Das Trennelement ist ausgebildet, um einen den ersten Eingang des Trennelements umfassenden Stromkreis galvanisch von einem den ersten Ausgang des Trennelements umfassenden Stromkreis zu trennen. Beispielsweise kann das Trennelement als ein Transformator ausgeführt sein. Der Spannungswandler kann ausgebildet sein, um die am ersten Ausgang des Trennelements anliegende Spannung in eine Versorgungsspannung der Steuerschaltung zu wandeln. A coupling element may for example be a diode or a converter. The coupling element may have a forward direction and a reverse direction. From the direction of the separating element, the coupling elements can act as an insulator. In the opposite direction, the coupling elements can act as a via conductor. Thus, the coupling elements can prevent current flow between the first potential terminals of the voltage interfaces. The separating element is designed to galvanically separate a circuit comprising the first input of the separating element from a circuit comprising the first output of the separating element. For example, the separator may be implemented as a transformer. The voltage converter can be designed to convert the voltage applied to the first output of the separating element into a supply voltage of the control circuit.

Die Vorrichtung kann ein Gerät darstellen, das mit zwei Bordnetzspannungen, beispielsweise einer Leistungsversorgung für die zweite Spannung und einer Logikversorgung für die erste Spannung versorgt wird. Gemäß einer Ausführungsform gilt für ein solches Gerät die Anforderung, dass das Gerät beim Ausfall der Leistungsenergieversorgung immer noch diagnosefähig bleibt, und im Fehlerfall eine Fehlermeldung an ein übergeordnetes System weiterleiten kann. The device can be a device that is supplied with two on-board voltages, for example a power supply for the second voltage and a logic supply for the first voltage. According to one embodiment, the requirement for such a device is that the device still remains capable of diagnosis if the power supply fails, and in the event of an error it can forward an error message to a higher-level system.

Gemäß einer Ausführungsform ist es dabei nicht erforderlich, für die Gerätediagnose- und Gerätesteuerung eingesetzte Baugruppen einer von der 48V Bordnetzseite abgetrennten Bordnetzseite, beispielsweise dem 12V oder 24V Bordnetz, zuzuordnen. Somit ist es ebenfalls nicht erforderlich, dass die logische Kopplung zwischen den Diagnosebaugruppen sowie den Steuerungsbaugruppen und der Leistungselektronik über galvanisch getrennte Bausteine erfolgt, die zwischen der Bordnetzseite des 12V oder 24V Bordnetz und der Bordnetzseite des 48V Bordnetz eingesetzt werden. According to one embodiment, it is not necessary to allocate modules used for device diagnosis and device control to an on-board electrical system side separated from the 48V vehicle electrical system side, for example the 12V or 24V vehicle electrical system. Thus, it is also not necessary that the logical coupling between the diagnostic modules and the control modules and the power electronics via galvanically isolated components that are used between the electrical system side of the 12V or 24V electrical system and the electrical system side of the 48V board network.

Gemäß einer Ausführungsform ist es somit nicht nötig, die Versorgung der Diagnosebaugruppen und/oder Steuerungsbaugruppen von der Leistungselektronik (BN48) zu entkoppeln und lediglich durch die zweite Bordnetzversorgung (BN12/BN24) herzustellen. Stattdesessen können die Diagnosebaugruppen und/oder Steuerungsbaugruppen zusätzlich mit dem 48V Bordnetz gekoppelt werden. Dies stellt eine redundante Versorgung der Leistungselektronik dar und somit ist die Leistungselektronik beim Fehlerfall versorgt. Es ist nicht mehr erforderlich, die logische Kopplung zwischen den Diagnosebaugruppen und/oder Steuerungsbaugruppen und der Leistungselektronik über galvanisch getrennte Signalbausteine erfolgen zu lassen. Dadurch können solche Gerätearten auch Fail Safe Maßnehmen einleiten. According to one embodiment, it is therefore not necessary to decouple the supply of the diagnostic modules and / or control modules from the power electronics (BN48) and to establish them only by the second onboard power supply (BN12 / BN24). Instead, the diagnostic modules and / or control modules can additionally be coupled to the 48V vehicle electrical system. This represents a redundant supply of the power electronics and thus the power electronics is supplied in the event of a fault. It is no longer necessary to make the logical coupling between the diagnostic modules and / or control modules and the power electronics via galvanically isolated signal modules. As a result, such device types can also initiate Fail Safe measures.

Das Trennelement der elektronischen Vorrichtung kann einen zweiten Eingang und einen von dem zweiten Eingang galvanisch entkoppelten zweiten Ausgang aufweisen. Dabei kann der zweite Eingang des Trennelements mit einem zweiten Potenzialanschluss einer der Spannungsschnittstelle verbunden sein. Der zweite Ausgang des Trennelements kann mit einem zweiten Potenzialanschluss einer der Spannungsschnittstellen sowie mit einem zweiten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung verbunden sein. Somit können die beiden Versorgungsspannungseingänge der Steuerschaltung, über die eine zum Betrieb der Steuerschaltung erforderliche Spannung an die Steuerschaltung angelegt werden kann, vorteilhafterweise sowohl über die erste Spannungsschnittstelle als auch über die zweite Spannungsschnittstelle mit elektrischer Energie versorgt werden. The separator of the electronic device may have a second input and a second output galvanically decoupled from the second input. In this case, the second input of the separating element can be connected to a second potential terminal of one of the voltage interface. The second output of the isolating element can be connected to a second potential terminal of one of the voltage interfaces as well as to a second supply voltage input of the control circuit. Thus, the two supply voltage inputs of the control circuit, via which a voltage required for operation of the control circuit voltage can be applied to the control circuit, advantageously both via the first voltage interface and via the second voltage interface to be supplied with electrical energy.

Ein erster Betriebsspannungsanschluss des Leistungselements kann mit dem ersten Potenzialanschluss der zweiten Spannungsschnittstelle verbunden sein. Entsprechend kann ein zweiter Betriebsspannungsanschluss des Leistungselements mit dem zweiten Potenzialanschluss der zweiten Spannungsschnittstelle verbunden sein. Auf diese Weise kann das Leistungselement über die zweite Spannungsschnittstelle mit einer zum Betrieb des Leistungselements erforderlichen Betriebsspannung versorgt werden. A first operating voltage terminal of the power element may be connected to the first potential terminal of the second voltage interface. Accordingly, a second operating voltage connection of the power element can be connected to the second potential connection of the second voltage interface. In this way, the power element can be supplied via the second voltage interface with an operating voltage required for operation of the power element.

Gemäß einer Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung eine Überwachungseinrichtung auf. Die Überwachungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die an dem Eingang des ersten Kopplungselements anliegende erste Spannung und die an dem Eingang des zweiten Kopplungselements anliegende zweite Spannung zu überwachen. Die Überwachungseinrichtung kann als eine separate Schaltung ausgeführt sein oder in die Steuerschaltung integriert sein. Die Überwachungseinrichtung kann entsprechend zu der Steuerschaltung sowohl über die erste Spannungsschnittstelle als auch über die zweite Spannungsschnittstelle mit einer zum Betrieb der Überwachungseinrichtung erforderlichen Betriebsspannung versorgt werden. Auf diese Weise kann die Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, um sowohl einen Ausfall der ersten Spannung als auch einen Ausfall der zweiten Spannung zu erkennen. Bei einem erkannten Fehler, beispielsweise einem Ausfall einer der Spannungen, kann die Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, um ein entsprechendes Fehlersignal über eine Schnittstelle der Vorrichtung auszugeben. According to one embodiment, the electronic device has a monitoring device. The monitoring device can be designed to monitor the first voltage applied to the input of the first coupling element and the second voltage applied to the input of the second coupling element. The monitoring device may be designed as a separate circuit or integrated into the control circuit. The monitoring device can be supplied to the control circuit both via the first voltage interface and via the second voltage interface with an operating voltage required for operation of the monitoring device. In this way, the monitoring device can be designed to detect both a failure of the first voltage and a failure of the second voltage. In the case of a detected fault, for example a failure of one of the voltages, the monitoring device can be designed to output a corresponding error signal via an interface of the device.

Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Spannung eine Gleichspannung kleiner als 40V und die zweite Spannung eine Gleichspannung größer als 40V und beispielsweise kleiner als 60V sein. Dadurch eignet sich die Vorrichtung insbesondere zum Einsatz im Automobilbereich. According to one embodiment, the first voltage may be a DC voltage less than 40V and the second voltage may be a DC voltage greater than 40V and, for example, less than 60V. As a result, the device is particularly suitable for use in the automotive sector.

Beispielsweise kann das Leistungselement einen Aktuator umfassen. In diesem Fall kann das Leistungselement ausgebildet sein, um über die zweite Spannungsschnittstelle bereitgestellte elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Unter einem Aktuator kann beispielsweise ein Elektromotor verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Leistungselement eine Leistungselektronik umfassen. Somit kann die Vorrichtung für alle Anwendungen, beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden, für die eine beispielsweise über 40V liegende Betriebsspannung erforderlich ist. For example, the power element may include an actuator. In this case, the power element may be configured to convert electrical energy provided via the second voltage interface into mechanical energy. By an actuator, for example, an electric motor can be understood. Alternatively or additionally, the power element may include power electronics. Thus, the device can be used for all applications, for example in a vehicle, for which an operating voltage, for example, over 40V is required.

Das Trennelement kann als ein Transformator ausgeführt sein. Über einen Transformator kann eine zuverlässige galvanische Trennung realisiert werden. Die Koppelelemente können beispielsweise als Dioden oder Spannungsregler ausgeführt sein. Dioden bieten sich aufgrund geringer Kosten und hoher Ausfallsicherheit an. Durch den Einsatz eines Spannungsreglers kann eine Größe der an dem ersten Versorgungsspannungsanschluss anliegenden Spannung geregelt werden. The separator may be implemented as a transformer. A transformer can be used to realize a reliable galvanic isolation. The coupling elements can be designed for example as diodes or voltage regulator. Diodes offer low cost and high reliability. By using a voltage regulator, a size of the voltage applied to the first supply voltage terminal can be regulated.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerschaltung einen mit dem ersten Versorgungsspannungseingang und dem zweiten Versorgungsspannungseingang verbundenen Spannungsregler umfassen. Auf diese Weise kann eine an den Versorgungsspannungseingängen anliegende Spannung auf einen zum Betrieb der Steuerschaltung geeigneten Spannungswert geregelt werden. According to one embodiment, the control circuit may include a voltage regulator connected to the first supply voltage input and the second supply voltage input. In this way, a voltage applied to the supply voltage inputs can be regulated to a voltage value suitable for operating the control circuit.

Beispielsweise kann die Vorrichtung als ein Steuergerät für ein Fahrzeug, als ein Inverter oder als ein Frequenzumrichter ausgeführt sein. Somit kann der beschriebene Ansatz für unterschiedliche Anwendungsfälle eingesetzt werden. For example, the device may be embodied as a control device for a vehicle, as an inverter or as a frequency converter. Thus, the described approach can be used for different applications.

Ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung eine mit einer ersten Spannung betreibbare Steuerschaltung, ein mit einer zweiten Spannung betreibbares Leistungselement, eine erste Spannungsschnittstelle zum Verbinden der Vorrichtung mit einer ersten Spannungsversorgung zum Bereitstellen der ersten Spannung und eine zweite Spannungsschnittstelle zum Verbinden der Vorrichtung mit einer zweiten Spannungsversorgung zum Bereitstellen der zweiten Spannung umfasst, umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen der ersten Spannung von der ersten Spannungsschnittstelle und der zweiten Spannung von der zweiten Spannungsschnittstelle an einen ersten Eingang eines Trennelements, wobei ein Stromfluss von dem ersten Eingang des Trennelements zu den Spannungsschnittstellen unter Verwendung eines ersten Koppelungselements und eines zweiten Koppelungselements verhindert wird;
Bereitstellen einer von der ersten Spannung und der zweiten Spannung galvanisch getrennten Ausgangsspannung an einem ersten Ausgang des Trennelements;
Wandeln der Ausgangsspannung in eine Geräteversorgungsspannung; und
Bereitstellen der Geräteversorgungsspannung an einen ersten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung. A method of operating an electronic device for a vehicle, the device comprising a first voltage operable control circuit, a second voltage operable power element, a first voltage interface for connecting the device to a first voltage supply to provide the first voltage, and a second voltage interface for connecting the device to a second voltage supply for providing the second voltage, comprises the following steps:
Providing the first voltage from the first voltage interface and the second voltage from the second voltage interface to a first input of a separator, preventing current flow from the first input of the separator to the voltage interfaces using a first coupling element and a second coupling element;
Providing an output voltage galvanically isolated from the first voltage and the second voltage at a first output of the separator;
Converting the output voltage into a device supply voltage; and
Providing the device supply voltage to a first supply voltage input of the control circuit.

Die Schritte des Verfahrens können vorteilhaft unter Verwendung der genannten elektronischen Vorrichtung umgesetzt werden. Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Spannungsschnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Spannungsschnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Spannungsschnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Spannungsschnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. The steps of the method can be advantageously implemented using said electronic device. A device may be an electrical device that processes sensor signals and outputs control signals in response thereto. The device may have one or more suitable voltage interfaces, which may be formed in hardware and / or software. For example, in a hardware embodiment, the voltage interfaces may be part of an integrated circuit in which functions of the device are implemented. The voltage interfaces may also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the voltage interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a vehicle according to an embodiment of the present invention;

2 ein Blockschaltbild einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 2 a block diagram of an electronic device according to an embodiment of the present invention; and

3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 a flowchart of a method for operating an electronic device according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 100 kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Das Fahrzeug 100 weist zwei Bordnetze auf. Ein erstes der Bordnetze wird von einer ersten Spannungsversorgung in Form einer ersten Batterie 102 und das zweite der Bordnetze wird von einer zweiten Spannungsversorgung in Form einer zweiten Batterie 104 des Fahrzeugs 100 gespeist. Die erste Batterie 102 ist ausgebildet, um eine erste Spannung bereitzustellen. Die zweite Batterie 104 ist ausgebildet, um eine zweite Spannung bereitzustellen, die größer als die erste Spannung ist. Beispielsweise können die Batterien 102, 104 von einer oder mehreren Lichtmaschinen des Fahrzeugs 100 geladen werden. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 according to an embodiment of the present invention. The vehicle 100 may be, for example, a motor vehicle, an electric vehicle or a hybrid vehicle. The vehicle 100 has two electrical systems. A first of the vehicle electrical system is supplied by a first power supply in the form of a first battery 102 and the second of the vehicle electrical system is from a second power supply in the form of a second battery 104 of the vehicle 100 fed. The first battery 102 is configured to provide a first voltage. The second battery 104 is configured to provide a second voltage that is greater than the first voltage. For example, the batteries 102 . 104 of one or more alternators of the vehicle 100 getting charged.

Das Fahrzeug 100 weist eine elektronische Vorrichtung 110 auf. Die elektronische Vorrichtung 110 weist eine erste Spannungsschnittstelle 112 zu dem ersten Bordnetz und eine zweite Spannungsschnittstelle 114 zu dem zweiten Bordnetz auf. Die Vorrichtung 110 weist ferner ein Leistungselement 120 und eine Steuerschaltung 122 auf. Das Leistungselement 120 wird über die zweite Spannungsschnittstelle 114 mit zum Betrieb des Leistungselements 120 erforderlicher elektrischer Energie versorgt. Die Steuerschaltung 122 kann unter Verwendung von Kopplungselementen und eines galvanischen Trennelements sowohl über die erste Spannungsschnittstelle 112 als auch über die zweite Spannungsschnittstelle 114 mit zum Betrieb der Steuerschaltung 122 erforderlicher elektrischer Energie versorgt werden. The vehicle 100 has an electronic device 110 on. The electronic device 110 has a first voltage interface 112 to the first electrical system and a second voltage interface 114 to the second electrical system. The device 110 also has a power element 120 and a control circuit 122 on. The performance element 120 is via the second voltage interface 114 to operate the power element 120 required electrical energy supplied. The control circuit 122 can be achieved by using coupling elements and a galvanic isolating element via both the first voltage interface 112 as well as the second voltage interface 114 with to the operation of the control circuit 122 required electrical energy to be supplied.

Das Fahrzeug 100 weist eine Komponente 130 auf, die von dem Leistungselement 120, je nach Ausführung des Leistungselements 120 beispielsweise angetrieben, mit elektrischer Energie versorgt oder beeinflusst werden kann. Die Komponente 130 kann beispielsweise Teil eines Antriebsstrangs oder eines Getriebes des Fahrzeugs 100 sein. The vehicle 100 has a component 130 on top of that performance element 120 , depending on the version of the power element 120 for example, can be driven, supplied with electrical energy or can be influenced. The component 130 may for example be part of a drive train or a transmission of the vehicle 100 be.

Die Steuerschaltung 122 ist ausgebildet, um einen Betrieb des Leistungselements 120 zu steuern oder zu regeln. The control circuit 122 is designed to operate the power element 120 to control or regulate.

Die Vorrichtung 110 kann mit einem Steuergerät 132 des Fahrzeugs 100 gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 ausgebildet sein, um von dem Steuergerät 132 Steuersignale zu empfangen oder Diagnosesignale an das Steuergerät 132 auszugeben, beispielsweise bezüglich eines Zustands der zum Betrieb des Leistungselements 120 oder der Steuerschaltung 122 erforderlichen Spannungen oder bezüglich eines Betriebszustands des Leistungselements 120. The device 110 can with a control unit 132 of the vehicle 100 be coupled. For example, the device 110 be formed to from the control unit 132 Receive control signals or diagnostic signals to the controller 132 For example, regarding a state of operation of the power element 120 or the control circuit 122 required voltages or with respect to an operating state of the power element 120 ,

Die Spannungsschnittstellen 112, 114, das Leistungselement 120 und die Steuerschaltung 122 sowie weitere Elemente der Vorrichtung 110 können über elektrische Leitungen direkt oder über weitere Elemente elektrisch miteinander gekoppelt sein. The voltage interfaces 112 . 114 , the performance element 120 and the control circuit 122 as well as other elements of the device 110 can be electrically coupled to each other via electrical lines or directly via other elements.

Die Vorrichtung 110 kann ein Gehäuse aufweisen, das die Steuerschaltung 122 und das Leistungselement 120 umschließt. Die Spannungsschnittstellen 112, 114 können in das Gehäuse integriert sein. Alternativ können die Steuerschaltung 122 sowie das Leistungselement 120 auch in eigenen Gehäusen, und beispielsweise beabstandet zueinander angeordnet sein. The device 110 may comprise a housing that controls the control 122 and the performance element 120 encloses. The voltage interfaces 112 . 114 can be integrated into the housing. Alternatively, the control circuit 122 as well as the performance element 120 also in their own housings, and for example spaced from each other.

2 zeigt ein Blockschaltbild einer elektronischen Vorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei kann es sich um die in 1 gezeigte elektronische Vorrichtung 110 handeln. Ferner sind in 2 eine Einrichtung 102 zum Bereitstellen einer ersten Bordnetzspannung, beispielsweise in Form einer ersten Batterie, und eine Einrichtung 104 zum Bereitstellen einer zweiten Bordnetzspannung, beispielsweise in Form einer zweiten Batterie, gezeigt. 2 shows a block diagram of an electronic device 110 according to an embodiment of the present invention. This may be the in 1 shown electronic device 110 act. Furthermore, in 2 An institution 102 for providing a first vehicle electrical system voltage, for example in the form of a first battery, and a device 104 for providing a second vehicle electrical system voltage, for example in the form of a second battery.

Im betriebsbereiten Zustand ist die Vorrichtung 110 über die erste Spannungsschnittstelle 112 mit der Einrichtung 102 zum Bereitstellen der ersten Bordnetzspannung und über die zweite Spannungsschnittstelle 114 mit der Einrichtung 104 zum Bereitstellen der zweiten Bordnetzspannung verbunden. Die beiden Einrichtungen 102, 104 können auch stellvertretend für zwei voneinander getrennte Bordnetze oder Versorgungsnetze aufgefasst werden. In the ready state is the device 110 over the first voltage interface 112 with the device 102 for providing the first vehicle electrical system voltage and via the second voltage interface 114 with the device 104 connected to provide the second vehicle electrical system voltage. The two facilities 102 . 104 can also be understood as representative of two separate electrical systems or supply networks.

Die erste Spannungsschnittstelle 112 weist einen ersten Potenzialanschluss 231 und einen zweiten Potenzialanschluss 232 auf. Der erste Potenzialanschluss 231 ist mit dem Plus-Pol der ersten Einrichtung 102 verbunden und der zweite Potenzialanschluss 232 ist mit dem Minus-Pol der ersten Einrichtung 102 verbunden. Die zweite Spannungsschnittstelle 114 weist einen ersten Potenzialanschluss 233 und einen zweiten Potenzialanschluss 234 auf. Der erste Potenzialanschluss 233 ist mit dem Plus-Pol der zweiten Einrichtung 104 verbunden und der zweite Potenzialanschluss 234 ist mit dem Minus-Pol der zweiten Einrichtung 104 verbunden. Die zweiten Potenzialanschlüsse 232, 234 der Spannungsschnittstellen 114 sind über einen Sternpunkt 230 der Bordnetzspannungen miteinander verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Sternpunkt 230 außerhalb der Vorrichtung 110, beispielsweise außerhalb eines Gehäuses der Vorrichtung, angeordnet. The first voltage interface 112 indicates a first potential connection 231 and a second potential connection 232 on. The first potential connection 231 is with the plus pole of the first device 102 connected and the second potential connection 232 is with the minus pole of the first establishment 102 connected. The second voltage interface 114 indicates a first potential connection 233 and a second potential connection 234 on. The first potential connection 233 is with the plus pole of the second device 104 connected and the second potential connection 234 is with the minus pole of the second facility 104 connected. The second potential connections 232 . 234 the voltage interfaces 114 are about a star point 230 the on-board voltages are connected. According to this embodiment, the star point 230 outside the device 110 , For example, outside a housing of the device arranged.

Die elektronische Vorrichtung 100 weist das Leistungselement 120 und die Steuerschaltung 122 zum Steuern des Leistungselements 120 auf. Ferner weist die Vorrichtung 110 ein Trennelement 240, ein erstes Kopplungselement 242, ein zweites Kopplungselement 243 und einen Spannungswandler 245 auf. The electronic device 100 has the performance element 120 and the control circuit 122 for controlling the performance element 120 on. Furthermore, the device 110 a separating element 240 , a first coupling element 242 , a second coupling element 243 and a voltage converter 245 on.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Eingang des ersten Koppelungselements 242 mit dem ersten Potenzialanschluss 231 der ersten Spannungsschnittstelle 112 verbunden. Im Betrieb der Vorrichtung 110 liegt an dem Eingang des ersten Kopplungselements 242 eine erste Spannung 261 an, die der ersten Bordspannung der Einrichtung 102 entspricht. Ein Eingang des zweiten Koppelungselements 243 ist mit dem ersten Potenzialanschluss 233 der zweiten Spannungsschnittstelle 114 verbunden. Im Betrieb der Vorrichtung 110 liegt an dem Eingang des zweiten Kopplungselements 243 eine zweite Spannung 262 an, die der zweiten Bordspannung der Einrichtung 104 entspricht. According to this embodiment, an input of the first coupling element 242 with the first potential connection 231 the first voltage interface 112 connected. In operation of the device 110 is located at the entrance of the first coupling element 242 a first tension 261 on, the first on-board voltage of the device 102 equivalent. An input of the second coupling element 243 is with the first potential connection 233 the second voltage interface 114 connected. In operation of the device 110 is located at the entrance of the second coupling element 243 a second tension 262 on, the second on-board voltage of the device 104 equivalent.

Die Kopplungselemente 241, 243 weisen eine Sperrrichtung und eine Durchflussrichtung auf. Die Kopplungselemente 241, 243 sind so verschaltet, dass ein Stromfluss über die Kopplungselemente 241, 243 in Richtung des ersten Eingangs des Trennelements 240 möglich ist, ein Rückfluss jedoch nicht. Die Kopplungselemente 241, 243 ermöglichen es, die Steuerschaltung 122 sowohl über die erste Spannungsschnittstelle 112 als auch über die zweite Spannungsschnittstelle 114 mit elektrischer Energie zu versorgen. The coupling elements 241 . 243 have a reverse direction and a flow direction. The coupling elements 241 . 243 are connected so that a current flow through the coupling elements 241 . 243 in the direction of the first input of the separating element 240 is possible, but not a return. The coupling elements 241 . 243 allow it, the control circuit 122 both via the first voltage interface 112 as well as the second voltage interface 114 to supply with electrical energy.

Ein erster Eingang des Trennelements 240 ist mit den Ausgängen der Koppelungselemente 242, 243 verbunden. Ein zweiter Eingang des Trennelements 240 ist mit dem zweiten Potenzialanschluss 232 der ersten Spannungsschnittstelle 112 und über den Sternpunkt 230 zusätzlich mit dem zweiten Potenzialanschluss 234 der zweiten Spannungsschnittstelle 114 verbunden. Ein erster Ausgang des Trennelements 240 ist mit einem Eingang des Spannungsreglers 245 und ein zweiter Ausgang des Trennelements 240 ist mit dem zweiten Potenzialanschluss 234 der zweiten Spannungsschnittstelle 114 und über den Sternpunkt 230 zusätzlich mit dem zweiten Potenzialanschluss 232 der ersten Spannungsschnittstelle 112 verbunden. A first entrance of the separating element 240 is with the outputs of the coupling elements 242 . 243 connected. A second input of the separator 240 is with the second potential connection 232 the first voltage interface 112 and over the star point 230 additionally with the second potential connection 234 the second voltage interface 114 connected. A first exit of the separating element 240 is with an input of the voltage regulator 245 and a second exit of the separating element 240 is with the second potential connection 234 the second voltage interface 114 and over the star point 230 additionally with the second potential connection 232 the first voltage interface 112 connected.

Ein über die Eingänge des Trennelements 240 führender Stromkreis ist durch das Trennelement 240 galvanisch von einem über die Ausgänge des Trennelements 240 führenden weiteren Stromkreis getrennt. Das Trennelement 240 ist ausgebildet, um unter Verwendung einer zwischen den Eingängen des Trennelements 240 anliegenden Eingangsspannung, zwischen den Ausgängen des Trennelements 240 eine Ausgangsspannung bereitzustellen. A via the inputs of the separator 240 leading circuit is through the separator 240 galvanically from one via the outputs of the separator 240 leading further circuit disconnected. The separating element 240 is designed to be made using one between the inputs of the separator 240 applied input voltage, between the outputs of the separator 240 to provide an output voltage.

Ein Ausgang des Spannungswandlers 245 ist mit einem ersten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung 122 verbunden. Ein zweiter Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung 122 ist mit mit dem zweiten Potenzialanschluss 234 der zweiten Spannungsschnittstelle 114 und über den Sternpunkt 230 zusätzlich mit dem zweiten Potenzialanschluss 232 der ersten Spannungsschnittstelle 112 verbunden. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen den Versorgungsspannungseingängen der Steuerschaltung 122 ein Energiespeicher in Form eines Kondensators 250 geschaltet. An output of the voltage converter 245 is connected to a first supply voltage input of the control circuit 122 connected. A second supply voltage input of the control circuit 122 is with with the second potential connection 234 the second voltage interface 114 and over the star point 230 additionally with the second potential connection 232 the first voltage interface 112 connected. According to the embodiment shown, between the supply voltage inputs of the control circuit 122 an energy store in the form of a capacitor 250 connected.

Ein erster Betriebsspannungsanschluss des Leistungselements 120 ist mit dem ersten Potenzialanschluss 233 der zweiten Spannungsschnittstelle 114 und ein zweiter Betriebsspannungsanschluss des Leistungselements 120 ist mit dem zweiten Potenzialanschluss 234 der zweiten Spannungsschnittstelle 114 verbunden. A first operating voltage terminal of the power element 120 is with the first potential connection 233 the second voltage interface 114 and a second operating voltage terminal of the power element 120 is with the second potential connection 234 the second voltage interface 114 connected.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 240 als ein Transformator zum Wandeln der von den Kopplungselementen 241, 243 bereitgestellten Spannung ausgeführt. Die Kopplungselemente 241, 243 können je als Dioden ausgeführt sein, wobei die Anoden der Dioden mit den Spannungsschnittstellen 112, 114 verbunden sind. According to one embodiment, the separating element 240 as a transformer for converting the of the coupling elements 241 . 243 provided voltage. The coupling elements 241 . 243 can each be designed as diodes, the anodes of the diodes with the voltage interfaces 112 . 114 are connected.

Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner eine Überwachungseinrichtung 252 auf. Die Überwachungseinrichtung 252 ist ausgebildet, um die an dem Eingang des ersten Kopplungselements 242 anliegende erste Spannung 261 und die an dem Eingang des zweiten Kopplungselements 243 anliegende zweite Spannung 262 zu überwachen. Bei einem erkannten Fehler, beispielsweise einer erkannten Spannungsabweichung von einer Sollspannung kann die Überwachungseinrichtung 252 ein entsprechendes Überwachungssignal, beispielsweise über eine weitere Schnittstelle der Vorrichtung 110 und/oder an die Steuerschaltung 122 ausgeben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Überwachungseinrichtung 252 entsprechend der Steuerschaltung 122 sowohl über die erste Spannungsschnittstelle 112 als auch über die zweite Spannungsschnittstelle 114 mit zum Betrieb der Überwachungseinrichtung 252 erforderlicher elektrischer Energie versorgt werden. Beispielsweise kann ein Spannungseingang der Überwachungseinrichtung 252 mit dem ersten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung 122 verbunden sein. Auch kann die Überwachungseinrichtung 252 über die Steuerschaltung 122, beispielsweise über einen Spannungsregler der Steuerschaltung 122 mit einer Betriebsspannung versorgt werden. Beispielsweise kann die Überwachungseinrichtung über geeignete Messelemente mit den zu überwachenden Leitungen zum Führen der Spannungen 261, 262 gekoppelt sein, um die Spannungen 261, 262 überwachen zu können. According to the in 2 In the embodiment shown, the device further comprises a monitoring device 252 on. The monitoring device 252 is formed around the at the entrance of the first coupling element 242 fitting first voltage 261 and at the entrance of the second coupling element 243 applied second voltage 262 to monitor. When a detected fault, for example, a detected voltage deviation from a target voltage, the monitoring device 252 a corresponding monitoring signal, for example via a further interface of the device 110 and / or to the control circuit 122 output. According to one embodiment, the monitoring device 252 according to the control circuit 122 both via the first voltage interface 112 as well as the second voltage interface 114 with to the operation of the monitoring device 252 required electrical energy to be supplied. For example, a voltage input of the monitoring device 252 with the first supply voltage input of the control circuit 122 be connected. Also, the monitoring device 252 via the control circuit 122 , For example, via a voltage regulator of the control circuit 122 be supplied with an operating voltage. For example, the monitoring device via suitable measuring elements with the lines to be monitored for guiding the voltages 261 . 262 be coupled to the tensions 261 . 262 to be able to monitor.

Die Vorrichtung 110 kann ein Gehäuse aufweisen, das die in 2 gezeigten Elemente der Vorrichtung 110 umschließen kann. Die Spannungsschnittstellen 112, 114 können als Schnittstellen, beispielsweise Anschlüsse, des Gehäuses ausgeführt sein. The device 110 may have a housing, which in 2 shown elements of the device 110 can enclose. The voltage interfaces 112 . 114 can be designed as interfaces, such as connections, of the housing.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von 2 detailliert beschrieben. Dabei ist die Einrichtung 102 ausgebildet, um eine erste Bordnetzspannung, beispielsweise eine 12V Bordnetzspannung (BN12) oder eine 24V Bordnetzspannung (BN24) bereitzustellen. Die Einrichtung 104 ist ausgebildet, um eine zweite Bordnetzspannung, beispielsweise eine 48V Bordnetzspannung (BN 48) bereitzustellen. Das Trennelement 240 ist als ein Trennbaustein ausgeführt. An dem Eingang des als erstes Kopplungsglied ausgeführten ersten Kopplungselements 242 liegt eine erste geräteinterne Versorgungsspannung 261 an, die auch als erste Spannung bezeichnet wird und die der ersten Bordnetzspannung entspricht. An dem Eingang des als zweites Kopplungsglied ausgeführten zweiten Kopplungselements 243 liegt eine zweite geräteinterne Versorgungsspannung 262 an, die auch als zweite Spannung bezeichnet wird und die der zweiten Bordnetzspannung entspricht. Die Überwachungseinrichtung 252 ist als eine Überwachungs- und/oder Diagnoseschaltung ausgeführt. Anstelle des Kondensators 250 kann auch ein anderer geeigneter Energiepuffer oder Energiespeicher eingesetzt werden. An dem ersten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung 122 wird von dem Spannungswandler 245 eine unterbrechungsfreie und redundante Geräteversorgungsspannung 265 bereitgestellt. Die Steuerschaltung 122 umfasst eine Mehrzahl von Baugruppen, inklusiv einem Spannungsregler. Weitere Baugruppen der Steuerschaltung 122 können beispielsweise eine oder mehrere Diagnoseschaltungen und/oder einen oder mehrere leistungselektronische Treiber umfassen. An dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss der Steuerschaltung 122 liegt ein Massepotenzial 267 der redundanten Geräteversorgungsspannung 265 an. Die Vorrichtung 110 selbst kann ein Gerät darstellen, beispielsweise ein Steuergerät, einen Inverter oder einen Frequenzumrichter. Das Leistungselement 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Aktuator. Der Spannungswandler 245 kann beispielsweise als ein Durchflusswandler oder Schaltregler ausgeführt sein. In the following an embodiment of the invention with reference to 2 described in detail. Here is the device 102 designed to provide a first vehicle electrical system voltage, for example a 12V vehicle electrical system voltage (BN12) or a 24V vehicle electrical system voltage (BN24). The device 104 is designed to provide a second vehicle electrical system voltage, for example a 48V vehicle electrical system voltage (BN 48). The separating element 240 is designed as a separation block. At the entrance of the first coupling element designed as the first coupling element 242 is a first device internal supply voltage 261 which is also referred to as the first voltage and which corresponds to the first vehicle electrical system voltage. At the entrance of the second coupling element designed as a second coupling element 243 there is a second device-internal supply voltage 262 which is also referred to as the second voltage and which corresponds to the second vehicle electrical system voltage. The monitoring device 252 is implemented as a monitoring and / or diagnostic circuit. Instead of the capacitor 250 It is also possible to use another suitable energy buffer or energy store. At the first supply voltage input of the control circuit 122 is from the voltage converter 245 an uninterruptible and redundant device supply voltage 265 provided. The control circuit 122 includes a plurality of assemblies, including a voltage regulator. Other modules of the control circuit 122 For example, one or more diagnostic circuits and / or one or more power electronic drivers may be included. At the second supply voltage terminal of the control circuit 122 is a ground potential 267 the redundant device supply voltage 265 at. The device 110 itself may represent a device, such as a controller, an inverter or a frequency converter. The performance element 120 is an actuator according to this embodiment. The voltage converter 245 may for example be designed as a forward converter or switching regulator.

Das beschriebene Konzept dient zur Kopplung von zwei Bordnetzspannungen 102, 104, um die galvanische Verbindung zwischen den leistungselektronischen Baugruppen 120 und den Diagnosebaugruppen und Steuerungsbaugruppen 122, 252 zu ermöglichen. Durch den Einsatz des beschriebenen Kopplungskonzeptes kann die Steuerschaltung 122 der Leistungselektronik 120 redundant von beiden Bordnetzen 102, 104 aus versorgt werden, um die Verfügbarkeit und Sicherheit des Gesamtsystems zu erhöhen und die aktive Regelung des Aktuators 120 auch beim Ausfall der Leistungsenergieversorgung 104 zu ermöglichen. Durch die aufrechterhaltenen Diagnosemöglichkeiten können auch je nach Fehlerursache individuelle Fail Safe Maßnahmen eingeleitet werden. The concept described serves to couple two vehicle electrical system voltages 102 . 104 to the galvanic connection between the power electronic assemblies 120 and the diagnostic boards and control boards 122 . 252 to enable. By using the described coupling concept, the control circuit 122 the power electronics 120 redundant from both on-board networks 102 . 104 to increase the availability and safety of the overall system and the active control of the actuator 120 even if the power supply fails 104 to enable. Due to the sustained diagnostic options, individual fail-safe measures can also be initiated, depending on the cause of the error.

Durch die redundante Spannungsversorgung kann die Gerätediagnose mit der Überwachung beider Bordnetzspannungen 102, 104 erweitert werden, um auch einen Ausfall oder einen Leitungsbruch des jeweiligen Bordnetzversorgungskreises überwachen zu können. Due to the redundant power supply, the device diagnostics can be used to monitor both vehicle electrical system voltages 102 . 104 be extended to monitor a failure or line breakage of the respective onboard power supply circuit.

Um Masseschleifen, sogenannte Groundschleifen, zu vermeiden, dürfen die Minus-Leitungen der Bordnetzspannungen 102, 104 innerhalb des Geräts 110 nicht direkt miteinander verbunden werden. Der beschriebene Ansatz ist dadurch gekennzeichnet, dass eine technische Lösung für die geräteinterne redundante und unterbrechungsfreie Kopplung der zwei Bordnetzspannungen 102, 104 ermöglicht wird und ferner den Vorteil einer redundanten Geräteversorgung und hohen Verfügbarkeit aufweist. In order to avoid ground loops, so-called ground loops, the minus lines of the vehicle electrical system voltages may be used 102 . 104 within the device 110 not be connected directly. The described approach is characterized in that a technical solution for the device-internal redundant and uninterrupted coupling of the two electrical system voltages 102 . 104 allows and further has the advantage of a redundant device supply and high availability.

Ferner ist die Vorrichtung 110 in Form einer Schaltung auf auf Bauraum- und Kostenaspekte optimiert. Für die Optimierung erfolgt die unterbrechungsfreie und redundante Kopplung der Bordnetzspannungen 261, 262 vor dem Trennbaustein 240, um den Trennbaustein 240 mit beiden Bordnetzspannungen 261, 262 versorgen zu können. Die Kopplungsglieder 242, 243 können in Form von Halbleiterelementen, beispielsweise Dioden, etc., oder auch in Form von Spannungsreglern, beispielsweise Durchflusswandler, Schaltregler, etc., dargestellt werden. Durch diese Lösung kann ein zweiter Spannungsregler entfallen. Das Gerät 110 wird auch beim Leitungsbruch oder beim Ausfall einer Bordnetzspannung 261, 262 unterbrechungsfrei versorgt. Furthermore, the device 110 in the form of a circuit optimized for installation space and cost aspects. For the optimization, the uninterruptible and redundant coupling of the vehicle electrical system voltages takes place 261 . 262 before the isolator 240 to the separation block 240 with both electrical system voltages 261 . 262 to be able to supply. The coupling links 242 . 243 can be represented in the form of semiconductor elements, for example diodes, etc., or else in the form of voltage regulators, for example forward converters, switching regulators, etc. This solution eliminates the need for a second voltage regulator. The device 110 is also the case of a line break or failure of a vehicle electrical system voltage 261 . 262 supplied without interruption.

Durch die vollständige galvanische Trennung, sowohl der Plus-Leitungen als auch der Minus-Leitungen, durch den Trennbaustein 240, beispielsweise einen Transformator, einer Bordnetzversorgung 102, 104 ist die Masseschleifenbildung ausgeschlossen. Die galvanisch getrennte Spannung 261 kann nun den gleichen Massenbezug 267 besitzen, wie die zweite Bordnetzversorgung 104. Die geräteinternen Baugruppen, wie die Diagnose- und Steuerschaltungen 122 können somit mit einer Redundanz und unabhängig eines Bordnetzausfalls versorgt werden. Die redundante Versorgung und der erweiterte Diagnoseumfang erhöhen die Verfügbarkeit und Sicherheit des Gesamtsystems und ermöglichen die aktive Regelung des Aktuators 120 auch beim Ausfall der Leistungsenergieversorgung 104. Durch den erweiterten Diagnoseumfang und durch die redundant versorgten Steuerschaltungen 122 können je nach Fehlerursache und Fehlerart individuelle, geregelte und optimierte Fail Safe Maßnahmen eingeleitet werden. Durch den Einsatz der Kopplungsglieder 242, 243 kann ferner auch ein ausgefallener Versorgungskreis, also einer der Kreise 261, 262 eindeutig durch die Überwachungs- und Diagnoseschaltung 252 identifiziert werden, ohne dass die redundante Geräteversorgungsspannung 265 beeinträchtigt wäre. Due to the complete electrical isolation, both the plus and the minus lines, through the isolator 240 , For example, a transformer, a board power supply 102 . 104 the ground loops are excluded. The galvanically isolated voltage 261 can now be the same mass reference 267 own, like the second board supply 104 , The device-internal modules, such as the diagnostic and control circuits 122 can thus be supplied with redundancy and independently of a vehicle power supply failure. The redundant supply and the extended scope of diagnostics increase the availability and safety of the entire system and enable the active control of the actuator 120 even if the power supply fails 104 , Due to the extended scope of diagnostics and the redundantly supplied control circuits 122 Depending on the cause of the error and the type of fault, individual, regulated and optimized fail-safe measures can be initiated. By using the coupling links 242 . 243 may also be a failed supply circuit, so one of the circles 261 . 262 clearly through the monitoring and diagnostic circuit 252 be identified without the redundant device supply voltage 265 would be impaired.

Durch das Kopplungskonzept und durch den modularen Aufbau können auch Varianten mit lediglich einer Bordnetzversorgung 102, 104 dargestellt werden, ohne eine Zusatzgerätevariante entwickeln zu müssen. Die Variantenbildung ist durch Bestückungsoptionen darstellbar. Due to the coupling concept and the modular structure can also variants with only a board power supply 102 . 104 be presented without having to develop an accessory variant. The variant formation can be represented by equipment options.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei kann es sich um die in den vorangegangenen Figuren gezeigte Vorrichtung handeln. 3 FIG. 12 shows a flowchart of a method of operating an electronic device according to an embodiment of the present invention. This may be the device shown in the preceding figures.

In einem Schritt 301 werden eine erste Spannung von einer ersten Spannungsschnittstelle und eine zweite Spannung von einer zweiten Spannungsschnittstelle an einen ersten Eingang eines Trennelements bereitgestellt. Dabei wird ein Stromfluss von dem ersten Eingang des Trennelements zu den Spannungsschnittstellen unter Verwendung eines ersten Koppelungselements und eines zweiten Koppelungselements verhindert. In einem Schritt 303 wird eine von der ersten Spannung und der zweiten Spannung galvanisch getrennte Ausgangsspannung an einem ersten Ausgang des Trennelements bereitgestellt. In einem Schritt 305 wird die Ausgangsspannung in eine Geräteversorgungsspannung 265 gewandelt und in einem Schritt 307 an einen ersten Versorgungsspannungseingang der Steuerschaltung bereitgestellt. In one step 301 For example, a first voltage from a first voltage interface and a second voltage from a second voltage interface are provided to a first input of a separator. In this case, a current flow is prevented from the first input of the separating element to the voltage interfaces using a first coupling element and a second coupling element. In one step 303 For example, an output voltage galvanically isolated from the first voltage and the second voltage is provided at a first output of the separator. In one step 305 the output voltage becomes a device supply voltage 265 converted and in one step 307 provided to a first supply voltage input of the control circuit.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100: Fahrzeug vehicle
102 102: erste Batterie first battery
104 104: zweite Batterie second battery
110 110: elektronische Vorrichtung electronic device
112 112: erste Spannungsschnittstelle first voltage interface
114 114: zweite Spannungsschnittstelle second voltage interface
120 120: Leistungselement power element
122 122: Steuerschaltung control circuit
130 130: Komponente component
132 132: Steuergerät control unit
230 230: Sternpunkt star point
231 231: erster Potenzialanschluss der ersten Spannungsschnittstelle first potential connection of the first voltage interface
232 232: zweiter Potenzialanschluss der ersten Spannungsschnittstelle second potential connection of the first voltage interface
233 233: erster Potenzialanschluss der zweiten Spannungsschnittstelle first potential connection of the second voltage interface
234 234: zweiter Potenzialanschluss der zweiten Spannungsschnittstelle second potential connection of the second voltage interface
240 240: Tennelement Tennelement
242 242: erstes Kopplungselement first coupling element
243 243: zweites Kopplungselement second coupling element
245 245: Spannungswandler DC converter
250 250: Kondensator capacitor
252 252: Überwachungseinrichtung monitoring device
261 261: erste geräteinterne Versorgungsspannung first device-internal supply voltage
262 262: zweite geräteinterne Versorgungsspannung second device-internal supply voltage
265 265: Geräteversorgungsspannung Device supply voltage
267 267: Massepotenzial ground potential
301 301: Schritt des Bereitstellens der ersten Spannung Step of providing the first voltage
303 303: Schritt des Bereitstellens einer Ausgangsspannung Step of providing an output voltage
305 305: Schritt des Wandelns Step of walking
307 307: Schritt des Bereitstellens einer Geräteversorgungsspannung Step of providing a device supply voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10235162 A1 [0003]

Claims

Electronic device ( 110 ) for a vehicle ( 100 ), the device ( 110 ) a first voltage interface ( 112 ) for connecting the device ( 110 ) with a first power supply ( 102 ) for providing a first voltage ( 261 ), a second voltage interface ( 114 ) for connecting the device ( 110 ) with a second power supply ( 104 ) for providing a second voltage ( 262 ), a power element operable with the second voltage ( 120 ) and a control circuit ( 122 ) for controlling the performance element ( 120 ), characterized in that the device ( 110 ) further comprises: a first coupling element ( 242 ) with an input connected to a first potential connection ( 231 ) of the first voltage interface ( 112 ) and having an output, wherein the first coupling element ( 242 ) is adapted to a flow of current from the input to the output of the first coupling element ( 242 ) and a current flow from the output to the input of the first coupling element (FIG. 242 ) to block; a second coupling element ( 243 ) with an input connected to a first potential connection ( 233 ) of the second voltage interface ( 114 ) and having an output, wherein the second coupling element ( 243 ) is adapted to a flow of current from the input to the output of the second coupling element ( 243 ) and a current flow from the output to the input of the second coupling element (FIG. 243 ) to block; a separating element ( 240 ) having a first input and a first output galvanically decoupled from the first input, the first input being connected to the outputs of the coupling elements ( 242 . 243 ) connected is; and a voltage converter ( 245 ) located between the first exit of the separating element ( 240 ) and a first supply voltage input of the control circuit ( 122 ) is switched.

Electronic device ( 110 ) according to claim 1, characterized in that the separating element ( 240 ) has a second input and a second output galvanically decoupled from the second input, wherein the second input of the separating element ( 240 ) with a second potential connection ( 232 ) one of the voltage interfaces ( 112 . 114 ) and the second output of the separating element ( 240 ) with a second potential connection ( 232 ) one of the voltage interfaces ( 112 . 114 ) and with a second supply voltage input of the control circuit ( 122 ) connected is.

Electronic device ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a first operating voltage terminal of the power element ( 120 ) with the first potential connection ( 233 ) of the second voltage interface ( 114 ) connected is.

Electronic device ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 110 ) a monitoring device ( 252 ), which is formed to the at the input of the first coupling element ( 242 ) applied first voltage ( 261 ) and at the entrance of the second coupling element ( 243 ) applied second voltage ( 262 ).

Electronic device ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first voltage is a DC voltage less than 40V and the second voltage is a DC voltage greater than 40V and less than 60V.

Electronic device ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the power element ( 120 ) comprises an actuator.

Electronic device ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating element ( 240 ) as a transformer and the coupling elements ( 242 . 243 ) are designed as diodes or voltage regulator.

Electronic device ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit ( 122 ) one with the first supply voltage input and the second supply voltage input of the control circuit ( 122 ) connected voltage regulator comprises.

Electronic device ( 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 110 ) as a control device for a vehicle ( 100 ), as an inverter or as a frequency converter.

Method for operating an electronic device ( 110 ) for a vehicle ( 100 ), the device ( 110 ) a first voltage interface ( 112 ) for connecting the device ( 110 ) with a first power supply ( 102 ) for providing a first voltage ( 261 ), a second voltage interface ( 114 ) for connecting the device ( 110 ) with a second power supply ( 104 ) for providing a second voltage ( 262 ), a power element operable with the second voltage ( 120 ) and a control circuit ( 122 ) for controlling the performance element ( 120 ) and the method comprises the following steps: providing ( 301 ) of the first voltage ( 261 ) from the first voltage interface ( 112 ) and the second voltage ( 262 ) from the second voltage interface ( 114 ) to a first input of a separating element ( 240 ), wherein a current flow from the first input of the separating element ( 240 ) to the voltage interfaces ( 112 . 114 ) using a first coupling element ( 243 ) and a second coupling element ( 243 ) is prevented; Provide ( 303 ) one of the first voltage ( 261 ) and the second voltage ( 262 ) galvanically isolated output voltage at a first output of the separating element ( 240 ); Convert ( 305 ) of the output voltage into a device supply voltage ( 265 ); and deploy ( 307 ) of the device supply voltage ( 265 ) to a first supply voltage input of the control circuit ( 122 ).