DE102015201260A1 - Overvoltage protection device for a vehicle control unit - Google Patents

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DE102015201260A1 DE102015201260.3A DE102015201260A DE102015201260A1 DE 102015201260 A1 DE102015201260 A1 DE 102015201260A1 DE 102015201260 A DE102015201260 A DE 102015201260A DE 102015201260 A1 DE102015201260 A1 DE 102015201260A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzvorrichtung (10) für ein Steuergerät (3) in einem Fahrzeug mit einer elektronischen Regelschaltung (E2), welche zwischen einer Bordnetzspannung (UBat) und dem Steuergerät (3) eingeschleift ist und eine Versorgungsspannung (UV) des Steuergeräts (3) auf einen vorgegebenen Wert regelt, wobei der elektronischen Regelschaltung (E2) eine Schutzschaltung (TVS) vorgeschaltet ist, welche Spitzen der Bordnetzspannung (UBat) auf Masse (GND) schaltet, wenn die Bordnetzspannung (UBat) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und wobei zwischen der Bordnetzspannung (UBat) und dem Steuergerät (3) ein Energiespeicher (S) eingeschleift ist, welcher im Notfall die Versorgungsspannung (UV) für das Steuergerät (3) bereitstellt. Erfindungsgemäß ist zwischen der Bordnetzspannung (UBat) und dem Energiespeicher (S) eine elektronische Ladeschaltung (E1) eingeschleift, wobei eine Auswerte- und Steuerschaltung (12) die Bordnetzspannung (UBat) an einem ersten Messpunkt (U1) erfasst und auswertet, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung (12) die elektronische Ladeschaltung (E1) aktiviert, wenn die Auswertung der Bordnetzspannung (UBat) am ersten Messpunkt (U1) einen Load-Dump-Zustand anzeigt, und wobei die elektronische Ladeschaltung (E1) Energie des Load-Dump-Zustands in den Energiespeicher (S) lädt bevor die Bordnetzspannung (UBat) den vorgegebenen Schwellwert erreicht.The invention relates to an overvoltage protection device (10) for a control unit (3) in a vehicle with an electronic control circuit (E2), which is looped in between a vehicle electrical system voltage (UBat) and the control unit (3) and a supply voltage (UV) of the control unit (3 ) to a predetermined value, wherein the electronic control circuit (E2) is preceded by a protection circuit (TVS), which switches tips of the vehicle electrical system voltage (UBat) to ground (GND) when the vehicle electrical system voltage (UBat) exceeds a predetermined threshold, and wherein between the vehicle electrical system voltage (UBat) and the control unit (3) an energy storage (S) is looped, which provides the supply voltage (UV) for the control unit (3) in an emergency. According to the invention, an electronic charging circuit (E1) is looped in between the vehicle electrical system voltage (UBat) and the energy store (S), an evaluation and control circuit (12) detecting and evaluating the vehicle electrical system voltage (UBat) at a first measuring point (U1), the evaluation - And control circuit (12) the electronic charging circuit (E1) is activated when the evaluation of the vehicle electrical system voltage (UBat) at the first measuring point (U1) indicates a load-dump state, and wherein the electronic charging circuit (E1) energy of the load dump State in the energy storage (S) loads before the vehicle electrical system voltage (UBat) reaches the predetermined threshold.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Überspannungsschutzvorrichtung für ein Fahrzeugsteuergerät nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to a surge protection device for a vehicle control unit according to the preamble of independent claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind Steuergeräte in Kraftfahrzeugen bekannt, welche gegen Überspannungsimpulse bzw. Spannungsspitzen geschützt sind, welche in einem Load-Dump-Zustand entstehen können. Ein solcher Load-Dump-Zustand kann beispielsweise auftreten, wenn ein Generator bzw. eine Lichtmaschine des Fahrzeugs unter einer bestimmten Last arbeitet, um die Verbraucher zu versorgen und die Batterie zu laden, und dann die Last beispielsweise durch Ausschalten der Verbraucher oder durch Trennen der Ladeleitung plötzlich stark reduziert wird. Da es eine bestimmte Zeitspanne von ca. 500ms dauert, bis sich das Magnetfeld abgebaut hat, induziert der Generator bzw. Lichtmaschine eine für diesen Moment zu hohe Strommenge, so dass der Überspannungsimpuls bzw. die Spannungsspitze entsteht. In bekannten Steuergeräten werden diese Überspannungsimpulse bzw. Spannungsspitzen durch so genannte TVS-Dioden (Transient Voltage Supressor) abgebaut. Diese TVS-Dioden klammern auf eine definierte Spannung und sind kurzzeitig in der Lage eine hohe Verlustleistung (400W, 600W, 1500W, 3000W) aufzunehmen. Dies bedingt eine große thermische Kapazität (Masse-Volumen-Bauform) der TVS-Dioden und damit einhergehend hohe Kosten und Flächenbedarf auf der Leiterplatte.Control devices in motor vehicles are known from the prior art, which are protected against overvoltage pulses or voltage spikes, which can arise in a load-dump state. Such a load-dump condition may occur, for example, when a generator or alternator of the vehicle is operating under a given load to supply the loads and charge the battery, and then load, for example, by turning off the loads or disconnecting the load Charging line is suddenly greatly reduced. Since it takes a certain period of time of approximately 500 ms until the magnetic field has degraded, the generator or alternator induces an amount of current that is too high for this moment, so that the overvoltage pulse or the voltage peak occurs. In known control devices, these overvoltage pulses or voltage peaks are reduced by so-called TVS diodes (transient voltage suppressor). These TVS diodes cling to a defined voltage and are for a short time able to absorb a high power loss (400W, 600W, 1500W, 3000W). This requires a large thermal capacity (mass-volume design) of the TVS diodes and, consequently, high costs and area requirements on the circuit board.

Aus der DE 10 2009 047 480 A1 sind ein Steuergerät und ein Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug bekannt. Hierbei ist ein Versorgungsbaustein vorgesehen, welcher eine Eingangsspannung für die Ansteuerung der Personenschutzmittel wandelt. Zwischen einer Bordnetzspannung und der Eingangsspannung des Versorgungsbausteins ist ein Spannungsregler geschaltet, welcher die Eingangsspannung auf einen vorgegebenen ersten Wert begrenzt. Zudem ist eine Schutzschaltung vorgesehen, welche die Spitzen der Bordnetzspannung auf Masse schaltet, wenn die Bordnetzspannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Die Schutzschaltung kann eine TVS-Diode oder einen Varistor aufweisen. Des Weiteren ist zwischen der Bordnetzspannung und dem Steuergerät ein Energiespeicher eingeschleift, welcher im Notfall die Eingangsspannung für das Steuergerät bereitstellt.From the DE 10 2009 047 480 A1 For example, a control device and a method for controlling personal protection devices for a vehicle are known. Here, a supply module is provided, which converts an input voltage for the activation of the personal protection means. Between a vehicle electrical system voltage and the input voltage of the supply module, a voltage regulator is connected, which limits the input voltage to a predetermined first value. In addition, a protection circuit is provided, which switches the tips of the vehicle electrical system voltage to ground when the vehicle electrical system voltage exceeds a predetermined threshold. The protection circuit may comprise a TVS diode or a varistor. Furthermore, an energy store is looped between the vehicle electrical system voltage and the control unit, which provides the input voltage for the control unit in an emergency.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzvorrichtung für ein Fahrzeugsteuergerät mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Kostenreduktion für Schutzmaßnahmen und eine Reduktion der Leiterplattengröße sowie der Verlustleistung dadurch erzielt werden können, dass bereits im Fahrzeug vorhandene elektrische Speicherelemente, insbesondere große Elektrolytkondensatoren, eingesetzt werden können, um einen Teil der Energie oder die vollständige Energie eines Load-Dump-Impulses aufzunehmen.The overvoltage protection device according to the invention for a vehicle control device with the features of independent claim 1 has the advantage that a cost reduction for protective measures and a reduction of the PCB size and the power loss can be achieved that existing in the vehicle electrical storage elements, especially large electrolytic capacitors are used can absorb some of the energy or the full energy of a load-dump pulse.

Durch die Nutzung von bereits vorhandenen Speicherelementen zur Aufnahme der Energie des Load-Dump-Impulses kann die Verlustleistung im Gerät reduziert werden. Die Energie kann für das Steuergerät genutzt werden und wird nicht oder nur teilweise in Wärme umgesetzt.By using existing memory elements to absorb the energy of the load-dump pulse, the power loss in the device can be reduced. The energy can be used for the control unit and is not or only partially converted into heat.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Überspannungsschutzvorrichtung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug mit einer elektronischen Regelschaltung zur Verfügung, welche zwischen einer Bordnetzspannung und dem Steuergerät eingeschleift ist und eine Versorgungsspannung des Steuergeräts auf einen vorgegebenen Wert regelt. Hierbei ist der elektronischen Regelschaltung eine Schutzschaltung vorgeschaltet, welche Spitzen der Bordnetzspannung auf Masse schaltet, wenn die Bordnetzspannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Zudem ist zwischen der Bordnetzspannung und dem Steuergerät ein Energiespeicher eingeschleift, welcher im Notfall die Versorgungsspannung für das Steuergerät bereitstellt. Erfindungsgemäß ist zwischen der Bordnetzspannung und dem Energiespeicher eine elektronische Ladeschaltung eingeschleift, wobei eine Auswerte- und Steuerschaltung die Bordnetzspannung an einem ersten Messpunkt erfasst und auswertet, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung die elektronische Ladeschaltung aktiviert, wenn die Auswertung der Bordnetzspannung am ersten Messpunkt einen Load-Dump-Zustand anzeigt, und wobei die elektronische Ladeschaltung Energie des Load-Dump-Zustands in den Energiespeicher lädt bevor die Bordnetzspannung den vorgegebenen Schwellwert erreicht.Embodiments of the present invention provide an overvoltage protection device for a control unit in a vehicle with an electronic control circuit, which is looped in between a vehicle electrical system voltage and the control unit and regulates a supply voltage of the control unit to a predetermined value. Here, the electronic control circuit is preceded by a protection circuit, which switches tips of the vehicle electrical system voltage to ground when the vehicle electrical system voltage exceeds a predetermined threshold. In addition, an energy store is looped between the vehicle electrical system voltage and the control unit, which provides the supply voltage for the control unit in an emergency. According to the invention, an electronic charging circuit is connected between the vehicle electrical system voltage and the energy store, wherein an evaluation and control circuit detects and evaluates the vehicle electrical system voltage at a first measuring point, wherein the evaluation and control circuit activates the electronic charging circuit when the evaluation of the vehicle electrical system voltage at the first measuring point generates a load -Dump state indicates, and wherein the electronic charging circuit energy of the load dump state in the energy storage before the vehicle electrical system voltage reaches the predetermined threshold.

Im Normalbetrieb des Steuergerätes kann der Energiespeicher auf eine bestimmte Spannung von beispielsweise ca. 35V aufgeladen werden. Im Falle eines Airbagsteuergeräts dient der Energiespeicher dazu, bei Batterieabriss im Crash-Fall, das Steuergerät für einige 100ms weiter zu versorgen und auch, um die erforderlichen Zündmittel für die Personenschutzmittel zu aktivieren.In normal operation of the control unit, the energy storage can be charged to a certain voltage, for example, about 35V. In the case of an airbag control unit, the energy storage is used, in the event of a battery crash in the event of a crash, to continue to supply the control unit for a few 100 ms and also to activate the necessary ignition means for the personal protection equipment.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Überspannungsschutzvorrichtung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug möglich.The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the specified in the independent claim 1 overvoltage protection device for a control unit in a vehicle are possible.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Auswerte- und Steuerschaltung die elektronische Ladeschaltung deaktivieren kann, wenn die Auswertung der Bordnetzspannung am ersten Messpunkt ergibt, dass ein unerlaubter Betriebsfall im Bordnetz vorliegt. Die Auswerte- und Steuerschaltung kann den unerlaubten Betriebsfall im Bordnetz erkennen, wenn der Load-Dump-Zustand länger als eine vorgegebene Zeitspanne andauert, welche beispielsweise im Bereich von 450 bis 550ms liegen kann. Diese Zeitspanne entspricht der typischen Impulsdauer von auftretenden Load-Dump-Impulsen. It is particularly advantageous that the evaluation and control circuit can deactivate the electronic charging circuit when the evaluation of the vehicle electrical system voltage at the first measuring point shows that there is an unauthorized operation in the electrical system. The evaluation and control circuit can detect the unauthorized operation in the electrical system when the load-dump condition lasts longer than a predetermined period, which may for example be in the range of 450 to 550ms. This period corresponds to the typical pulse duration of occurring load-dump pulses.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzvorrichtung kann die Auswerte- und Steuerschaltung eine Spannung des Energiespeichers an einem zweiten Messpunkt erfassen und auswerten. Zudem kann die Auswerte- und Steuerschaltung die elektronische Ladeschaltung deaktivieren und den Energiespeicher von der Bordnetzspannung trennen, wenn die Spannung des Energiespeichers am zweiten Messpunkt einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.In an advantageous embodiment of the overvoltage protection device according to the invention, the evaluation and control circuit can detect and evaluate a voltage of the energy store at a second measuring point. In addition, the evaluation and control circuit disable the electronic charging circuit and disconnect the energy storage of the vehicle electrical system voltage when the voltage of the energy storage device reaches a predetermined maximum value at the second measuring point.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzvorrichtung kann die Auswerte- und Steuerschaltung die elektronische Regelschaltung als Entladeschaltung betreiben, welche die während des Load-Dump-Zustands im Energiespeicher gespeicherte Energie an das Steuergerät abgeben und die überhöhte Spannung des Energiespeichers abbauen kann. Während dieser Zeit wird aus dem Bordnetz keine Energie bezogen. Des Weiteren kann die Auswerte- und Steuerschaltung den Betrieb der elektronischen Regelschaltung als Entladeschaltung deaktivieren und auf Normalbetrieb umschalten, wenn die Spannung des Energiespeichers am zweiten Messpunkt einen vorgegebenen Normalwert erreicht. Sobald die Spannung am zweiten Messpunkt wieder Normalniveau erreicht hat, kann erneut Energie aus einem Load-Dump-Impuls aufgenommen werden. Typischerweise ist dies je nach internem Verbrauch des Steuergeräts nach wenigen Sekunden der Fall.In a further advantageous embodiment of the overvoltage protection device according to the invention, the evaluation and control circuit can operate the electronic control circuit as a discharge circuit, which can deliver the energy stored in the energy storage during the load-dump state to the control unit and can reduce the excessive voltage of the energy store. During this time, no energy is drawn from the electrical system. Furthermore, the evaluation and control circuit can deactivate the operation of the electronic control circuit as a discharge circuit and switch to normal operation when the voltage of the energy storage reaches a predetermined normal value at the second measuring point. As soon as the voltage at the second measuring point has returned to normal level, energy can be taken up again from a load-dump pulse. Typically, this is the case after a few seconds, depending on the internal consumption of the control unit.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzvorrichtung kann die Schutzschaltung eine TVS-Diode oder einen Varistor aufweisen.In a further advantageous embodiment of the overvoltage protection device according to the invention, the protection circuit may comprise a TVS diode or a varistor.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzvorrichtung kann der Energiespeicher als Elektrolytkondensator ausgeführt werden und eine Kapazität im Millifaradbereich aufweisen.In a further advantageous embodiment of the overvoltage protection device according to the invention, the energy store can be designed as an electrolytic capacitor and have a capacity in the milli-fill range.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzvorrichtung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of an inventive overvoltage protection device for a control device in a vehicle.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzvorrichtung 10 für ein Steuergerät 3 in einem Fahrzeug eine elektronische Regelschaltung E2, welche zwischen einer Bordnetzspannung UBat und dem Steuergerät 3 eingeschleift ist und eine Versorgungsspannung UV des Steuergeräts 3 auf einen vorgegebenen Wert regelt. Der elektronischen Regelschaltung E2 ist eine Schutzschaltung TVS vorgeschaltet, welche Spitzen der Bordnetzspannung UBat auf Masse GND schaltet, wenn die Bordnetzspannung UBat einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Zudem ist zwischen der Bordnetzspannung UBat und dem Steuergerät 3 ein Energiespeicher S eingeschleift, welcher im Notfall die Versorgungsspannung UV für das Steuergerät 3 bereitstellt. Erfindungsgemäß ist zwischen der Bordnetzspannung UBat und dem Energiespeicher S eine elektronische Ladeschaltung E1 eingeschleift, wobei eine Auswerte- und Steuerschaltung 12 die Bordnetzspannung UBat an einem ersten Messpunkt U1 erfasst und auswertet. Die Auswerte- und Steuerschaltung 12 aktiviert die elektronische Ladeschaltung E1, wenn die Auswertung der Bordnetzspannung UBat am ersten Messpunkt U1 einen Load-Dump-Zustand anzeigt. Die elektronische Ladeschaltung E1 lädt Energie des Load-Dump-Zustands in den Energiespeicher S bevor die Bordnetzspannung UBat den vorgegebenen Schwellwert erreicht.How out 1 it can be seen, the illustrated embodiment comprises an overvoltage protection device according to the invention 10 for a control unit 3 in a vehicle an electronic control circuit E2, which between a vehicle electrical system voltage U Bat and the control unit 3 is looped and a supply voltage U V of the controller 3 regulated to a predetermined value. The electronic control circuit E2 is preceded by a protection circuit TVS, which switches tips of the vehicle electrical system voltage U Bat to ground GND when the vehicle electrical system voltage U Bat exceeds a predetermined threshold. In addition, between the vehicle electrical system voltage U Bat and the control unit 3 an energy storage S looped, which in an emergency, the supply voltage U V for the control unit 3 provides. According to the invention, an electronic charging circuit E1 is looped in between the vehicle electrical system voltage U Bat and the energy store S, with an evaluation and control circuit 12 detects and evaluates the vehicle electrical system voltage U Bat at a first measuring point U1. The evaluation and control circuit 12 activates the electronic charging circuit E1 when the evaluation of the vehicle electrical system voltage U Bat at the first measuring point U1 indicates a load-dump state. The electronic charging circuit E1 charges energy of the load-dump state into the energy store S before the vehicle electrical system voltage U Bat reaches the predetermined threshold value.

Die Schutzschaltung TVS weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Transient-Voltage-Supressor-Diode (TVS-Diode) oder einen Varistor auf, um die Spitzen der Bordnetzspannung UBat auf Masse GND zu legen, wenn die Bordnetzspannung UBat den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.The protection circuit TVS has in the illustrated embodiment, a transient voltage suppressor diode (TVS diode) or a varistor to put the tips of the vehicle electrical system voltage U Bat to ground GND when the vehicle electrical system voltage U Bat exceeds the predetermined threshold.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 3 als Airbagsteuergerät ausgeführt und der Energiespeicher S dient dazu, bei Batterieabriss im Crash-Fall das Steuergerät 3 für einige 100ms weiter zu versorgen. Zudem stellt der Energiespeicher S auch die Energie zur Verfügung, um die erforderlichen Zündmittel für die Personenschutzmittel zu aktivieren. Im Normalbetrieb des Steuergeräts 3 ist der Energiespeicher S auf eine vorgegebene Spannung von beispielsweise ca. 35V aufgeladen.In the illustrated embodiment, the controller 3 designed as an airbag control unit and the energy storage S is used in battery crash in the event of a crash, the controller 3 to supply for some 100ms further. In addition, the energy storage S also provides the energy to activate the required ignition means for personal protection. In normal operation of the controller 3 is the energy storage S charged to a predetermined voltage of, for example, about 35V.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der Energiespeicher S einem bereits im Fahrzeug vorhandenen Energiereservekondensator für das Airbagsteuergeräts 3 und weist eine Speicherkapazität im Millifaradbereich auf. Die Auswerte- und Steuereinheit 12 überwacht die Bordnetzspannung UBat am ersten Messpunkt U1 und erkennt eine Überspannung durch einen Load-Dump-Zustand zuverlässig und in ausreichender Geschwindigkeit. Im Falle eines Load-Dump-Zustands steigt die Spannung am ersten Messpunkt weit über den normal zulässigen Bereich an. Die an einem ersten Messpunkt U1 gemessene Spannung wird in die Auswerte- und Steuereinheit 12 eingelesen, welche vorzugsweise als Mikrocontroller ausgeführt ist und einen Algorithmus abarbeitet, welcher den Load-Dump-Zustand sicher und schnell erkennt. Die Auswerte- und Steuereinheit 12 aktiviert die elektronische Ladeschaltung E1 derart, dass die Energie des Load-Dump-Zustands bzw. ein Teil dieser Energie geregelt in den Energiespeicher S fließt. Dies wird so lange durchgeführt, bis die Spannung im Energiespeicher 3 einen maximal erlaubten Wert erreicht und/oder die Auswerte- und Steuereinheit 12 erkennt, dass ein unerlaubter Betriebsfall im Bordnetz 1 vorliegt.In the illustrated embodiment, the energy storage S corresponds to an already existing in the vehicle energy reserve capacitor for the airbag control unit 3 and has a storage capacity in the millifarad range. The evaluation and control unit 12 monitors the vehicle electrical system voltage U Bat at the first measuring point U1 and detects an overvoltage reliably and at a sufficient speed by means of a load-dump state. In the case of a load-dump state, the voltage at the first measuring point rises far beyond the normal permissible range. The voltage measured at a first measuring point U1 is fed to the evaluation and control unit 12 read, which is preferably designed as a microcontroller and executes an algorithm that detects the load dump state safely and quickly. The evaluation and control unit 12 activates the electronic charging circuit E1 such that the energy of the load-dump state or a portion of this energy flows regulated in the energy storage S. This is done until the voltage in the energy store 3 reaches a maximum allowed value and / or the evaluation and control unit 12 recognizes that an unauthorized operation in the electrical system 1 is present.

Die Auswerte- und Steuerschaltung 12 deaktiviert die elektronische Ladeschaltung E1, wenn die Auswertung der Bordnetzspannung UBat am ersten Messpunkt U1 ergibt, dass ein unerlaubter Betriebsfall im Bordnetz 1 vorliegt. Die Auswerte- und Steuerschaltung 12 erkennt den unerlaubten Betriebsfall im Bordnetz 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel, wenn der Load-Dump-Zustand länger als eine vorgegebene Zeitspanne andauert. Die vorgegebene Zeitspanne liegt vorzugsweise im Bereich von 450 bis 550ms.The evaluation and control circuit 12 Deactivates the electronic charging circuit E1, if the evaluation of the vehicle electrical system voltage U Bat at the first measuring point U1 results in an unauthorized operation in the electrical system 1 is present. The evaluation and control circuit 12 recognizes the unauthorized operation in the electrical system 1 in the illustrated embodiment, when the load-dump condition lasts longer than a predetermined period of time. The predetermined period of time is preferably in the range of 450 to 550 ms.

Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, erfasst die Auswerte- und Steuerschaltung 12 die Spannung des Energiespeichers S an einem zweiten Messpunkt U2 und wertet diese aus. Das bedeutet, dass die Auswerte- und Steuereinheit 12 eine Spannungsüberwachung bzw. Spannungsregelung des Energiespeichers S durchführt und neben dem normalen Ladezustand des Energiespeichers S, welcher für den Betrieb des Steuergerätes 3 erforderlich ist, einen erlaubten Überspannungszustand im Falle des Load-Dump-Zustands kontrolliert. Die Auswerte- und Steuerschaltung 12 deaktiviert die elektronische Ladeschaltung E1 und trennt den Energiespeicher S von der Bordnetzspannung UBat, wenn die Spannung des Energiespeichers S am zweiten Messpunkt U2 einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.How out 1 can be further seen, detects the evaluation and control circuit 12 the voltage of the energy store S at a second measuring point U2 and evaluates this. This means that the evaluation and control unit 12 a voltage monitoring or voltage regulation of the energy store S performs and in addition to the normal state of charge of the energy storage S, which for the operation of the control unit 3 is required to control an allowed overvoltage condition in the case of the load-dump condition. The evaluation and control circuit 12 deactivates the electronic charging circuit E1 and separates the energy storage S from the vehicle electrical system voltage U Bat , when the voltage of the energy store S at the second measuring point U2 reaches a predetermined maximum value.

Anschließend betreibt die Auswerte- und Steuerschaltung 12 die elektronische Regelschaltung als Entladeschaltung E2, welche die während des Load-Dump-Zustands im Energiespeicher S gespeicherte Energie an das Steuergerät 3 abgibt und die überhöhte Spannung des Energiespeichers S abbaut. Das bedeutet, dass die erhöhte Spannung am zweiten Messpunkt U2 geregelt über die elektronische Entladeschaltung E2 in für das Steuergerät 3 verwertbare Spannungen gewandelt und somit wieder auf Normalniveau abgebaut wird. Während dieser Zeit bezieht das Steuergerät 3 keine Energie aus dem Bordnetz 1. Sobald die Spannung am zweiten Messpunkt U2 wieder Normalniveau erreicht hat, deaktiviert die Auswerte- und Steuerschaltung 12 den Betrieb der elektronischen Regelschaltung als Entladeschaltung E2 und schaltet wieder auf Normalbetrieb um, in welchem das Steuergerät 3 seine Energie wieder aus dem Bordnetz 1 bezieht. Typischerweise erreicht die Spannung am zweiten Messpunkt U2 in Abhängigkeit von der internen Last Pint des Steuergeräts 3 nach wenigen Sekunden wieder den normalen Spannungswert, so dass der Energiespeicher 3 erneut Energie aus einem Load-Dump-Impuls aufnehmen kann.Subsequently, the evaluation and control circuit operates 12 the electronic control circuit as a discharge circuit E2, which the energy stored in the energy storage S during the load-dump state to the control unit 3 gives off and the excessive voltage of the energy storage S degrades. This means that the increased voltage at the second measuring point U2 regulated by the electronic discharge circuit E2 in for the control unit 3 usable voltages are converted and thus reduced to normal level again. During this time, the controller refers 3 no energy from the electrical system 1 , As soon as the voltage at the second measuring point U2 has returned to normal level, the evaluation and control circuit deactivates 12 the operation of the electronic control circuit as a discharge circuit E2 and switches back to normal operation, in which the control unit 3 his energy back from the electrical system 1 refers. Typically, the voltage at the second measuring point reaches U2 in dependence on the internal load P int of the control unit 3 after a few seconds the normal voltage value, so that the energy storage 3 can recapture energy from a load-dump pulse.

Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, weist die Überspannungsschutzvorrichtung 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Verpolschutzdiode D1 und eine Inversdiode D2 auf.How out 1 can be further seen, the overvoltage protection device 10 in the illustrated embodiment, a reverse polarity protection diode D1 and an inverse diode D2.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Überspannungsschutzvorrichtung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug zur Verfügung, welche in vorteilhafter Weise durch bereits im Fahrzeug vorhandene Speicherelemente zur Aufnahme der Energie des Load-Dump-Impulses nutzt, um die Verlustleistung im Gerät zu reduzieren. Die gespeicherte Energie kann in vorteilhafter Weise für das Steuergerät genutzt werden und wird nicht oder nur teilweise in Wärme umgesetzt.Embodiments of the present invention provide an overvoltage protection device for a control device in a vehicle, which advantageously utilizes memory elements already present in the vehicle to absorb the energy of the load-dump pulse in order to reduce the power loss in the device. The stored energy can be used in an advantageous manner for the control unit and is not or only partially converted into heat.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009047480 A1 [0003] DE 102009047480 A1 [0003]

Claims (10)

Überspannungsschutzvorrichtung (10) für ein Steuergerät (3) in einem Fahrzeug mit einer elektronischen Regelschaltung (E2), welche zwischen einer Bordnetzspannung (UBat) und dem Steuergerät (3) eingeschleift ist und eine Versorgungsspannung (UV) des Steuergeräts (3) auf einen vorgegebenen Wert regelt, wobei der elektronischen Regelschaltung (E2) eine Schutzschaltung (TVS) vorgeschaltet ist, welche Spitzen der Bordnetzspannung (UBat) auf Masse (GND) schaltet, wenn die Bordnetzspannung (UBat) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und wobei zwischen der Bordnetzspannung (UBat) und dem Steuergerät (3) ein Energiespeicher (S) eingeschleift ist, welcher im Notfall die Versorgungsspannung (UV) für das Steuergerät (3) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bordnetzspannung (UBat) und dem Energiespeicher (S) eine elektronische Ladeschaltung (E1) eingeschleift ist, wobei eine Auswerte- und Steuerschaltung (12) die Bordnetzspannung (UBat) an einem ersten Messpunkt (U1) erfasst und auswertet, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung (12) die elektronische Ladeschaltung (E1) aktiviert, wenn die Auswertung der Bordnetzspannung (UBat) am ersten Messpunkt (U1) einen Load-Dump-Zustand anzeigt, und wobei die elektronische Ladeschaltung (E1) Energie des Load-Dump-Zustands in den Energiespeicher (S) lädt bevor die Bordnetzspannung (UBat) den vorgegebenen Schwellwert erreicht.Overvoltage protection device ( 10 ) for a control unit ( 3 ) in a vehicle with an electronic control circuit (E2), which between a vehicle electrical system voltage (U Bat ) and the control unit ( 3 ) is inserted and a supply voltage (U V ) of the control unit ( 3 ) to a predetermined value, wherein the electronic control circuit (E2) is preceded by a protection circuit (TVS) which switches tips of the vehicle electrical system voltage (U Bat ) to ground (GND) when the vehicle electrical system voltage (U Bat ) exceeds a predetermined threshold, and where between the vehicle electrical system voltage (U Bat ) and the control unit ( 3 ) an energy store (S) is looped, which in an emergency, the supply voltage (U V ) for the control unit ( 3 ), characterized in that between the vehicle electrical system voltage (U Bat ) and the energy store (S) an electronic charging circuit (E1) is looped, wherein an evaluation and control circuit ( 12 ) detects and evaluates the vehicle electrical system voltage (U Bat ) at a first measuring point (U1), the evaluation and control circuit (U 12 ) the electronic charging circuit (E1) is activated when the evaluation of the vehicle electrical system voltage (U Bat ) at the first measuring point (U1) indicates a load-dump state, and wherein the electronic charging circuit (E1) energy of the load-dump state in the energy storage (S) loads before the vehicle electrical system voltage (U Bat ) reaches the specified threshold value. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (12) die elektronische Ladeschaltung (E1) deaktiviert, wenn die Auswertung der Bordnetzspannung (UBat) am ersten Messpunkt (U1) ergibt, dass ein unerlaubter Betriebsfall im Bordnetz (1) vorliegt. Overvoltage protection device according to claim 1, characterized in that the evaluation and control circuit ( 12 ) the electronic charging circuit (E1) is deactivated when the evaluation of the vehicle electrical system voltage (U Bat ) at the first measuring point (U1) reveals that an unauthorized operating event in the electrical system ( 1 ) is present. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (12) den unerlaubten Betriebsfall im Bordnetz (1) erkennt, wenn der Load-Dump-Zustand länger als eine vorgegebene Zeitspanne andauert.Overvoltage protection device according to claim 2, characterized in that the evaluation and control circuit ( 12 ) the unauthorized operation in the electrical system ( 1 ) detects when the load-dump condition lasts longer than a predetermined period of time. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeitspanne im Bereich von 450 bis 550mS liegt.Overvoltage protection device according to claim 3, characterized in that the predetermined time period is in the range 450 to 550ms. Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (12) eine Spannung des Energiespeichers (S) an einem zweiten Messpunkt (U2) erfasst und auswertet.Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation and control circuit ( 12 ) detects and evaluates a voltage of the energy store (S) at a second measuring point (U2). Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (12) die elektronische Ladeschaltung (E1) deaktiviert und den Energiespeicher (S) von der Bordnetzspannung (UBat) trennt, wenn die Spannung des Energiespeichers (S) am zweiten Messpunkt (U2) einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.Overvoltage protection device according to claim 5, characterized in that the evaluation and control circuit ( 12 ) Disables the electronic charging circuit (E1) and the energy storage (S) of the vehicle electrical system voltage (U Bat ) separates when the voltage of the energy store (S) at the second measuring point (U2) reaches a predetermined maximum value. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (12) die elektronische Regelschaltung als Entladeschaltung (E2) betreibt, welche die während des Load-Dump-Zustands im Energiespeicher (S) gespeicherte Energie an das Steuergerät (3) abgibt und die überhöhte Spannung des Energiespeichers (S) abbaut.Overvoltage protection device according to claim 6, characterized in that the evaluation and control circuit ( 12 ) operates the electronic control circuit as a discharge circuit (E2), which stores the energy stored in the energy store (S) during the load-dump state to the control device (FIG. 3 ) and dissipates the excessive voltage of the energy store (S). Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (12) den Betrieb der elektronischen Regelschaltung als Entladeschaltung (E2) deaktiviert und auf Normalbetrieb umschaltet, wenn die Spannung des Energiespeichers (S) am zweiten Messpunkt (U2) einen vorgegebenen Normalwert erreicht. Overvoltage protection device according to claim 7, characterized in that the evaluation and control circuit ( 12 ) Disables the operation of the electronic control circuit as a discharge circuit (E2) and switches to normal operation when the voltage of the energy store (S) at the second measuring point (U2) reaches a predetermined normal value. Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (TVS) eine TVS-Diode oder einen Varistor aufweist.Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the protection circuit (TVS) comprises a TVS diode or a varistor. Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (S) als Elektrolytkondensator ausgeführt ist und eine Kapazität im Millifaradbereich aufweist.Overvoltage protection device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the energy store (S) is designed as an electrolytic capacitor and has a capacitance in the millifarad range.
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