DE102017217003A1 - Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrstrangversorgungseinheit (1A) für ein Fahrzeugsteuergerät, mit mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2), welche jeweils am Eingang mit mindestens einer Fahrzeugspannungsquelle verbunden und am Ausgang in einem gemeinsamen Knotenpunkt (KP) zusammengeführt sind, und einer Schutzvorrichtung (3A), welche in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) jeweils mindestens eine erste Schutzdiode (Dvs1, Dvs2) umfasst, welche in Durchlassrichtung zwischen der mindestens einen Fahrzeugspannungsquelle und dem Knotenpunkt (KP) in die mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) eingeschleift ist, sowie ein Betriebsverfahren für eine solche Mehrstrangversorgungseinheit (1A). Hierbei ist in die mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils mindestens ein Schaltelement (Svs1, Svs2) parallel zu der mindestens einen Schutzdiode (Dvs1, Dvs2) eingeschleift, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit (10A) an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils eine Strangspannung (VS1, VS2) und am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) eine verpolgeschützte Versorgungsspannung (VP) erfasst und auswertet und die Schaltelemente (Svs1, Svs2) in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) in Abhängigkeit von der Auswertung über korrespondierende Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) ansteuert.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Betriebsverfahren für eine solche Mehrstrangversorgungseinheit.
  • Elektronische Steuergeräte in einem Fahrzeug werden üblicherweise über eine erste schaltbare Klemme (KL 15R), welche in einer ersten Zündschlossstellung (Radio) mit einer Energiequelle verbunden ist, und/oder über eine zweite schaltbare Klemme (KL 15) mit Energie versorgt, welche in einer zweiten Zündschlossstellung (Zündung) mit einer Energiequelle verbunden ist. Handelt es sich um Steuergeräte mit einem „Sleep-Modus“, welche auch bei abgestelltem Fahrzeug mit Energie versorgt werden, so werden diese über eine Dauerplus-Klemme (KL 30) mit Energie versorgt, welche unabhängig von der Zündschlossstellung mit einer Energiequelle verbunden ist. Ein Versorgungsstrom aus der Dauerplus-Klemme ist bei abgestelltem Fahrzeug im aktiven „Sleep-Modus“ nahezu null. Im nicht aktiven „Sleep-Modus“, d.h. im normalen Betriebsmodus des Steuergeräts, wird der erforderliche Versorgungsstrom aus der Dauerplus-Klemme bereitgestellt. In einer weiteren Variante sind im normalen Betriebsmodus des Steuergeräts redundant die erste schaltbare Klemme und/oder die zweite schaltbare Klemme als weitere potentielle Versorgungsstränge für das Steuergerät vorgesehen. Dies hat neben der Versorgungsredundanz den Vorteil, dass die geschalteten Versorgungsstränge auch zur redundanten Wake-up-Signalisierung für das korrespondierende Steuergerät verwendet werden können. Die primäre Wake-up-Funktion und/oder der Sleep-Modus können über geeignete Busaktivitäten bzw. Busbefehle gesteuert werden. Die bereitgestellten Versorgungsstränge werden im Steuergerät verpolgeschützt und „Wired-Or“ verknüpft. Dadurch kann sichergestellt werden, dass im Verpolungsfall eines Versorgungsstrangs oder mehrerer Versorgungsstränge kein Schaden im Steuergerät entstehen kann. Die „Wired-Or-Verknüpfung“ der Versorgungsstränge im Steuergerät dient außerdem der redundanten Versorgung des Steuergeräts während des normalen Betriebsmodus. Bisher werden Silizium-Dioden als Verpolungsschutzmittel im Dauerstrombereich bis 2 A eingesetzt. Dies führt zu Spannungsabfällen von bis zu einem 1V und zu einer Verlustleistung von bis zu 2 W. In verbesserten Systemen mit niedrigeren Spannungsabfällen werden Schottky-Dioden eingesetzt, wodurch sich ein Dauerstrom von bis zu 4 A gut darstellen lässt. Die Spannungsabfälle liegen hier bei unter 0,6 V, was zu einer Verlustleistung von bis zu 2,4 W führen kann.
  • Die Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das Betriebsverfahren für eine Mehrstrangversorgungseinheit haben den Vorteil, dass die Spannungsabfälle für den Verpolschutz und damit auch die Verlustleistungen der einzelnen Versorgungsstränge bei Dauerstrombetrieb durch die parallel zu den Schutzdioden eingeschleiften Schaltelemente deutlich reduziert werden können. Hierbei stellen die Schutzdioden in jedem Versorgungsstrang in vorteilhafter Weise einen statischen und/oder dynamischen Verpolschutz und einen Rückspeiseschutz zur Verfügung. Dadurch können in vorteilhafter Weise steigende Stromanforderungen von zukünftigen größeren Steuergeräten für Sicherheitssysteme, Assistenzsysteme usw. bedient werden, welche insbesondere in Fahrzeugen mit zumindest teilautonomen Fahrfunktionen verwendet werden. Zudem berücksichtigen Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät neben dem Verpolschutz auch weitere Filterschaltungen für nachfolgende Schaltregler.
  • Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät werden vorzugsweise als Zweistrangversorgungeinheiten ausgeführt, wobei in der Regel ein erster Versorgungsstrang über eine Dauerplus-Klemme eines Zündschlosses permanent mit Energie versorgt ist und ein zweiter Versorgungsstrang über eine schaltbare Klemme des Zündschlosses mit Energie versorgt ist. Zudem fließen bei Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät im Sleep-Modus des korrespondierenden Steuergeräts über die Versorgungsstränge nur Ströme unter 100 µA.
  • Des Weiteren überwachen Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät die einzelnen Versorgungsstränge, um insbesondere ein Fehlen eines Versorgungsstrangs oder einen Kurzschluss eines Versorgungsstrangs zu erkennen. Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät sind in vorteilhafter Weise so ausgeführt, dass ein Energiespeicher als Ausgangslast eingesetzt werden kann. Dieser Energiespeicher ist vorzugsweise als Kondensator ausgeführt und kann bei Einbruch, Kurzschluss und/oder Unterbrechung der Mehrstrangversorgungseinheit Energie für eine definierte Zeitspanne von üblicherweise wenigen 100 µs bis zu 10 ms zur Aufrechterhaltung der Steuergeräteversorgung bereitstellen, ohne dass große Teile dieser Energie in die Mehrstrangversorgungseinheit zurückgespeist werden.
  • In vorteilhafter Weise unterbinden Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät ein permanentes Rückspeisen von einem Versorgungsstrang in einen anderen Versorgungsstrang, wenn die Versorgungsstränge unterschiedliche Spannungshöhen aufweisen. Auch bei dynamischen Vorgängen, insbesondere bei Wechselspannungsanteilen auf den Gleichspannungen der Versorgungsstränge, wird eine dynamische Rückspeiseenergie in vorteilhafter Weise begrenzt. Zudem beinhalten Ausführungsformen der Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät Schutzmaßnahmen gegen positive bzw. negative Impulse auf den Versorgungssträngen und ermöglichen insbesondere ein unsymmetrisches Klammern bzw. Begrenzen der positiven und negativen Impulse.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät, mit mindestens zwei Versorgungssträngen, welche jeweils am Eingang mit mindestens einer Fahrzeugspannungsquelle verbunden und am Ausgang in einem gemeinsamen Knotenpunkt zusammengeführt sind, und einer Schutzvorrichtung zur Verfügung, welche in den mindestens zwei Versorgungssträngen jeweils mindestens eine erste Schutzdiode umfasst, welche in Durchlassrichtung zwischen der mindestens einen Fahrzeugspannungsquelle und dem Knotenpunkt in die mindestens zwei Versorgungsstränge eingeschleift ist. Hierbei ist in die mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils mindestens ein Schaltelement parallel zu der mindestens einen Schutzdiode eingeschleift. Zudem erfasst eine Auswerte- und Steuereinheit an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils eine Strangspannung und am gemeinsamen Knotenpunkt eine verpolgeschützte Versorgungsspannung und wertet diese aus. In Abhängigkeit von der Auswertung steuert die Auswerte- und Steuereinheit die Schaltelemente in den mindestens zwei Versorgungssträngen über korrespondierende Ansteuersignale an.
  • Zudem wird ein Betriebsverfahren für eine solche Mehrstrangversorgungseinheit vorgeschlagen, welche an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils eine Strangspannung und am gemeinsamen Knotenpunkt eine verpolgeschützte Versorgungsspannung erfasst und auswertet. Hierbei werden die Schaltelemente in den mindestens zwei Versorgungssträngen in Abhängigkeit von der Auswertung über korrespondierende Ansteuersignale angesteuert.
  • Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät, wie beispielsweise ein Steuergerät, insbesondere ein Driver-Assistance-Steuergerät ein Integriertes Sicherheitssystem oder ein Airbagsteuergerät, verstanden werden, welches erfasste Sensorsignale, wie beispielsweise Videosignale, Radarsignale, Lidarsignale, Temperatursignale, Infrarotsignale, Positionssignale, Beschleunigungssignale, Drucksignale, Drehratensignale usw., und/oder Spannungen und/oder Ströme verarbeitet bzw. auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung der Auswertung verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät und des im unabhängigen Patentanspruch 16 angegebenen Betriebsverfahrens für eine solche Mehrstrangversorgungseinheit möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die Auswerte- und Steuereinheit die einzelnen Strangspannungen miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung vergleichen kann und in Abhängigkeit der Vergleiche über eine Hardwaresteuereinheit die Ansteuersignale für das mindestens eine Schaltelement erzeugen kann. Unter einer Hardwaresteuereinheit wird nachfolgend eine elektrische Schaltung verstanden, welche aus disktreten elektronischen oder elektrischen Bauteilen bzw. Komponenten aufgebaut, so dass sehr schnelle Auswertevorgänge zur Erkennung von internen Bedingungen und kurze Schaltzeiten umgesetzt werden können. Das bedeutet, dass die Hardwaresteuereinheit über entsprechende Kontakte und Verbindungen direkt mit den Eingängen der Versorgungsstränge sowie dem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sein kann und über den gemeinsamen Knotenpunkt mit Energie versorgt werden kann. Die Hardwaresteuereinheit oder Teile der Hardwaresteuereinheit können über einen Sleep-Eingang ein- oder ausgeschaltet werden. Die Auswerte- und Steuereinheit kann das mindestens eine Schaltelement über die von der Hardwaresteuereinheit erzeugten Ansteuersignale schließen, wenn eine Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt einen vorgegebenen ersten Schwellwert überschreitet. Dadurch kann ein Spannungsabfall über dem korrespondierenden Versorgungsstrang und damit die Verlustleistung in vorteilhafter Weise reduziert werden. Zudem kann die Auswerte- und Steuereinheit das mindestens eine Schaltelement über die von der Hardwaresteuereinheit erzeugten Ansteuersignale öffnen, wenn die Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt einen vorgegebenen zweiten Schwellwert unterschreitet bzw. negativ wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Rückspeisung vom gemeinsamen Knotenpunkt über das geschlossene Schaltelement in den betroffenen Versorgungsstrang verhindert werden. Zudem kann eine Differenz zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert über einen veränderbaren Widerstand in der Hardwaresteuereinheit eingestellt werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Hysterese für die Schaltelemente in den einzelnen Versorgungssträngen vorgegeben werden, um die Stabilität der Schaltentscheidung zu verbessern. Im Normalfall sind alle Schaltelemente gleich ausgeführt und werden mit identischer Hysterese betrieben. In diesem Falle genügt eine gemeinsame Einstellung der Hysterese für alle Schaltelemente. Alternativ kann für jedes Schaltelement eine eigene Hysterese vorgegeben werden. Für die Einstellung der Hysterese können der Innenwiderstand des Schaltelements, die Stabilität der Schaltentscheidung und die Rückstromerkennungshöhe im zugehörigen Versorgungsstrang berücksichtigt werden. Damit kann die Stabilität der Schaltentscheidung von der individuell zu erkennenden Rückspeisestromhöhe abhängig gemacht und an den Innenwiderstand der verwendeten Schaltelemente angepasst werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann die Auswerte- und Steuereinheit eine Rechnereinheit umfassen, welche die mindestens zwei Versorgungsstränge in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft. Hierbei kann die Rechnereinheit zur Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge mindestens ein Steuersignal erzeugen und an die Hardwaresteuereinheit ausgeben, welche in Reaktion auf das mindestens eine Steuersignal die korrespondierenden Ansteuersignale für das mindestens eine Schaltelement erzeugen und ausgeben kann. Zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen oder Kurzschlüssen oder von sonstigen Problemen oder zur Prüfung der Qualität eines Versorgungsstrangs können die Schaltelemente in den einzelnen Versorgungssträngen kurzzeitig geöffnet und die Reaktionen der einzelnen Strangspannungen und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt erfasst und ausgewertet werden. Als Maß für die Qualität kann beispielsweise ein Innenwiderstand des korrespondierenden Versorgungsstrangs ermittelt und ausgewertet werden. Hierbei ist die Qualität des Versorgungsstrangs umgekehrt proportional zum Innenwiderstand, d.h. die Qualität des Versorgungsstrangs nimmt mit steigendem Innenwiderstand ab.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann die Rechnereinheit eine Warnmeldung erzeugen und/oder eine Fehlerspeicherung vornehmen und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit und/oder über eine Diagnoseschnittstelle ausgeben, wenn die Rechnereinheit eine Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in den mindestens zwei Versorgungssträngen erkennt. Dadurch kann der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden und die Kontrolle über zumindest teilautomatische Funktionen wieder übernehmen oder das Problem kann beim nächsten Service behoben werden. So kann beispielsweise Fehlerart, Fehlerort und Fehlerzeit bis zum nächsten Service gespeichert werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann in den mindestens zwei Versorgungssträngen jeweils ein Feldeffekttransistor die mindestens eine erste Schutzdiode und das mindestens eine Schaltelement ausbilden. Vorzugsweise sind die Feldeffekttransistoren als Diese P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren (PMOSFET) ausgeführt, welche in Vorwärtsrichtung über eine Bulk-Diode zwischen Drain und Source leitend sind. Dies ermöglicht eine einfache Ansteuerung durch eine positive Source-Gate-Spannung. Um eine Pulsbelastung des mindestens einen Schaltelements zu reduzieren, kann mindestens eine zweite Schutzdiode in den mindestens zwei Versorgungssträngen jeweils parallel zur mindestens einen ersten Schutzdiode und zu dem mindestens einen Schaltelement angeordnet werden. Die mindestens eine zweite Schutzdiode schützt das korrespondierende Schaltelement, insbesondere bei einer Ausführung als PMOSFET, vor hohen negativen Spannungsimpulsen, welche beispielsweise bei Schaltvorgängen, wie beispielsweise einem Abschalten einer parallel zum Steuergerät angeordneten Induktivität, wie Sitzheizung, Scheibenheizung usw., auf dem Versorgungsstrang entstehen können. Die mindestens eine zweite Schutzdiode kann vorzugsweise als leistungsfähige Suppressordiode (TSV) mit einer Durchbruchspannung im Bereich von 24V bis 40V ausgeführt werden. Zudem können die Ausgänge der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt oder gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt über mindestens eine dritte Schutzdiode mit Masse verbunden werden, welche geeignet ist, eine positive Pulsbelastung der mindestens zwei Versorgungsstränge zu reduzieren. Hierbei kann die mindestens eine dritte Schutzdiode eine am gemeinsamen Knotenpunkt auftretende negative Spannung auf einen vorgebbaren Wert begrenzen und bei defektem Strangschalter im Verpolungsfall eine elektrische Fahrzeugsicherung auslösen. Die negative Spannung kann beispielsweise auf einen Wert im Bereich zwischen -0,3 V bis -1,2 V begrenzt werden. Die Ergänzung der Schaltung mit der zentralen mindestens einen dritten Schutzdiode dient dem Schutz der Mehrstrangversorgungsvorrichtung gegen positive Impulse einschließlich eines Lasteinbruchs (load-dump). Kommt es zu einer positive Pulsbelastung in einem der Versorgungstränge, so werden die Impulse durch die mindestens eine dritte Schutzdiode geklammert bzw. begrenzt. Die mindestens eine dritte Schutzdiode kann vorzugsweise als leistungsfähige Suppressordiode (TSV) mit einer Durchbruchspannung im Bereich von 30 V bis 42 V ausgeführt werden. Durch die mindestens eine zweite Schutzdiode und die mindestens eine dritte Schutzdiode lassen sich die Pulsbelastungen der Schaltelemente reduzieren, so dass in vorteilhafter Weise kostengünstigere Transistortypen mit einer kleineren Source-Drain-Festigkeit und niedrigem Durchgangswiderstand und kleinerem Flächenbedarf eingesetzt werden können. Die statische Verpolungssicherheit des Versorgungsstrangs wird durch die zusätzliche mindestens eine zweite Schutzdiode und die mindestens eine dritte Schutzdiode nicht negativ beeinflusst. Zudem ergibt sich durch den Einsatz der mindestens einen zweiten Schutzdiode und der mindestens einen dritten Schutzdiode die Möglichkeit einer unsymmetrischen Klammerung bzw. Begrenzung von negativen bzw. positiven Versorgungsimpulsen, wodurch die Größe bzw. Absorbtionsleistung des negativen Klammerelements von der des positiven Klammerelements entkoppelt werden kann. Des Weiteren vereint die unidirektionale Klammerung am gemeinsamen Knotenpunkt in vorteilhafter Weise einen erweiterten Schutz gegen Verpolung im Falle eines Defektes eines Schaltelements im Versorgungsstrang mit dem Ziel, die Strangsicherung auszulösen bevor es zu einem Schaden im Steuergerät kommt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit können die Eingänge der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils durch mindestens ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand und eine Kapazität umfasst, mit Masse verbunden und bedämpft werden. Zudem können die Ausgänge der mindestens zwei Versorgungsstränge jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt oder gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt durch mindestens ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand und eine Kapazität umfasst, mit Masse verbunden und bedämpft werden. Dadurch können induktive Störspannungen, beispielsweise vom Versorgungsstrang bedämpft werden, welche sich durch eine Anbindung an die Fahrzeugbatterie neben einem ohmschen Widerstand ergeben. Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass Schaltvorgänge Störspannungen in den einzelnen Versorgungssträngen und am gemeinsamen Knotenpunkt hervorrufen, welche Störgrenzwerte überschreiten und eine optimale Ansteuerung der Schaltelemente gefährden können. Die Dimensionierung der RC-Glieder ist abhängig von den Ersatzinduktivitäten und Strömen der einzelnen Versorgungsstränge.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Mehrstrangversorgungseinheit kann der gemeinsame Knotenpunkt über ein passives Filter mit dem Steuergerät verbunden werden. Vorzugsweise kann das passive Filter eine Energiereserve aufweisen, welche einen kurzzeitigen Spannungseinbruch ausgleichen kann. Die Energiereserve kann vorzugsweise einen Kondensator umfassen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann das passive Filter als Mehrstrang-T-Filter ausgeführt werden. Herbei kann jeweils eine erste Filterinduktivität in den mindestens zwei Versorgungssträngen zwischen dem Schaltelement und dem gemeinsamen Knotenpunkt eingeschleift sein, und eine gemeinsame zweite Filterinduktivität kann zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt und einem Filterausgang eingeschleift sein. Diese Ausführungsform erlaubt eine symmetrische Anbindung der Versorgungsstränge an das nachfolgende Steuergerät und ermöglicht Grenzfrequenzen von unter 20 kHz, um nachfolgende Schaltregler des Steuergeräts bezüglich eines PSSR (power supply rejection ratio) für Störfrequenzen über der Regelfrequenz zu unterstützen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens können die einzelnen Strangspannungen miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung verglichen werden und in Abhängigkeit der Vergleiche die Ansteuersignale für das mindestens eine Schaltelement über die Hardwaresteuereinheit erzeugt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens können die mindestens zwei Versorgungsstränge während des Betriebs in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft werden. Die Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge kann beispielsweise in vorgegebenen zeitlichen Abständen erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können die mindestens zwei Versorgungsstränge einzeln überprüft werden, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den Strangspannungen einen vorgegebenen Betrag überschreitet.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens kann bei einer ersten Überprüfung der einzelnen Versorgungsstränge das mindestens eine Schaltelement des zu überprüfenden Versorgungsstrangs geöffnet werden und die Reaktionen der korrespondierenden Strangspannung und der verpolgeschützten Versorgungsspannung am gemeinsamen Knotenpunkt erfasst und ausgewertet werden. Hierbei kann eine Leitungsunterbrechung in dem zu überprüfenden Versorgungsstrang erkannt werden, wenn die korrespondierende Strangspannung bei geöffnetem Schaltelement unterhalb eines vorgegebenen minimalen Grenzwert liegt, beispielsweise in einem Spannungsbereich zwischen 0 V und 6 V. Nach der Überprüfung wird das geöffnete Schaltelement wieder geschlossen und der nächste Versorgungsstrang kann überprüft werden, indem das korrespondierende Schaltelement geöffnet wird. Die kurzeitige Überprüfung eines Versorgungsstrangs durch Öffnen des zugeordneten Schaltelements gefährdet die Steuergeräteversorgung in keiner Weise, da der betroffene Versorgungsstrang über die erste Schutzdiode und zusätzlich über die parallele zweite Schutzdiode nach wie vor die Steuergeräteversorgung sicherstellen kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens kann bei einer zweiten Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge nur das korrespondierende Schaltelement des zu überprüfenden Versorgungsstrangs geschlossen werden, und die Schaltelemente der anderen Versorgungsstränge können geöffnet werden, und die Reaktion der korrespondierenden Strangspannung im belasteten zu überprüfenden Versorgungsstrang kann erfasst und ausgewertet werden. Hierbei kann ein Problem, welches beispielsweise durch schlechte Kontakte oder einen zu hohen Ersatzwiderstand des zu überprüfenden Versorgungsstrangs verursacht wird, in dem belasteten zu überprüfenden Versorgungsstrang erkannt werden, wenn die korrespondierende Strangspannung bei geschlossenem Schaltelement unterhalb eines vorgegebenen Lastgrenzwertes liegt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens können die einzelnen Strangspannungen miteinander und jeweils mit einer Fahrzeugspannung der verbundenen Fahrzeugspannungsquelle verglichen werden. Basierend auf dem Vergleich kann auf einen Innenwiderstand des korrespondierenden Versorgungsstrangs geschlossen werden. Ebenso kann durch Auswertung aller Strangspannungsdifferenzen vor und nach der Abschaltung des korrespondierenden Schaltelements auf den Innenwiderstand des Versorgungsstrangs geschlossen werden, wenn eine bekannte Stromänderung eintritt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Betriebsverfahrens kann eine Warnmeldung erzeugt und/oder eine Fehlerspeicherung vorgenommen und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit und/oder über eine Diagnoseschnittstelle ausgegeben werden, wenn eine Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in den mindestens zwei Versorgungssträngen erkannt wird. Hierbei kann die schlechte Qualität beispielsweise dadurch erkannt werden, dass der Innenwiderstand einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dadurch kann der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden und die Kontrolle über zumindest teilautomatische Funktionen wieder übernehmen oder das Problem kann beim nächsten Service behoben werden. So kann beispielsweise Fehlerart, Fehlerort und Fehlerzeit bis zum nächsten Service gespeichert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Schutzvorrichtung.
    • 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Schutzvorrichtung.
    • 3 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schutzvorrichtung für die erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheiten aus 1 und 2, welche mit einer Energiequelle verbunden ist.
    • 4 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm der Schutzvorrichtung aus 3, welche mit zwei Energiequellen verbunden ist.
    • 5 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schutzvorrichtung für die erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheiten aus 1 und 2.
    • 6 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer Schutzvorrichtung.
    • 7 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Hardwaresteuereinheit für eine Auswerte- und Steuereinheit der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus 6.
    • 8 zeigt ein Kennliniendiagramm von Spannungen während eines Normalbetriebs der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus 1 mit der Schutzvorrichtung aus 3.
    • 9 zeigt ein Kennliniendiagramm von verschiedenen Größen der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus 1 und 2 mit der Schutzvorrichtung aus 4, wobei die Mehrstrangversorgungsvorrichtung unterschiedliche Gleichanteile aufweist und mit einer 1kHz Sinus-Störspannung gestört ist.
    • 10 zeigt ein Kennliniendiagramm von verschiedenen Größen der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit für ein Fahrzeugsteuergerät aus 1 und 2 mit der Schutzvorrichtung aus 4, wobei die Mehrstrangversorgungsvorrichtung unterschiedliche Gleichanteile aufweist.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 7 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, 1C für ein Fahrzeugsteuergerät 2 jeweils mindestens zwei Versorgungsstränge S1, S2, welche jeweils am Eingang mit mindestens einer Fahrzeugspannungsquelle B, B1, B2 verbunden und am Ausgang in einem gemeinsamen Knotenpunkt KP zusammengeführt sind, und eine Schutzvorrichtung 3A, 3B, 3C, 3D, welche in den mindestens zwei Versorgungssträngen S1, S2 jeweils mindestens eine erste Schutzdiode Dvs1, Dvs2 umfasst, welche in Durchlassrichtung zwischen der mindestens einen Fahrzeugspannungsquelle B, B1, B2 und dem Knotenpunkt KP in die mindestens zwei Versorgungsstränge S1, S2 eingeschleift ist. Hierbei ist in die mindestens zwei Versorgungsstränge S1, S2 jeweils mindestens ein Schaltelement Svs1, Svs2 parallel zu der mindestens einen Schutzdiode Dvs1, Dvs2 eingeschleift, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge S1, S2 jeweils eine Strangspannung VS1, VS2 und am gemeinsamen Knotenpunkt KP eine verpolgeschützte Versorgungsspannung VP erfasst und auswertet. In Abhängigkeit von der Auswertung steuert die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C die Schaltelemente Svs1, Svs2 in den mindestens zwei Versorgungssträngen S1, S2 über korrespondierende Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL an.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, 1C jeweils als Zweistrangversorgungseinheit mit zwei Vorsorgungssträngen S1, S2 ausgeführt. In alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, 1C auch mehr als zwei Versorgungsstränge S1, S2 aufweisen.
  • Wie aus 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, werden in den dargestellten Vorsorgungssträngen S1, S2 die ersten Schutzdioden Dvs1, Dvs2 für einen statischen und/oder dynamischen Verpolschutz, eine Versorgungssicherheit bei geöffnetem Schaltelement Svs1, Svs2 und für einen Rückspeiseschutz eingesetzt. Zur Reduktion eines Spannungsabfalls in Versorgungsrichtung werden in den Vorsorgungssträngen S1, S2 die Schaltelemente Svs1, Svs2 eingesetzt, welche parallel zu den ersten Schutzdioden Dvs1, Dvs2 angeordnet sind. Die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C vergleicht die einzelnen Strangspannungen VS1, VS2 miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und erzeugt in Abhängigkeit der Vergleiche über eine Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C die Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL für die Schaltelemente Svsl, Svs2. Hierzu verwendet die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C Verbindungen zu den beiden Versorgungssträngen S1, S2 über die Klemmen VS1_IN, VS2_IN sowie zum gemeinsamen Knotenpunkt KP über die Klemme VP_IN. Versorgt wird die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und Masse GND über die Klemmen VP_IN und GND.
  • In einem Normalbetrieb schließt die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C die Schaltelemente Svs1, Svs2 über die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C, wenn eine Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung VS1, VS2 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP am gemeinsamen Knotenpunkt KP einen vorgegebenen ersten Schwellwert überschreitet. Die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C öffnet die Schaltelemente Svsl, Svs2 über die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C, wenn die Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung VS1, VS2 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP am gemeinsamen Knotenpunkt KP einen vorgegebenen zweiten Schwellwert unterschreitet bzw. negativ wird. Wie aus 1, 2 und 6 weiter ersichtlich ist, ist eine Differenz zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert über einen veränderbaren Widerstand Rhys in der Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C einstellbar ist. Dabei wird im Normalfall für reale Fahrzeugversorgungen ein erstes Schaltelement Svs1 geschlossen, wenn ein erstes Ansteuersignal Svs1_CTL einen niedrigen Wert aufweist. Wird das erste Ansteuersignal Svs1_CTL in einem speziellen Treiber für das erste Schaltelement Svs1 aufbereitet, können je nach Festlegung entweder logisch „High“ bzw. logisch „Low“ Signale das erste Schaltelement Svs1 schließen. Dies ist der Fall, wenn eine erste Strangspannung VS1 größer als eine Differenz aus der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und einem vorgegebenen Hysteresewert ist. Ansonsten bleibt das erste Schaltelement Svs1 geöffnet. Ein zweites Schaltelement Svs2 wird im Normalfall für reale Fahrzeugversorgungen geschlossen, wenn ein zweites Ansteuersignal Svs2_CTL einen niedrigen Wert aufweist. Wird das zweite Ansteuersignal Svs2_CTL in einem speziellen Treiber für das zweite Schaltelement Svs2 aufbereitet, können je nach Festlegung entweder logisch „High“ bzw. logisch „Low“ Signale das zweite Schaltelement Svs1 schließen. Dies ist der Fall, wenn eine zweite Strangspannung VS2 größer als eine Differenz aus der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und einem vorgegebenen Hysteresewert ist. Ansonsten bleibt das zweite Schaltelement Svs2 geöffnet. Die Schalthysterese verhindert in vorteilhafter Weise ein Oszillieren der Schaltelemente Svs1, Svs2, da nach Schließen des korrespondierenden Schaltelements Svs1, Svs2 die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP aufgrund des niedrigen Schalterwiderstandes nur geringfügig unter die versorgende Strangspannung VS1, VS2 steigt. Die Schalthysterese kann entweder fest für die baugleichen Schaltelemente Svs1, Svs2 vorgegeben werden. In den dargestellten Ausführungsspielen kann die Hysterese über den optionalen Widerstand Rhys angepasst werden. Maßgebend für die Anpassung sind die Innenwiderstände der Schaltelemente Svs1, Svs2, die Strangstromhöhe in Versorgungsrichtung eine gewünschte Stabilität der Schaltentscheidung und eine Rückstromerkennungshöhe im korrespondierenden Versorgungsstrang S1, S2.
  • Wie aus 1, 2 und 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C eine Rechnereinheit 14A, 14B, 14C, welche die beiden Versorgungsstränge S1, S2 in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft. Zur Überprüfung der zwei Versorgungsstränge S1, S2 erzeugt die Rechnereinheit 14A, 14B, 14C entsprechende Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL und gibt diese an die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C aus. Die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C erzeugt in Reaktion auf die Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL die korrespondierenden Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL und gibt diese an die beiden Schaltelemente Svsl, Svs2 oder deren Treiber aus.
  • Bei den in 1 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Hardwaresteuereinheit 12A, 12C und die Rechnereinheit 14A, 14C der Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10C als Baueinheit ausgeführt und können im Bereich der Schaltelemente Svs1, Svs2 angeordnet oder als Teil des Steuergeräts ausgeführt werden.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Hardwaresteuereinheit 12B und die Rechnereinheit 14B der Auswerte- und Steuereinheit 10B getrennt voneinander angeordnet. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist die Hardwaresteuereinheit 12B im Bereich der Schaltelemente Svs1, Svs2 angeordnet und die Rechnereinheit 14B ist in das Steuergerät 2 integriert. Zudem ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Mehrstrangversorgungseinheit 1B für ein Fahrzeugsteuergerät 2 ein Schaltregler 2.1 des Steuergeräts 2 über ein passives Filter 20 an den gemeinsamen Knotenpunkt KP der Mehrstrangversorgungseinheit 1B angekoppelt. Das passive Filter 20 bedämpft Störungen des Bordnetzes, insbesondere Sinusstörer über 5 kHz bis 20 kHz, unterdrückt die Rückwirkung des Schaltreglers 2.1 auf das Bordnetz und stellt die Versorgung des Steuergeräts 2 im Falle von kurzfristigen Einbrüchen der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP sicher. Unter Bezugnahme auf 6 wird nachfolgend ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel 20C des passiven Filters 20 beschrieben.
  • Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind die Eingänge der beiden Versorgungsstränge S1, S2 bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3B, 3C, 3D jeweils durch ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand Rsl, Rs2 und eine Kapazität Csl, Cs2 umfasst, mit Masse GND verbunden und bedämpft. Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind die Ausgänge der beiden Versorgungsstränge S1, S2 im dargestellten Ausführungsbeispiel gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt KP durch ein RC-Glied mit Masse GND verbunden und bedämpft, welches einen ohmschen Widerstand RP und eine Kapazität CP umfasst. Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur durch die Anzahl der Fahrzeugenergiequellen B, B1, B2 von dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist die Schutzvorrichtung 3B der Mehrstrangversorgungseinheit 1A mit nur einer Fahrzeugenergiequelle B verbunden, welche als dauerhafte Fahrzeugspannung VB über eine erste Leitung, welche durch einen ersten ohmschen Leitungswiderstand Ri1 und eine erste Leitungsinduktivität Li1 repräsentiert ist, den ersten Versorgungsstrang S1 und als über eine zweite Leitung geführte, welche durch einen zweiten ohmschen Leitungswiderstand Ri2 und eine zweite Leitungsinduktivität Li2 repräsentiert ist, und über ein Zündschloss ZS geschaltete Fahrzeugspannung VB den zweiten Versorgungsstrang S2 versorgt. Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist die Schutzvorrichtung 3B der Mehrstrangversorgungseinheit 1A mit zwei Fahrzeugenergiequellen B1, B2 verbunden. Hierbei versorgt eine erste Fahrzeugenergiequelle B1 als dauerhaft erste Fahrzeugspannung VB1 über eine erste Leitung, welche durch einen ersten ohmschen Leitungswiderstand Ri1 und eine erste Leitungsinduktivität Li1 repräsentiert ist, den ersten Versorgungsstrang S1, und eine zweite Fahrzeugenergiequelle B2 versorgt als über eine zweite Leitung geführte, welche durch einen zweiten ohmschen Leitungswiderstand Ri2 und eine zweite Leitungsinduktivität Li2 repräsentiert ist, und über das Zündschloss ZS geschaltete zweite Fahrzeugspannung VB2 den zweiten Versorgungsstrang S2. Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, sind die Ausgänge der dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt KP durch ein RC-Glied mit Masse GND verbunden und bedämpft, welches einen ohmschen Widerstand Rs11, Rs21 und eine Kapazität Cs11, Cs21 umfasst. Da eine Anbindung an eine Fahrzeugenergiequelle B1, B2 neben dem ohmschen Leitungswiderstand Ri1, Ri2 auch die Leitungsinduktivität Li1, Li2 umfasst, können durch die RC-Glieder aufgrund der Schaltvorgänge der Schaltelemente Svs1, Svs2 hervorgerufene Störspannungen auf den Strangspannungen VS1,VS2 und auf der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP kompensiert werden, welche sonst eine optimale Steuerung der Schaltelemente Svs1, Svs2 gefährden könnten. Die Dimensionierung der RC-Glieder ist abhängig von den Leitungsinduktivitäten Li1, Li2 sowie den Strangströmen der Versorgungstränge S1, S2.
  • Das Kennliniendiagramm gemäß 8 zeigt ein Kennliniendiagramm von Spannungen während einer Simulation eines Normalbetriebs der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A für ein Fahrzeugsteuergerät 2 aus 1 mit der Schutzvorrichtung 3B aus 3. Wie aus 3 und 8 ersichtlich ist, wird zum Zeitpunkt 1 die Fahrzeugspannung VB angelegt, so dass die erste Strangspannung VS1 größer als die Differenz aus verpolgeschützter Versorgungsspannung VP und der eingestellten Hysterese ist und das erste Schaltelement Svs1 geschlossen wird. Da zum Zeitpunkt 1 das Zündschloss ZS bzw. der Zündschlossschalter geöffnet ist, ist die zweite Strangspannung VS2 kleiner als die Differenz aus verpolgeschützter Versorgungsspannung VP und der eingestellten Hysterese, so dass das zweite Schaltelement Svs2 geöffnet bleibt. Daher führt der erste Versorgungsstrang S1 zum Zeitpunkt 1 den gesamten Versorgungsstrom IVP für die nachfolgende Last RL bzw. ein nachfolgendes Steuergerät. Dies führt dazu, dass die erste Strangspannung VS1 um den vom Versorgungsstrom IVP verursachten Spannungsabfall V_Ri1 am Leitungswiderstand Ri des ersten Versorgungsstrangs S1 kleiner als die Fahrzeugspannung VB ist. Zudem ist die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP um den Spannungsabfall V_Ri1 über dem ersten Schaltelement Svs1 kleiner als die erste Strangspannung VS1. Der Durchgangswiderstand des ersten Schaltelements Svs1 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Wert von ungefähr 10 mOhm und ist daher sehr viel kleiner als der Leitungswiderstand Ri1 von ca. 100 mOhm. Der Durchgangswiderstand des ersten Schaltelements Svs1 ist von der Größe des eingesetzten Transistors abhängig. Dadurch ist auch der Spannungsabfall V_Svs1 über dem Schaltelement Svs1 sehr viel kleiner als der Spannungsabfall V_Ri1 über dem Leitungswiderstand Ri, so dass der Leitungswiderstand Ri des ersten Versorgungsstrangs S1 und nicht mehr die überbrückte erste Schutzdiode Dvs1 ausschlaggebend für die Höhe der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP ist. Wird im Zeitpunkt 2 das Zündschloss ZS bzw. der Zündschlossschalter Zündung geschlossen, so gilt zu Beginn im stromlosen zweiten Versorgungsstrang S2 die Bedingung, dass die zweite Strangspannung VS2 der Fahrzeugspannung UB entspricht und größer als die Differenz aus verpolgeschützter Versorgungsspannung VP und der eingestellten Hysterese ist. Daher wird zum Zeitpunkt 2 auch das zweite Schaltelement Svs2 im zweiten Versorgungsstrang S2 geschlossen. Als Folge ergibt sich eine Bereitstellung des Versorgungsstromes IVP über zwei Versorgungsstränge S1, S2, wobei die Leitungswiderstände Ri1, Ri2 der Versorgungsstränge maßgeblich für die Stromaufteilung in den Versorgungssträngen S1, S2 verantwortlich sind und nicht mehr die Verpolungsschutzelemente der Schutzvorrichtung 3B. Wird beispielsweise für die Durchgangswiderstände der Schaltelemente Svs1, Svs2 ein Wert von 10 mOhm und für den ersten Leitungswiderstand Ri1 ein Wert von 107 mOhm und für den zweiten Leitungswiderstand Ri2 ein Wert von 127 Ohm angenommen, dann stellt der erste Versorgungsstrang S1 54 % des Versorgungsstroms IVP bereit und der zweite Versorgungsstrang S2 stellt 46 % des Versorgungsstroms IVP bereit.
  • Das Kennliniendiagramm aus 9 zeigt verschiedene Signalverläufe der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A für ein Fahrzeugsteuergerät 2 aus 1 mit der Schutzvorrichtung 3B aus 4, wobei die beiden Fahrzeugspannungen VB1, VB2, welche an den beiden Versorgungssträngen S1, S2 anliegen, unterschiedliche Gleichspannungsanteile aufweisen und jeweils von einer Sinus-Störspannung gestört sind. Die Störspannung kann beispielsweise durch einen Fahrzeuggenerator erzeugt werden. In der dargestellten Simulation weist die erste Fahrzeugspannung VB1 einen Gleichspannungsanteil von 13,5 V und eine erste Störspannung mit einer Amplitude von 4 V und einer Frequenz von 1 kHz auf. Die zweite Fahrzeugspannung VB2 weist einen Gleichanteil von 11,5 V und eine zweite Störspannung mit einer Amplitude von 4 V und einer Frequenz von 1 kHz auf, wobei die erste Störspannung und die zweite Störspannung eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen.
  • Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist zum Zeitpunkt 1 die erste Fahrzeugspannung VB1 größer als zweite Fahrzeugspannung VB2 und die ersten Strangspannung VS1 ist größer als die Differenz zwischen der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und der Hysterese. Dies hat zur Folge, dass das erste Schaltelement Svs1 geschlossen ist. Dadurch ist der Spannungsabfall VS1-VP über dem ersten Versorgungsstrang S1 sehr niedrig und die Verlustleistung P_Svs1 des ersten Schalterelements Svs1 ist trotz hohem Strom Ivs1 von ca. 14 A im ersten Versorgungsstrang S1 mit ungefähr 2 W äußerst gering. Die Verlustleistung einer vergleichbaren Schutzdiode ohne paralleles Schaltelement Svs1 läge bei gleichen Bedingungen zwischen 7 W und 11 W. Gleichzeitig ist zum Zeitpunkt 1 die zweite Fahrzeugspannung VB2 kleiner als die Differenz zwischen der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP und der Hysterese. Dies hat zur Folge, dass das zweite Schaltelement Svs2 geöffnet ist. Dadurch fließt kein Strom IVS2 im zweiten Versorgungsstrang S2 und eine Sperrspannung liegt an der ersten Schutzdiode Dvs2 des zweiten Versorgungsstrangs S2 an, welche eine Rückspeisung vom ersten Versorgungsstrang S1 in den zweiten Versorgungsstrang S2 verhindert. Somit erfolgt die Versorgung des Steuergeräts 2 zum Zeitpunkt 1 ausschließlich über den ersten Versorgungsstrang S1.
  • Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, liegen zum Zeitpunkt 2 die Strangspannungen VS1,VS2 und die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP nahe beieinander, so dass es aufgrund der bestimmenden ohmschen Leitungswiderstände Ri1, Ri2 der Versorgungsstränge S1, S2 zu einer Aufteilung des Laststroms IL auf die beiden Versorgungsstränge S1, S2 kommt. Aufgrund dieser Stromaufteilung reduzieren sich die Verlustleistungen P_Svs1, P_Svs2 der Schaltelemente Svs1, Svs2 erheblich auf einen Wert von ca. 0,2 W. Der Spannungsabfall VS2-.VP über dem zweiten Versorgungsstrang entspricht dem Spannungsabfall VS1–VP über dem ersten Versorgungsstrang S1 und ist mit 50 mV ca. dreimal niedriger als der Spannungsabfall VS1-VPüber dem ersten Versorgungsstrang S1 zum Zeitpunkt 1.
  • Zusammenfassend erfolgen bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, 1C auch bei dynamischen Spannungsunterschieden an den Versorgungssträngen VS1, VS2 des Steuergeräts keine statischen Rückspeisungen von einem Versorgungsstrang S1, S2 in den anderen Versorgungsstrang S1, S2. Des Weiteren sind auch dynamische Rückspeisungen energielimitiert und beschränken sich im Wesentlichen auf die Inhalte aus den Kapazitäten Cs1, Cs2, Cp der RC-Filter. Des Weiteren sind die Verlustleistungen P_Svs1, P_Svs2 der Schaltelemente Svs1, Svs2 gering und liegen unter 2,2 W. Auch die Spannungsabfälle VS1-VP, VS2-VP über den Versorgungssträngen sind trotz der hohen Strömen IVS1, IVS2 in den Versorgungssträngen S1, S2 und dem sich daraus ergebenden hohen Laststrom IL im aktiven Zweistrangverpolungsschutz gering.
  • Das Kennliniendiagramm aus 10 zeigt verschiedene Signalverläufe der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A für ein Fahrzeugsteuergerät 2 aus 1 mit der Schutzvorrichtung 3B aus 4, wobei die beiden Fahrzeugspannungen VB1, VB2, welche an den beiden Versorgungssträngen S1, S2 anliegen, unterschiedliche Gleichspannungsanteile aufweisen und nicht durch Störspannungen gestört sind. In der dargestellten Simulation weist die erste Fahrzeugspannung VB1 einen Gleichspannungsanteil von 13,5 V und die zweite Fahrzeugspannung VB2 einen Gleichspannungsanateil von 12,5 V auf.
  • Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, ist zum Zeitpunkt 1 die erste Fahrzeugspannung VB1 größer als die zweite Fahrzeugspannung VB2. Dadurch ergibt sich ein Versorgungsstrom IVP, der sich zu ca. zwei Drittel aus dem Strom IVS1 des ersten Versorgungsstrangs S1 (IVS1 ≈ 8,2 A) und zu einem Drittel aus dem Strom IVS3 (IVS2 ≈ 3,5 A) des zweiten Versorgungsstrangs S2 für einen angenommenen Versorgungsstrom IVP bzw. IL von 11,75 A zusammensetzt. Hier ist deutlich zu erkennen, dass für die Stromaufteilung von Hochstromsteuergeräten die Leitungswiderstände Ri1, Ri2 der Versorgungsstränge S1, S2 entscheidend sind, da interne Impedanzen des Steuergeräts 2 aufgrund der Verlustleistungsreduktion nahezu keine Rolle mehr spielen. Der Vorteil von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mehrstrangversorgungseinheit 1A, 1B, 1C besteht darin, dass neben der Redundanz zur Signalisierung eines Versorgungsfehlers mit sicherer Übernahme der Fahrerkontrolle über eine zumindest teilweise autonome Fahrzeugfunktion, auch eine ständige Verlustleistungsreduktion in der Schutzvorrichtung 3A, 3B, 3C, 3D aufgrund der Stromaufteilung erreicht wird. Die Spannungsabfälle VS1-Vp, VS2-Vp über den Versorgungssträngen S1, S2 sind mit 82 mV und 35 mV äußerst gering. Dadurch ist trotz des hohen Versorgungsstromes IVP bzw. IL = 11,75 A die Verlustleistung P_Svs1 im ersten Schaltelement Svs1 mit 680 mW und die Verlustleistung P_Svs2 im zweiten Schaltelement Svs2 mit 120 mW äußerst gering. Das Kennliniendiagramm aus 8 ist gewählt worden, um zu zeigen welche Zustände bei einer üblichen Versorgungslage über längere Zeiten zu erwarten sind.
  • Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, bildet in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3A, 3B, 3C, 3D jeweils ein Feldeffekttransistor FET1, FET2 die erste Schutzdiode Dvs1, Dvs2 und das korrespondierende Schaltelement Svs1, Svs2 in den beiden Versorgungssträngen S1, S2 aus. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 jeweils als P-Kanal-Leistungs-MOSFET ausgeführt.
  • Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3B, 3C, 3D jeweils eine zweite Schutzdiode Dzs1, Dzs2 in den beiden Versorgungssträngen S1, S2 parallel zur ersten Schutzdiode Dvs1, Dvs2 und zum Schaltelement Svs1, Svs2. Die zweiten Schutzdioden Dzs1 Dzs2 schützen die Schaltelemente Svs1, Svs2 und reduzieren eine Pulsbelastung der Schaltelemente Svsl, Svs2. Dadurch können die Schaltelemente Svs1, Svs2 vor einer ISO-Pulsbelastung geschützt werden, welche Spannungen von über 40 V über den Schaltelementen Svs1, Svs3 erzeugen können. Die zweiten Schutzdioden Dzs1, Dzs2 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Suppressordiode (TSV) mit einer Durchbruchspannung im Bereich von 24 V bis 40 V ausgeführt. Kommt es nun in einem Versorgungsstrang S1, S1 beispielsweise durch Schalten einer Sitzheizung, einer Scheibenheizung usw. beispielsweise zu einem negativen ISO(7637)-Impuls vom Typ 1 (-100 V bezogen auf Masse GND, 2 ms, Ri = 10 Ω), dann liegen im ersten Moment bei einem normalen Steuergeräteversorgungszustand am gemeinsamen Knotenpunkt KP eine verpolgeschützte Versorgungsspannung VP mit einem Wert von ungefähr 12 V an. Dadurch ergibt sich eine korrespondierende Spitzen-Strangspannung VS1, VS2 von ungefähr -100 V. Dies führt in der Spitze zu einem Spannungsabfall VSvs1 bzw. (VS1-VP9, VSvs2 bzw. (VS2-VP) über dem korrespondierenden Schaltelement Svs1, Svs2 von ungefähr -112 V. Die Auswahl eines korrespondierenden P-Kanal-Leistungs-MOSFET mit einer Spannungsfestigkeit zwischen Source und Drain von 100 V und mehr bei einem niedrigen Durchlasswiderstand ist sehr teuer und führt zu hohem Flächenbedarf. Durch die zusätzlichen zweiten Schutzdioden Dzs1, Dzs2 lassen sich die Impulsbelastungen der Schaltelemente Svs1, Svs2 deutlich reduzieren, so dass kostengünstigere Transistortypen mit einer Spannungsfestigung zwischen Source und Drain von unter 40 V und mit niedrigem Durchlasswiderstand eingesetzt werden können. Die zusätzlichen zweiten Schutzdioden Dzs1, Dzs2 können weggelassen werden, falls die eingesetzten MOSFETs eine ausreichende und spezifische periodische Avalanche-Energie aufweisen. Die statische Verpolungssicherheit des Steuergeräts 2 gegen Spannungen bis 20 V bleibt dadurch gewährleistet, ebenso wie das aktive Bekämpfen der negativen Pulsbelastung.
  • Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3B die Ausgänge der beiden Versorgungsstränge S1, S2 gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt KP über eine dritte Schutzdiode Dzp mit Masse GND verbunden sind, welche eine positive Pulsbelastung der beiden Versorgungsstränge S1, S2 reduziert. In den in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen der Schutzvorrichtung 3C, 3D sind die Ausgänge der beiden Versorgungsstränge S1, S2 jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt KP über eine dritte Schutzdiode Dzs11, Dzs21 mit Masse verbunden, welche eine positive Pulsbelastung der beiden Versorgungsstränge S1, S2 reduziert. Die dritten Schutzdiode Dzp, Dzs11, Dzs21 dienen dem Schutz gegen positive ISO-Impulse einschließlich eines Lastabfalls. Kommt es zu einer positive Impulsbelastung in einem Versorgungstrang S1, S2, so werden am gemeinsamen Knotenpunkt KP Impulse über 30 V durch die dritten Schutzdioden Dzp, Dzs11, Dzs21 geklammert bzw. begrenzt. Die Durchbruchsspannung der dritten Schutzdiode Dzp, Dzs11, Dzs21 kann im Bereich zwischen 30 V bis 42 V gewählt werden. Die dritten Schutzdioden Dzp, Dzs11, Dzs21 führen zu kostengünstigen Lösungen mit MOSFETS als Schaltelementen Svs1, Svs2 und ermöglichen eine unsymmetrische Klammerung bzw. Begrenzung von negativen Versorgungsimpulsen durch die zweiten Schutzdioden Dzs1, Dzs2 und von positiven Versorgungsimpulsen durch die dritten Schutzdioden Dzp, Dzs11, Dzs21, wodurch Größe bzw. Absorbtionsleistung der negativen Klammerelemente von denen der positiven Klammerelemente entkoppelt werden können. Des Weiteren vereint die unidirektionale Klammerung am gemeinsamen Knotenpunkt KP einen erweiterten Schutz gegen Verpolung im Falle eines Strangschalterdefektes mit dem Ziel, die Strangsicherung auszulösen bevor es zu einem Schaden im Steuergerät 2 kommt.
  • Wie aus 6 ersichtlich ist, ist das passive Filter 20 bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Mehrstrangversorgungseinheit 1C als Mehrstrang-T-Filter 20C ausgeführt. Hierbei ist jeweils eine erste Filterinduktivität LT1, LT2 in die beiden Versorgungssträngen S1, S2 zwischen dem Schaltelement Svs1, Svs2 und dem gemeinsamen Knotenpunkt KP eingeschleift. Eine gemeinsame zweite Filterinduktivität LT ist zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt KP und einem Filterausgang VZP eingeschleift. Durch die Filterspulen LT, LT1, LT2, eine Filterkapazität CT sowie einer Ausgangskapazität Cout lässt sich das Filter 20C an den nachfolgenden Schaltregler 2.1 des Steuergeräts 2 mit einer Schaltfrequenz zwischen 400 kHz bis 4000 kHz anpassen. Insbesondere verfügt das Filter 20C über einen Pufferkondensator CµCT, welcher beispielsweise als Hybrid-Polymer-ELKO mit sehr kleinem ESR ausgeführt ist. Der Pufferkondensator CµCT ist über einen ohmschen Begrenzungswiderstand RµCT, welcher einen Wert zwischen 0,1 bis 1 Ohm aufweist und einen Spitzenstrom begrenzt, an den gemeinsamen Knotenpunkt KP angekoppelt. Zudem ist der Pufferkondensator CµCT über eine Koppeldiode DµCT mit dem Filterausgang VZP verbunden. Die Koppeldiode DµCT stellte eine schnelle und niederohmige Pufferung der Eingangsspannung des Schaltwandlers im Falle eines kurzeitigen Spannungsabrisses der ersten Fahrzeugspannung VB1 und/oder der zweiten Fahrzeugspannung sicher. Die Koppeldiode DµCT ist vorzugsweise als Schottky-Diode ausgeführt.
  • Das Mehrstrang-T-Filter 20C ermöglicht in vorteilhafter Weise eine direkte Ankoppelung der Mehrstrangversorgungseinheit 1C an den Schaltregler 2.1 des Steuergeräts 2. Das passive Filter 20C bedämpft Störungen des Bordnetzes, insbesondere hochfrequente Sinusstörer mit einer Frequenz von über 5 kHz bis 20 kHz, unterdrückt die Rückwirkungen des Schaltreglers 2.1 auf das Bordnetz und stellt die Versorgung des Steuergeräts 2 im Falle von Spannungseinbrüchen in den Versorgungssträngen S1, S2 sicher. Zudem ergibt sich durch die in die Versorgungsstränge S1, S2 integrierten ersten Filterinduktivitäten LT1, LT2 eine Zeitverzögerung im Aufbau eines Rückspeisestromes vom Versorgungsstrang S1 in den Versorgungsstrang S2 und umgekehrt. Zudem kann die Erfassung der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP nach der induktiven Verkopplung vorgenommen werden, wodurch sich durch ohmsche Spulenwiderstand RT1, RT2 eine zusätzliche Hysterese ergibt. Erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kurzschluss nach Masse in einem Versorgungsstrang S1, S2, so lässt sich aufgrund der begrenzten Schaltgeschwindigkeit der Überwachung der Strangspannung VS1, VS2 gegen die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP am gemeinsamen Knotenpunkt KP und der begrenzten Öffnungsgeschwindigkeit der Schaltelemente Svs1, Svs2 ein Rückspeisen der im Pufferkondensator CµCT gespeicherten Energie nicht vollständig vermeiden, aber gegenüber dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Mehrstrangversorgungseinheit 1B aus 2 deutlich verbessern.
  • Die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C oder Teile der Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C werden über einen N_SL Eingang, an welchem ein Sleep-Modus-Steuersignal N_SL anliegt, „Ein“ oder „Aus“ geschaltet. Zur Erkennung von Leitungsunterbrechungen oder Prüfung der Qualität eines Versorgungsstrangs S1, S2 werden die Steuerleitungen der Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL der Hardwaresteuereinheit 10A, 10B, 10C zugeführt. Die überwachende Rechnereinheit 14A, 14B, 14C kann damit kurzzeitig die Schaltelemente Svsl, SVs2 öffnen. Dadurch sinkt bei einer Leitungsunterbrechung in einem Versorgungsstrang S1, S2 die Strangspannung VS1, VS2 unter einen vorgegebenen Schwellwert. Diese Information dient der Erkennung von Fehlern in der redundanten Steuergeräteversorgung mit dem Ziel den Fahrer wieder rechtzeitig die Kontrolle über die zumindest teilautonome Funktion zu geben oder rechtzeitig die Aufmerksamkeit des Fahrers wieder zu bekommen.
  • Ebenso kann durch diese Steuerleitungen und die Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL bei Spannungsunterschieden zwischen den Fahrzeugspannungen VB1, VB2 von unter 1V bei einer zweiten Überprüfung der Versorgungsstränge S1, S2 nur das korrespondierende Schaltelement Svs1, Svs2 des zu überprüfenden Versorgungsstrangs S1, S2 geschlossen werden und die Schaltelemente Svs1, Svs2 der anderen Versorgungsstränge S1, S2 geöffnet werden. Dann kann die Reaktion der korrespondierenden Strangspannung VS1, VS2 im belasteten zu überprüfenden Versorgungsstrangs S1, S2 erfasst und ausgewertet werden Da sich der Versorgungsstrom IVP auf den zu überprüfenden Versorgungsstrang S1, S2 konzentriert, kann damit überprüft werden, ob unter Last am stromführenden zu überprüfenden Versorgungsstrang S1, S2 noch eine ausreichend hohe Strangspannung VS1, VS2 am Eingang vorhanden ist.
  • Befindet sich das Steuergerät 2 im Sleep-Modus, dann weist das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL den niedrigen logischen Pegel auf, und die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C nimmt dann nur einen sehr niedrigen Versorgungsstrom IVP an der Klemme VP_IN auf, welcher wesentlich kleiner als 10 µA ist. Ebenso fließt auch in die Klemmen VS1_IN, VS2_IN kein nennenswerter Strom. D.h. der in die Klemmen fließende Strom ist ebenfalls sehr viel kleiner als 10 µA. Zudem sind die Schaltelemente Svs1, Svs2 im Sleep-Modus in ihrem „Default Zustand“, d.h. geöffnet. Das Steuergerät 1 selbst ist im Sleep-Modus nicht aktiv und nimmt aus dem gemeinsamen Knotenpunkt KP nur einen geringen Versorgungsstrom auf, welcher kleiner als 100 µA ist. Daher ist der Spannungsabfall, den die ersten Schutzdioden Dvsl, Dvs2 verursachen können ohne Bedeutung. Wird das Steuergerät 2 geweckt, dann wechselt das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL auf den hohen logischen Pegel und die Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C wird aktiviert.
  • Wie aus 6 und 7 weiter ersichtlich ist, leiten die als P-Kanal-Leistungs-MOSFETs ausgeführten Feldeffekttransistoren FET1, FET2 in Vorwärtsrichtung über Bulk-Dioden Dsv1, Dsv2 zwischen Drain und Source. Die Ansteuerung dieser Feldeffekttransistoren FET1, FET2 erfolgt durch eine positive Source-Gate Spannung, was gleichbedeutend ist mit einer Verbindung des jeweiligen Gates über Steuerleitungen der Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL nach Masse. Da die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 in der Regel eine max. Source-Gate Spannung von 20 V erlauben und zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit werden die Source-Gate-Spannungen jeweils durch eine in der Hardwaresteuereinheit 10C angeordnete Zenerdiode ZD1_1, ZD2_1 auf einen Wert von beispielsweise 5,1 V limitiert. Parallel zu diesen Zenerdiode ZD1_1, ZD2_1 ist jeweils ein Source-Gate-Ableitwiderstand R1_9, R2_9 (z.B. 100 kOhm) platziert, um im Sleep-Modus das zugehörige Schaltelement Svs1, Svs2 sicher sperren zu können. Damit im Sleep-Modus bei Dauerversorgung in den Versorgungssträngen S1, S2 kein Strom über die Zenerdioden ZD1_1, ZD2_1 fließen kann, sind die Steuerleitungen der Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL über Transistoren T1_3, T2_3 durch das Sleep-Moduls-Steuersignal N_SL schaltbar ausgeführt. Widerstände R1_6, R2_6 (z.B. 5,1 KOhm) dienen der Strombegrenzung in den Steuerleitungen der Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL im Falle eines aktiven Steuergeräts 2, was eine Spannung VS11, VS21 vor den ersten Filterinduktivitäten LT1, LT2 und damit auch an den Klemmen der Hardwaresteuereinheit 10C im Bereich von 5 V bis 36 V ermöglicht. Widerstände R1_7 (z.B. 23,7 kOhm), R1_8 (z.B. 51,1 kOhm), R2_7 (z.B. 23,7 kOhm), R2_8 (z.B. 51,1 kOhm) bilden den Basisteiler für NPN Steuertransistoren T1_3, T2_3. Die Strangspannungen VS1 VS2 werden über die Klemmen VS1_IN, VS2_IN an der Hardwaresteuereinheit 10C erfasst und über schaltbare Transistoren T1_11, T2_11 an korrespondierende Spannungsteiler R1_13 (z.B. 75 kOhm), R1_14 (z.B. 8,25 kOhm) bzw. R2_13 (z.B. 75 kOhm), R2_14 (z.B. 8,25 kOhm) weitergeleitet. Die geteilten Signale VS1_ADC, VS2_ADC werden an die Rechnereinheit 14C weitergeleitet. PNP Transistoren T1_11, T2_11 sind schaltbar, um im Sleep-Modus keinen Messteilerstrom von den Strangspannungen VS1, VS2 nach Masse GND zu generieren. Daher werden diese Transistoren T1_11, T2_11 durch NPN Steuertransistoren T1_10, T2_10 mit Hilfe des Sleep-Modus-Steuersignals N_SL geschalten. Das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL weist im Sleep-Modus einen niedrigen logischen Pegel und im Normalmodus einen hohen logischen Pegel auf. Da die Spannungserfassung der Strangspannungen VS1, VS2 vor der Schutzvorrichtung 3D erfolgt, sind die Schaltstufen durch Signaldioden D1_10, D2_10 vor Verpolung geschützt und Widerstände R1_12, R2_12 (z.B. 40,2 kOhm) dienen der Strombegrenzung. Wiederstände R1_11, R2_11 (z.B. 51,1 kOHm) dienen als Basis-Emitter- Ableitwiderstände. Widerstände R1_15, R1_16 bzw. R2_15, R2_16 (z.B. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm bzw. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm) bilden einen Basisspannungsteiler der NPN Steuertransistoren T1_10, T2_10.
  • Die Versorgungsstränge S1, S2 sind im passiven Filter über die ersten Filterinduktivitäten LT1, LT2 miteinander verbunden und erzeugen am gemeinsamen Knotenpunkt KP die verpolgeschützte Versorgungspannung VP. Die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP wird der Hardwaresteuereinheit 10C an der Klemme VP_IN zugeführt. Eine positive Versorgungsspannung wird Komparatoren CMP_1, CMP_2 über einen PNP Schalttransistor T12_1 und ein Tiefpass-Filter R12_1, C12_1 (z.B. 10 Ohm, 10 µF) an korrespondierenden Plusversorgungspins zugeführt. Durch einen Steuertransistor T12_2 ist auch dieser Schalttransistor T12_1 durch das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL steuerbar. Damit wird im Sleep-Modus des Steuergerätes kein Strom aus der/den permanent vorhanden Strangspannungen VS1, VS2 zur Versorgung der Komparatoren CMP_1, CMP_2 entnommen. Ein Widerstand R12_4 (z.B. 40,2 kOhm) dient der Strombegrenzung im Ansteuerpfad des Schalttransistors T12_1. Ein Widerstand R12_3 (z.B. 51,1 kOhm) dient als Basis-Emitter Ableitwiderstand des Transistors T12_1. Widerstände R12_5, R12_6 (z.B. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm) bilden einen Basisteiler des NPN Steuertransistors T12_2.
  • Die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP der verkoppelten Versorgungsstränge S1, S2 wird über Vorwiderstände R1_m, R2_m (z.B. 100 Ω) an MinusEingängen der Komparatoren CMP_1, CMP_2 angelegt. Die Strangspannungen VS1, VS2 an den Eingängen der Versorgungsstränge S1, S2 werden über die Klemmen VS1_IN, VS2_IN und Vorwiderstände R1_p, R2_p (z.B. 5,1 kOhm) an Plus-Eingänge der Komparatoren CMP_1, CMP_2 angelegt. Zum Schutz gegen gefährliche positive bzw. negative Spannungen, sowie gegen Verpolung sind die Plus-Eingänge der Komparatoren CMP_1, CMP_2 jeweils durch eine unidirektionale Zenerdiode ZD1_10, ZD2_10 geschützt, welche beispielsweise eine Klammerspannung von 27 V ermöglichen. Die Wahl der Klammerspannungen der Zenerdioden ZD1_10, ZD2_20 sollte vorzugsweise unterhalb der Klammerspannungen der Schutzdioden Dzs11, Dzs21, Dzp liegen, damit bei hoher positiver Pulsbelastung im Bordnetz die Schaltelemente Svs1,Svs2 der Versorgungsstränge S1, S2 zwangsweise geöffnet werden und die Kopplung des Steuergeräts 2 nur noch über die ersten und zweiten Schutzdioden Dvs1, Dvs2, Dzs1, Dzs2 der beiden Versorgungsstränge S1, S2 erfolgt. Dadurch kann das Risiko im Load-Dump-Fall reduziert werden. „Open-Collector-Ausgänge“ der Komparatoren CMP_1, CMP_2 werden über Strombegrenzungswiderstände R1_3, R2_3 (z.B. 7,5 kOhm) PNP Schalttransistoren T1_1, T2_1 zugeführt. Diese Schalttransistoren T1_1, T2_1 sind so angeordnet, dass sie im Ansteuerfall die Source-Gate-Spannung der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 kurzschließen. Dadurch kann die Sperrung der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 erzwungen werden und die Versorgungsstränge S1, S2 in den verpolgeschützten Zustand überführt werden. Die verwendeten Komparatoren CMP_1, CMP_2 besitzen vorzugsweise einen „Common Mode Range“, welcher unabhängig von der positiven Versorgungsspannung der Komparatoren CMP_1, CMP_2 beispielsweise 44 V über einem Spannungspotential am Masseanschluss der Komparatoren liegen kann.
  • Die PNP Schalttransistoren T1_1, T2_1 zur Sperrung der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 in den Versorgungssträngen S1, S2 können zusätzlich zu den Komparatoren CMP_1, CMP_2 durch Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL der Rechnereinheit 14 mit Hilfe von NPN Steuertransistoren T1_2, T2_2 aktiviert werden und damit eine Überführung der Versorgungsstränge S1, S2 in einen verpolgeschützten Betrieb über die ersten Schutzdioden Dvsl, Dvs2 erzwingen. Widerstände R1_2, R2_2 (z.B. 7,5 kOhm) dienen der Strombegrenzung bei der Ansteuerung. Widerstände R1_4, R1_5 bzw. R2_4, R2_5 (z.B. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm bzw. 23,7 kOhm, 51,1 kOhm) dienen als Basisspannungsteiler der NPN Steuertransistoren T1_2, T2_2. Eine Zenerdiode ZD12_1 (z.B. 5,1 V) bildet eine optionale Referenzspannung VREF von beispielsweise 5,1 V, welche aus der über das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL geschalteten Versorgungsspannung VP am Kollektor des T12_1 mit Hilfe eines Vorwiderstandes R12_2 (z.B. = 7,5 kOhm) entsteht, wobei ein Kondensator C12_1 zur Filterung parallel geschaltet ist. Durch die Referenzspannung VREF und den optionalen Widerstand R12_Hy wird ein Referenzstrom definiert. Dieser wird einem Stromspiegel T12_3 zugeführt. Die Spiegelströme IREF werden über Transistoren T12_4, T12_5 ausgekoppelt und den Minuseingängen der Komparatoren CMP_1, CMP_2 zugeführt. Zusammen mit den Widerständen R1_m, R2_m wird eine einstellbare Hysterese der Komparatoren CMP_1, CMP_2 gebildet.
  • Weisen das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL und die Steuersignale STR1_CTL, STR2_CTL jeweils den niedrigen logischen Pegel auf, dann ist die Hardwaresteuereinheit 10C nicht aktiv und es erfolgt keine bzw. nur eine nicht relevante kleine Stromaufnahme im µA-Bereich an den Klemmen VS1_IN, VS2_IN, VS11_IN, VS21_IN, VP_IN der Hardwaresteuereinheit 10C. Dadurch sind die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 ausgeschaltet und die Strangspannungen VS1, VS2 werden über die ersten Schutzdioden Dsv1, Dsv2 bzw. die parallel liegenden unidirektionalen zweiten Schutzdioden Dzs1, Dzs2 vor Verpolung geschützt und an das passive Filter 20C weitergegeben, wobei eine Rückspeisung von einem Versorgungsstrang S1, S2 in den anderen Versorgungsstrand S1, S2 nicht möglich ist.
  • Wird in den Normalbetrieb mit einer ersten Strangspannung VS1 von14V, einer zweiten Strangspannung VS2 von 14 V, einem ersten Leitungswiderstand Ri1 von 200 mΩ, einem zweiten Leitungswiderstand Ri2 von 200 mΩ und dem Sleep-Modus-Steuersignal N_SL auf einem hohen logischen Pegel und den Ansteuersignalen STR1_CTL, STR2_CTL auf einem niedrigen logischen Pegel gewechselt, dann ist die Spannung am Minus-Eingang des ersten Komparators CMP_1 um den Spannungsabfall zwischen der ersten Strangspannung VS1 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP plus einer ersten Hysterese kleiner als die Strangspannung VS1 am Plus Eingang des ersten Komparators CMP_1. Analog ist die Spannung am Minus-Eingang des zweiten Komparators CMP_2 um den Spannungsabfall zwischen der ersten Strangspannung VS1 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP plus einer zweiten Hysterese kleiner als die Strangspannung VS2 am Plus Eingang des zweiten Komparators CMP_2. Dadurch sind die Ausgänge der beiden Komparatoren CMP_1, CMP_2 gesperrt. Die PNP Schalttransistoren T1_1, T2_1 für die Ansteuerung der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 sind daher ebenfalls gesperrt. Da das Sleep-Modus-Steuersignal N_SL im Normalbetrieb auf einem hohen logischen Pegel ist, sind die Steuertransistoren T1_3, T2_3 leitend. Damit sind die Gates der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 auf Masse geschaltet, wodurch diese leitend werden. Die bisherigen Spannungsabfälle zwischen den Strangspannungen VS1, VS1 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP, welche im geöffneten Zustand der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 im Wesentlichen durch die ersten Schutzdioden Dvs1, Dvs2 verursacht werden, werden damit durch die parallel liegenden leitenden Feldeffekttransistoren FET1, FET2 stark reduziert.
  • Im aktiven Betrieb sind die Leitungswiderstände Ri1, Ri2 für die Stromverteilung in den Versorgungssträngen S1, S2 verantwortlich, sofern die Fahrzeugspannungen VB1, VB2 gleich groß sind.
  • Somit werden bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für eine Mehrstrangversorgungseinheit an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge S1, S2 jeweils eine Strangspannung VS1, VS2 und am gemeinsamen Knotenpunkt KP eine verpolgeschützte Versorgungsspannung VP erfasst und ausgewertet. Hierbei werden die Schaltelemente Svs1, Svs2 in den mindestens zwei Versorgungssträngen S1, S2 in Abhängigkeit von der Auswertung über korrespondierende Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL angesteuert.
  • Zudem kann die Rechnereinheit 14C die einzelnen Strangspannungen VS1, VS2 miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP vergleichen und in Abhängigkeit der Vergleiche die Ansteuersignale Svs1_CTL, Svs2_CTL für das mindestens eine Schaltelement Svsl, Svs2 über eine Hardwaresteuereinheit 12A, 12B, 12C erzeugen. So können die mindestens zwei Versorgungsstränge S1, S2 während des Betriebs in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft werden. Zur Feststellung von Versorgungsfehlern können die mindestens zwei Versorgungsstränge S1, S2 in vorgegebenen zeitlichen Abständen und/oder wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den Strangspannungen VS1, VS2 einen vorgegebenen Betrag überschreitet von der Rechnereinheit 14C einzeln überprüft werden. Ohne diese Überprüfungsfunktionen kann die Strangspannung S1, S2 des funktionsfähigen Versorgungsstranges S1, S2 durch die Verkopplung am gemeinsamen Knotenpunkt KP und den leitenden Schaltelementen Svs1, Svs2 auch am Eingang des unterbrochenen Versorgungsstrangs S1, S2 anstehen und daher nicht durch die Spannungskontrolle erkannt werden.
  • So kann die Rechnereinheit 14C im Normalbetrieb mit den Steuersignalen STR1_CTL, STR2_CTL, welche auf einen hohen logischen Pegel gelegt werden, die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 öffnen, so dass eine unterbrochene Strangversorgung erfasst werden kann. So kann die Rechnereinheit 14C bei einer ersten Überprüfung der beiden Versorgungsstränge S1, S2 das mindestens eine Schaltelement Svs1, Svs2 des zu überprüfenden Versorgungsstrangs S1, S2 öffnen, und die Reaktionen der korrespondierenden Strangspannung VS1, VS2 und der verpolgeschützten Versorgungsspannung VP am gemeinsamen Knotenpunkt KP erfassen und auswerten werden. Hierbei kann eine Leitungsunterbrechung in dem zu überprüfenden Versorgungsstrang S1, S2 erkannt werden, wenn die korrespondierende Strangspannung VS1, VS2 bei geöffnetem Schaltelement Svs1, Svs2 unterhalb eines vorgegebenen minimalen Grenzwerts im Bereich von 0 bis 6V liegt. Das bedeutet beispielsweise, dass das erste Steuersignal STR1_CTL auf den niedrigen logischen Pegel und das zweite Steuersignal STR2_CTL auf den hohen logischen Pegel gesetzt wird, um den zweiten Versorgungsstrang S2 auf eine Leitungsunterbrechung zu überprüfen. Da der zweite Versorgungsstrang S2 eine Spannungsreduktion um die nun wirksame erste Schutzdiode Dvs2 bzw. zweite Schutzdiode Dzvs2 erfährt, konzentriert sich der Versorgungsstrom IVP auf den ersten Versorgungsstrang S1. Wird in diesem Zustand die erste Strangspannung VS1 als erste Spannung VS1_ADC und die zweite Strangspannung VS2 als zweite Spannung VS2_ADC erfasst, dann entspricht die zweite Spannung VS2_ADC ungefähr der zweiten Fahrzeugspannung VB2, falls der Strangstrom Isv2 im zweiten Versorgungsstrang S2 nicht fließt. Die erste Spannung VS1_ADC entspricht der ersten Strangspannung VS1 bei maximaler Belastung. Eine Leitungsunterbrechung zum zweiten Versorgungsstrang S2 kann erkannt werden, wenn am Eingang des zweiten Versorgungstrangs S2 eine deutlich niedrigere Spannung als die zu erwartende zweite Fahrzeugspannung VB2 anliegt.
  • Anschließend kann das erste Steuersignal STR1_CTL auf den hohen logischen Pegel und das zweite Steuersignal STR2_CTL auf den niedrigen logischen Pegel gesetzt werden, um den ersten Versorgungsstrang S1 zu überprüfen. Das bedeutet beispielsweise, dass sich der Versorgungsstrom IVP auf den zweiten Versorgungsstrang S2 konzentriert, da der erste Versorgungsstrang S1 eine Spannungsreduktion um die nun wirksame erste Schutzdiode Dvs1 bzw. zweite Schutzdiode Dzvs1 erfährt. Wird in diesem Zustand die erste Strangspannung VS1 als erste Spannung VS1_ADC und die zweite Strangspannung VS2 als zweite Spannung VS2_ADC erfasst, dann entspricht die erste Strangspannung VS1_ADC ungefähr der ersten Fahrzeugspannung VB1, falls der Strangstrom Isvl im ersten Versorgungsstrang S1 nicht fließt. Die zweite Spannung VS2_ADC entspricht der zweiten Strangspannung VS2 bei maximaler Belastung. Eine Leitungsunterbrechung zum ersten Versorgungsstrang S1 kann erkannt werden, wenn am Eingang des ersten Versorgungstrangs S1 eine deutlich niedrigere Spannung als die zu erwartende erste Fahrzeugspannung VB1 anliegt.
  • Durch die Kenntnis von Leerlaufspannungswerten der Fahrzeugspannungen VB1, VB2 und den Strangspannungen VS1, VS2 der Versorgungsstränge S1, S2 bei maximaler Belastung kann die Rechnereinheit 14C auf die Qualität des Versorgungsstrangs S1, S2 schließen und eine Wartungsinformation bereitstellen. Alternativ können die Fahrzeugspannungen VB1, VB2 der Recheneinheit 14C auch über verschiedene Kommunikationswege (Ethernet, FlexRay, CAN, LIN) durch zentrale Fahrzeugsysteme bereitgestellt werden. Hierbei kann die schlechte Qualität dadurch erkannt werden, dass der berechnete Innenwiderstand einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Der Innenwiderstand kann sich über die Lebensdauer beispielsweise aufgrund von Korrosion an den Kontaktstellen erhöhen bzw. schlechter werden.
  • Sind die Leerlaufspannungswerte der Fahrzeugspannungen VB1, VB2 stark unterschiedlich, besteht bei verketteten Versorgungssträngen S1, S2 ohne wirksame ersten Schutzdioden Dsv1, Dsv2 eine permanente Rückspeisegefahr, sofern beide Schaltelemente Svs1, Svs2 leitend gesteuert sind. Zu Verhinderung dieses Effekts werden die Strangspannungen VS1, VS2 an den Klemmen VS1_IN, VS2_IN der Hardwaresteuereinheit 10C erfasst und an die Pluseingänge der Komparatoren CMP_1, CMP_2 angelegt. An den Minuseingängen der Komparatoren CMP_1, CMP_2 liegt jeweils die Verkettung der Strangspannungen VS1, VS2 als verpolgeschützte Versorgungsspannung VP an. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Verkettung der Versorgungsstränge S1, S2 im passiven Versorgungsfilter 20C. Damit ist in jedem Versorgungsstrang eine erste Filterinduktivität LT1, LT2 wirksam, wodurch der Rückspeisestromanstieg auch dynamisch gebremst wird und die endliche Reaktionszeit der realen Komparatoren CMP_1, CMP_2 in vorteilhafter Weise ganz oder teilweise kompensiert werden kann. Sinkt beispielsweise die Strangspannung VS2 und die verpolgeschützte Versorgungsspannung VP + Hysterese wird größer als die Strangspannung VS2 am Eingang des zweiten Versorgungsstrangs bzw. die Spannung an der Klemme VS2_IN, dann schaltet der Ausgang des zweiten Komparators CMP_2 nach Masse und aktiviert den PNP Schalttransistor T2_1, welcher Gate und Source des zweiten Feldeffekttransistors FET2 verbindet und damit das zweite Schaltelement Svs2 öffnet. Dadurch geht der zweite Versorgungsstrang S2 in eine Diodenkopplung, so dass der Knotenpunkt KP rückwärts keinen permanenten Strom in den zweiten Versorgungsstrang S2 abgeben kann.
  • Die Rechnereinheit 14C kann dann eine Warnmeldung erzeugen und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit ausgeben, wenn eine Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in mindestens einem der beiden Versorgungsstränge S1, S2 erkannt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Rechnereinheit 14C die Warnmeldung speichern und zu einem späteren Zeitpunkt über eine Diagnoseschnittstelle ausgeben. Dadurch kann die jeweilige zumindest teilweise autonome Funktion wieder an den Fahrer zurückzugeben bzw. ein rascher Service ausgelöst werden, ohne das eine dringende Notwendigkeit dafür besteht, da aufgrund der redundanten Zweistrangversorgung zunächst keine ungewollte Funktionseinschränkung eintritt.

Claims (25)

  1. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) für ein Fahrzeugsteuergerät (2), mit mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2), welche jeweils am Eingang mit mindestens einer Fahrzeugspannungsquelle (B, B1, B2) verbunden und am Ausgang in einem gemeinsamen Knotenpunkt (KP) zusammengeführt sind, und einer Schutzvorrichtung (3A, 3B, 3C, 3D), welche in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) jeweils mindestens eine erste Schutzdiode (Dvsl, Dvs2) umfasst, welche in Durchlassrichtung zwischen der mindestens einen Fahrzeugspannungsquelle (B, B1, B2) und dem Knotenpunkt (KP) in die mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) eingeschleift ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils mindestens ein Schaltelement (Svs1, Svs2) parallel zu der mindestens einen Schutzdiode (Dvs1, Dvs2) eingeschleift ist, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit (10A, 10B, 10C) an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils eine Strangspannung (VS1, VS2) und am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) eine verpolgeschützte Versorgungsspannung (VP) erfasst und auswertet und die Schaltelemente (Svs1, Svs2) in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) in Abhängigkeit von der Auswertung über korrespondierende Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) ansteuert.
  2. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10A, 10B, 10C) die einzelnen Strangspannungen (VS1, VS2) miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung (VP) vergleicht und in Abhängigkeit der Vergleiche über eine Hardwaresteuereinheit (12A, 12B, 12C) die Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) für das mindestens eine Schaltelement (Svs1, Svs2) erzeugt.
  3. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10A, 10B, 10C) das mindestens eine Schaltelement (Svs1, Svs2) über die von der Hardwaresteuereinheit (12A, 12B, 12C) erzeugten Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) schließt, wenn eine Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung (VS1, VS2) und der verpolgeschützten Versorgungsspannung (VP) am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) einen vorgegebenen ersten Schwellwert überschreitet.
  4. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10A, 10B, 10C) das mindestens eine Schaltelement (Svs1, Svs2) über die von der Hardwaresteuereinheit (12A, 12B, 12C) erzeugten Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) öffnet, wenn die Differenz zwischen der korrespondierenden Strangspannung (VS1, VS2) und der verpolgeschützten Versorgungsspannung (VP) am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) einen vorgegebenen zweiten Schwellwert unterschreitet.
  5. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert über einen veränderbaren Widerstand (Rhys) in der Hardwaresteuereinheit (12A, 12B, 12C) einstellbar ist.
  6. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10A, 10B, 10C) eine Rechnereinheit (14A, 14B, 14C) umfasst, welche die mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft, wobei die Rechnereinheit (14A, 14B, 14C) zur Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) mindestens ein Steuersignal (STR1_CTL, STR2_CTL) erzeugt und an die Hardwaresteuereinheit (12A, 12B, 12C) ausgibt, welche in Reaktion auf das mindestens eine Steuersignal (STR1_CTL, STR2_CTL) die korrespondierenden Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) für das mindestens eine Schaltelement (Svs1, Svs2) erzeugt und ausgibt.
  7. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (14A, 14B, 14C) eine Warnmeldung erzeugt und/oder eine Fehlerspeicherung vornimmt und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit und/oder über eine Diagnoseschnittstelle ausgibt, wenn die Rechnereinheit (14A, 14B, 14C) eine Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) erkennt.
  8. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) jeweils ein Feldeffekttransistor (FET1, FET2) die mindestens eine erste Schutzdiode (Dvs1, Dvs2) und das mindestens eine Schaltelement (Svs1, Svs2) ausbildet.
  9. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite Schutzdiode (Dzs1, Dzs2) in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) jeweils parallel zur mindestens einen ersten Schutzdiode (Dvs1, Dvs2) und zu dem mindestens einen Schaltelement (Svs1, Svs2) angeordnet und geeignet ist, eine Pulsbelastung des mindestens einen Schaltelements (Svs1, Svs2) zu reduzieren.
  10. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt (KP) oder gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) über mindestens eine dritte Schutzdiode (Dzp, Dzs11, Dzs21) mit Masse (GND) verbunden sind, welche geeignet ist, eine positive Pulsbelastung der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) zu reduzieren, wobei die mindestens eine dritte Schutzdiode (Dzp, Dzs11, Dzs21) eine am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) auftretende negative Spannung auf einen vorgebbaren Wert begrenzt und bei defektem Strangschalter (Svs1, Svs2) im Verpolungsfall eine elektrische Fahrzeugsicherung auslöst.
  11. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils durch mindestens ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand (Rsl, Rs2) und eine Kapazität (Cs1, Cs2) umfasst, mit Masse (GND) verbunden und bedämpft sind.
  12. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils einzeln vor dem gemeinsamen Knotenpunkt (KP) oder gemeinsam am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) durch mindestens ein RC-Glied, welches einen ohmschen Widerstand (RP, Rs11, Rs21) und eine Kapazität (CP, Cs11, Cs21) umfasst, mit Masse (GND) verbunden und bedämpft sind.
  13. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Knotenpunkt (KP) über ein passives Filter (20) mit dem Steuergerät (2) verbindbar ist.
  14. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Filter (20) eine Energiereserve (CµCT) aufweist, welche geeignet ist, einen kurzzeitigen Spannungseinbruch auszugleichen.
  15. Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Filter (20) als Mehrstrang-T-Filter (20C) ausgeführt ist, wobei jeweils eine erste Filterinduktivität (LT1, LT2) in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) zwischen dem Schaltelement (Svs1, Svs2) und dem gemeinsamen Knotenpunkt (KP) eingeschleift ist, und wobei eine gemeinsame zweite Filterinduktivität (LT) zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt (KP) und einem Filterausgang eingeschleift ist.
  16. Betriebsverfahren für eine Mehrstrangversorgungseinheit (1A, 1B, 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Eingängen der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) jeweils eine Strangspannung (VS1, VS2) und am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) eine verpolgeschützte Versorgungsspannung (VP) erfasst und ausgewertet werden, wobei die Schaltelemente (Svs1, Svs2) in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) in Abhängigkeit von der Auswertung über korrespondierende Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) angesteuert werden.
  17. Betriebsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Strangspannungen (VS1, VS2) miteinander und/oder mit der verpolgeschützten Versorgungsspannung (VP) verglichen werden und in Abhängigkeit der Vergleiche die Ansteuersignale (Svs1_CTL, Svs2_CTL) für das mindestens eine Schaltelement (Svs1, Svs2) über eine Hardwaresteuereinheit (12A, 12B, 12C) erzeugt werden.
  18. Betriebsverfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) während des Betriebs in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen einzeln überprüft werden.
  19. Betriebsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) in vorgegebenen zeitlichen Abständen und/oder wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den Strangspannungen (VS1, VS2) einen vorgegebenen Betrag überschreitet einzeln überprüft werden.
  20. Betriebsverfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) das mindestens eine Schaltelement (Svs1, Svs2) eines zu überprüfenden Versorgungsstrangs (S1, S2) geöffnet wird, und die Reaktionen der korrespondierenden Strangspannung (VS1, VS2) und der verpolgeschützten Versorgungsspannung (VP) am gemeinsamen Knotenpunkt (KP) erfasst und ausgewertet werden.
  21. Betriebsverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitungsunterbrechung in dem zu überprüfenden Versorgungsstrang (S1, S2) erkannt wird, wenn die korrespondierende Strangspannung (VS1, VS2) bei geöffnetem Schaltelement (Svs1, Svs2) unterhalb eines vorgegebenen minimalen Grenzwert liegt.
  22. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zweiten Überprüfung der mindestens zwei Versorgungsstränge (S1, S2) nur das korrespondierende Schaltelement (Svs1, Svs2) des zu überprüfenden Versorgungsstrangs (S1, S2) geschlossen wird und die Schaltelemente (Svs1, Svs2) der anderen Versorgungsstränge (S1, S2) geöffnet werden, wobei die Reaktion der korrespondierenden Strangspannung (VS1, VS2) im belasteten Zustand des zu überprüfenden Versorgungsstrangs (S1, S2) erfasst und ausgewertet wird.
  23. Betriebsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Problem in dem belasteten zu überprüfenden Versorgungsstrang (S1, S2) erkannt wird, wenn die korrespondierende Strangspannung (VS1, VS2) bei geschlossenem Schaltelement (Svs1, Svs2) unterhalb eines vorgegebenen Lastgrenzwertes liegt.
  24. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Strangspannungen (VS1, VS2) miteinander und jeweils mit einer Fahrzeugspannung (UB1, UB2) der verbundenen Fahrzeugspannungsquelle (B1, B2) verglichen werden, wobei basierend auf dem Vergleich auf eine Größe eines Innenwiderstands (Ril, Ri2) des korrespondierenden Versorgungsstrangs (S1, S2) geschlossen wird.
  25. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnmeldung erzeugt und/oder eine Fehlerspeicherung vorgenommen und über eine akustische und/oder optische Ausgabeeinheit und/oder über eine Diagnoseschnittstelle ausgegeben wird, wenn eine Leitungsunterbrechung und/oder ein Problem und/oder eine schlechte Qualität in den mindestens zwei Versorgungssträngen (S1, S2) erkannt wird, wobei die schlechte Qualität dadurch erkannt wird, dass der Innenwiderstand (Ri1, Ri2) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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