DE102018216595A1

DE102018216595A1 - Reverse polarity protection device for electrical protection of a DC voltage converter, method for providing electrical protection of a DC voltage converter and motor vehicle with a reverse polarity protection device

Info

Publication number: DE102018216595A1
Application number: DE102018216595.5A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Müller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpolschutzvorrichtung (10) zum elektrischen Schutz eines Gleichspannungswandlers (50), der beispielsweise in einem Fahrzeug-Bordnetz eingesetzt wird. Die Verpolschutzvorrichtung (10) umfasst einen ersten Eingangsanschluss (12) und einen ersten Ausgangsanschluss (16) sowie einen zweiten Eingangsanschluss (14) und einen zweiten Ausgangsanschluss (18). Die Verpolschutzvorrichtung (10) umfasst ferner einen elektronischen Schutzschalter (20), der zwischen dem ersten Eingangsanschluss (12) und dem ersten Ausgangsanschluss (16) angeordnet ist. Ein Steueranschluss (22) des elektronischen Schutzschalters (20) ist mit dem zweiten Eingangsanschluss (14) und/oder mit dem zweiten Ausgangsanschluss (18) gekoppelt.The invention relates to a reverse polarity protection device (10) for the electrical protection of a DC voltage converter (50), which is used, for example, in a vehicle electrical system. The reverse polarity protection device (10) comprises a first input connection (12) and a first output connection (16) as well as a second input connection (14) and a second output connection (18). The reverse polarity protection device (10) further comprises an electronic circuit breaker (20) which is arranged between the first input connection (12) and the first output connection (16). A control connection (22) of the electronic circuit breaker (20) is coupled to the second input connection (14) and / or to the second output connection (18).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verpolschutzvorrichtungen, die zum elektrischen Schutz eines Gleichspannungswandlers ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Bereitstellen eines elektrischen Schutzes von Gleichspannungswandlern sowie ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler und einer Verpolschutzvorrichtung.The present invention relates to reverse polarity protection devices which are designed for the electrical protection of a DC converter. The invention further relates to methods for providing electrical protection of DC-DC converters and a motor vehicle with an electrical system with a DC-DC converter and a reverse polarity protection device.

Verpolschutzschaltungen können eingesetzt werden, um einen elektrischen Schutz von elektronischen Geräten mit einer vorgegebenen Polarität an einem Spannungsanschluss des elektronischen Gerätes bereitzustellen. Eine Verpolschutzschaltung kann beispielsweise bei einem Anschließen eines elektrischen Verbrauchers an das elektronische Gerät entgegen der vorgegebenen Polarität einen Stromfluss zwischen elektronischem Gerät und Verbraucher verhindern.Reverse polarity protection circuits can be used to provide electrical protection of electronic devices with a predetermined polarity at a voltage connection of the electronic device. A polarity reversal protection circuit can prevent a current flow between the electronic device and the consumer, for example, when an electrical consumer is connected to the electronic device, contrary to the specified polarity.

Bekannte Verpolschutzschaltungen, die beispielsweise an DCDC (DC: direct current)-Wandlern (Gleichspannungswandler) genutzt werden, können passiv unter Verwendung von Gleichrichterdioden aufgebaut werden. Dadurch können jedoch insbesondere bei Hochstromanwendungen aufgrund der Dioden-Vorwärtsspannung hohe elektrische Verluste auftreten, so dass die Verpolschutzschaltung den Wirkungsgrad des Systems mit dem Gleichspannungswandler verringert.Known polarity reversal protection circuits, which are used, for example, on DCDC (DC: direct current) converters (direct voltage converters), can be built passively using rectifier diodes. However, this can result in high electrical losses due to the diode forward voltage, in particular in high-current applications, so that the polarity reversal protection circuit reduces the efficiency of the system with the DC voltage converter.

Für Verpolschutzschaltungen mit verringerter elektrischer Verlustleistung können anstelle von Dioden auch Transistoren zum Einsatz kommen. Der Transistorkanal kann beispielsweise zur Diodenstrecke in der Verpolschutzschaltung eingeschaltet und die Verluste dadurch wesentlich reduziert werden. Dies erfordert jedoch üblicherweise eine aktive Ansteuerung der Transistoren für Schaltvorgänge, zum Beispiel ist eine zusätzliche Steuerelektronik in der Verpolschutzschaltung notwendig, die den Sperrzustand und den leitenden Zustand der Transistoren steuert. Die zusätzliche Steuerelektronik bedeutet zusätzlichen Aufwand und Komplexität, da sie die Transistoren im Fall einer fehlerhaften Polung an den Anschlüssen des DCDC-Wandlers zuverlässig abschalten, also in einen nicht-leitenden Zustand bringen muss.For polarity reversal protection circuits with reduced electrical power loss, transistors can also be used instead of diodes. The transistor channel can be switched on, for example, to the diode path in the polarity reversal protection circuit, and the losses can thereby be significantly reduced. However, this usually requires active activation of the transistors for switching operations; for example, additional control electronics are required in the polarity reversal protection circuit, which controls the blocking state and the conductive state of the transistors. The additional control electronics mean additional effort and complexity, since they must reliably switch off the transistors in the event of incorrect polarity at the connections of the DCDC converter, that is to say bring them into a non-conductive state.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verpolschutzvorrichtung für einen Gleichspannungswandler mit reduzierter elektrischer Verlustleistung bei zugleich reduzierter Komplexität des elektrischen Layouts der Verpolschutzvorrichtung bereitzustellen.Against this background, it is an object of the present invention to provide a polarity reversal protection device for a DC / DC converter with reduced electrical power loss and at the same time reduced complexity of the electrical layout of the polarity reversal protection device.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst mit Vorrichtungen und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Aspekte sowie Weiterbildungen der Erfindung, die weitere Vorteile bewirken können, sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie in den Figuren beschrieben.The object of the invention is achieved with devices and methods according to the independent claims. Further aspects as well as further developments of the invention, which can bring about further advantages, are described in the dependent claims, the following description and in the figures.

Gemäß der Erfindung wird eine Verpolschutzvorrichtung zum elektrischen Schutz eines Gleichspannungswandlers bereitgestellt. Die Verpolschutzvorrichtung oder Verpolschutzschaltung umfasst zumindest einen ersten Eingangsanschluss und einen ersten Ausgangsanschluss sowie einen zweiten Eingangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss. Die Verpolschutzvorrichtung kann also als elektrisches Zweitor mit vier elektrischen Anschlüssen oder Anschlussklemmen beschrieben werden. Beispielsweise kann sie etwa zwischen den Gleichspannungswandler und eine Batterie oder einen Batterieanschluss geschaltet werden. Zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss kann eine elektrische Eingangsspannung angelegt werden, z.B. eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers.According to the invention, a polarity reversal protection device for the electrical protection of a DC voltage converter is provided. The polarity reversal protection device or polarity reversal protection circuit comprises at least a first input connection and a first output connection and a second input connection and a second output connection. The reverse polarity protection device can therefore be described as an electrical two-port with four electrical connections or terminals. For example, it can be connected between the DC-DC converter and a battery or a battery connection. An electrical input voltage can be applied between the first input connection and the second input connection, e.g. an output voltage of the DC-DC converter.

Eine Verpolung beschreibt den Fall, dass zwischen den Ausgangsanschlüssen der Verpolschutzvorrichtung eine elektrische Spannung entgegengesetzt zu einer vorgesehenen Polarität anliegt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Ausgangsklemmen beim Anschluss an ein entsprechendes elektrisches Gerät, beispielsweise die Batterie, vertauscht oder fehlerhaft angeschlossen wurden. Es kann vorgesehen sein, dass die vorgesehene Polarität an den Ausgangsanschlüssen der Verpolschutzvorrichtung der an den Eingangsanschlüssen der Verpolschutzvorrichtung vorliegenden Polarität entspricht.Reverse polarity describes the case in which an electrical voltage opposite to an intended polarity is present between the output connections of the reverse polarity protection device. This can be the case, for example, if the output terminals were interchanged or incorrectly connected when connected to an appropriate electrical device, for example the battery. It can be provided that the polarity provided at the output connections of the polarity reversal protection device corresponds to the polarity present at the input connections of the polarity reversal protection device.

Die Verpolschutzschaltung weist einen elektronischen Schutzschalter auf. Der elektronische Schutzschalter ist ausgebildet, um in dem Fall, dass eine zwischen dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss angelegte Spannung entgegen der vorgesehenen Polarität angeschlossen ist, einen Strompfad zu öffnen, sodass kein Strom durch die Verpolschutzschaltung oder die Ausgangsklemme des Gleichspannungswandlers fließen kann. Der elektronische Schutzschalter ist dabei zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss angeordnet. Beispielsweise verbindet ein Leistungsstrompfad des elektronischen Schutzschalters den ersten Eingangsanschluss mit dem ersten Ausgangsanschluss. Es ist möglich, dass der erste Eingangsanschluss direkt mit einem Eingang des elektronischen Schutzschalters verbunden ist und der erste Ausgangsanschluss direkt mit einem Ausgang des elektronischen Schutzschalters verbunden ist. Mit anderen Worten, der elektronische Schutzschalter kann die einzige aktive elektrische Komponente innerhalb des Strompfades vom ersten Eingangsanschluss zum ersten Ausgangsanschluss bereitstellen.The reverse polarity protection circuit has an electronic circuit breaker. The electronic circuit breaker is designed to open a current path in the event that a voltage applied between the first output connection and the second output connection is connected against the intended polarity, so that no current can flow through the polarity reversal protection circuit or the output terminal of the DC / DC converter. The electronic circuit breaker is arranged between the first input connection and the first output connection. For example, a power current path of the electronic circuit breaker connects the first input connection to the first output connection. It is possible that the first input connection is connected directly to an input of the electronic circuit breaker and the first output connection is connected directly to an output of the electronic circuit breaker. In other words, the electronic circuit breaker can be the only active electrical component within the current path from the first Provide input connection to the first output connection.

Ein Steueranschluss des elektronischen Schutzschalters ist gemäß der Erfindung mit dem zweiten Eingangsanschluss und/oder mit dem zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt oder elektrisch verbunden. Der Steueranschluss des elektronischen Schutzschalters ist beispielsweise dazu ausgebildet, bei einem Anliegen eines jeweiligen Schaltsignals oder Steuersignals ein Öffnen bzw. Schließen des elektronischen Schutzschalters zu bewirken. Beispielsweise ist der Steueranschluss mittels einer Signalleitung, die vom Steueranschluss zu einem elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss oder direkt zum zweiten Ausganganschluss führt, mit diesen elektrisch verbunden. Ein am elektrischen Kontakt oder zweiten Ausgang abgegriffenes Schaltsignal steht somit mittels der Signalleitung am Steueranschluss des elektronischen Schutzschalters zur Verfügung.According to the invention, a control connection of the electronic circuit breaker is coupled or electrically connected to the second input connection and / or to the second output connection. The control connection of the electronic circuit breaker is designed, for example, to cause the electronic circuit breaker to open or close when a respective switching signal or control signal is present. For example, the control connection is electrically connected to these by means of a signal line which leads from the control connection to an electrical contact between the second input connection and the second output connection or directly to the second output connection. A switching signal tapped at the electrical contact or second output is thus available via the signal line at the control connection of the electronic circuit breaker.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Komponenten der Verpolschutzvorrichtung ist es möglich, das elektrische Signal, das am zweiten Ausgangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung anliegt, als Schaltsignal oder Steuersignal für den elektronischen Schutzschalter zu nutzen. Dadurch ist mittels der Verpolschutzvorrichtung eine aktive Verpolschutzvorrichtung bereitgestellt, jedoch wird keine zusätzliche Steuerelektronik benötigt. Es können somit beispielsweise im Gegensatz zu einem Verpolschutz mit Gleichrichterdioden Leistungsverluste reduziert werden. Damit ergibt sich als Vorteil z.B. ein erhöhter Wirkungsgrad der Verpolschutzvorrichtung. Dieser wird erreicht, ohne eine Komplexität der Verpolschutzvorrichtung zu erhöhen, da keine zusätzliche oder externe Steuer- und/oder Messelektronik benötigt wird. Beispielsweise können mittels der Verpolschutzvorrichtung im Fall einer falsch an den Gleichspannungswandler angeschlossenen Batterie Schäden am Gleichspannungswandler vermieden werden.The inventive arrangement of the components of the polarity reversal protection device makes it possible to use the electrical signal which is present at the second output connection of the polarity reversal protection device as a switching signal or control signal for the electronic circuit breaker. As a result, an active reverse polarity protection device is provided by means of the reverse polarity protection device, but no additional control electronics are required. In contrast to reverse polarity protection with rectifier diodes, power losses can thus be reduced, for example. This results in an advantage e.g. an increased efficiency of the reverse polarity protection device. This is achieved without increasing the complexity of the polarity reversal protection device, since no additional or external control and / or measuring electronics are required. For example, the reverse polarity protection device can be used to prevent damage to the DC voltage converter in the event of a battery incorrectly connected to the DC voltage converter.

Der vergleichsweise einfache und platzsparende Aufbau der Verpolschutzvorrichtung ermöglicht etwa, einen Gleichspannungswandler mit integriertem Verpolschutz bereitzustellen. Der Gleichspannungswandler mit der Verpolschutzvorrichtung kann z.B. in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden und eine Spannungswandlung zwischen einem Hochvolt-Bereich und einem Niedrigvolt-Bereich des Bordnetzes bereitstellen. Beispielsweise sind die beiden Niedrigvolt-Anschlüsse (positive und negative Anschlussklemme) oder das Niedrigvolt-Klemmenpaar eines Bordnetzes gleichartig ausgebildet, sodass sie beim Anschließen vertauscht werden können und ein Verpolfall auftreten kann.The comparatively simple and space-saving design of the polarity reversal protection device makes it possible, for example, to provide a DC voltage converter with integrated polarity reversal protection. The DC-DC converter with the reverse polarity protection device can e.g. be provided in an electrical system of a motor vehicle and provide a voltage conversion between a high-voltage area and a low-voltage area of the vehicle electrical system. For example, the two low-voltage connections (positive and negative connection terminals) or the low-voltage terminal pair of an on-board electrical system are designed in the same way, so that they can be interchanged when connecting and a polarity reversal can occur.

Beispielsweise sind der erste Eingangsanschluss und der zweite Eingangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung mit entsprechenden Ausgangsanschlüssen des Gleichspannungswandlers elektrisch gekoppelt. Die Verpolschutzvorrichtung kann in einem Gehäuse des Gleichspannungswandlers bereitgestellt sein. Die Ausgänge der Verpolschutzvorrichtung stellen somit beispielsweise den Ausgang des Gleichspannungswandlers mit integriertem Verpolschutz bereit, an den beispielsweise eine Batterie angeschlossen werden kann. Der Eingang der Verpolschutzvorrichtung kann mit dem Ausgang des Gleichspannungswandlers derart gekoppelt sein, dass zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Eingangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung eine positive Spannung anliegt. Eine Polarität zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Eingangsanschluss kann also positiv sein. Die vorgesehene Polarität zwischen den Ausgangsanschlüssen der Verpolschutzvorrichtung entspricht etwa der an den Eingangsanschlüssen vorliegenden Polarität. Der Vorteil des Gleichspannungswandlers mit angeschlossener oder integrierter Verpolschutzvorrichtung kann sein, dass ein Risiko einer Beschädigung des Gleichspannungswandlers bei einem fehlerhaften Anschluss der Batterie reduziert ist.For example, the first input connection and the second input connection of the polarity reversal protection device are electrically coupled to corresponding output connections of the DC-DC converter. The polarity reversal protection device can be provided in a housing of the direct voltage converter. The outputs of the polarity reversal protection device thus provide, for example, the output of the DC voltage converter with integrated polarity reversal protection, to which, for example, a battery can be connected. The input of the polarity reversal protection device can be coupled to the output of the DC voltage converter in such a way that a positive voltage is present between the second input connection and the first input connection of the polarity reversal protection device. A polarity between the second input connection and the first input connection can therefore be positive. The polarity provided between the output connections of the polarity reversal protection device corresponds approximately to the polarity present at the input connections. The advantage of the DC-DC converter with a connected or integrated reverse polarity protection device can be that the risk of damage to the DC-DC converter is reduced if the battery is connected incorrectly.

Der Gleichspannungswandler ist dazu ausgebildet, eine am Gleichspannungswandler eingangsseitig anliegende erste Spannung in eine am Gleichspannungswandler ausgangsseitige zweite Spannung zu wandeln. Beispielsweise ist die zweite Spannung niedriger, als die erste Spannung. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Gleichspannungswandler um einen Tiefsetzsteller handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass der Gleichspannungswandler als Hochsetzsteller oder Hoch-Tiefsetzsteller ausgebildet ist. Die Ausgangsklemmen oder der Ausgangsanschluss eines Tiefsetzstellers können so gestaltet sein, dass ein Anschließen eines elektrischen Bauteils an den Ausgang entgegen einer dafür vorgesehenen Polarität oder Polung möglich ist. Beispielsweise können sowohl der erste als auch der zweite Ausgangsanschluss gleichartige Stromklemmen und/oder Steckverbinder umfassen, die etwa Ausgangsanschlüssen des Gleichspannungswandlers entsprechen. Daher kann es vorteilhaft sein, die Verpolschutzvorrichtung an elektrischen Ausgängen von Tiefsetzstellern bereitzustellen.The DC-DC converter is designed to convert a first voltage applied to the DC-DC converter on the input side into a second voltage on the DC-DC converter output side. For example, the second voltage is lower than the first voltage. In other words, the DC-DC converter can be a step-down converter. However, it is also possible for the DC / DC converter to be designed as a step-up converter or step-up converter. The output terminals or the output connection of a buck converter can be designed in such a way that an electrical component can be connected to the output against a polarity or polarity provided for this purpose. For example, both the first and the second output connection can comprise current terminals and / or plug connectors of the same type, which roughly correspond to output connections of the DC voltage converter. It can therefore be advantageous to provide the polarity reversal protection device at electrical outputs of step-down converters.

Beispielsweise ist vorgesehen, am Ausgang der Verpolschutzvorrichtung eine Batterie anzuschließen. Die Batterie kann durch eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers z.B. geladen werden. Daher sind gemäß einer Weiterbildung der Verpolschutzvorrichtung der erste Ausgangsanschluss und der zweite Ausgangsanschluss als Batterieanschlüsse ausgebildet. Ein Batterieanschluss kann durch eine Batterieklemme, beispielsweise eine Batterieklemme für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet sein. Die Batterieklemmen des ersten Ausgangsanschluss und des zweiten Ausgangsanschluss können formmäßig gleich ausgebildet sein, wodurch ein Anschluss der Batterie entgegen der vorgesehenen Polarität ermöglicht ist. Durch die Anordnung der Verpolschutzvorrichtung zwischen den Batterieklemmen und dem Gleichspannungswandler ergibt sich der Vorteil eines erhöhten Schutzes des Gleichspannungswandlers bei falsch (bezüglich der Polung) angeschlossener Batterie.For example, provision is made for a battery to be connected to the output of the polarity reversal protection device. The battery can be charged, for example, by an output voltage of the DC-DC converter. Therefore, according to a development of the polarity reversal protection device, the first output connection and the second output connection are designed as battery connections. A battery connector can be through a battery terminal, for example a battery terminal for a battery of a motor vehicle. The battery terminals of the first output connection and the second output connection can be of identical design, which enables the battery to be connected in the opposite polarity. The arrangement of the polarity reversal protection device between the battery terminals and the DC-DC converter results in the advantage of increased protection of the DC-DC converter when the battery is connected incorrectly (in terms of polarity).

Wie bereits erwähnt, kann die Polarität, mit der der Gleichspannungswandler zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung angeschlossen ist, die vorgesehene Polarität zwischen dem ersten und zweiten Ausgangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung vorgeben. Zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Eingangsanschluss kann eine positive Spannung anliegen. In diesem Fall kann der elektronische Schutzschalter Strom leiten (Schutzschalter geschlossen), wenn zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss ebenfalls eine positive Spannung anliegt. Dagegen kann der elektronische Schutzschalter Strom sperren (Schutzschalter offen), wenn die Spannung zwischen zweitem Ausgangsanschluss und erstem Ausgangsanschluss negativ ist.As already mentioned, the polarity with which the DC-DC converter is connected between the first and the second input connection of the polarity reversal protection device can specify the polarity provided between the first and second output connection of the polarity reversal protection device. A positive voltage can be present between the second input connection and the first input connection. In this case, the electronic circuit breaker can conduct current (circuit breaker closed) if there is also a positive voltage between the second output connection and the first output connection. On the other hand, the electronic circuit breaker can block current (circuit breaker open) if the voltage between the second output connection and the first output connection is negative.

Zum Beispiel ist der erste Ausgangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung ausgebildet, um mit einer Bezugsspannung, beispielsweise einem Null-Potential oder einem negativen Potential, beaufschlagt zu werden und der zweite Ausgangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung ist ausgebildet, um mit einer gegenüber der Bezugsspannung positiven Spannung beaufschlagt zu werden. Es kann also vorgesehen sein, einen Pluspol einer Batterie an den zweiten Ausgangsanschluss anzuschließen und einen Minuspol der Batterie an den ersten Ausgangsanschluss anzuschließen.For example, the first output connection of the polarity reversal protection device is designed to be supplied with a reference voltage, for example a zero potential or a negative potential, and the second output connection of the polarity reversal protection device is designed to be supplied with a voltage that is positive with respect to the reference voltage. It can therefore be provided to connect a positive pole of a battery to the second output connection and to connect a negative pole of the battery to the first output connection.

Gemäß einer Ausführungsform der Verpolschutzvorrichtung ist der elektronische Schutzschalter als Transistor, beispielsweise als Feldeffekttransistor ausgebildet. Der Feldeffekttransistor kann ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor) sein, beispielsweise ein n-MOSFET. Der MOSFET kann als elektronischer Schutzschalter im Strompfad mit Bezugspotential angeordnet sein. Beispielsweise ist ein Source-Anschluss des Feldeffekttransistors mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt, ein Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors mit dem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt und der Steueranschluss durch einen Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors ausgebildet. Ein n-MOSFET ermöglicht es in vorteilhafter Art, das am zweiten Ausgangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung anliegende Spannungssignal als Steuersignal zu nutzen. Wenn im vorgesehenen Anschlussfall eine positive Spannung zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsanschluss anliegt, ist die Gate-Source-Spannung am n-MOSFET positiv und der n-MOSFET leitet Strom. Wenn dagegen im Verpolfall eine negative Spannung zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsanschluss anliegt, ist die Gate-Source-Spannung am n-MOSFET negativ, so dass der n-MOSFET sperrt. Ein weiterer Vorteil kann sein, dass n-MOSFETs beispielsweise gegenüber p-MOSFETs bessere elektrische Eigenschaften aufweisen und/oder zu einem günstigeren Preis verfügbar sein können.According to one embodiment of the polarity reversal protection device, the electronic circuit breaker is designed as a transistor, for example as a field effect transistor. The field effect transistor can be a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor), for example an n-MOSFET. The MOSFET can be arranged as an electronic circuit breaker in the current path with reference potential. For example, a source connection of the field effect transistor is coupled to the first input connection, a drain connection of the field effect transistor is coupled to the first output connection, and the control connection is formed by a gate connection of the field effect transistor. An n-MOSFET advantageously makes it possible to use the voltage signal present at the second output connection of the polarity reversal protection device as a control signal. If there is a positive voltage between the second and the first output connection in the intended connection case, the gate-source voltage at the n-MOSFET is positive and the n-MOSFET conducts current. If, however, a negative voltage is present between the second and the first output connection in the event of a polarity reversal, the gate-source voltage at the n-MOSFET is negative, so that the n-MOSFET blocks. Another advantage can be that n-MOSFETs, for example, have better electrical properties than p-MOSFETs and / or can be available at a lower price.

Alternativ kann der MOSFET jedoch auch als p-MOSFET ausgebildet sein und in einem zweiten Strompfad der Verpolschutzvorrichtung zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss, angeordnet sein. Dabei kann die Schaltfunktion des p-MOSFETs in der Verpolschutzvorrichtung der des n-MOSFETs gleichen, da der p-MOSFET bei negativer Gate-Source-Spannung leitet und bei positiver Gate-Source-Spannung sperrt. Durch die Möglichkeit, den elektronischen Schutzschalter in verschiedenen Strompfaden der Verpolschutzvorrichtung anordnen zu können wird eine Flexibilität im elektrischen Design der Verpolschutzvorrichtung erhöht.Alternatively, however, the MOSFET can also be designed as a p-MOSFET and arranged in a second current path of the polarity reversal protection device between the second input connection and the second output connection. The switching function of the p-MOSFET in the reverse polarity protection device can be the same as that of the n-MOSFET, since the p-MOSFET conducts when the gate-source voltage is negative and blocks when the gate-source voltage is positive. The possibility of being able to arrange the electronic circuit breaker in different current paths of the polarity reversal protection device increases flexibility in the electrical design of the polarity reversal protection device.

In einer Weiterbildung der Verpolschutzvorrichtung ist zwischen dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors und dem ersten Eingangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung eine Schutzdiode bereitgestellt. Die Schutzdiode kann einen Überspannungsschutz für den Gate-Anschluss bereitstellen. Beispielsweise ist die Schutzdiode als Zenerdiode ausgebildet, die ab einem Spannungsschwellwert einer Gate-Spannung leitet und somit eine weitere Spannungserhöhung am Gate verhindert. Zwischen der Zenerdiode und dem zweitem Ausgangsanschluss kann ein ohmscher Widerstand angeordnet sein, der eine Strombegrenzung im Fall einer Überspannung bewirkt. Durch die Schutzdiode kann vorteilhafterweise eine Robustheit der Verpolschutzvorrichtung erhöht werden, da das Risiko einer Beschädigung der Verpolschutzvorrichtung bei auftretender Überspannung am Steueranschluss des Schutzschalters reduziert ist.In a development of the reverse polarity protection device, a protective diode is provided between the gate connection of the field effect transistor and the first input connection of the reverse polarity protection device. The protection diode can provide overvoltage protection for the gate connection. For example, the protective diode is designed as a Zener diode, which conducts from a voltage threshold value of a gate voltage and thus prevents a further voltage increase at the gate. An ohmic resistor can be arranged between the zener diode and the second output connection, which causes a current limitation in the event of an overvoltage. The protection diode can advantageously increase the robustness of the polarity reversal protection device, since the risk of damage to the polarity reversal protection device is reduced when an overvoltage occurs at the control connection of the circuit breaker.

Gemäß einer Ausführungsform der Verpolschutzvorrichtung kann zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss zusätzlich ein weiterer Schalter angeordnet sein. Dabei kann ein Steueranschluss des weiteren Schalters mit dem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Beispielsweise ist auch der weitere Schalter ein Transistor, etwa ein Bipolartransistor. Durch die Anordnung zwischen den Eingangsanschlüssen und die Steuerung des Bipolartransistors mittels des elektrischen Potentials am ersten Ausgangsanschluss kann der weitere Schalter ausgebildet sein, in einem Verpolfall an den Ausgangsanschlüssen der Verpolschutzvorrichtung einen Abbau einer Aufladespannung des Gleichspannungswandlers zu bewirken. Die Aufladespannung kann sich etwa durch parasitäre Kapazitäten und/oder einen Pufferkondensator am Ausgang des Gleichspannungswandlers ergeben. Durch den Abbau der Aufladespannung kann vorteilhafterweise besser gewährleistet werden, dass sich im Verpolfall etwa zwischen Gate und Source des n-MOSFETs zwischen erstem Eingangsanschluss und erstem Ausgangsanschluss eine negative Spannung einstellt und der n-MOSFET somit sicher in einen Sperr-Zustand geschaltet wird.According to one embodiment of the polarity reversal protection device, a further switch can additionally be arranged between the first input connection and the second input connection. A control connection of the further switch can be coupled to the first output connection. For example, the further switch is also a transistor, for example a bipolar transistor. The arrangement between the input connections and the control of the bipolar transistor by means of the electrical potential at the first Output connection, the further switch can be designed to cause a charging voltage of the DC voltage converter to be reduced at the output connections of the polarity reversal protection device in the event of a polarity reversal. The charging voltage can result, for example, from parasitic capacitances and / or a buffer capacitor at the output of the DC-DC converter. By reducing the charging voltage, it can advantageously be better ensured that a negative voltage is established between the gate and source of the n-MOSFET between the first input terminal and the first output terminal, and the n-MOSFET is thus reliably switched to a blocking state, in the event of a polarity reversal.

Beispielsweise kann ein Kollektor-Anschluss des Bipolartransistors, der z.B. ein NPN-Bipolartransistor ist, an den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt sein und ein Emitter-Anschluss des Bipolartransistors an den ersten Eingangsanschluss gekoppelt sein. Der Steueranschluss des weiteren Schalters kann durch einen Basis-Anschluss des Bipolartransistors ausgebildet sein. Ein ohmscher Widerstand kann zwischen dem Basis-Anschluss des Bipolartransistors und dem zweiten Ausgangsanschluss angeordnet sein, beispielsweise, um einen Basisstrom des Bipolartransistors zu begrenzen.For example, a collector connection of the bipolar transistor, e.g. is an NPN bipolar transistor, coupled to the second input terminal and an emitter terminal of the bipolar transistor coupled to the first input terminal. The control connection of the further switch can be formed by a base connection of the bipolar transistor. An ohmic resistor can be arranged between the base connection of the bipolar transistor and the second output connection, for example in order to limit a base current of the bipolar transistor.

Ein NPN-Bipolartransistor kann beispielsweise in einer ersten Ausführungsform der Verpolschutzvorrichtung in Verbindung mit einem n-MOSFET, der zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss angeordnet ist, bereitgestellt sein. In einer alternativen Ausführungsform mit einem p-MOSFET angeordnet zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss kann ein PNP-Bipolartransistor bereitgestellt sein. Es ist möglich, die beiden Ausführungsformen zu kombinieren, z.B. um durch eine redundante Ausführung des elektronischen Schutzschalters eine Funktionssicherheit der Verpolschutzvorrichtung zu erhöhen. Beispielsweise kann durch die Verteilung der redundanten Schutzschalter in verschiedenen Strompfaden der Verpolschutzvorrichtung eine kompakte Baugröße der Verpolschutzvorrichtung bei Erhöhung der Funktionssicherheit der Verpolschutzvorrichtung erreicht werden.An NPN bipolar transistor can be provided, for example, in a first embodiment of the polarity reversal protection device in connection with an n-MOSFET, which is arranged between the second input connection and the second output connection. In an alternative embodiment with a p-MOSFET arranged between the first input connection and the first output connection, a PNP bipolar transistor can be provided. It is possible to combine the two embodiments, e.g. in order to increase the functional reliability of the polarity reversal protection device by means of a redundant design of the electronic circuit breaker. For example, by distributing the redundant circuit breakers in different current paths of the polarity reversal protection device, a compact size of the polarity reversal protection device can be achieved while increasing the functional reliability of the polarity reversal protection device.

Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches System mit einem Gleichspannungswandler umfassend einen Spannungseingang sowie einen Spannungsausgang. Das System weist ferner eine Verpolschutzvorrichtung gemäß einer offenbarten Verpolschutzvorrichtung auf. Die Spannungseingänge der Verpolschutzvorrichtung sind mit Spannungsausgängen des Gleichspannungswandlers elektrisch verbunden. Beispielsweise kann die Verpolschutzvorrichtung Gleichspannungswandler oder Gleichspannungsquellen in elektrischen Systemen aller Art, z.B. in Netzteilen, Verbraucherelektronik oder Industrieelektronik, in Verpolfällen schützen.The invention further relates to an electrical system with a DC-DC converter comprising a voltage input and a voltage output. The system also has a reverse polarity protection device according to a disclosed reverse polarity protection device. The voltage inputs of the polarity reversal protection device are electrically connected to voltage outputs of the DC-DC converter. For example, the reverse polarity protection device can be DC voltage converters or DC voltage sources in electrical systems of all kinds, e.g. protect in power supplies, consumer electronics or industrial electronics, in the event of reverse polarity.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines elektrischen Schutzes eines Gleichspannungswandlers. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines elektronischen Schutzschalters in einem ersten Stromzweig, wobei der erste Stromzweig mit einem ersten Ausgangsanschluss eines Gleichspannungswandlers verbunden ist. Zum Beispiel wird der erste Stromzweig mit einem Bezugspotential beaufschlagt. Zum Beispiel weist der erste Strompfad zum Anschließen einer Batterie an einen Klemme 31-Anschluss eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes eine Batterieklemme auf, wobei der Schutzschalter zwischen den Ausgangsanschluss eines Gleichspannungswandlers und die Batterieklemme geschaltet wird.One aspect of the invention relates to a method for providing electrical protection of a DC voltage converter. The method comprises providing an electronic circuit breaker in a first current branch, the first current branch being connected to a first output connection of a DC voltage converter. For example, a reference potential is applied to the first current branch. For example, the first current path for connecting a battery to a terminal 31 connection of a motor vehicle electrical system has a battery terminal, the circuit breaker being connected between the output connection of a DC voltage converter and the battery terminal.

Verfahrensgemäß wird ein an einer zweiten Ausgangsklemme des Gleichspannungswandlers anliegendes Spannungssignal als Steuersignal für den elektronischen Schutzschalter verwendet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, an der zweiten Ausgangsklemme eine gegenüber der Bezugsspannung eine positive Spannung anzulegen. Wie oben beschrieben kann der Schutzschalter in diesem Normalfall leiten, während er in einem Verpolfall, bei welchem eine gegenüber der Bezugsspannung negative Spannung an die zweite Ausgangsklemme gelegt wird, sperren kann.According to the method, a voltage signal applied to a second output terminal of the DC-DC converter is used as a control signal for the electronic circuit breaker. For example, provision can be made to apply a positive voltage to the second output terminal with respect to the reference voltage. As described above, the circuit breaker can conduct in this normal case while blocking in the event of a polarity reversal in which a voltage which is negative with respect to the reference voltage is applied to the second output terminal.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend ein elektrisches Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler und Batterieanschlussklemmen für eine Batterie des elektrischen Bordnetzes. Zwischen zwei Ausgangsklemmen des Gleichspannungswandlers, etwa eines Tiefsetzstellers, und den Batterieanschlussklemmen für die Batterie des elektrischen Bordnetzes ist eine Verpolschutzvorrichtung gemäß einer zuvor oder nachfolgend beschriebenen Verpolschutzvorrichtung bereitgestellt. Der Vorteil, einen Gleichspannungswandler mit Verpolschutzvorrichtung in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen besteht darin, dass dort eine Batterie leicht mit falscher Polung angeschlossen werden kann. Daher kann es in einem Bordnetz besonders sinnvoll sein, einen Verpolschutz bereitzustellen, etwa um eine Funktionssicherheit des Gleichspannungswandlers zu erhöhen. Gleichspannungswandler können insbesondere in Bordnetzen von Elektrofahrzeugen, z.B. bezüglich des Antriebs elektrifizierter oder teilelektrifizierter Fahrzeuge, bereitgestellt sein.One aspect of the invention relates to a motor vehicle comprising an electrical vehicle electrical system with a DC voltage converter and battery connection terminals for a battery of the electrical vehicle electrical system. A polarity reversal protection device according to a polarity reversal protection device described above or below is provided between two output terminals of the DC voltage converter, for example a step-down converter, and the battery connection terminals for the battery of the electrical on-board electrical system. The advantage of providing a DC / DC converter with reverse polarity protection device in a motor vehicle is that a battery with the wrong polarity can easily be connected there. It can therefore make particular sense in an on-board electrical system to provide reverse polarity protection, for example in order to increase the functional reliability of the DC voltage converter. DC-DC converters can be used in particular in electrical systems of electric vehicles, e.g. with regard to the drive of electrified or partially electrified vehicles.

Weiterbildungen des elektrischen Systems, des Verfahrens sowie des Kraftfahrzeugs betreffen Merkmale von Weiterbildungen wie sie bereits in Verbindung mit der Verpolschutzvorrichtung beschrieben sind. Daher wird auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet und die entsprechenden Merkmale gelten auch in Verbindung mit dem elektrischen System, dem Verfahren sowie dem Kraftfahrzeug als offenbart.Further developments of the electrical system, the method and the motor vehicle relate to features of further developments as already described in connection with the reverse polarity protection device. Therefore, an appropriate Description is dispensed with and the corresponding features are also considered to be disclosed in connection with the electrical system, the method and the motor vehicle.

Einige Beispiele von Vorrichtungen werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Verpolschutzvorrichtung; und
2 ein schematisches Blockschaltbild eines detaillierten Ausführungsbeispiels einer Verpolschutzvorrichtung.

Some examples of devices are only explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Show it:

1 a schematic block diagram of a polarity reversal protection device; and
2nd a schematic block diagram of a detailed embodiment of a polarity reversal protection device.

In 1 ist eine Verpolschutzvorrichtung 10 in einer allgemeinen schematischen Darstellung gezeigt. Die Verpolschutzvorrichtung 10 weist einen ersten Eingangsanschluss 12 und einen zweiten Eingangsanschluss 14 auf. Es ist vorgesehen, dass zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 14 und dem ersten Eingangsanschluss 12 eine positive Spannung 30 angelegt ist. Die Spannung 30 gibt eine vorgesehene Polarität zwischen einem ersten Ausgangsanschluss 16 und einem zweiten Ausgangsanschluss 18 der Verpolschutzvorrichtung 10 vor. Beispielsweise ist ein Normalzustand gegeben, wenn eine positive Spannung 32 zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 18 und dem ersten Ausgangsanschluss 16 angelegt ist. In diesem Fall leitet ein Schutzschalter 20 Strom zwischen dem ersten Eingangsanschluss 12 und dem ersten Ausgangsanschluss 16.In 1 is a reverse polarity protection device 10th shown in a general schematic representation. The reverse polarity protection device 10th has a first input port 12th and a second input port 14 on. It is provided that between the second input connection 14 and the first input port 12th a positive tension 30th is created. The voltage 30th gives an intended polarity between a first output terminal 16 and a second output connector 18th the reverse polarity protection device 10th in front. For example, there is a normal state when there is a positive voltage 32 between the second output port 18th and the first output port 16 is created. In this case, a circuit breaker conducts 20th Current between the first input port 12th and the first output port 16 .

Es kann jedoch auch ein Verpolfall vorliegen, wenn beispielsweise eine Batterie mit verkehrter Polung an den Anschluss der Verpolschutzvorrichtung 10 angeschlossen wird und somit eine negative Spannung 34 zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 18 und dem ersten Ausgangsanschluss 16 angelegt ist. In einem Verpolfall öffnet der elektronische Schutzschalter 20 die leitende Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluss 12 und dem ersten Ausgangsanschluss 16. Bei geöffnetem Schutzschalter 20 ist ein Stromfluss durch die Verpolschutzvorrichtung verhindert. Der Schutzschalter 20 nutzt als Schaltsignal das elektrische Signal, das am Pfad zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 14 und dem zweiten Ausgangsanschluss 18 vorliegt und das mittels einer Signalleitung an einen Steuereingang 22 des Schutzschalters 20 geführt ist. Dadurch, dass ein bereits vorhandenes Spannungssignal als Schaltsignal für den Schutzschalter 20 verwendet wird, kann auf eine zusätzliche Schaltelektronik verzichtet werden. Im Normalfall liegt am Steuereingang 22 ein erstes Signal vor, das einen leitenden Zustand des Schutzschalters 20 bewirkt. Dagegen liegt im Verpolfall ein zweites Eingangssignal am Steuereingang 22 vor, welches einen Sperr-Zustand oder nicht-leitenden Zustand des Schutzschalters 20 bewirkt.However, there may also be a polarity reversal if, for example, a battery with incorrect polarity is connected to the connection of the polarity reversal protection device 10th is connected and thus a negative voltage 34 between the second output port 18th and the first output port 16 is created. The electronic circuit breaker opens in the event of a pole failure 20th the conductive connection between the first input connection 12th and the first output port 16 . With the circuit breaker open 20th a current flow through the reverse polarity protection device is prevented. The circuit breaker 20th uses the electrical signal on the path between the second input connection as the switching signal 14 and the second output port 18th is present and this by means of a signal line to a control input 22 of the circuit breaker 20th is led. The fact that an already existing voltage signal as a switching signal for the circuit breaker 20th additional switching electronics can be dispensed with. Usually it is at the control input 22 a first signal before that a conductive state of the circuit breaker 20th causes. In contrast, a second input signal is present at the control input in the event of polarity reversal 22 before which is a blocking state or non-conductive state of the circuit breaker 20th causes.

2 zeigt eine Darstellung eines detaillierteren Schaltplans einer Verpolschutzvorrichtung 10, die in einem elektrischen System 100 bereitgestellt ist. Die Eingangsanschlüssen der Verpolschutzvorrichtung 10 sind mit Ausgangsanschlüssen 56, 58 eines Gleichspannungswandlers 50 elektrisch verbunden. Zwischen den Ausgangsanschlüssen 56, 58 des Gleichungswandlers 50 ist eine Kapazität 48 gezeigt, die eine parasitäre Kapazität oder einen Kondensator darstellen kann. Der Gleichspannungswandler ist beispielsweise dazu ausgebildet, eine erste Spannung, die zwischen Spannungseingängen 52, 54 des Gleichungswandlers vorliegt, umzuwandeln. 2nd shows an illustration of a more detailed circuit diagram of a polarity reversal protection device 10th that are in an electrical system 100 is provided. The reverse polarity protection input terminals 10th are with output connections 56 , 58 a DC converter 50 electrically connected. Between the output connections 56 , 58 of the equation converter 50 is a capacity 48 shown, which can represent a parasitic capacitance or a capacitor. The DC-DC converter is designed, for example, to generate a first voltage between voltage inputs 52 , 54 of the equation converter is present.

Beispielweise kann am Eingang des Leistungswandlers 50 eine 48 V-Spannung oder eine 400 V-Spannung vorliegen. Am Ausgang des Gleichungswandlers kann dieser eine niedrigere zweite Spannung bereitstellen, beispielsweise eine 12-V Spannung. Zum Beispiel liegt zwischen dem Ausgangsanschluss 58 und dem Ausgangsanschluss 56 des Leistungswandlers eine positive Spannung vor. Der Ausgangsanschluss 58 kann etwa mit einem Klemme 30-Anschluss eines Bordnetzes eines Fahrzeugs und der Ausgangsanschluss 56 mit einem Klemme 31-Anschluss des Bordnetzes verbunden sein oder für eine solche elektrische Verbindung ausgebildet sein.For example, at the input of the power converter 50 a 48 V voltage or a 400 V voltage. At the output of the equation converter, the latter can provide a lower second voltage, for example a 12 V voltage. For example, lies between the output connector 58 and the output connector 56 of the power converter a positive voltage. The output connector 58 can with a terminal 30 connection of an electrical system of a vehicle and the output connection 56 be connected to a terminal 31 connection of the vehicle electrical system or be designed for such an electrical connection.

Beispielsweise kann eine Batterie 60 zwischen dem Klemme 30- und dem Klemme 31-Anschluss angeschlossen werden. Dabei ist vorgesehen, dass ein Pluspol der Batterie 60 an den Klemme 30-Anschluss gekoppelt wird und ein Minuspol der Batterie 60 an den Klemme 31-Anschluss angeschlossen wird. Da es jedoch vorkommen kann, dass die Batterie mit verkehrter Polarität angeschlossen wird, ist die Verpolschutzschaltung zwischen dem Ausgang des Gleichspannungswandlers und dem Batterieanschluss bereitgestellt. Diese ermöglicht in zuvor beschriebener Form bei einer vorgesehenen Polung der Batterie 60 zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 16 und dem zweiten Ausgangsanschluss 18 der Verpolschutzvorrichtung eine Stromleitung zwischen Batterie 60 und Gleichspannungswandler 50. Dagegen bewirkt der Verpolschutz ein Öffnen des Strompfades zwischen Gleichspannungswandler 50 und Batterie 60 im Fall einer Verpolung der Batterie 60, beispielsweise wenn der Minuspol der Batterie 60 an den Klemme 30-Anschluss und der Pluspol der Batterie 60 an den Klemme 31-Anschluss angeschlossen sind.For example, a battery 60 between terminal 30 and terminal 31 connection. It is provided that a positive pole of the battery 60 to the terminal 30 connector and a negative pole of the battery 60 is connected to the terminal 31 connection. However, since the battery can be connected with the wrong polarity, the reverse polarity protection circuit is provided between the output of the DC voltage converter and the battery connection. This enables the battery to be polarized in the form described above 60 between the first output port 16 and the second output port 18th the reverse polarity protection device a power line between the battery 60 and DC-DC converters 50 . In contrast, the reverse polarity protection causes the current path between the DC converter to open 50 and battery 60 in the event of reverse battery polarity 60 , for example when the battery negative pole 60 to the terminal 30 connection and the positive pole of the battery 60 are connected to the terminal 31 connection.

In 2 ist die Verpolschutzvorrichtung 10 mit einem n-Kanal MOSFET zwischen dem ersten Eingangsanschluss 12 und dem zweiten Eingangsanschluss 16 gezeigt. Das Gate des Feldeffekttransistors ist als Steueranschluss 20 ausgebildet und über einen ohmschen Widerstand 42 sowohl mit dem zweiten Eingangsanschluss 14 als auch mit dem zweiten Ausgangsanschluss 18 elektrisch verbunden. Ferner ist eine Schutzdiode 40, z.B. eine Zenerdiode, zwischen dem Gate-Anschluss und dem ersten Eingangsanschluss 12 bereitgestellt. Diese verhindert eine Überspannung am Gate des Feldeffekttransistors.In 2nd is the reverse polarity protection device 10th with an n-channel MOSFET between the first input connection 12th and the second input port 16 shown. The gate of the field effect transistor is used as a control connection 20th trained and through an ohmic resistance 42 both with the second input connector 14 as well as with the second output connector 18th electrically connected. There is also a protective diode 40 , for example a Zener diode, between the gate connection and the first input connection 12th provided. This prevents overvoltage at the gate of the field effect transistor.

Ferner ist ein weiterer Schalter 44, der zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss der Verpolschutzvorrichtung 10 angeordnet ist, gezeigt. Der Schalter 44 ist als NPN-Bipolartransistor ausgebildet. Ein Basisanschluss des Bipolartransistors ist an den ersten Ausgangsanschluss 16 über einen ohmschen Widerstand 46 gekoppelt.There is also another switch 44 that between the first and the second input terminal of the reverse polarity protection device 10th is shown. The desk 44 is designed as an NPN bipolar transistor. A base connection of the bipolar transistor is at the first output connection 16 about an ohmic resistance 46 coupled.

Die im System 100 bereitgestellte Verpolschutzvorrichtung 10 kann einen elektrischen Schutz des Gleichspannungswandlers 50 des Systems 100 bereitstellen. Wenn eine Batterie, die an das System 100 angeschlossen werden kann, in nicht vorgesehener Weise oder verkehrt herum an die Anschlussklemmen des Systems 100, die durch die Ausgangsanschlüsse 16, 18 der Verpolschutzvorrichtung 10 bereitgestellt sind, angeschlossen wird, wird ein Stromfluss in den Gleichspannungswandler 50 verhindert und somit das Risiko einer Beschädigung des Gleichspannungswandlers 50 im Verpolfall reduziert.The one in the system 100 provided reverse polarity protection device 10th can provide electrical protection to the DC / DC converter 50 of the system 100 provide. If a battery connected to the system 100 can be connected in an unintended way or upside down to the system's connection terminals 100 through the output connectors 16 , 18th the reverse polarity protection device 10th are provided, is connected, a current flow in the DC-DC converter 50 prevents and thus the risk of damage to the DC-DC converter 50 reduced in the event of polarity.

BezugszeichenlisteReference list

1010th: VerpolschutzvorrichtungReverse polarity protection device
1212th: erster Eingangsanschlussfirst input port
1414: zweiter Eingangsanschlusssecond input connector
1616: erster Ausgangsanschlussfirst output connector
1818th: zweiter Ausgangsanschlusssecond output connector
2020th: elektronische Schutzschalterelectronic circuit breakers
2222: SteueranschlussControl connection
3030th: ersten Polaritätfirst polarity
3232: zweite Polaritätsecond polarity
3434: umgekehrte Polaritätreverse polarity
4040: SchutzdiodeProtective diode
4242: ohmscher Widerstandohmic resistance
4444: Schaltercounter
4646: ohmscher Widerstandohmic resistance
4848: Kapazitätcapacity
5050: GleichspannungswandlerDC converter
5252: erster Eingangsanschlussfirst input port
5454: zweiter Eingangsanschlusssecond input connector
5656: erster Ausgangsanschlussfirst output connector
5858: zweiter Ausgangsanschlusssecond output connector
6060: Batteriebattery
100100: Systemsystem

Claims

Reverse polarity protection device (10) for the electrical protection of a direct voltage converter (50), the reverse polarity protection device (10) comprising: a first input port (12) and a first output port (16); a second input port (14) and a second output port (18); and an electronic circuit breaker (20), wherein the electronic circuit breaker (20) is arranged between the first input connection (12) and the first output connection (16); and wherein a control connection (22) of the electronic circuit breaker (20) is coupled to the second input connection (14) and / or to the second output connection (18).

Reverse polarity protection device (10) according to Claim 1 , wherein the first input connection (12) and the second input connection (14) are electrically coupled to corresponding output connections (56, 58) of the DC-DC converter (50).

Reverse polarity protection device (10) according to Claim 2 , wherein the DC voltage converter (50) is designed to convert a first voltage present on the DC voltage converter (50) on the input side into a second voltage on the DC voltage converter (50) on the output side, the second voltage being lower than the first voltage.

Reverse polarity protection device (10) according to one of the preceding claims, wherein the first output connection (16) and the second output connection (18) are designed as battery connections.

Reverse polarity protection device (10) according to Claim 4 , wherein the DC-DC converter (50) is coupled with a first polarity (30) to the input terminals (12, 14), the electronic circuit breaker (20) being designed in the event that a battery with a reverse polarity to the first polarity (30) Polarity (34) is coupled to the corresponding output connections (16, 18) to interrupt the electrical line through the circuit breaker (20) by means of a switching signal corresponding to the control connection (22) in order to prevent current flow through the polarity reversal protection device (10) .

Reverse polarity protection device (10) according to one of the preceding claims, wherein the electronic circuit breaker (20) as a field effect transistor is formed, a source connection of the field effect transistor being coupled to the first input connection, a drain connection of the field effect transistor being coupled to the first output connection and the control connection (22) being formed by a gate connection of the field effect transistor.

Reverse polarity protection device (10) according to Claim 6 A protective diode (40) is provided between the gate connection of the field effect transistor and the first input connection (12) of the polarity reversal protection device (10), which provides overvoltage protection for the gate connection.

Reverse polarity protection device (10) according to one of the preceding claims, a further switch (44) being arranged between the first input connection (12) and the second input connection (14), a control connection of the further switch being coupled to the second output connection (16), so that the further switch is designed to cause a charging voltage of the DC voltage converter (50) to be reduced at the output connections (16, 18) of the polarity reversal protection device (10).

A method of providing electrical protection for a DC-DC converter (50), the method comprising: Providing an electronic circuit breaker (20) in a first current branch, the first current branch being connected to a first output connection (56) of the direct voltage converter (50); and Use of a voltage signal present at a second output connection (58) of the DC / DC converter (50) as a control signal for a control connection (22) of the electronic circuit breaker (20).

Motor vehicle comprising an electrical vehicle electrical system with a DC voltage converter (50) and battery connection terminals for a battery (60) of the electrical vehicle electrical system, one between two output terminals (56, 58) of the DC voltage converter (50) and the battery connection terminals for the battery (60) of the electrical vehicle electrical system Reverse polarity protection device (10) according to one of the Claims 1 to 8th is provided.