DE102019115517A1

DE102019115517A1 - Bypass-schaltung, elektronisches system mit bypass-schaltungund verfahren

Info

Publication number: DE102019115517A1
Application number: DE102019115517.7A
Authority: DE
Inventors: Andre Mourrier; Kevin Thevenet
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2019-12-19
Also published as: CN110601343B; US10992123B2; CN110601343A; US20190386480A1

Abstract

Es werden Schaltungen, Systeme und Verfahren bereitgestellt, bei denen eine Bypass-Schaltung einen Hilfsstrompfad zum Zuführen von Strom aus einer Stromversorgungsleitung zu einer elektrischen Last bereitstellt. Die Bypass-Schaltung wird während eines Niedrigleistungsmodus verwendet und nimmt weniger Ruhestrom auf als ein Hauptstrompfad, der im Normalbetrieb Strom aus der Stromversorgungsleitung zu der elektrischen Last liefert. Die Bypass-Schaltung umfasst einen Strombegrenzer und einen Komparator und erzeugt in Reaktion darauf, dass der Komparator einen durch den Strombegrenzer fließenden Strom erfasst, der einen maximal zulässigen oder einen erwarteten Strom überschreitet, ein Hochstrom-Detektionssignal.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Bypass-Schaltung, die einen Niedrigstrom-Stromanschluss zur Versorgung einer Last bei gesperrtem Hauptpfad (für höheren Strom) bereitstellt, und welche die Last vor Kurzschluss oder anderen anomalen Hochstrombedingungen schützt, auf eine elektronische Schaltung mit einer Bypass-Schaltung und auf ein entsprechendes Verfahren.
HINTERGRUND
Die Bordnetze in Kraftfahrzeugen werden immer größer und komplexer, da die Fahrzeuge zunehmend von diesen Systemen abhängig sind. Dies ist zum Teil auf die elektrischen Anforderungen moderner Sicherheits- und Komfortfunktionen, wie Antriebsschlupfregelung, Antiblockiersystem, Navigationssysteme, elektrische Fensterheber und Sitzheizungen, zurückzuführen. Der Übergang zu Elektro- oder Gas-Elektro-Hybrid-Antriebssträngen bringt eine Vielzahl neuer elektrischer Anforderungen mit sich, da Funktionen, die bisher von der stets verfügbaren mechanischen Energie oder dem Unterdruck eines Gasmotors abhängig waren, wie z.B. Servolenkung, Servobremse, Heizung und Klimaanlage, auf die Bereitstellung durch elektrische Mittel umgestellt werden müssen. Die elektrisch betriebenen Varianten für viele dieser Funktionen benötigen relativ hohe Leistungen. Beispielsweise muss ein Kompressor einer elektrischen Klimaanlage von einem Elektromotor angetrieben werden, und die elektrische Heizung wird üblicherweise über Heizelemente bereitgestellt; derartige Elektromotoren und Heizelemente haben hohe Leistungsanforderungen. Ferner umfasst ein Elektro- oder Hybridantriebsstrang selbst eine Vielzahl von Hochleistungskomponenten. Die Entwicklung selbstfahrender Fahrzeuge bringt zusätzliche und vielfältige elektrische Anforderungen mit sich, einschließlich der Anforderungen sowohl von Hochleistungs-Sensoren als auch von Niedrigleistungssensoren.
Herkömmlicherweise werden mechanische Relais verwendet, um Strom an Hochleistungssysteme in einem Automobil zu liefern und zu schalten. Derartige Relais werden beispielsweise beim Versorgen von Frontscheinwerfern, der Betätigung der Klimaanlagenkupplung, beheizten Sitzen und Hupen eingesetzt. Mechanische Relais haben die Nachteile, dass sie relativ hohe Leistungen aufnehmen, ihre Eigenschaften durch die Kontaktabnutzung mit der Zeit zunehmend schlechter werden und damit zusammenhängend eine begrenzte Lebensdauer aufweisen, die oft kürzer ist als die erwartete Lebensdauer des Fahrzeugs, in dem sie eingebaut sind.
Erwünscht sind Schaltungen und Techniken, die hohe Leistungen für aktive elektrische Hochleistungssysteme bereitstellen können, die für elektrische Systeme, die in Niedrigleistungsmodi arbeiten, niedrige Leistungen bereitstellen können, und die Überstromzustände in solchen Niedrigleistungsmodi erkennen können.
KURZDARSTELLUNG
Es werden eine in Anspruch 1 definierte Bypass-Schaltung und ein in Anspruch 15 definiertes Verfahren bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen und elektronische Systeme, welche die Bypass-Schaltung umfassen. Die Verfahren können unter Verwendung der Bypass-Schaltungen oder der elektronischen Systeme umgesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform einer Bypass-Schaltung umfasst die Bypass-Schaltung einen Strombegrenzer und einen Komparator. Der Strombegrenzer, ist dazu ausgelegt, einen Hilfsstrompfad zwischen einer Stromversorgungsleitung und einer elektrischen Last bereitzustellen, wenn ein Hauptstrompfad zwischen der elektrischen Last und der Stromversorgungsleitung gesperrt ist. Der Strombegrenzer liefert während eines Niedrigleistungsmodus Leistung an die elektrischen Last. Der Hilfsstrompfad ist dazu ausgelegt, einen niedrigeren Strom zu unterstützen als der Hauptstrompfad. Der Strombegrenzer kann in Reaktion auf den Empfang eines Freigabesignals an einem Freigabeeingang freigegeben werden. Das Freigabesignal wird üblicherweise bereitgestellt, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist. Der Komparator erkennt eine Störung oder andere Hochstrombedingungen. Der Komparator ist dazu ausgelegt, einen Spannungsabfall an dem Strombegrenzer mit einer Referenzspannung zu vergleichen und in Reaktion darauf, dass der Spannungsabfall die Referenzspannung überschreitet ein Detektionssignal auszugeben. Das Detektionssignal kann von einer Steuerung oder einer anderen mit der Bypass-Schaltung gekoppelten Schaltung dazu verwendet werden, den Strombegrenzer zu deaktivieren und/oder eine andere Abhilfemaßnahme auszuführen.
Gemäß einer Ausführungsform eines elektronischen Systems umfasst das elektronische System eine elektrische Last, einen Hauptstrompfad und eine Bypass-Schaltung. Der Hauptstrompfad ist zwischen die elektrische Last und eine Stromversorgungsleitung gekoppelt, und dazu eingerichtet, die elektrische Last im normalen Betriebsmodus des Systems mit Strom zu versorgen. Während eines Niedrigleistungsmodus wird der Hauptstrompfad gesperrt, sodass er die elektrische Last nicht mit Strom versorgt. Die Bypass-Schaltung umfasst einen Strombegrenzer und einen Komparator, die wie oben beschrieben ausgebildet sind. Während des Niedrigleistungsmodus des elektronischen Systems koppelt die Bypass-Schaltung die Stromversorgungsleitung mit der elektrischen Last, und gibt in Reaktion auf das Erfassen einer zu großen Stromaufnahme durch die elektrische Last, die angezeigt wird durch einen Spannungsabfall an dem Strombegrenzer, der eine Referenzspannung überschreitet, ein Detektionssignal aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Versorgen einer elektrischen Last, die über einen Hauptstrompfad mit einer Stromversorgungsleitung gekoppelt ist, bereitgestellt. Wenn der Hauptstrompfad freigegeben ist, wird Strom über den Hauptstrompfad an die elektrische Last geliefert, was dadurch angezeigt sein kann, dass die elektrische Last Leistung benötigt. Über einen Strombegrenzer wird ein Hilfsstrompfad zwischen der Stromversorgungsleitung und der elektrischen Last bereitgestellt. Der Hilfsstrompfad ist dazu ausgelegt, einen niedrigeren Strom zu unterstützen als der Hauptstrompfad. Der Strombegrenzer kann während eines Niedrigleistungsmodus freigegeben werden, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist. Ein Spannungsabfall an dem Strombegrenzer wird mit einer Referenzspannung verglichen, und in Reaktion auf das Erfassen, dass dieser Spannungsabfall die Referenzspannung überschreitet, wird ein Detektionssignal erzeugt.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich für Fachleute auf dem Gebiet aus der Lektüre der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der beigefügten Zeichnungen.
Figurenliste
Die Elemente der Zeichnungen sind nicht erforderlicherweise maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende, ähnliche Teile. Sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, können die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen kombiniert werden. Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

die 1 eine Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung zur Stromversorgung einer Last, wenn ein Hauptstrompfad mit hoher Leistung gesperrt ist,
die 2A, 2B, 2C und 2D Strombegrenzerschaltungen, wie sie in der Bypass-Schaltung der 1 zum Einsatz kommen können,
die 3 eine schematische Darstellung eines elektronischen Systems mit einer Steuerung, welche die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung zum Erfassen von Hochstrombedingungen verwendet,
Die 4 ein Verfahren zur Stromversorgung einer elektrischen Last über einen Hauptstrompfad und einen Hilfsstrompfad,
die 5 ein alternatives Verfahren zum Versorgen einer elektrischen Last über einen Hauptstrompfad und einen Hilfsstrompfad,
Die 6 ein Verfahren zum Steuern einer Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung und eines Hochleistungsstromschalters.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen Bypass-Schaltungen, elektronische Systeme, die solche Bypass-Schaltungen verwenden, und Verfahren zur Stromversorgung einer elektrischen Last unter Verwendung solcher Bypass-Schaltungen bereit. Die Ausführungsformen werden im Rahmen von Kraftfahrzeugbordnetzen beschrieben, die offenbarten Schaltungen und Techniken können jedoch in anderen Anwendungen eingesetzt werden. Insbesondere werden die Schaltungen und Techniken vorteilhaft in elektrischen Systemen eingesetzt, die während eines Niedrigleistungs-(Standby-Betriebsmodus einen geringen Ruhestrom benötigen. Zu solchen elektrischen Systemen gehören insbesondere tragbare oder andere batteriebetriebene Systeme.
Während herkömmlicherweise zur Stromversorgung von elektrischen Systemen und Teilsystemen mit hohen Leistungsaufnahmen mechanische Relais eingesetzt wurden, machen Fortschritte in der Halbleitertechnik den Einsatz von Festkörperschaltern praktikabel und in manchen Anwendungsfällen gegenüber mechanischen Relais bevorzugt. Es wird erwartet, dass sich dieser Trend fortsetzt. Anders als mechanische Relais weisen Festkörperschalter keine Kontakte auf, die bei ihrer Verwendung verschleißen, und haben gegenüber mechanischen Relais eine wesentlich längere zu erwartende Lebensdauer. Der Wirkwiderstand von Festkörperschaltern ist häufig geringer als der von vergleichbaren mechanischen Relais, was zu geringeren Verlustleistungen durch Festkörperschalter führt.
Die Verwendung von Festkörperschaltern zur Bereitstellung eines Hochstrompfades von einer Stromversorgung zu einer Last bietet den zusätzlichen Vorteil, dass Strom durch einen Festkörperschalter abgefühlt und zum Erfassen und Reagieren auf einen anomal hohen Strom verwendet werden kann. Ein Hochstrompfad, der auf einem Festkörperschalter bzw. auf Festkörperschaltern basiert, kann somit auch eine Schutzfunktion ähnlich derjenigen einer Sicherung bieten.
Festkörperschalter zur Bereitstellung eines schaltbaren Hochstrompfades können eine Vielzahl von Transistoren verwenden, einschließlich Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Galliumnitrid-(GaN)-Transistoren, Siliziumkarbid-(SiC)-MOSFETs und Leistungs-Bipolar-Sperrschichttransistoren (BJTs). Um den hohen Stromfluss und die geringen Widerstandsanforderungen zu unterstützen, kann eine Bank von Leistungstransistoren, z.B. MOSFETs, parallel geschaltet werden, und/oder es kann ein Transistor mit großer Kanalbreite verwendet werden.
Ein typischer Hochstrompfad nimmt etwas Leistung auf, wenn er freigegeben ist. Beispielsweise müssen Strommessschaltungen, die auf Operationsverstärkern oder anderen Komponenten basieren, mit Leistung versorgt werden. Während normaler Betriebsmodi kann die von dem Hochstromweg aufgenommene Leistung im Verhältnis zur Leistungsaufnahme der zu versorgenden Last unbedeutend sein. Die von dem Hochstrompfad aufgenommene Leistung kann jedoch einen erheblichen Teil der Leistungsaufnahme des Systems ausmachen, wenn sich die Last in einem Niedrigleistungs-(Standby-)Zustand befindet. Es ist wünschenswert, insbesondere während Niedrigleistungs-(Standby-)Betriebsmodi, die Leistungsaufnahme des Hochstrompfades zu reduzieren oder zu vermeiden.
Um mit dem Hochstrompfad verbundene Verlustleistungen zu vermeiden, können die Festkörperschalter und alle zugehörigen Schaltungen ausgeschaltet werden, wenn sich die zu versorgenden Teilsysteme in einem Niedrigleistungszustand (z.B. Standby) befinden. Selbst in einem solchen Niedrigleistungszustand, ist es jedoch hilfreich, den Teilsystemen eine geringe Leistungsmenge zur Verfügung zu stellen, um z.B. den Inhalt eines flüchtigen Speichers aufrechtzuerhalten, um Funkempfänger für den schlüssellosen Zugang zu überwachen oder um Sensoren, die einer Autoalarmanlage zugeordnet sind, zu überwachen.
Um die oben beschriebenen Notwendigkeiten zu erfüllen, wird im Folgenden eine Bypass-Schaltung beschrieben. Die Bypass-Schaltung dient dazu, elektrischen Teilsystemen, einschließlich z.B. Bordnetzen in Kraftfahrzeugen, Strom (Leistung) zuzuführen, wenn ein (Hochleistungs-) Hauptstrompfad gesperrt ist. Bei gesperrtem Hauptstrompfad gibt es innerhalb der elektrischen Teilsysteme (Last) keinen jederzeit verfügbaren Schutz gegen Hochstrombedingungen, einschließlich Kurzschlüsse, oder gegen ähnliche Störungen. Daher umfasst die Bypass-Schaltung einen Strombegrenzer, der den bereitgestellten Strom so begrenzt, dass er unterhalb einer Niedrigstrom-Grenze liegt. Überschreitet der Stromfluss durch den Strombegrenzer diese Grenze, wird ein Hochstrom-Detektionssignal (z.B. ein Fehlersignal) erzeugt. Die Bypass-Schaltung kann dieses Detektionssignal verwenden, um den Strombegrenzer zu deaktivieren und dadurch den elektrischen Teilsystemen (Last) Strom zu entziehen. Alternativ kann das Detektionssignal auch an eine externe Schaltung, wie beispielsweise eine Steuerung, weitergegeben werden, die eine geeignete Maßnahme ausführen kann. Die geeignete Maßnahme kann ein Signal zum Deaktivieren des Strombegrenzers und/oder zum Aktivieren des Hauptstrompfads sein.
Die Bypass-Schaltung kann mit oder ohne Steuerung effektiv als Sicherung wirken, die ein elektrisches System vor Kurzschlüssen oder ähnlichen Störungen schützt. Im Gegensatz zu einer Sicherung kann sich die Bypass-Schaltung nach einem Hochstromereignis erholen, ohne dass Komponenten ausgetauscht werden müssen. Kurzzeitige Fehlerzustände können daher ohne menschliches Eingreifen automatisch, z.B. durch eine Steuerung, behoben werden. So kann beispielsweise ein anomaler Latch-Up-Zustand in elektronischen Schaltungen innerhalb des elektrischen Teilsystems (Last) die Hochstromerfassung auslösen, was zu einem Reset des elektrischen Teilsystems führt, der den anomalen Zustand beheben kann. Ein weiteres Beispiel: Ein Kurzschluss, der durch Feuchtigkeit, die einen Strompfad zwischen zwei Knoten erzeugt, verursacht wird, kann mit der Zeit verschwinden, da die Feuchtigkeit verdampft. Auch dieser Fehler kann ohne menschliches Eingreifen, z.B. den Austausch einer physischen Sicherung, korrigiert werden.
Die nachfolgend beschriebene Bypass-Schaltung beruht auf einem einfachen Komparator zum Erfassen von Hochstrombedingungen. Die Bypass-Schaltung braucht keine hochgenaue Schätzung des durch sie fließenden Stroms zu bestimmen, wie dies durch den Hochstrompfad erforderlich sein kann. Eine grobe Stromschätzung ist ausreichend, um einen anomal hohen Strom, wie er z.B. durch einen Kurzschluss verursacht wird, zu erfassen. Die beschriebene Bypass-Schaltung bietet einen schnellen Überlastschutz und verbraucht dabei wenig Strom, z.B. <50 µA. Dieser Verbrauch ist deutlich geringer als der Stromverbrauch, der benötigt wird, um den Hochstrompfad freigegeben zu halten, was mehrere 10 mA erfordern kann. Die Bypass-Schaltung kann dazu ausgelegt sein, Strom von wenigen µA bis zu einigen Ampere zu liefern, während der Hochstrompfad üblicherweise mehrere 10 bis mehrere 100 Ampere liefert.
Im Folgenden werden die Ausführungsformen anhand mehrerer besonderer Beispiele beschrieben. Es versteht sich, dass die folgenden Beispiele nicht einschränkend aufzufassen sind. Schaltungen und Techniken, die im Stand der Technik wohl bekannt sind, werden nicht ausführlich beschrieben, um nicht von einzigartigen Aspekten der Erfindung abzulenken. Merkmale und Aspekte aus den beispielhaften Ausführungsformen können kombiniert oder neu angeordnet werden, es sei denn, der Kontext lässt dies nicht zu.
Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung
In der 1 ist eine Ausführungsform einer Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 innerhalb eines elektronischen Systems 100 dargestellt. Das elektronische System 100 umfasst ferner einen Hochleistungsstromschalter 170, eine Stromversorgungsleitung Vbat und eine Last 180. Das elektronische System 100 kann Teil eines Kraftfahrzeugbordnetzes sein, wobei die Last 180 in diesem Fall ein elektrisches Teilsystem eines Kraftfahrzeugbordnetzes, wie vorstehend beschrieben, umfasst. Eine Steuerung, die zum Vereinfachen der Darstellung nicht dargestellt ist, kann den Hochleistungsstromschalter 170 und den Niedrigleistungs-Bypass-Schalter 180 verwalten und das elektronische System 100 auf Fehler, wie etwa Hochstrom-(Kurzschluss-) Bedingungen, überwachen.
Bei normalen Betriebsbedingungen des elektronischen Systems 100, z.B. wenn ein Fahrzeug eingeschaltet ist, ist das ON-Signal aktiv und das IDLE-Signal nicht aktiv. Ein AND-Gate 160 bildet zusammen mit einem Gate-Treiber 162 ein Freigabesignal EN_MAIN , das den Hochleistungsstromschalter 170 einschaltet. (Da Logik-Gate und Gate-Treiberschaltungen im Stand der Technik wohl bekannt sind, werden sie nicht weiter erläutert.) Wie dargestellt, umfasst der Hochleistungsstromschalter 170 eine Bank von Leistungs-MOSFETs Q_HPa , Q_HPb , ... Q_HPn , die derart parallel geschaltet sind, dass ihre jeweiligen Drain-Anschlüsse miteinander verbunden sind, ihre jeweiligen Source-Anschlüsse miteinander verbunden sind und ihre jeweiligen Gate-Anschlüsse miteinander verbunden sind. Der Hochleistungsstromschalter 170 kann auf andere Weise, einschließlich der Verwendung eines einzigen großen Leistungs-MOSFETS, oder anderer Schaltertypen, realisiert sein.
Wenn der Hochleistungsstromschalter 170 über das Freigabesignal EN_MAIN freigegeben ist, versorgt ein Strom I_MAIN die Last 180 (elektrisches Teilsystem) mit Strom. Dieser Strom I_MAIN kann in der Größenordnung von mehreren 10 oder sogar mehreren 100 Ampere liegen, und der von dem Hochleistungsstromschalter 170 aufgenommene Strom, z.B. für die Versorgung von Schutzschaltungen in diesem, ist im Verhältnis zum Strom I_MAIN , welcher der Last 180 zugeführt wird, vernachlässigbar. Die von dem Hochleistungsstromschalter 170 aufgenommene Leistung kann jedoch einen nicht vernachlässigbaren Anteil an der Gesamtleistungsaufnahme ausmachen, wenn sich die Last 180 in einem Niedrigleistungszustand (z.B. IDLE) befindet.
Wenn die Last nicht aktiv ist, z.B. wenn ein Fahrzeug ausgeschaltet ist, ist es dennoch wünschenswert, der Last 180 eine geringe Leistung (Strom) zum Aufrechterhalten eines flüchtigen Speichers, Überwachen von Niedrigleistungssensoren etc. bereitzustellen. Dies geschieht durch Deaktivieren des ON-Signals und Aktivieren des IDLE-Signals, das durch Deaktivieren des Freigabesignals EN_MAIN den Hochleistungsstromschalter 170 ausschaltet. Die Aktivierung des IDLE-Signals gibt auch die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 und einen in dieser enthaltenen Strombegrenzer 120 frei. Im aktivierten Zustand stellt die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 einen Hilfsstrompfad zwischen der Stromversorgungsleitung Vbat und der Last 180 bereit. Der bereitgestellte Hilfsstrompfad ist so ausgelegt, dass er einen niedrigeren Strompegel als der Hauptstrompfad unterstützt, und ist ferner dazu eingerichtet, im IDLE-Modus des elektronischen Systems 100 ungewöhnlich große Stromflüsse zu erfassen. Beispielsweise kann die erwartete Ruhestromaufnahme der Last 180 im IDLE-Modus weniger als 1A betragen und jeder höhere Strom sollte erkannt werden.(Auch wenn hier eine beispielhafte IDLE-Modus-Stromschwelle aufgeführt wird, ist diese Schwelle üblicherweise einstellbar, wie weiter unten erläutert). Die Tiefpass-Bypass-Schaltung 110 erfasst Strompegel oberhalb einer solchen IDLE-Modus-Stromschwelle, und ist so ausgelegt, dass dabei nur eine minimale Verlustleistung entsteht.
Die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 umfasst den Strombegrenzer 120, eine Referenzspannungsquelle 130 und einen Komparator 140. Ein Strombegrenzer-Freigabesignal EN_CL , das an einem Eingangsanschluss 114 bereitgestellt wird, gibt den Strombegrenzer 120 frei, sodass ein Nebenstrom I_AUX von der Versorgungsleitung Vbat zur Last 180 fließen kann. Der Strombegrenzer 120 begrenzt diesen Strom mittels eines Shunt-Widerstands, eines Schalters und/oder ähnlicher Strombegrenzungskomponenten. (Konkrete Unterausführungsformen eines Strombegrenzers werden im Folgenden beschrieben). An dem Strombegrenzer 120 wird ein Spannungsabfall V_{CL_DROP} induziert, was zu einer Spannung V_LOAD = Vbat - V_{CL_DROP} führt, die der Last 180 zugeführt wird. Die Spannungsquelle 130 stellt eine Referenzspannung VREF zur Verfügung und ist, wie dargestellt, an dem Knoten V_LOAD zwischen dem Strombegrenzerausgang und einem invertierenden Eingang des Komparators 140 gekoppelt. Ein nicht-invertierender Eingang in den Komparator 140, z.B. die Stromversorgungsleitung Vbat, ist mit dem Strombegrenzereingang gekoppelt. Der Komparator 140 ist somit dazu ausgelegt, den Spannungsabfall V_{CL_DROP} mit der Referenzspannung VREF zu vergleichen, und in Reaktion darauf, dass der Spannungsabfall V_{CL_DROP} die Referenzspannung V_REF überschreitet, an einem Ausgangsanschluss 112 ein Hochstrom-Detektionssignal HC_DET auszugeben. Der Komparator 140 gibt ein binäres Signal aus, das üblicherweise logischen Pegeln entspricht, z.B. 0 V, das ein inaktives Signal repräsentiert, und 1,8, 3,3, 5,0 oder 12 V, die das aktive Hochstrom-Detektionssignal HC_DET repräsentieren. Zur Vereinfachung der Darstellung sind Stromversorgungsanschlüsse, welche die Ausgangspegel des Komparators bestimmen, nicht dargestellt.
Der Komparator 140 braucht nicht besonders schnell oder genau zu sein, und kann so ausgelegt sein, dass er nahezu keine statische Leistung aufnimmt. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber komplexeren Überstromschutzschaltungen dar, einschließlich Schaltungen, die auf kompletten Operationsverstärkern basieren, die nicht zu vernachlässigende Ruheströme aufnehmen.
Das Hochstrom-Detektionssignal HC_DET kann eine abnormale Stromaufnahme in der Last 180, wie sie z.B. durch einen Kurzschluss verursacht wird, anzeigen. In Reaktion auf die Aktivierung des Hochstrom-Detektionssignals HC_DET kann eine Steuerung, die dieses Signal eingibt, das IDLE-Signal deaktivieren, wodurch der gesamte Stromfluss zu der Last 180 abgeschaltet wird, um die potentielle Fehlersituation zu beheben und weitere Schäden an dem elektronischen System 100 zu verhindern, und/oder die Wahrscheinlichkeit eines Elektrobrandes zu verringern. Alternativ kann die Steuerung das Hochstromerfassungs-HC_DET-Signal verwenden, um eine Änderung des Betriebszustandes der Last 180 anzuzeigen und andere Korrekturmaßnahmen auszuführen. Derartige Techniken werden nachfolgend in Bezug auf die in der 3 dargestellte Ausführungsform beschrieben.
Man beachte, dass das AND-Gate 160 in einigen Ausführungsformen möglicherweise nicht enthalten ist. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen das IDLE-Signal aktiviert werden, bevor das ON-Signal deaktiviert wird, wodurch ein Zeitintervall bereitgestellt wird, in dem sowohl die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 als auch der Hochleistungsstromschalter 170 über ihre jeweiligen Freigabesignale EN_CL , EN_MAIN freigegeben sind, um einen unterbrechungsfreien Strom I_LOAD für die Last 180 zu gewährleisten. In noch weiteren Ausführungsformen können die Tiefpass-Bypass-Schaltung 110 und ihr Strombegrenzer 120 auch im normalen Betriebsmodus freigegeben sein, wobei in diesem Fall das Freigabesignal EN_CL und sein zugehöriger Eingang 114 nicht benötigt werden. Bei einer solchen Ausführungsform kann das Hochstrom-Detektionssignal HC_DET während des normalen Betriebsmodus ignoriert werden.
Bei noch anderen Ausführungsformen kann das Strombegrenzer-Freigabesignal EN_CL auch an den Komparator 140 geliefert werden, um den Komparator 140 zu deaktivieren, wenn die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 nicht aktiv ist.
Die 2A und 2B zeigen MOSFET-basierte Strombegrenzerschaltungen 220a, 220b, die als der Strombegrenzer 120 in der 1 verwendet werden könnten. Die Strombegrenzerschaltung 220a der 2A umfasst einen p-Kanal-MOSFET Q_PMOS , einen Strombegrenzungswiderstand R_CL und einem Treiber 222a. Der Treiber 222a setzt eine Gate-Source-Spannung V_GS des pMOSFET Q_PMOS auf einen geeigneten Pegel, z.B. -6V, um den pMOSFET Q_PMOS einzuschalten, wenn das Strombegrenzer-Freigabesignal EN_CL aktiv ist. Bei eingeschaltetem pMOSFET Q_PMOS kann ein Nebenstrom I_AUX durch den Strombegrenzer 220a fließen. Der Spannungsabfall V_{CL_DROP} an dem Strombegrenzer 220a wird aus der Drain-Source-Spannung V_DS des PMOSFET QPMOS und der Widerstandsspannung I_AUX × R_CL bestimmt, wobei der Widerstandsabfall linear mit dem Strom I_AUX variiert.
Die Strombegrenzerschaltung 220b der 2B ähnelt der Strombegrenzerschaltung 220a der 2A, wobei jedoch ein n-Kanal-MOSFET Q_NMOS zum Schalten des Nebenstroms I_AUX verwendet wird. Der Treiber 222b setzt eine Gate-Source-Spannung V_GS des nMOSFET Q_NMOS auf einen geeigneten Pegel, z.B. 6V, um den nMOSFET Q_NMOS einzuschalten, wenn das Strombegrenzer-Freigabesignal EN_CL aktiv ist. (Da Transistortreiberschaltungen im Stand der Technik im Allgemeinen gut bekannt sind, werden sie an dieser Stelle nicht weiter erläutert.) Die MOSFET-basierten Strombegrenzerschaltungen 220a, 220b bieten den Vorteil, dass nahezu kein statischer Strom benötigt wird, um die MOSFET-Schalter in ihrem aktiven (Ein-) Zustand zu halten. In einigen Anwendungen können jedoch andere Schaltertypen bevorzugt werden. Andere Verlustleistungen, wie z.B. der ohmsche Verlust (I_AUX)² × R_CL, sind minimal, sofern nur ein kleiner Ruhestrom I_AUX von der Last 180 verbraucht wird.
Die 2C und 2D zeigen die Strombegrenzerschaltungen 220c, 220d, die auf Bipolar-Junction-Transistoren (BJTs) basieren. Solche Schaltungen könnten anstelle eines der oben beschriebenen MOSFET-basierten Strombegrenzer 220a, 220b als Strombegrenzer 120 der 1 verwendet werden. Die Strombegrenzerschaltung 220c der 2C umfasst einen pnp-BJT Q_PNP , einen Strombegrenzungswiderstand R_CL und einem Treiber 222c. Der Treiber 222c liefert einen Steuerstrom an die Basis des pnp-BJT Q_PNP , um den pnp-BJT Q_PNP einzuschalten, wenn das Strombegrenzer-Freigabesignal EN_CL aktiv ist. Bei eingeschaltetem pnp-BJT Q_PNP fließt der Nebenstrom I_AUX durch den Strombegrenzer 220c. Der Spannungsabfall V_{CL_DROP} an dem Strombegrenzer 220c wird aus der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE des pnp- BJT Q_PNP und der Widerstandsspannung I_AUX × R_CL bestimmt.
Die Strombegrenzerschaltung 220d der 2D ähnelt der Strombegrenzerschaltung 220c der 2C, wobei jedoch ein npn-BJT Q_NPN zum Schalten des Nebenstroms I_AUX verwendet wird. Ein Treiber 222d liefert einen Steuerstrom an die Basis des npn-BJT Q_NPN , um den pnp-BJT Q_PNP einzuschalten, wenn das Strombegrenzer-Freigabesignal EN_CL aktiv ist.
Verwendung einer Hochstromerfassung innerhalb eines elektronischen Systems
Wie vorstehend beschrieben, erzeugt die Tiefpass-Bypass-Schaltung 110 der 1 während des Niedrigleistungsbetriebs eines elektronischen Systems 100 ein Hochstrom-Detektionssignal HC_DET, und eine Steuerung in dem elektronischen System 100 kann dieses Signal verwenden, um geeignete Maßnahmen auszuführen. Beispielsweise kann die Hochstrombedingung einen Fehler anzeigen, wobei in diesem Fall die Stromquelle Vbat von der Last 180b entfernt werden sollte. In anderen Fällen kann die Hochstrombedingung auf eine Zustandsänderung der Last 180 hinweisen, und andere Maßnahmen als eine Leistungsentfernung können erwünscht sein. Diese Techniken werden anhand der Schaltung 300 der 3 beschrieben.
In der 3 ist ein elektronisches System 300 dargestellt, das dem der 1 ähnelt, jedoch zusätzlich eine Steuerung 350 und einen Leistungsmanager 352 umfasst. Der Leistungsmanager 352 ist z.B. über eine Kommunikationsschnittstelle mit elektrischen Teilsystemen der Last 180 gekoppelt und bestimmt, ob die Last 180 über den Hochleistungsstromschalter 170 oder die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 mit Strom versorgt werden soll. Der Leistungsmanager 352 kann diese Bestimmung basierend auf dem Zustand - z.B. „aktiv“, „standby“, „aus“ - von Komponenten innerhalb der Last 180 ausführen. Beispielsweise kann der Leistungsmanager 352 die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 beim Abschalten eines Fahrzeugs Aktivieren, um der Last 180 einen zusätzlichen Niedrigstrompfad I_AUX zum Aufrechterhalten eines flüchtigen Speichers, zum Überwachen von Sensoren etc. bereitzustellen.
In einer ersten Unterausführungsform behandelt der Leistungsmanager 352 ein aktives Hochstrom-Detektionssignal HC_DET als Hinweis auf einen Fehlerzustand. Bei dieser Unterausführungsform deaktiviert der Leistungsmanager 352 sowohl das ON- als auch das IDLE-Signal, um dadurch in Reaktion auf den Empfang des Hochstrom-Detektionssignals HC_DET Leistung von der Last 180 zu entfernen. Der Leistungsmanager 352 kann den Fehlerzustand an andere Schaltungen übermitteln, sodass der Fehler protokolliert und/oder diagnostiziert werden kann.
In einer zweiten Unterausführungsform kommt der Leistungsmanager 352 nicht unmittelbar zu dem Ergebnis, dass ein aktives Hochstrom-Detektionssignal (HC_DET) einen Fehler anzeigt. Stattdessen verwendet der Leistungsmanager 352 das Hochstrom-Detektionssignal (HC_DET) dazu, eine Änderung im Leistungsmodus der Last 180 anzuzeigen. Daher gibt der Leistungsmanager 352, in Reaktion auf ein aktives Hochstrom-Detektionssignal (HC_DET) den Hochleistungsstromschalter 170 frei.
In einer dritten Unterausführungsform kommt der Leistungsmanager 352 ebenfalls nicht unmittelbar zu dem Ergebnis, dass ein aktives Hochstrom-Detektionssignal (HC_DET) einen Fehler anzeigt, sondern die Steuerung verwendet andere Techniken, um zu bestimmen, ob das Hochstrom-Detektionssignal (HC_DET) durch einen Fehler oder durch einen Normalbetrieb verursacht wurde. Der Leistungsmanager 352 kann beispielsweise unter Verwendung der dargestellten STATUS/QUERY-Kommunikationsschnittstelle elektrische Teilsysteme der Last 180 abfragen, um zu bestimmen, ob es einen „Kein-Fehler“-Grund dafür gibt, dass die Stromentnahme die erwartete maximale Stromentnahme im IDLE-Zustand überschreitet. Beispielsweise kann ein Fahrzeug versuchen, in Reaktion auf ein Funksignal eines Senders für schlüssellosen Zugang (fob) seine Türen zu entriegeln und/oder seine Leuchten einzuschalten, wodurch das Hochstrom-Detektionssignal (HC_DET) ausgelöst wird, obwohl der IDLE-Zustand noch nicht verlassen wurde. Stellt der Leistungsmanager 352 fest, dass die Last 180 aus einem derartigen erklärbaren („Kein-Fehler“-) Grund im IDLE-Modus einen hohen Strom entnimmt, kann der Leistungsmanager 352 den Hochstromschalter 170 aktivieren und die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 deaktivieren, indem er das ON-Signal aktiviert und das IDLE-Signal deaktiviert. Auf diese Weise kann der Leistungsmanager 352 die Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 dazu verwenden, das elektronische System 300 basierend auf seiner Stromaufnahme aufzuwecken, anstatt leistungshungrigere Techniken, wie das periodische Abfragen eines Status der Last 180, zu verwenden.
Wenn der Leistungsmanager 352 keinen Grund für die hohe Stromaufnahme erfasst, kann der Leistungsmanager 352 von einem Fehlerzustand ausgehen und geeignete Maßnahmen, wie in der ersten Unterausführungsform beschrieben, ergreifen.
In einer weiteren Unterausführungsform werden die erste und die zweite Unterausführungsform kombiniert. Eine Variante der dargestellten Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung 110 kann zwei Hochstrom-Detektionssignale bereitstellen, von denen eines eine Störung (z.B. einen Kurzschluss) und das andere eine moderate Hochstrombedingung anzeigt, die mit dem Normalbetrieb verbunden sein kann.
Verfahren zum Versorgen einer elektrischen Last über einen Hauptstrompfad und einen Hilfsstrompfad
Die 4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zum Bereitstellen von Strom aus einer Stromversorgungsleitung an eine elektrische Last. Das Verfahren kann in einem elektronischen System implementiert werden, das eine Tiefpass-Bypass-Schaltung umfasst, wie beispielsweise das in der 3 dargestellte elektronische System 300.
Das Verfahren 400 beginnt mit dem Bereitstellen, 410, von Strom an eine Last über einen Hauptstrompfad. Dies erfolgt üblicherweise, wenn sich die Last in einem voll funktionsfähigen Zustand, z.B. „ON“, befindet. Der Hauptstrompfad kann einen Hochleistungsstromschalter wie den in der 3 gezeigten Schalter 170 umfassen. Es wird ein Übergang, 420, in einen Niedrigleistungs-Betriebsmodus vorgenommen, beispielsweise kann die Last anzeigen, dass sie keine normalen Leistungspegel mehr benötigt, und/oder eine Steuerung kann bestimmen, dass ein Niedrigleistungs-(Standby-) Modus aktiviert werden soll. Der Strom wird dann über einen Hilfsstrompfad und nicht über den Hauptstrompfad an die Last bereitgestellt, 430. Der Hilfsstrompfad umfasst einen Strombegrenzer zur Begrenzung des Strompegels, welcher der Last im Niedrigleistungs-(Standby-) Modus zugeführt wird. Eine Spannung V_CL an dem Strombegrenzer wird überwacht 440 und mit einer Referenzspannung V_REF verglichen, 450. In Reaktion darauf, dass die Strombegrenzerspannung V_CL die Referenzspannung V_REF übersteigt, wird ein Hochstrom-Detektionssignal erzeugt,460. In einigen Ausführungsformen wird der Strombegrenzer gesperrt, 470, wodurch der Hilfsstrompfad getrennt und der gesamte Leistungsfluss zur Last entfernt wird.
In einigen Ausführungsformen, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt werden, kann der Stromfluss zur Last nach dem Abschalten 470 des Strombegrenzers irgendwann wiederhergestellt werden. Beispielsweise kann der Hochstrompfad nach einer gewissen Verzögerung wieder freigegeben werden und das Verfahren 400 beginnt erneut. In einem anderen Beispiel kann der Hilfsstrompfad nach einer gewissen Verzögerung wieder freigegeben werden, um der Last Strom zuzuführen, 430.
Die 5 veranschaulicht ein alternatives Verfahren 500 zum Bereitstellen von Strom aus einer Stromversorgungsleitung an eine elektrische Last. Das Verfahren ähnelt dem Verfahren 400 der 4 und im Folgenden werden lediglich Unterschiede zwischen den Verfahren 400 und 500 beschrieben.
Bei der Überwachung 440 der Strombegrenzerspannung V_CL vergleicht 542, 450 das Verfahren 500 die Spannung V_CL sowohl mit einer Hochstrom-Referenzspannung V_{REF_HC} als auch mit einer Kurzschluss-Referenzspannung V_{REF_SC} . Obgleich diese Vergleiche als nacheinander erfolgend dargestellt sind, werden diese Vergleiche 542, 450, vorzugsweise kontinuierlich und gleichzeitig durchgeführt. Die Kurzschluss-Referenzspannung V_{REF_SC} zeigt einen Fehlerzustand, wie beispielsweise einen Kurzschluss, an, und ein Detektionssignal, das dies anzeigt, wird erzeugt, 562, wenn die Strombegrenzerspannung V_CL diese Schwelle überschreitet. Die Hochstrom-Referenzspannung V_{REF_HC} ist niedriger als die Kurzschluss-Referenzspannung V_{REF_SC} und kann eine Hochstrombedingung anzeigen, die nicht unbedingt mit einem Fehlerzustand verbunden ist. Das Hochstrom-Detektionssignal, das infolge des Überschreitens der Hochstrom-Referenzspannung V_{REF_HC} erzeugt wird, 460, kann einen Zustand anzeigen, der bei Situationen, in denen die Kurzschluss-Referenzspannung V_{REF_SC} nicht überschritten wird, behoben werden kann.
Verfahren zum Steuern einer Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung
Die 6 veranschaulicht ein Verfahren 600 zum Steuern einer Niedrigleistungs-Bypass-Schaltung und eines Hochleistungsstromschalters, wie beispielsweise der in der 3 dargestellten Schaltungen 110 und 170. Dieses Verfahren kann innerhalb einer Steuerung, wie beispielsweise der Steuerung 350 der 3, ausgeführt werden. Während die zuvor beschriebenen Verfahren ein Hochstrom-Detektionssignal erzeugen, das einen Fehler anzeigen kann, gibt das Verfahren 600 das Hochstrom-Detektionssignal ein und bestimmt dann, ob in einen normalen (Hochstrom-) Betriebsmodus umgeschaltet werden soll, oder ob die Stromversorgung einer Last abgeschaltet werden soll, in Abhängigkeit davon, ob die Hochstrombedingung einer erwarteten Leistungsaufnahme zugeordnet ist.
In einem ersten Schritt wird erfasst, 610, dass ein Hochstrom-Detektionssignal aktiviert ist. In Reaktion auf diese Erfassung wird die Last abgefragt, 620, z.B. durch Senden einer Statusanforderungsnachricht an die Last. Die Last antwortet, 630, mit ihrem Status, der anzeigt, ob sich ihre Teilsysteme in einem Niedrigleistungsmodus (Standby-Modus) befinden, oder ob einige Schaltungen aktiv sind, wodurch angezeigt wird, dass die Hochstrombedingung eine erwartete („Kein-Fehler“-) Ursache hat. Bei Empfang einer Statusmeldung, die anzeigt, dass die Hochstrombedingung zu erwarten ist, wird ein Freigabesignal (z.B. ON) an einen Hochleistungsstromschalter gesendet, um einen Hauptstrompfad zur Last zu aktivieren, 640. In alternativen Unterausführungsformen kann ein Zustand des elektronischen Systems überprüft werden, ohne dass eine Statusanforderungsnachricht an eine Last gesendet wird. Beispielsweise kann eine Steuerung innerhalb des Systems einen Systemstatusparameter beibehalten. Bei dem Erfassen des Hochstromsignals kann die Steuerung den Systemstatusparameter abfragen, um zu bestimmen, ob die Hochstrombedingung eine erwartete Ursache hat und nicht auf einem Fehlerzustand beruht. Wenn die Hochstrombedingung nicht erwartet wird, wie durch die Statusmeldung der Last oder anderweitig angezeigt, wird der Niedrigstrom-Bypass-Schalter gesperrt, 650, wodurch Leistung von der Last entfernt wird, um den vermuteten Fehlerzustand zu beheben.
Gemäß einer Ausführungsform einer Bypass-Schaltung umfasst die Bypass-Schaltung: einen Strombegrenzer, der dazu ausgelegt ist, einen Hilfsstrompfad zwischen einer Stromversorgungsleitung und einer elektrischen Last bereitzustellen, wenn ein Hauptstrompfad zwischen der elektrischen Last und der Stromversorgungsleitung während eines Niedrigleistungsmodus gesperrt ist, wobei der Hilfsstrompfad dazu ausgelegt ist, einen niedrigeren Strom als der Hauptstrompfad zu unterstützen; und einen Komparator, der dazu ausgelegt ist, einen Spannungsabfall an dem Strombegrenzer mit einer Referenzspannung zu vergleichen und ein Detektionssignal auszugeben, wenn der Spannungsabfall die Referenzspannung überschreitet.
In einer Ausführungsform umfasst die Bypass-Schaltung ferner einen Freigabeeingang, der mit dem Strombegrenzer gekoppelt und dazu ausgelegt ist, ein Freigabesignal zum Aktivieren des Strombegrenzers zu empfangen, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist.
Separat oder kombiniert umfasst die Bypass-Schaltung ferner einen Freigabeeingang, der mit dem Komparator gekoppelt und dazu ausgelegt ist, ein Freigabesignal zum Aktivieren des Komparators zu empfangen, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist.
Separat oder kombiniert ist der Strombegrenzer eine Stromquelle, die dazu ausgelegt ist, eine im Wesentlichen konstante Spannung an dem Strombegrenzer für eine Stromhöhe der Stromquelle unterhalb eines vorbestimmten Stromwertes bereitzustellen, und wobei der Spannungsabfall an dem Strombegrenzer zunimmt, wenn die Stromhöhe der Stromquelle den vorbestimmten Stromwert überschreitet.
Separat oder kombiniert umfasst die Bypass-Schaltung ferner eine Referenzspannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, die Referenzspannung bereitzustellen, wobei die Referenzspannung einen vorbestimmten Spannungswert aufweist. Alternativ zur Verwendung einer Spannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Spannungswert bereitzustellen, kann die Bypass-Schaltung eine programmierbare Spannungsquelle umfassen, die dazu ausgelegt ist, die Referenzspannung bereitzustellen, wobei die Referenzspannung einen programmierbaren Wert aufweist, der einem maximal unterstützten Strom des Hilfsstrompfads entspricht.
Separat oder kombiniert weist die Referenzspannung einen Wert auf, der so gewählt ist, dass er einen Kurzschlussfehler in der elektrischen Last anzeigt.
Separat oder kombiniert weist die Referenzspannung einen Wert auf, der so gewählt ist, dass er einen Zustand einer externen Erregung für die elektrische Last anzeigt.
Separat oder kombiniert umfasst der Strombegrenzer einen Transistor, der mit einem Widerstand in Reihe gekoppelt ist, und der Spannungsabfall an dem Widerstand steigt linear an, wenn ein von der elektrischen Last entnommener Strom ansteigt.
Separat oder kombiniert weist der Hauptstrompfad einen zugeordneten maximalen Hauptstrom auf, entspricht die Referenzspannung einem maximalen Bypassstrom in dem Strombegrenzer, und der maximale Hauptstrom übersteigt den maximalen Bypassstrom um den Faktor 10 oder mehr.
Gemäß einer Ausführungsform eines elektronischen Systems umfasst das System: eine elektrische Last; einen Hauptstrompfad, der zwischen die elektrische Last und eine Stromversorgungsleitung gekoppelt ist, wobei der Hauptstrompfad dazu ausgelegt ist, die elektrische Last mit Strom zu versorgen und während eines Niedrigleistungsmodus gesperrt zu werden; und eine Bypass-Schaltung. Die Bypass-Schaltung umfasst: einen Strombegrenzer, der dazu ausgelegt ist, einen Hilfsstrompfad zwischen der Stromversorgungsleitung und der elektrischen Last bereitzustellen, wenn der Hauptstrompfad während eines Niedrigleistungsmodus gesperrt ist, wobei der Hilfsstrompfad dazu ausgelegt ist, einen niedrigeren Strom als der Hauptstrompfad zu unterstützen; und einen Komparator, der dazu ausgelegt ist, einen Spannungsabfall an dem Strombegrenzer mit einer Referenzspannung zu vergleichen und ein Detektionssignal auszugeben, wenn der Spannungsabfall die Referenzspannung überschreitet.
Separat oder kombiniert umfasst die Bypass-Schaltung des elektronischen Systems einen Freigabeeingang, der mit dem Strombegrenzer gekoppelt und dazu ausgelegt ist, ein Freigabesignal zum Aktivieren des Strombegrenzers zu empfangen, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist.
Separat oder kombiniert ist die Steuerung des elektronischen Systems dazu ausgelegt: das Detektionssignal zu empfangen; ein Abfragesignal an die elektrische Last zu senden; in Reaktion auf das gesendete Abfragesignal Zustandsinformationen über die erwartete Stromaufnahme der elektrischen Last zu empfangen; zu bestimmen, dass der erwartete Stromverbrauch mit dem empfangenen Detektionssignal übereinstimmt; und in Reaktion auf diese Bestimmung den Hauptstrompfad zu aktivieren.
Separat oder kombiniert ist die Steuerung des elektronischen Systems dazu ausgelegt: in Reaktion auf das Bestimmen, dass die erwartete Stromaufnahme nicht mit dem empfangenen Detektionssignal übereinstimmt, die Bypass-Schaltung zu deaktivieren, wodurch die elektrische Last von der Stromversorgungsleitung getrennt wird.
Separat oder kombiniert ist die elektrische Last ein Teilsystem eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Versorgen einer elektrischen Last, die über einen Hauptstrompfad mit einer Stromversorgungsleitung gekoppelt ist, umfasst das Verfahren: das Liefern von Strom aus der Stromversorgungsleitung an die elektrische Last über den Hauptstrompfad, wenn der Hauptstrompfad freigegeben ist und die elektrische Last Leistung benötigt; das Bereitstellen eines Hilfsstrompfades zwischen der Stromversorgungsleitung und der elektrischen Last über einen Strombegrenzer, wobei der Hilfsstrompfad dazu ausgelegt ist, einen niedrigeren Strom als der Hauptstrompfad zu unterstützen; das Vergleichen eines Spannungsabfalls an dem Strombegrenzer mit einer Referenzspannung; und das Erzeugen eines Detektionssignals, wenn der Spannungsabfall die Referenzspannung überschreitet.
Separat oder kombiniert umfasst das Verfahren ferner das Aktivieren des Strombegrenzers, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist.
Separat oder kombiniert umfasst das Verfahren ferner in Reaktion auf das Detektionssignal, das Deaktivieren des Strombegrenzers, um die elektrische Last von der Stromversorgungsleitung zu trennen.
Separat oder kombiniert umfasst das Verfahren ferner in Reaktion auf das Detektionssignal das erneute Aktivieren des Hauptstrompfads.
Separat oder kombiniert umfasst das Verfahren ferner das Senden des Detektionssignals an eine Steuerung eines elektronischen Systems zur weiteren Verarbeitung.
Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „einschließend“, „umfassend“ und dergleichen offene Begriffe, die auf das Vorhandensein angegebener Elemente oder Merkmale hinweisen, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die Artikel „ein/eine“ und „der/die/das“ sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes festlegt.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes festgestellt wird.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, ist für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Umsetzungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der hier beschriebenenspezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Bypass-Schaltung, umfassend: einen Strombegrenzer, der dazu ausgelegt ist, einen Hilfsstrompfad zwischen einer Stromversorgungsleitung und einer elektrischen Last bereitzustellen, wenn ein Hauptstrompfad zwischen der elektrischen Last und der Stromversorgungsleitung während eines Niedrigleistungsmodus gesperrt ist, wobei der Hilfsstrompfad dazu ausgelegt ist, einen niedrigeren Strom als der Hauptstrompfad zu unterstützen; und einen Komparator, der dazu ausgelegt ist, einen Spannungsabfall an dem Strombegrenzer mit einer Referenzspannung zu vergleichen und ein Detektionssignal auszugeben, wenn der Spannungsabfall die Referenzspannung überschreitet.
Bypass-Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Freigabeeingang, der mit dem Strombegrenzer gekoppelt und dazu ausgelegt ist, ein Freigabesignal zum Aktivieren des Strombegrenzers zu empfangen, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist.
Bypass-Schaltung nach Anspruch 2, wobei der Freigabeeingang ferner mit dem Komparator gekoppelt ist und der Komparator dazu ausgelegt ist, durch das Freigabesignal freigegeben zu werden.
Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strombegrenzer eine Stromquelle ist, die dazu ausgelegt ist, eine im Wesentlichen konstante Spannung an dem Strombegrenzer für eine Stromhöhe der Stromquelle unterhalb eines vorbestimmten Stromwertes bereitzustellen, und wobei der Spannungsabfall an dem Strombegrenzer zunimmt, wenn die Stromhöhe der Stromquelle den vorbestimmten Stromwert überschreitet.
Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Referenzspannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, die Referenzspannung bereitzustellen, wobei die Referenzspannung einen vorbestimmten Spannungswert aufweist.
Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine programmierbare Spannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, die Referenzspannung bereitzustellen, wobei die Referenzspannung einen programmierbaren Spannungswert aufweist, der einem maximal unterstützten Strom des Hilfsstrompfads entspricht.
Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Referenzspannung einen Wert aufweist, der so gewählt ist, dass er einen Kurzschlussfehler in der elektrischen Last anzeigt.
Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Referenzspannung einen Wert aufweist, der so gewählt ist, dass er einen Zustand einer externen Erregung für die elektrische Last anzeigt.
Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Strombegrenzer einen Transistor umfasst, der mit einem Widerstand in Reihe gekoppelt ist, und wobei der Spannungsabfall an dem Widerstand linear ansteigt, wenn ein von der elektrischen Last entnommener Strom ansteigt.
Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Hauptstrompfad einen zugeordneten maximalen Hauptstrom aufweist, die Referenzspannung einem maximalen Bypassstrom in dem Strombegrenzer entspricht, und der maximale Hauptstrom den maximalen Bypassstrom um den Faktor 10 oder mehr übersteigt.
Elektronisches System, umfassend: die Bypass-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10; die elektrische Last; und den Hauptstrompfad, wobei der Hauptstrompfad zwischen die elektrische Last und eine Stromversorgungsleitung gekoppelt ist, wobei der Hauptstrompfad dazu ausgelegt ist, die elektrische Last mit Strom zu versorgen und während eines Niedrigleistungsmodus gesperrt zu werden.
Elektronisches System nach Anspruch 11, ferner eine Steuerung umfassend, die dazu ausgelegt ist: das Detektionssignal zu empfangen; ein Abfragesignal an die elektrische Last zu senden; in Reaktion auf das gesendete Abfragesignal Zustandsinformationen über die erwartete Stromaufnahme der elektrischen Last zu empfangen; zu bestimmen, dass die erwartete Stromaufnahme mit dem empfangenen Detektionssignal übereinstimmt; und in Reaktion auf diese Bestimmung den Hauptstrompfad zu aktivieren.
Elektronisches System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, in Reaktion auf das Bestimmen, dass die erwartete Stromaufnahme nicht mit dem empfangenen Detektionssignal übereinstimmt, die Bypass-Schaltung zu deaktivieren, wodurch die elektrische Last von der Stromversorgungsleitung getrennt wird.
Elektronisches System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die elektrische Last ein Teilsystem eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs ist.
Verfahren zum Versorgen einer elektrischen Last, die über einen Hauptstrompfad mit einer Stromversorgungsleitung gekoppelt ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Liefern von Strom aus der Stromversorgungsleitung an die elektrische Last über den Hauptstrompfad, wenn der Hauptstrompfad freigegeben ist und die elektrische Last Strom benötigt; Bereitstellen eines Hilfsstrompfades zwischen der Stromversorgungsleitung und der elektrischen Last über einen Strombegrenzer, wobei der Hilfsstrompfad dazu ausgelegt ist, einen niedrigeren Strom als der Hauptstrompfad zu unterstützen; Vergleichen eines Spannungsabfalls an dem Strombegrenzer mit einer Referenzspannung; und das Erzeugen eines Detektionssignals, wenn der Spannungsabfall die Referenzspannung überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Aktivieren des Strombegrenzers, wenn der Hauptstrompfad gesperrt ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend, in Reaktion auf das Detektionssignal, ein Deaktivieren des Strombegrenzers, um die elektrische Last von der Stromversorgungsleitung zu trennen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, ferner umfassend, in Reaktion auf das Detektionssignal, ein erneutes Aktivieren des Hauptstrompfads.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Senden des Detektionssignals an eine Steuerung eines elektronischen Systems zur weiteren Verarbeitung.