DE102022207473B4 - Transient protection - Google Patents

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DE102022207473B4 DE102022207473.4A DE102022207473A DE102022207473B4 DE 102022207473 B4 DE102022207473 B4 DE 102022207473B4 DE 102022207473 A DE102022207473 A DE 102022207473A DE 102022207473 B4 DE102022207473 B4 DE 102022207473B4
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Abstract

Elektrische Schaltung (1) zum Schutz von elektrischen Bauteilen vor Transienten mit- wenigstens drei Leitungen (3, 4, 5), die wenigstens zwei Spannungsquellen (11, 13) mit wenigstens einem Abnehmer (21, 22, 23), insbesondere einer Last, elektrisch verbinden,- wenigstens drei erste Suppressordioden (6, 7, 8),- und mit einer zweiten Suppressordiode (9), die einen Massebezug (10) aufweist,- wobei jede Leitung (3, 4, 5) mit je einer der ersten Suppressordioden (6, 7, 8) elektrisch verbunden ist und die ersten Suppressordioden (6, 7, 8) über einen Sternpunkt (2) mit der zweiten Suppressordiode (9) verbunden sind und in dem Sternpunkt (2) ausschließlich Kathoden der Suppressordioden (6, 7, 8, 9) anliegen, wobei die wenigstens eine dritte Leitung (5) die zweite Spannungsquelle, ausgebildet als Signalquelle (13), mit einem dritten Abnehmer (23) elektrisch verbindet.Electrical circuit (1) for protecting electrical components from transients, with - at least three lines (3, 4, 5) which electrically connect at least two voltage sources (11, 13) to at least one consumer (21, 22, 23), in particular a load, - at least three first suppressor diodes (6, 7, 8), - and with a second suppressor diode (9) which has a ground reference (10), - wherein each line (3, 4, 5) is electrically connected to one of the first suppressor diodes (6, 7, 8) and the first suppressor diodes (6, 7, 8) are connected to the second suppressor diode (9) via a star point (2) and only cathodes of the suppressor diodes (6, 7, 8, 9) are present in the star point (2), wherein the at least one third line (5) connects the second voltage source, designed as a signal source (13), to a third Consumer (23) electrically connects.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zum Schutz von elektrischen Bauteilen vor Transienten.The present invention relates to an electrical circuit for protecting electrical components from transients.

Es ist bekannt, Leitungen in einem Bordnetz zum Schutz der an den Leitungen hängenden Lasten vor Transienten mit Suppressordioden zu verbinden. Dabei ist jede Leitung mit einer Suppressordiode elektrisch verbunden, die dann jeweils mit Masse verbunden sind.It is known to connect lines in an on-board network with suppressor diodes to protect the loads connected to the lines from transients. Each line is electrically connected to a suppressor diode, which is then each connected to ground.

US 5 493 469 A zeigt eine Elektrische Schaltung zum Schutz von elektrischen Bauteilen vor Transienten mit wenigstens zwei Leitungen, die wenigstens eine Spannungsquelle mit wenigstens einem Abnehmer elektrisch verbinden, wenigstens zwei erste Suppressordioden, und mit einer zweite Suppressordiode, die einen Massebezug aufweist, wobei jede Leitung mit einer erste Suppressordiode elektrisch verbunden ist und die ersten Suppressordioden über einen Sternpunkt mit der zweiten Suppressordiode verbunden sind und in dem Sternpunkt ausschließlich Kathoden der Suppressordioden anliegen. US 5 493 469 A shows an electrical circuit for protecting electrical components from transients with at least two lines that electrically connect at least one voltage source to at least one consumer, at least two first suppressor diodes, and with a second suppressor diode that has a ground reference, wherein each line is electrically connected to a first suppressor diode and the first suppressor diodes are connected to the second suppressor diode via a star point and only cathodes of the suppressor diodes are present in the star point.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Zur Verbesserung bekannter Schaltungen ist eine Schaltung gemäß dem Anspruch 1 vorgesehen.To improve known circuits, a circuit according to claim 1 is provided.

Als Bordnetz wird die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in Fahrzeugen, wie Automobilen, Flugzeugen, Schiffen und bei der Eisenbahn bezeichnet. Das Bordnetz gewährleistet die Stromversorgung und den Informationsfluss zwischen Komponenten und Steuergeräten. Hybridfahrzeuge weisen oft ein Hochvolt-Bordnetz und ein Niedervolt-Bordnetz auf.The on-board network refers to all electrical components in vehicles such as cars, aircraft, ships and trains. The on-board network ensures the power supply and the flow of information between components and control units. Hybrid vehicles often have a high-voltage on-board network and a low-voltage on-board network.

Eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung ist die Hintereinanderschaltung zweier oder mehrerer Bauelemente in einer Schaltung so, dass sie einen einzigen Strompfad bilden. Zwei Bauelemente sind demnach in Reihe geschaltet, wenn deren Verbindung keine Abzweigung aufweist. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Elemente ist beliebig.A series connection or parallel connection is the connection of two or more components in a circuit in such a way that they form a single current path. Two components are therefore connected in series if their connection does not have a branch. The number of elements connected in series is arbitrary.

Eine Sternschaltung ist die Zusammenschaltung beliebig vieler Anschlüsse über je einen Widerstand (hier: Suppressordiode) an einen gemeinsamen Punkt, der als Sternpunkt bezeichnet wird.A star connection is the interconnection of any number of connections via a resistor (here: suppressor diode) to a common point, which is called the star point.

Eine Diode ist ein elektronisches Bauelement, das Strom in einer Richtung passieren lässt und in der anderen Richtung den Stromfluss sperrt. Daher wird von Durchlassrichtung und Sperrrichtung gesprochen.A diode is an electronic component that allows current to pass in one direction and blocks the flow of current in the other direction. This is why we talk about forward direction and reverse direction.

Suppressordioden, auch Transient Voltage Suppressor (TVS) genannt, sind Dioden zum Schutz von elektrischen Bauteilen, z.B. Schaltungen vor kurzzeitigen Spannungsimpulsen. In an die Schaltung angeschlossenen Leitungen können solche Spannungspulse durch Schaltvorgänge im Netz oder nahe Blitzschläge auftreten. Die dabei kurzzeitig erreichte Spannung kann ausreichen, um Halbleiterbauelemente in der Schaltung zu zerstören.Suppressor diodes, also known as transient voltage suppressors (TVS), are diodes used to protect electrical components, e.g. circuits, from short-term voltage pulses. Such voltage pulses can occur in cables connected to the circuit due to switching operations in the network or nearby lightning strikes. The voltage reached for a short time can be sufficient to destroy semiconductor components in the circuit.

Suppressordioden werden leitend, wenn eine bauelementspezifische Spannungsschwelle überschritten wird. Der Strom des Impulses wird durch Parallelschaltung an dem zu schützenden Bauteil vorbeigeführt und über die Bezugsmasse abgeführt. Dadurch kann sich keine zerstörerische Spannung oberhalb der Durchbruchspannung des Suppressors aufbauen. Dabei verhält sich diese Diode im normalen Betriebsfall, abgesehen von einem geringen Leckstrom und einer zusätzlichen Kapazität, neutral.Suppressor diodes become conductive when a component-specific voltage threshold is exceeded. The current of the pulse is guided past the component to be protected by a parallel connection and discharged via the reference ground. This means that no destructive voltage can build up above the breakdown voltage of the suppressor. In normal operation, this diode behaves neutrally, apart from a small leakage current and additional capacitance.

Transiente Spannungen (Vorgänge) sind zeitlich nicht vorhersehbar (zufällig) sowie von begrenzter Dauer. Sie wiederholen sich nicht periodisch und lassen sich in ihrer Form nicht eindeutig voraussagen. Sichtbar werden Transienten oft durch Blitze oder Lichtbögen. Transiente Spannungen können im Bordnetz eines Fahrzeugs bspw. durch das elektrische Verhalten anderer Verbraucher entstehen, z.B. durch das Schalten induktiver Lasten.Transient voltages (events) are not predictable in terms of time (random) and of limited duration. They do not repeat periodically and their form cannot be clearly predicted. Transients often become visible through lightning or arcs. Transient voltages can arise in the on-board network of a vehicle, for example, through the electrical behavior of other consumers, e.g. through the switching of inductive loads.

Bei Schaltungen bezeichnet man mit Transienten Spannungsspitzen, die möglicherweise die Schaltung beschädigen können.In circuits, transients are voltage spikes that can potentially damage the circuit.

Sind zwei Bauteile in entgegengesetzter Polung (zum Beispiel Dioden) in Reihe geschaltet, spricht man auch von Antiseriell-Schaltung.If two components with opposite polarity (e.g. diodes) are connected in series, this is also called an anti-serial circuit.

Ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (englisch metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) ist eine zu den Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFET) gehörende Bauform eines Transistors. Eine MOSFET-Variante umfasst einen Schichtstapel aus einer metallischen Gate-Elektrode, einem Halbleiter und ein dazwischen befindliches oxidisches Dielektrikum. Eine weitere MOSFET-Variante umfasst dotiertes Polysilizium statt einem metallischen Gate.A metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) is a type of transistor that belongs to the insulated gate field-effect transistors (IGFET). One MOSFET variant comprises a layer stack made up of a metallic gate electrode, a semiconductor and an oxide dielectric in between. Another MOSFET variant comprises doped polysilicon instead of a metallic gate.

Bei einer Verpolung ist die Stromzufuhr zu einem elektrischen Bauteil nicht standardgemäß gepolt. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die beiden Klemmen einer Batterie vertauscht sind. In der Regel bezieht man sich mit dem Begriff auf Gleichspannung, da hier eine Verwechslung eine Stromflussumkehr bedeutet. Verpolung kann auch aufgrund von Transienten auftreten.In the case of reverse polarity, the power supply to an electrical component is not polarized according to standard. This is the case, for example, if the two terminals of a battery are swapped. The term usually refers to direct current, since a mix-up here could result in a current Reversal of polarity can also occur due to transients.

Ein Verpolungsschutz verhindert bei der Gleichspannungsversorgung einen zerstörerischen Stromfluss beim Vertauschen von Minus- und Pluspol.Reverse polarity protection prevents destructive current flow in the DC voltage supply if the negative and positive poles are swapped.

Ein Abnehmer, insbesondere eine Last, ist ein Gerät oder eine Baugruppe, die vor Transienten zu schützen ist. Im Schaltbild wird sie wie ein Widerstandsbauelement mit einem Rechteck dargestellt und meist als ‚R‘ ohne Index bezeichnet, was für eine beliebige, nicht näher spezifizierte Last steht. Als Gegenstück zur Stromquelle handelt es sich bei der elektronischen Last um eine Stromsenke.A consumer, especially a load, is a device or assembly that is to be protected from transients. In the circuit diagram, it is shown like a resistance component with a rectangle and is usually referred to as 'R' without a subscript, which stands for any unspecified load. As the counterpart to the current source, the electronic load is a current sink.

Wenn im Folgenden von „der ersten Suppressordiode“ gesprochen wird, wird die grundlegende Funktion beschrieben. Die elektrische Schaltung weist immer wenigstens zwei erste Suppressordioden und eine zweite Suppressordiode auf.When we refer to "the first suppressor diode" below, we are describing the basic function. The electrical circuit always has at least two first suppressor diodes and one second suppressor diode.

Die grundlegende Idee der Erfindung ist ein Transientenschutz eines elektrischen Bauelements mittels einer Mehrzahl an ersten Suppressordioden, wobei jede Leitung, in der Transienten zu verhindern sind, eine erste Suppressordiode aufweist. Weiterhin sind die ersten Suppressordioden über einen Sternpunkt mit der zweiten Suppressordiode verbunden. Bevorzugt sind die ersten Suppressordioden mit der zweiten Suppressordiode antiseriell in Reihe geschaltet, wobei die zweite Suppressordiode einen Bezug nach Masse aufweist.The basic idea of the invention is transient protection of an electrical component by means of a plurality of first suppressor diodes, wherein each line in which transients are to be prevented has a first suppressor diode. Furthermore, the first suppressor diodes are connected to the second suppressor diode via a star point. Preferably, the first suppressor diodes are connected anti-serially in series with the second suppressor diode, wherein the second suppressor diode has a reference to ground.

Die Kombination aus ersten und zweiter Suppressordioden schützt Bauteile der Leitung vor Überspannungen mit positiver Polarität, also plus, indem die erste Suppressordiode in Durchlassrichtung und die zweite Suppressordiode im Durchbruch leitend wird, sobald die diodenspezfische Durchlassspannung bzw. Durchbruchspannung überschritten wird. Somit wird die Spannung zwischen der jeweiligen Leitung und Masse begrenzt auf die Summe von Durchlassspannung der ersten Suppressordiode und der Durchbruchspannung der zweiten Suppressordiode.
Bei Überspannungen mit negativer Polarität, also minus, arbeitet die erste Suppressordiode im Durchbruch und die zweite Suppressordiode in Vorwärtsrichtung.
The combination of the first and second suppressor diodes protects components of the line from overvoltages with positive polarity, i.e. plus, by making the first suppressor diode conductive in the forward direction and the second suppressor diode conductive in the breakdown direction as soon as the diode-specific forward voltage or breakdown voltage is exceeded. The voltage between the respective line and ground is thus limited to the sum of the forward voltage of the first suppressor diode and the breakdown voltage of the second suppressor diode.
In the case of overvoltages with negative polarity, i.e. minus, the first suppressor diode operates in breakdown and the second suppressor diode operates in forward direction.

Zusätzlich ist wenigstens eine dritte Leitung zur Verbindung einer Signalquelle mit einem zweiten Abnehmer vorhanden. Sind die erste und die zweite Leitung als Lastleitung angeordnet oder ausgebildet kann eine weitere Leitung als Signalleitung vorhanden sein.In addition, at least a third line is provided for connecting a signal source to a second consumer. If the first and second lines are arranged or designed as a load line, a further line can be provided as a signal line.

Vorteilhafterweise kann der Betrag der Durchbruchspannung der ersten und der zweiten Suppressordiode unterschiedlich sein. Somit können positive als auch negative Transienten aus dem Bordnetz auf unterschiedliche Spannungshöhen geklemmt werden. Dies ermöglicht eine einfache Anpassung der Klemmspannungen an die jeweiligen Bordnetz-Anforderungen (12V, 24V, 48V).Advantageously, the magnitude of the breakdown voltage of the first and second suppressor diodes can be different. This means that positive and negative transients from the vehicle electrical system can be clamped to different voltage levels. This enables the clamping voltages to be easily adapted to the respective vehicle electrical system requirements (12V, 24V, 48V).

Alternativ kann der Betrag der Durchbruchspannung der ersten und der zweiten Suppressordiode gleich sein.Alternatively, the magnitude of the breakdown voltage of the first and second suppressor diodes may be the same.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous embodiments and further developments emerge from the further subclaims and from the description with reference to the figures of the drawing.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens ein Abnehmer einer Leitung mittels eines Verpolschutzes geschützt. Somit ist das elektrische Bauteil, also die Last der Leitung, auch vor einer Verpolung mit einer zu der Versorgungsspannung umgekehrten Polarität geschütztAccording to a preferred development of the invention, at least one consumer of a line is protected by means of reverse polarity protection. The electrical component, i.e. the load of the line, is thus also protected against reverse polarity with a polarity that is the opposite of the supply voltage.

Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der Verpolschutz als MOSFET ausgebildet ist. Somit ist ein Verpolschutz, der im normalen Betriebszustand der Schaltung einen kleinen Spannungsabfall und damit geringe Verlustwerte aufweist, gegeben.It is also advantageous if the reverse polarity protection is designed as a MOSFET. This provides reverse polarity protection that has a small voltage drop and therefore low loss values in the normal operating state of the circuit.

Weiterhin vorteilhaft ist es, insbesondere bei kapazitiven Lasten an den Leitungen (wie Halbbrücken, H-Brücken, B6-Brücken oder Power Supplies), wenn der Betrag der Drain-Source-Durchbruch-Spannung des Verpolschutz-MOSFETs größer ist als die Summe des Betrags der negativen Durchbruchspannung des Transientenschutzes und der maximalen, nominalen Bordnetzspannung, also ohne Berücksichtigung von Transienten. Somit bleiben die kapazitiven Lasten bei Auftreten von negativen Transienten geladen, wobei sich dies vorteilhaft für die Verfügbarkeit beispielsweise von Diagnose-Funktionen auswirkt. Gleichzeitig werden Verpolschutz-MOSFET und Kondensatoren elektrisch weniger belastet, da die Ladung auf den Kondensatoren verbleibt und nicht über den Verpolschutz-MOSFET in die Zuleitung abgeführt wird.It is also advantageous, particularly with capacitive loads on the lines (such as half bridges, H bridges, B6 bridges or power supplies), if the drain-source breakdown voltage of the reverse polarity protection MOSFET is greater than the sum of the negative breakdown voltage of the transient protection and the maximum, nominal vehicle electrical system voltage, i.e. without taking transients into account. This means that the capacitive loads remain charged when negative transients occur, which has a beneficial effect on the availability of diagnostic functions, for example. At the same time, the reverse polarity protection MOSFET and capacitors are subjected to less electrical load because the charge remains on the capacitors and is not discharged into the supply line via the reverse polarity protection MOSFET.

Alternativ kann ein zusätzlicher Verpolschutz einer Leitung auch als Diode ausgebildet sein. Somit ist ein besonders kostengünstiger Verpolschutz gewährleistet. Alternatively, additional reverse polarity protection for a cable can also be designed as a diode. This ensures particularly cost-effective reverse polarity protection.

Bevorzugt können die Leitungen der elektrischen Schaltung ausschließlich Dioden als Verpolschutz aufweisen. Dabei muss nicht jede Leitung einen Verpolschutz aufweisen. Insbesondere kann eine Leitung mit einem Zwischenkreiskondensator verbunden sein.Preferably, the lines of the electrical circuit can only have diodes as reverse polarity protection. Not every line has to have reverse polarity protection. In particular, a line can be connected to an intermediate circuit capacitor.

Es versteht sich, dass vorgesehen sein kann, dass abhängig von einer zu erwartenden Leistung oder eines tolerierbaren Spannungsabfalls in der Leitung im normalen Betriebsfall ein geeigneter Verpolschutz ausgewählt wird, d.h. dass zwischen einer Diode und einem MOSFET gewählt wird. Für unterschiedliche Leitungen können also unterschiedliche Verpolschutze ausgewählt werden. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, bei höheren Versorgungsströmen einen MOSFET zu wählen und bei niedrigeren Versorgungsströmen eine Diode zu wählen.It is understood that it can be provided that, depending on the expected power or a tolerable voltage drop in the line during normal operation, a suitable reverse polarity protection is selected, ie a choice is made between a diode and a MOSFET. Different reverse polarity protections can therefore be selected for different lines. It can prove advantageous to select a MOSFET for higher supply currents and a diode for lower supply currents.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung gewährleistet eine zweite Last (einer zweiten Leitung) zumindest eine teilweise Redundanz einer ersten Last (einer ersten Leitung). Somit sind die redundanten Lasten mittels einer identischen Schaltung vor Transienten geschützt. Dies wirkt sich kostensparend auf die elektrische Schaltung aus.According to a preferred development of the invention, a second load (of a second line) ensures at least partial redundancy of a first load (of a first line). The redundant loads are thus protected from transients by means of an identical circuit. This has a cost-saving effect on the electrical circuit.

Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der Verpolschutz der ersten Last als MOSFET ausgebildet ist und der Verpolschutz der zweiten Last als Diode ausgebildet ist.It is also advantageous if the reverse polarity protection of the first load is designed as a MOSFET and the reverse polarity protection of the second load is designed as a diode.

Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die zweite Last eine teilweise Redundanz der ersten Last abbildet und somit zu erwarten ist, dass der Versorgungsstrom im normalen Betriebsfall der zweiten Leitung, geringer ist als der Versorgungsstrom der ersten Leitung.This is advantageous, for example, if the second load represents a partial redundancy of the first load and it is therefore to be expected that the supply current in the normal operating case of the second line is lower than the supply current of the first line.

Insbesondere können die erste Leitung und die zweite Leitung als Leistungsleitungen ausgebildet und/oder angeordnet sein. Ihre Abnehmer sind bevorzugt als Lasten ausgebildet. Es versteht sich, dass die elektrische Schaltung grundsätzlich beliebig viele Leistungsleitungen aufweisen kann. Dann ist die Spannungsquelle für die erste und die zweite Leitung keine Signalquelle.In particular, the first line and the second line can be designed and/or arranged as power lines. Their consumers are preferably designed as loads. It goes without saying that the electrical circuit can in principle have any number of power lines. In this case, the voltage source for the first and second lines is not a signal source.

Alternativ können die erste Leitung und/oder die zweite Leitung als Signalleitungen ausgebildet und/oder angeordnet sein. Ihre Abnehmer sind dann bevorzugt als Signalempfänger oder Signalüberträger ausgebildet. Signalleitungen sind mit einer Signalquelle zu verbinden, wobei die Signalquelle als Spannungsquelle ausgebildet sein kann. Sie stellt aber keine Lastspannung sondern eine Signalspannung zu Verfügung.Alternatively, the first line and/or the second line can be designed and/or arranged as signal lines. Their consumers are then preferably designed as signal receivers or signal transmitters. Signal lines are to be connected to a signal source, whereby the signal source can be designed as a voltage source. However, it does not provide a load voltage but rather a signal voltage.

Daneben betrifft die Erfindung ein elektrisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit

  • - wenigstens drei elektrischen Leitungen,
  • - wenigstens zwei Abnehmern, wobei
  • - die elektrischen Leitungen mit jeweils einem Abnehmer verbunden sind, und wobei
  • - die elektrischen Leitungen mit jeweils einer ersten Suppressordiode elektrisch verbunden sind,
  • - und das Steuergerät eine zweite Suppressordiode mit einem Massebezug aufweist, und
die ersten Suppressordioden über einen Sternpunkt mit der zweiten Suppressordiode verbunden sind und in dem Sternpunkt ausschließlich Kathoden der Suppressordioden anliegen, wobei die wenigstens eine dritte Leitung eine Signalquelle mit einem zweiten Abnehmer elektrisch verbindet.The invention also relates to an electrical control device for a motor vehicle with
  • - at least three electrical cables,
  • - at least two customers, whereby
  • - the electrical cables are each connected to a consumer, and
  • - the electrical lines are each electrically connected to a first suppressor diode,
  • - and the control unit has a second suppressor diode with a ground reference, and
the first suppressor diodes are connected to the second suppressor diode via a star point and only cathodes of the suppressor diodes are present at the star point, wherein the at least one third line electrically connects a signal source to a second receiver.

Die in Bezug auf die elektrische Schaltung vorgenommenen Ausführungen gelten auch für das Steuergerät. Insbesondere kann das Steuergerät Teil der elektrischen Schaltung wie beschrieben sein. Nicht Teil des Steuergerätes sind üblicherweise Spannungs- und Signalquellen. Der Rest der beschriebenen elektrischen Schaltung kann im Steuergerät angeordnet sein.The statements made with regard to the electrical circuit also apply to the control unit. In particular, the control unit can be part of the electrical circuit as described. Voltage and signal sources are usually not part of the control unit. The rest of the electrical circuit described can be arranged in the control unit.

Weiterhin können die Leitungen im Steuergerät als Leistungsleitungen angeordnet sein, und weiterhin eine oder mehrere Signalleitungen vorhanden sein, wobei die Leistungsleitungen und die Signalleitung in dem Sternpunkt verbunden sind.Furthermore, the lines in the control unit can be arranged as power lines, and one or more signal lines can also be present, wherein the power lines and the signal line are connected at the star point.

Es versteht sich, dass ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit elektrischen Leitungen, die Teil einer elektrischen Schaltung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, einer ersten Spannungsquelle und mehrerer Lasten, wobei die Spannungsquelle und die Lasten mittels der elektrischen Schaltung verbunden sind, wobei die Spannungsquelle, insbesondere eine Spannung von 12V oder 24V bereitstellt.It is understood that an on-board network for a motor vehicle with electrical lines that are part of an electrical circuit as described above, a first voltage source and a plurality of loads, wherein the voltage source and the loads are connected by means of the electrical circuit, wherein the voltage source, in particular, provides a voltage of 12V or 24V.

Es versteht sich, dass weitere Bordnetze vorgesehen sein können, dessen elektrische Leitungen ebenfalls von einer elektrischen Schaltung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, geschützt sind, wobei sich die Bordnetze die Schaltung teilen.It is understood that further on-board networks can be provided, the electrical lines of which are also protected by an electrical circuit as described above, with the on-board networks sharing the circuit.

Dementsprechend ist auch ein kombiniertes Bordnetz mit einer elektrischen Schaltung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, einem ersten Bordnetz, wie es vorstehend beschrieben wurde, und mit einem zweiten Bordnetz, welches eine zweite Spannungsquelle, die eine von der Spannung der ersten Spannungsquelle abweichende Spannung bereitstellt, wobei die elektrische Schaltung, Leistungsleitungen aufweist, die dem ersten Bordnetz zugeordnet sind, und Signalleitungen aufweist, die dem zweiten Bordnetz zugeordnet sind, und die Leistungsleitung und die Signalleitung in dem Sternpunkt verbunden sind.Accordingly, there is also provided a combined on-board network with an electrical circuit as described above, a first on-board network as described above, and a second on-board network which provides a second voltage source which provides a voltage which differs from the voltage of the first voltage source, wherein the electrical circuit has power lines which are assigned to the first on-board network and signal lines which are assigned to the second on-board network, and the power line and the signal line are connected at the star point.

Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Spannungsquelle und/oder Signalquelle, einer elektrischen Schaltung und/oder einem elektrischen Steuergerät. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Schaltung und/oder das elektrische Steuergerät wie beschrieben ausgebildet sind. Das Kraftfahrzeug weist wenigstens eine Spannungsquelle oder eine Signalquelle auf. Es kann aber vorteilhafterweise auch eine Spannungsquelle und eine Signalquelle aufweisen oder jeweils mehr als eine der jeweiligen Quellen.In addition, the invention relates to a motor vehicle with at least one voltage source and/or the signal source, an electrical circuit and/or an electrical control unit. The motor vehicle is characterized in that the electrical circuit and/or the electrical control unit are designed as described. The motor vehicle has at least one voltage source or one signal source. However, it can advantageously also have a voltage source and a signal source or more than one of the respective sources.

Wie bereits beschrieben kann die Signalquelle als zwar als Spannungsquelle ausgebildet sein, wird aber in der vorliegenden Erfindung nicht so bezeichnet. Sie unterscheidet sich von einer Spannungsquelle also dadurch, dass eine Spannungsquelle eine Lastspannung ausgibt und eine Signalquelle eine Signalspannung.As already described, the signal source can be designed as a voltage source, but is not referred to as such in the present invention. It differs from a voltage source in that a voltage source outputs a load voltage and a signal source outputs a signal voltage.

INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGENTABLE OF CONTENTS OF DRAWINGS

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

  • 1 ein schematisches Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
The present invention is explained in more detail below with reference to the embodiments shown in the schematic figures of the drawings. They show:
  • 1 a schematic block diagram of an electrical circuit according to an embodiment of the invention.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide a further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, in conjunction with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the noted advantages will be apparent upon reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with respect to one another.

In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawings, identical, functionally identical and acting elements, features and components are provided with the same reference symbols, unless stated otherwise.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EXAMPLES OF IMPLEMENTATION

1 zeigt ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a block diagram of an electrical circuit 1 according to an embodiment of the invention.

Die elektrische Schaltung 1 umfasst drei Leitungen 3, 4, 5, die Lasten 21, 22, 23 mit jeweils einer Spannungsquelle verbinden. Dabei ist die Last 21 über die erste Leitung 3 mit einer Batterie 11 verbunden. Die zweite Last 22 ist über die zweite Leitung 4 mit der Batterie 11 verbunden. Die dritte Last 23 ist über die dritte Leitung 5 mit einer Zündung 13 verbunden. Die Lasten 21, 22, 23 sind jeweils als Schaltung ausgebildet, wobei die Last 22 eine teilweise Redundanz zu der Last 21 gewährleistet.The electrical circuit 1 comprises three lines 3, 4, 5, which connect loads 21, 22, 23 to a voltage source each. The load 21 is connected to a battery 11 via the first line 3. The second load 22 is connected to the battery 11 via the second line 4. The third load 23 is connected to an ignition 13 via the third line 5. The loads 21, 22, 23 are each designed as a circuit, with the load 22 ensuring partial redundancy to the load 21.

Um die Lasten 21, 22, 23 vor Transienten zu schützen, sind die Lasten 21, 22, 23 mit Suppressordioden 6, 7, 8 parallelgeschaltet, d. h. die Last 21 ist mit der Suppressordiode 8 parallelgeschaltet, die Last 22 ist mit der Suppressordiode 7 parallelgeschaltet und die Last 23 ist mit der Suppressordiode 6 parallelgeschaltet. Die Suppressordiode 6, 7, 8 sind zudem mit einer weiteren antiseriellen Suppressordiode 9 in Reihe geschaltet. Die Suppressordioden 6, 7, 8, 9 sind dementsprechend in dem Sternpunkt 2 verbunden und weisen einen Massebezug 10 auf.In order to protect the loads 21, 22, 23 from transients, the loads 21, 22, 23 are connected in parallel with suppressor diodes 6, 7, 8, i.e. the load 21 is connected in parallel with the suppressor diode 8, the load 22 is connected in parallel with the suppressor diode 7 and the load 23 is connected in parallel with the suppressor diode 6. The suppressor diodes 6, 7, 8 are also connected in series with another anti-serial suppressor diode 9. The suppressor diodes 6, 7, 8, 9 are accordingly connected in the star point 2 and have a ground reference 10.

Die Leitung 3 weist zudem einen Verpolschutz 15, der als Diode ausgebildet ist, auf und einen Kondensator 17. Die zweite Leitung 4 weist ebenfalls einen als Diode ausgebildeten Verpolschutz 16 auf. Auch an der Signalleitung 5 kann eine Diode als Verpolschutz angeordnet sein.The line 3 also has a reverse polarity protection 15, which is designed as a diode, and a capacitor 17. The second line 4 also has a reverse polarity protection 16 designed as a diode. A diode can also be arranged on the signal line 5 as reverse polarity protection.

Die Lasten 21, 22, 23, die Suppressordioden 6, 7, 8 und 9 sowie die Verpolschutze 15 und 16 sind in einem Steuergerät 24 angeordnet. Dieses wird über nicht dargestellt Anschlüsse nach dem Einbau in ein Kraftfahrzeug mit der Spannungsquelle 11 und/oder der Signalquelle 13 verbunden und so an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen.The loads 21, 22, 23, the suppressor diodes 6, 7, 8 and 9 as well as the reverse polarity protections 15 and 16 are arranged in a control unit 24. After installation in a motor vehicle, this is connected to the voltage source 11 and/or the signal source 13 via connections not shown and thus connected to the on-board network of the motor vehicle.

BezugszeichenReference symbols

11
elektrische Schaltungelectrical circuit
33
LeitungLine
44
LeitungLine
55
LeitungLine
66
SuppressordiodeSuppressor diode
77
SuppressordiodeSuppressor diode
88
SuppressordiodeSuppressor diode
99
SuppressordiodeSuppressor diode
22
SternpunktStar point
1010
MassebezugMass reference
1111
SpannungsquelleVoltage source
1313
SpannungsquelleVoltage source
1515
VerpolschutzReverse polarity protection
1616
VerpolschutzReverse polarity protection
1717
Kondensatorcapacitor
2121
Lastload
2222
Lastload
2323
Lastload
2424
elektrisches Steuergerätelectrical control unit

Claims (10)

Elektrische Schaltung (1) zum Schutz von elektrischen Bauteilen vor Transienten mit - wenigstens drei Leitungen (3, 4, 5), die wenigstens zwei Spannungsquellen (11, 13) mit wenigstens einem Abnehmer (21, 22, 23), insbesondere einer Last, elektrisch verbinden, - wenigstens drei erste Suppressordioden (6, 7, 8), - und mit einer zweiten Suppressordiode (9), die einen Massebezug (10) aufweist, - wobei jede Leitung (3, 4, 5) mit je einer der ersten Suppressordioden (6, 7, 8) elektrisch verbunden ist und die ersten Suppressordioden (6, 7, 8) über einen Sternpunkt (2) mit der zweiten Suppressordiode (9) verbunden sind und in dem Sternpunkt (2) ausschließlich Kathoden der Suppressordioden (6, 7, 8, 9) anliegen, wobei die wenigstens eine dritte Leitung (5) die zweite Spannungsquelle, ausgebildet als Signalquelle (13), mit einem dritten Abnehmer (23) elektrisch verbindet.Electrical circuit (1) for protecting electrical components from transients with - at least three lines (3, 4, 5) that electrically connect at least two voltage sources (11, 13) to at least one consumer (21, 22, 23), in particular a load, - at least three first suppressor diodes (6, 7, 8), - and with a second suppressor diode (9) that has a ground reference (10), - wherein each line (3, 4, 5) is electrically connected to one of the first suppressor diodes (6, 7, 8) and the first suppressor diodes (6, 7, 8) are connected to the second suppressor diode (9) via a star point (2) and only cathodes of the suppressor diodes (6, 7, 8, 9) are present in the star point (2), wherein the at least one third line (5) is the second voltage source, designed as a signal source (13), electrically connects to a third consumer (23). Elektrische Schaltung (1) nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der Abnehmer (21, 22, 23), insbesondere alle Abnehmer (21, 22, 23) der elektrischen Schaltung (1), mittels eines Verpolschutzes (15, 16) vor Verpolung geschützt ist.Electrical circuit (1) according to Claim 1 , wherein at least one of the consumers (21, 22, 23), in particular all consumers (21, 22, 23) of the electrical circuit (1), is protected against polarity reversal by means of a polarity reversal protection (15, 16). Elektrische Schaltung (1) nach Anspruch 2, wobei der Verpolschutz (15) als MOSFET ausgebildet ist.Electrical circuit (1) according to Claim 2 , wherein the polarity reversal protection (15) is designed as a MOSFET. Elektrische Schaltung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Verpolschutz (16) als Diode ausgebildet ist.Electrical circuit (1) according to Claim 2 or 3 , wherein the reverse polarity protection (16) is designed as a diode. Elektrische Schaltung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein zweiter Abnehmer (22), welcher als zweite Last ausgebildet ist, zumindest eine teilweise Redundanz eines ersten Abnehmers (21), welcher als erste Last ausgebildet ist, gewährleistet.Electrical circuit (1) according to one of the preceding claims, wherein a second consumer (22), which is designed as a second load, ensures at least partial redundancy of a first consumer (21), which is designed as a first load. Elektrische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Verpolschutz (15) des ersten Abnehmers (21) als MOSFET ausgebildet ist.Electrical circuit (1) according to one of the Claims 2 until 5 , wherein the polarity reversal protection (15) of the first consumer (21) is designed as a MOSFET. Elektrische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Verpolschutz (16) des zweiten Abnehmers (22) und/oder der des dritten Abnehmers (23) als Diode ausgebildet ist.Electrical circuit (1) according to one of the Claims 2 until 6 , wherein the polarity reversal protection (16) of the second consumer (22) and/or that of the third consumer (23) is designed as a diode. Elektrisches Steuergerät (24) für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens drei elektrischen Leitungen (3, 4, 5), die wenigstens zwei Spannungsquellen (11, 13) mit wenigstens einem Abnehmer (21, 22, 23), insbesondere einer Last, elektrisch verbunden ist, - und mit - mehreren Abnehmern (21, 22), - wobei die elektrischen Leitungen (3, 4, 5) mit jeweils einer ersten Suppressordiode (6, 7, 8) elektrisch verbunden sind, - und das Steuergerät eine zweite Suppressordiode (9) mit einem Massebezug (10) aufweist, und die ersten Suppressordioden (6, 7, 8) über einen Sternpunkt (2) mit der zweiten Suppressordiode (9) verbunden sind und in dem Sternpunkt (2) ausschließlich Kathoden der Suppressordioden (6, 7, 8, 9) anliegen, wobei die wenigstens eine dritte Leitung (5) die zweite Spannungsquelle, ausgebildet als eine Signalquelle (13) mit einem dritten Abnehmer (23) elektrisch verbindet.Electrical control device (24) for a motor vehicle with at least three electrical lines (3, 4, 5), the at least two voltage sources (11, 13) are electrically connected to at least one consumer (21, 22, 23), in particular a load, - and with - several consumers (21, 22), - wherein the electrical lines (3, 4, 5) are each electrically connected to a first suppressor diode (6, 7, 8), - and the control device has a second suppressor diode (9) with a ground reference (10), and the first suppressor diodes (6, 7, 8) are connected to the second suppressor diode (9) via a star point (2) and only cathodes of the suppressor diodes (6, 7, 8, 9) are present in the star point (2), wherein the at least one third line (5) is the second voltage source, designed as a signal source (13) electrically connects to a third consumer (23). Elektrisches Steuergerät (24) nach Anspruch 8 - wobei die Leitungen (3, 4) als Leistungsleitungen angeordnet sind, und eine oder mehrere Signalleitungen (5) vorhanden sind, und die Leistungsleitung (3, 4) und die Signalleitung (5) in dem Sternpunkt (2) verbunden sind.Electrical control unit (24) according to Claim 8 - wherein the lines (3, 4) are arranged as power lines, and one or more signal lines (5) are present, and the power line (3, 4) and the signal line (5) are connected at the star point (2). Kraftfahrzeug mit wenigstens zwei Spannungsquellen (11, 13), einer elektrischen Schaltung (1) und/oder einem elektrischen Steuergerät (24), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder das elektrische Steuergerät (24) nach einem der Ansprüche 8 bis 9 ausgebildet ist, wobei das Kraftfahrzeug die Signalquelle (13) aufweist, die mit der Signalleitung (5) verbunden ist.Motor vehicle with at least two voltage sources (11, 13), an electrical circuit (1) and/or an electrical control device (24), characterized in that the electrical circuit (1) is designed according to one of the Claims 1 until 7 and/or the electrical control device (24) according to one of the Claims 8 until 9 is formed, wherein the motor vehicle has the signal source (13) which is connected to the signal line (5).
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