DE112018005166B4

DE112018005166B4 - Elektronische Steuereinheit

Info

Publication number: DE112018005166B4
Application number: DE112018005166.8T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Katabuchi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2038-09-15
Also published as: KR20200030611A; US20200262309A1; CN111095763A; JP2019054653A; US10857905B2; WO2019054482A1; JP6773620B2; KR102232770B1; DE112018005166T5; CN111095763B

Abstract

Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3), aufweisend:- einen ersten Leistungsanschluss (VBATT), an den von einer an einem Fahrzeug montierten Batterie (VB) eine Spannung angelegt wird;- einen zweiten Leistungsanschluss (VIGN), an den von der Batterie (VB) über einen Startschalter (IGNSW) eine Spannung angelegt wird;- eine Stromversorgungs-IC (11), die aus den von der Batterie (VB) an die ersten und zweiten Leistungsanschlüsse (VBATT, VIGN) angelegten Spannungen eine interne Betriebsspannung erzeugt;- ein erstes spannungsbegrenzendes Element (Z1), das zwischen dem ersten Leistungsanschluss (VBATT) und einem Eingangsanschluss der Stromversorgungs-IC (11) vorgesehen ist, wobei das erste spannungsbegrenzende Element (Z1) dafür konfiguriert ist, eine Spannung auf der Seite des ersten Leistungsanschlusses (VBATT) auf eine vorbestimmte negative Spannung zu begrenzen;- eine erste Diode (D1) mit einer Kathode, die mit dem Eingangsanschluss der Stromversorgungs-IC (11) verbunden ist;- ein zweites spannungsbegrenzendes Element (Z2), das zwischen dem zweiten Leistungsanschluss (VIGN) und einer Anode der ersten Diode (D1) vorgesehen ist, wobei das zweite spannungsbegrenzende Element (Z2) dafür konfiguriert ist, eine Spannung auf der Seite des zweiten Leistungsanschlusses (VIGN) auf eine vorbestimmte negative Spannung zu begrenzen, die größer als eine Grenzspannung des ersten spannungsbegrenzenden Elements (Z1) ist; und- eine zweite Diode (D2) mit einer Kathode, die mit der Anode der ersten Diode (D1) verbunden ist, und einer Anode, die geerdet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Steuereinheiten in Fahrzeugen mit einer Überspannungsschutzfunktion, um eine Leistungseinspeisungseinheit vor einer negativen Überspannung zu schützen.
HINTERGRUNDTECHNIK
Herkömmlicherweise ist eine elektronische Steuereinheit in einem Fahrzeug mit einer Reverse-Input- bzw. Schutzschaltung gegen umgekehrte Einspeisung versehen, um eine interne Schaltung vor umgekehrter Einspeisung zu schützen, die durch eine umgekehrte Verbindung eines Batterieanschlusses aufgrund eines menschlichen Fehlers oder dergleichen verursacht wird. Darüber hinaus ist eine Überspannungsschutzschaltung in einer Leistungseinspeisungseinheit vorgesehen, um die interne Schaltung vor einer Stoßspannung zu schützen, die durch eine Schaltoperation oder dergleichen erzeugt wird, wenn eine Last angesteuert wird.
Patentdokument 1 offenbart beispielsweise eine Steuereinheit in einem Fahrzeug, die eine MOSFETs enthaltende Schutzschaltung gegen umgekehrte Einspeisung enthält und die die MOSFETs schützt, wenn eine Stoßspannung auftritt. Gemäß der Offenbarung des Patentdokuments 1 kann, selbst wenn eine Spannung der Batterie auf nahe einer betriebsfähigen Grenzspannung einer elektronischen Steuereinheit (ECU) fällt, der Betrieb der ECU sichergestellt werden kann, und, selbst wenn eine Stoßspannung angelegt wird, kann die interne Schaltung der ECU geschützt werden und kann ein Zurücksetzen bzw. Reset der ECU vermieden werden.
REFERENZDOKUMENTENLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: JP 2013 - 66 321 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
In solch einer Schaltungskonfiguration wie im Patentdokument 1 offenbart wird jedoch, wenn eine negative Überspannung an einen Batterieanschluss angelegt wird, die Stoßspannung direkt an den Drain eines FET zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung angelegt. Folglich ist ein teures Element mit einer hohen Durchbruchspannung erforderlich. Darüber hinaus erfordert, wenn der FET zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung und ein Umschalt-FET zur Verwendung mit dem FET zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung für einen Schutz vor einer negativen Stoßspannung verwendet werden, diese Konfiguration eine große Anzahl an Elementen, einschließlich jener für periphere Schaltungen zum Steuern dieser FETs. Dies erhöht eine Montagefläche auf der Schaltungsplatine. Dies bewirkt eine Zunahme der Größe der elektronischen Steuereinheit und eine Erhöhung der Produktionskosten.
Die JP 2015 - 80 955 A betrifft eine Stromquellenschaltung eines Fahrzeuginstruments, die eine elektronische Komponente schützen kann, selbst in einem Fall, in dem eine Schwankung einer Stromquellenspannung, die einem Fahrzeuginstrument zugeführt wird, heftig wird. Eine Stromquellenschaltung eines Fahrzeuginstruments versorgt eine Steuerschaltung oder dergleichen, die eine Lastschaltung ist, mit Strom. Es enthält eine Stoßspannungsunterdrückungsschaltung zwischen einer Batteriestromquelle und der Lastschaltung. Eine Stoßstromunterdrückungsschaltung ist zwischen der Stoßspannungsunterdrückungsschaltung und der Lastschaltung vorgesehen. Als Lastkreis ist der Steuerkreis vorgesehen. Die Steuerschaltung steuert das Ansteuern einer Schaltschaltung, die das Auftreten eines Dunkelstroms in einem Zustand, in dem ein Fahrzeug gestoppt ist, in der Stoßstromunterdrückungsschaltung unterdrückt.
Die CN 101 950 955 A zeigt eine Steuerschaltung, die eine Überspannung und eine Stoßspannung verhindern kann. Dabei wird die Steuerung der Ausgangsspannung durch Steuern des Öffnens/Schließens einer Feldeffektröhre erreicht. Wenn die Ausgangsspannung höher als die Obergrenze einer eingestellten Spannung ist, wird das Gitterpotential der Feldeffektröhre herabgezogen, die Feldeffektröhre befindet sich in einem geschlossenen Zustand, und in diesem Moment verbraucht die Last Ladungen, die in einem Kondensator gespeichert sind. Wenn die Ausgangsspannung niedriger als die untere Grenze der eingestellten Spannung ist, wird das Gitterpotential der Feldeffektröhre hochgezogen, die Feldeffektröhre befindet sich in einem leitenden Zustand. In diesem Moment wird Strom durch die Feldeffektröhre für die Last geliefert und dadurch der Kondensator aufgeladen.
Die CN 201 523 211 U offenbart einen Stromkreis einer elektrischen Automobilsteuerung, die mit einer Anode einer Speicherbatterie verbunden ist, wobei die Kathode der Speicherbatterie geerdet ist. Der Stromkreis weist einen Chip auf, welcher mit einem Stromeingangsende des Controllers verbunden ist und über Kapazitäten eines Überstromschutzes und einer Überspannungsbegrenzung verfügt und Sicherheit und festen Front-End-Schutz für wichtige nachgeschaltete Komponenten bietet. Das kontinuierliche Arbeiten kann beim Kaltstart aufgrund eines breiten Eingangsspannungsbereichs von 4 V bis 80 V realisiert werden, und der Ausgang wird auf die von einem Benutzer definierte Spannung eingestellt. Darüber hinaus verfügt der Chip über eine Schutzfunktion für die umgekehrte Verbindung des Stromeingangs, um die Last wichtiger Schaltkreise vor Beschädigung zu schützen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische Steuereinheit bereitzustellen, die imstande ist, die Größe und Kosten zu reduzieren, während eine Funktion zum Schutz vor einer negativen Stoßspannung und eine Funktion zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung aufrechterhalten werden.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer elektronischen Steuereinheit erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Steuereinheit auf:

einen ersten Leistungsanschluss, an den von einer an einem Fahrzeug montierten Batterie eine Spannung angelegt wird,
einen zweiten Leistungsanschluss, an den von der Batterie über einen Startschalter eine Spannung angelegt wird;
eine Stromversorgungs-IC, die aus den von der Batterie an die ersten und zweiten Leistungsanschlüsse angelegten Spannungen eine interne Betriebsspannung erzeugt;
ein erstes spannungsbegrenzendes Element, das zwischen dem ersten Leistungsanschluss und einem Eingangsanschluss der Stromversorgungs-IC vorgesehen ist, wobei das erste spannungsbegrenzende Element dafür konfiguriert ist, eine Spannung auf der Seite des ersten Lastanschlusses auf eine vorbestimmte negative Spannung zu begrenzen;
eine erste Diode mit einer Kathode, die mit dem Eingangsanschluss der Stromversorgungs-IC verbunden ist;
ein zweites spannungsbegrenzendes Element, das zwischen dem zweiten Leistungsanschluss und einer Anode der ersten Diode vorgesehen ist, wobei das zweite spannungsbegrenzende Element dafür konfiguriert ist, eine Spannung auf der Seite des zweiten Lastanschlusses auf eine vorbestimmte negative Spannung zu begrenzen, die größer als eine Grenzspannung des ersten spannungsbegrenzenden Elements ist; und
eine zweite Diode mit einer Kathode, die mit der Anode der ersten Diode verbunden ist, und einer Anode, die geerdet ist.

EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da das erste spannungsbegrenzende Element die Spannung an der Seite des ersten Leistungsanschlusses auf die vorbestimmte negative Spannung begrenzt und das zweite spannungsbegrenzende Element die Spannung an der Seite des zweiten Leistungsanschlusses auf die vorbestimmte negative Spannung begrenzt, möglich, zu verhindern, dass die ersten und/oder zweiten Leistungsanschlüsse mit übermäßigen negativen Spannungen beaufschlagt werden, um dadurch die interne Schaltung vor einer negativen Überspannung zu schützen. Da die Grenzspannung des ersten spannungsbegrenzenden Elements größer als die Grenzspannung des zweiten spannungsbegrenzenden Elements ist, ist es überdies möglich, eine Verringerung der Eingangsanschlussspannung zu verhindern, was eine Abschaltung der Stromversorgungs-IC verursachen könnte. Da die zweite Diode, die in dem Stromweg vorgesehen ist, der sich vom zweiten Leistungsanschluss zur Stromversorgungs-IC erstreckt, von den Schutzwegen zu den ersten und zweiten Leistungsanschlüssen gemeinsam genutzt wird, ist es überdies möglich, die Anzahl an Komponenten zu reduzieren.
Folglich ist es möglich, eine einfache Schaltungskonfiguration mit der Überspannungsschutzfunktion und der Funktion zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung äquivalent jenen in der herkömmlichen Technik zu erreichen.
Durch Reduzieren der Anzahl an Komponenten und Reduzieren der Montagefläche auf der Schaltungsplatine ist es deshalb möglich, die Größe zu reduzieren. Da der Überspannungsschutz durchgeführt wird, indem die ersten und zweiten spannungsbegrenzenden Elemente genutzt werden, um zu verhindern, dass irgendeine Sektion mit einer hohen Spannung beaufschlagt wird, ist es überdies nicht notwendig, ein teures Element mit hoher Durchbruchspannung zu verwenden, was eine Verringerung der Kosten zur Folge hat.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Leistungseinspeisungseinheit und ihre Umgebung in einer elektronischen Steuereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A ist eine auseinandergezogene Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer elektronischen Steuereinheit eines CVT zeigt, für die die elektronische Steuereinheit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2B ist eine Draufsicht einer Verdrahtungsplatine in der in 2A gezeigten elektronischen Steuereinheit einer CVT.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Schutzweg zeigt, wenn zwei Leistungsanschlüsse in der in 1 gezeigten Schaltung einzeln mit Stoßspannungen beaufschlagt werden.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Schutzweg zeigt, wenn zwei Leistungsanschlüsse in der in 1 gezeigten Schaltung gleichzeitig mit Stoßspannungen beaufschlagt werden.
5 ist eine Tabelle, um die Drainspannung eines MOSFET zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung und die Eingangsspannung einer Stromversorgungs-IC zu erläutern, wenn die Leistungsanschlüsse mit negativen Überspannungen beaufschlagt werden.
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Leistungseinspeisungseinheit und ihre Umgebung in einer elektronischen Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Leistungseinspeisungseinheit und ihre Umgebung in einer elektronischen Steuereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2A und 2B zeigen eine schematische Konfiguration einer elektronischen Steuereinheit für ein stufenloses Getriebe (CVT), für das die elektronische Steuereinheit der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie in 2A gezeigt ist, umfasst die elektronische Steuereinheit eine Schaltungsplatine (PCB) 1 und eine Metallbasis 2 und eine Harzabdeckung 3, zwischen denen die Schaltungsplatine 1 platziert wird. Die Schaltungsplatine 1 ist in einem durch die Metallbasis 2 und die Harzabdeckung 3 definierten Raum untergebracht und hat eine planare Form, wie in 2B gezeigt ist. Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, sind auf der Schaltungsplatine 1 verschiedene elektronische Komponenten montiert, und ein Verbinder 4 für eine elektrische Verbindung mit externen Vorrichtungen ist so vorgesehen, dass Verbindungsteile von einer seitlichen Oberfläche der Harzabdeckung 3 aus freigelegt sind.
Die Metallbasis 2 ist aus einem Material mit einer sehr guten Wärmeabstrahleigenschaft wie etwa Aluminium oder Eisen geschaffen. Der Verbinder 4 und die Harzabdeckung 3 sind aus beispielsweise einem Kunststoffmaterial mit einer ausgezeichneten Festigkeit und Wärmebeständigkeit wie etwa einem PBT-(Polybutylenterephthalat)-Harz oder einem PPS-(Polyphenylsulfid)-Harz geschaffen. Ecken der Schaltungsplatine 1 sind mit die Schaltungsplatine befestigenden Schrauben 6-1 bis 6-4 an der Metallbasis 2 befestigt. Wärme, die von elektronischen Komponenten, insbesondere von stark wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten, erzeugt wird, wird zu einem Wärmeabstrahlelement 5 übertragen, das auf der Metallbasis 2 auf einer Seite vorgesehen ist, auf der die Schaltungsplatine 1 montiert ist.
Um eine gute Luftdichtigkeit der elektronischen Steuereinheit sicherzustellen, ist zwischen der Metallbasis 2 und der Harzabdeckung 3 ein Dichtungselement 7a platziert, ist zwischen der Metallbasis 2 und dem Verbinder 4 ein Dichtungselement 7b platziert und ist zwischen der Harzabdeckung 3 und dem Verbinder 4 ein Dichtungselement 7c platziert. Als Dichtungselemente 7a, 7b, 7c wird eine Flüssigkeitsdichtung (am Ort ausgebildete Dichtung, FIPG) (engl.: formed in place gasket) verwendet. Solange eine gute Luftdichtigkeit der elektronischen Steuereinheit erzielt wird, können zum Beispiel flüssige Klebstoffe, die vor einem Aushärten flüssig sind, oder O-Ringe verwendet werden. Die Harzabdeckung 3 ist mit einem Belüftungsloch versehen, und ein Belüftungsfilter 8 zum Belüften des Inneren der elektronischen Steuereinheit und der äußeren Umgebung ist darauf wärmeverschweißt. Der Belüftungsfilter 8 ist dafür konfiguriert, nur Luft durchzulassen und zu verhindern, dass Wasser oder Verunreinigungen hindurchgelangen. Beispielsweise werden die Metallbasis 2 und Harzabdeckung 3 durch Heißverstemmen befestigt, indem von den vier Ecken des äußeren peripheren Teils der Harzabdeckung 3 vorstehende Ansätze 3a, 3b, 3c erhitzt und verformt werden.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die Leistungseinspeisungseinheit 10 der Schaltungsplatine 1 (elektronische Steuereinheit) mit einem Leistungsanschluss VBATT und einem Leistungsanschluss VIGN versehen. Der Leistungsanschluss VBATT ist mit der positiven Elektrode einer im Fahrzeug montierten Batterie (Gleichspannungs-Stromversorgung) VB verbunden, und der Leistungsanschluss VIGN ist über einen Zündschalter (Startschalter) IGNSW mit der positiven Elektrode der Batterie VB verbunden.
Mit dem Leistungsanschluss VBATT ist die Source eines P-Kanal-MOSFET Tr1 verbunden, der als Schaltelement zum Abschalten von Leistung dient. Mit dem Drain des MOSFET Tr1 ist eine Anode einer Z-Diode bzw. Zener-Diode Z1 verbunden, die als spannungsbegrenzendes Element dient. Die Kathode der Zener-Diode Z1 ist mit einem Eingangsanschluss (Verbindungspunkt) N1 der Stromversorgungs-IC 11 verbunden. Mit dem Leistungsanschluss VIGN ist die Anode einer Zener-Diode Z2 verbunden, die als spannungsbegrenzendes Element dient. Die Kathode der Zener-Diode Z2 ist mit der Anode einer Diode D1 verbunden. Die Kathode der Diode D1 ist mit der Kathode der Zener-Diode Z1 und dem Eingangsanschluss N1 der Stromversorgungs-IC 11 verbunden. Die Kathode einer Diode D2 ist mit der Anode der Diode D1 und der Kathode der Zener-Diode Z2 verbunden. Die Anode der Diode D2 ist mit Masse verbunden. Darüber hinaus ist ein Kondensator (Glättungskondensator) C1, um zu verhindern, dass Spannung fluktuiert, zwischen den Eingangsanschluss N1 der Stromversorgungs-IC 11 und die Masse geschaltet. Mit dem Eingangsanschluss N1 der Stromversorgungs-IC 11 ist ein Abschaltanschluss 11a der Stromversorgungs-IC 11 verbunden.
Die Stromversorgungs-IC 11 reduziert die von der Batterie VB an den Leistungsanschluss VBATT angelegte Spannung, um eine interne Betriebsspannung zu erzeugen. Die durch die Stromversorgungs-IC 11 erzeugte interne Betriebsspannung wird einer im Fahrzeug montierten elektronischen Vorrichtung, zum Beispiel einer Mikrocontroller-Einheit (MCU) 12, die eine elektrische Pumpe für eine hydraulische Steuerung einer Antriebsriemenscheibe eines Getriebes steuert, bereitgestellt. Der MOSFET Tr1 wird ausgeschaltet, wenn der Betrieb der Stromversorgungs-IC 11 oder MCU 12 gestoppt wird.
Darüber hinaus ist der Eingangsanschluss einer Last-Ansteuerungsschaltung 13 mit dem Stromversorgungsanschluss VBATT über einen Stromweg verbunden, in welchem ein P-Kanal-MOSFET Tr2, der als Schaltelement zum Abschalten von Leistung dient, und ein P-Kanal-MOSFET Tr3 zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung in Reihenschaltung vorgesehen sind. Die Source des MOSFET Tr2 ist mit dem Leistungsanschluss VBATT verbunden, und der Drain des MOSFET Tr2 ist mit dem Drain des MOSFET Tr3 verbunden. Die Source des MOSFET Tr3 ist mit dem Eingangsanschluss der Last-Ansteuerungsschaltung 13 verbunden. Die Bodydiode des MOSFET Tr2 und die Bodydiode des MOSFET Tr3 weisen entgegengesetzte Stromflussrichtungen auf. Die Last-Ansteuerungsschaltung 13 steuert eine Last 14 wie etwa ein Solenoid an.
In der obigen Schaltungskonfiguration ist die Z-Spannung bzw. Zener-Spannung Vz1 der Zener-Diode Z1 so eingestellt, dass sie größer als eine Zener-Spannung Vz2 der Zener-Diode Z2 ist. Das heißt, es gilt „Vz1 > Vz2“. Wenn die Betriebsspannung der Stromversorgungs-IC 11 als VI1 bezeichnet wird, ist es erforderlich, dass die Zener-Spannungen Vz1 und Vz2 der Zener-Dioden Z1 und Z2 die folgende Beziehung (1) erfüllen, um die Betriebsspannung der Stromversorgungs-IC 11 zu der Zeit sicherzustellen, zu der eine negative Stoßspannung auftritt. Hier wird angenommen, dass eine negative Stoßspannung gleichzeitig an Leistungsanschlüsse VBATT und VIGN angelegt wird. $- Vfd 2 - Vz 2 + Vz 1 \geq VI 1$

Vfd2 ist hier eine Durchlassspannung der Diode D2.
3 zeigt einen Schutzweg (Überspannungs-Entladungsweg), wenn der Leistungsanschluss VBATT und der Leistungsanschluss VIGN in der in 1 gezeigten Schaltung einzeln mit negativen Überspannungen beaufschlagt werden. Wenn eine negative Stoßspannung an den Leistungsanschluss VBATT angelegt wird, bricht die Zener-Diode Z1 durch, und ein Strom fließt vom Leistungsanschluss VIGN über die Anode und Kathode der Zener-Diode Z2, die Anode und Kathode der Diode D1, die Kathode und Anode der Zener-Diode Z1 und die Kathode und Anode der Bodydiode des MOSFET Tr1 zum Leistungsanschluss VBATT, wie durch eine gestrichelte Linie 20 angegeben ist. Infolgedessen lautet die Drainspannung VD des MOSFET Tr3 wie folgt: $VD = Vign - Vfz 2 - Vfd 1 - Vzz 1$
Die Eingangsspannung VI der Stromversorgungs-IC lautet wie folgt. $VI = Vign - Vfz 2 - Vfd 1$
In den obigen Gleichungen (2) und (3) ist Vign eine an den Leistungsanschluss VIGN angelegte Spannung (Batteriespannung VB), ist Vzz1 eine Zener-Spannung der Zener-Diode Z1 und ist Vfz2 eine Durchlassspannung der Zener-Diode Z2.
Dadurch unterbindet dies, dass eine negative übermäßige Spannung an die interne Schaltung der elektronischen Steuereinheit angelegt wird.
Im Gegensatz dazu bricht, wenn eine negative Stoßspannung an den Leistungsanschluss VIGN angelegt wird, die Zener-Diode Z2 durch, und ein Strom fließt von der Masse über die Anode und Kathode der Diode D2 und die Kathode und Anode der Zener-Diode Z2 zum Leistungsanschluss VIGN, wie durch eine strichpunktierte Linie 21 angegeben ist. Infolgedessen lautet die Drainspannung VD des MOSFET Tr3 wie folgt. $VD = Vbatt$
Die Eingangsspannung VI der Stromversorgungs-IC 11 lautet wie folgt. $VI = Vbatt - Vfz 1$
In den obigen Gleichungen (4) und (5) ist Vbatt eine an den Leistungsanschluss VBATT angelegte Spannung (Batteriespannung VB).
Dadurch unterbindet dies, dass eine negative übermäßige Spannung an die interne Schaltung der elektronischen Steuereinheit angelegt wird. Folglich wird die Diode D2 für sowohl den Schutzbetrieb, wenn eine Stoßspannung an den Leistungsanschluss VBATT angelegt wird, als auch den Schutzbetrieb, wenn die Stoßspannung an den Leistungsanschluss VIGN angelegt wird, genutzt.
Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel beschrieben. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird angenommen, dass die Zener-Spannung Vz1 der Zener-Diode Z1 40 V beträgt, die Zener-Spannung Vz2 der Zener-Diode Z2 20 V beträgt, die Durchlassspannung Vfd1 der Diode D1 1 V beträgt, die Durchlassspannung Vfz2 der Zener-Diode Z2 1 V beträgt und eine Stoßspannung von -100 V an den Leistungsanschluss VBATT in einem Zustand angelegt wird, in welchem eine Spannung von 14 V von der Batterie VB an den Leistungsanschluss VIGN angelegt wird. Die Spannung an der Anode der Zener-Diode Z1 ist „14 - 1 - 1 - 40 = -28“, was nicht vollkommen gleich der an den Leistungsanschluss VBATT angelegten negativen Stoßspannung ist. Folglich wird die Differenz zwischen der Source und dem Drain des MOSFET Tr3 zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung reduziert. Deshalb kann für den MOSFET Tr3 ein kostengünstiges Element mit niedriger Durchbruchspannung verwendet werden.
Nimmt man auf der anderen Seite an, dass eine Stoßspannung von -100 V an den Leistungsanschluss VIGN in einem Zustand angelegt wird, in welchem eine Spannung von 14 V von der Batterie VB an den Leistungsanschluss VBAT angelegt wird, bricht die Zener-Diode Z2 durch. Somit wird zwischen dem Source und dem Drain des MOSFET Tr3 zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung keine große Spannung angelegt.
4 zeigt einen Schutzweg, wenn der Leistungsanschluss VBATT und der Leistungsanschluss VIGN in der in 1 gezeigten Schaltung gleichzeitig mit negativen Überspannungen beaufschlagt werden. Beispielsweise zeigt dies einen Fall, in welchem eine negative Stoßspannung an den Leistungsanschluss VBATT oder den Leistungsanschluss VIGN in einem Zustand angelegt wird, in welchem ein Zündschalter IGNSW eingeschaltet ist. Die Zener-Spannung Vz1 der Zener-Diode Z1 ist so eingestellt, dass sie größer als die Zener-Spannung Vz2 der Zener-Diode Z2 ist. Wenn eine negative Überspannung angelegt wird, bricht somit zuerst die Zener-Diode Z2 durch, und ein Strom fließt von der Masse über die Anode und Kathode der Diode D2 und die Kathode und Anode der Zener-Diode Z2 zum Leistungsanschluss VIGN, wie durch eine doppelt strichpunktierte Linie 22 angegeben ist.
Infolgedessen lautet die Drainspannung VD des MOSFET Tr3 wie folgt. $VD = - Vfd 2 - Vz 2$
Die Eingangsspannung V1 der Stromversorgungs-IC 11 lautet wie folgt. $VI = - Vfd 2 - Vz 2 + Vz 1$
Dadurch unterbindet dies, dass eine negative übermäßige Spannung an die interne Schaltung der elektronischen Steuereinheit angelegt wird. Da die Zener-Diode Z1 nicht durchbricht, kann darüber hinaus die Spannung des Eingangsanschlusses N1 der Stromversorgungs-IC 11 (Stromversorgungsspannung) aufrechterhalten werden, und somit ist es möglich, zu verhindern, dass der Betrieb der Stromversorgungs-IC 11 gestoppt wird, und zu verhindern, dass die MCU 12 in der nächsten Stufe zurückgesetzt wird.
5 zeigt Beziehungen zwischen einer Drainspannung VD des MOSFET Tr3 zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung und einer Eingangsspannung VI der Stromversorgungs-IC 11, wenn an jeden der oben erwähnten Stromversorgungsanschlüsse eine negative Überspannung angelegt wird. Selbst wenn an einen der oder beide Stromversorgungsanschlüsse VBATT und VIGN eine übermäßige Stoßspannung von -100 V angelegt wird, wird die an den Drain des MOSFET Tr3 angelegte Spannung VD reduziert. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass der MOSFET Tr3 beschädigt wird. Da ein teures Element mit einer hohen Durchbruchspannung für den MOSFET Tr3 nicht erforderlich ist, ist es überdies möglich, eine Kostensteigerung zu reduzieren. Da die Eingangsspannung VI der Stromversorgungs-IC 11 nicht unter die Betriebsspannung VI1 abnimmt, ist es überdies möglich, zu verhindern, dass der Betrieb der Stromversorgungs-IC 11 gestoppt wird oder die MCU 12, der von der Stromversorgungs-IC 11 die Betriebsleistung zugeführt wird, zurückgesetzt wird.
Auf diese Weise ist die Spannung auf der Seite des Leistungsanschlusses VBATT durch die Zener-Diode Z1 auf eine vorbestimmte erste negative Spannung (Zener-Spannung Vz1) begrenzt, und die Spannung auf der Seite des Leistungsanschlusses VIGN ist durch die Zener-Diode Z2 auf eine vorbestimmte zweite negative Spannung (Zener-Spannung Vz2) begrenzt, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass eine übermäßige negative Spannung an die Leistungsanschlüsse VBATT und VIGN angelegt wird, um so die interne Schaltung vor einer negativen Stoßspannung zu schützen.
Da die Zener-Spannung Vz1 (Grenzspannung) der Zener-Diode Z1 größer als die Zener-Spannung Vz2 der Zener-Diode Z2 ist, ist es überdies möglich, eine Abnahme der Eingangsanschlussspannung zu verhindern, die eine Abschaltung der Stromversorgungs-IC 11 und einen Reset der MCU 12 verursachen könnte. Da die Diode D2, die in dem Stromweg vorgesehen ist, der sich vom Leistungsanschluss VIGN zur Stromversorgungs-IC 11 erstreckt, von den ersten und zweiten Überspannungs-Entladungswegen (gepunktete Linie 20 und strichpunktierte Linie 21) gemeinsam genutzt wird, ist es überdies möglich, eine einfache Schaltungskonfiguration mit einer reduzierten Anzahl an Komponenten zu erreichen, die eine Überspannungsschutzfunktion und eine Funktion zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung äquivalent jenen in der herkömmlichen Technik aufweist.
Da die Anzahl an Komponenten reduziert ist, ist es dementsprechend möglich, die Montagefläche auf der Schaltungsplatine 1 zu reduzieren, was eine Größenreduzierung zur Folge hat, und da es nicht notwendig ist, einen teuren MOSFET mit hoher Durchbruchspannung zu verwenden, ist es möglich, Kosten zu reduzieren.
Zweite Ausführungsform
6 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Leistungseinspeisungseinheit und ihrer Umgebung in einer elektronischen Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Anstelle der MOSFETs Tr1 und Tr2 in der ersten Ausführungsform wird in der zweiten Ausführungsform ein einziger gemeinsamer MOSFET Tr1' genutzt. Das heißt, der MOSFET Tr2 ist weggelassen, und folglich ist die Source des MOSFET Tr1' mit dem Leistungsanschluss VBATT verbunden und ist der Drain des MOSFET Tr1' mit der Anode der Zener-Diode Z1 und dem Drain des MOSFET Tr3 verbunden.
Die übrigen Konfigurationen sind ähnlich jenen in 1. Die gleichen Komponenten sind mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In der oben erwähnten Konfiguration ist, wenn die an den Leistungsanschluss VIGN angelegte Spannung als Vign bezeichnet wird, die Durchlassspannung der Zener-Diode Z2 als Vfz2 bezeichnet wird, die Durchlassspannung der Diode D1 als Vfd1 bezeichnet wird, die Zener-Spannung der Zener-Diode Z1 als Vz1 bezeichnet wird und die maximale Drain-Source-Nennspannung des MOSFET Tr3 als Vdc_max bezeichnet wird, die folgende Beziehung (8) erfüllt. $Vign - Vfz 2 - Vfd 1 - Vz 1 < Vdc_max$
Die Zener-Spannung Vz1 der Zener-Diode Z1 wird dann so eingerichtet, dass die an den MOSFET Tr3 angelegte Spannung geringer als die absolute maximale Nennspannung oder gleich dieser ist. Dies bewirkt, dass die Zener-Diode Z2 durchbricht, wenn die an den MOSFET Tr3 angelegte Spannung geringer als die absolute maximale Nennspannung oder gleich dieser ist, so dass es möglich ist, den MOSFET Tr3 effektiv zu schützen, während verglichen mit der ersten Ausführungsform die Anzahl an Komponenten weiter reduziert wird. Dementsprechend ist es möglich, die Montagefläche auf der Schaltungsplatine 1 zu reduzieren, was eine Größenreduzierung zur Folge hat, und da es nicht notwendig ist, einen teuren MOSFET mit hoher Durchbruchspannung zu verwenden, ist es möglich, Kosten zu reduzieren.
Obgleich die vorliegende Erfindung im Vorstehenden gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Verschiedene Modifikationen sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, in der Betriebsphase möglich.
Beispielsweise ist, obgleich als ein Beispiel die vorliegende Erfindung auf die elektronische Steuereinheit für ein CVT angewandt beschrieben ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die obigen Ausführungsformen schließen überdies Erfindungen in verschiedenen Stufen ein, und verschiedene Erfindungen können extrahiert werden, indem mehrere, hierin offenbarte Bestandteile geeignet kombiniert werden. Selbst wenn einige von all den in den Ausführungsformen angegebenen Bestandteilen entfernt werden, kann beispielsweise, solange zumindest eines der Probleme, die in „Durch die Erfindung zu lösendes Problem“ beschrieben wurden, gelöst werden kann und zumindest einer der Effekte, die in „Effekte der Erfindung“ beschrieben wurden, erhalten werden kann, solch eine Konfiguration, in der die Bestandteile weggelassen sind, als Erfindung ausgewählt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsplatine
10: Leistungseinspeisungseinheit
11: Stromversorgungs-IC
11a: Abschaltanschluss
12: MCU
13: Last-Ansteuerungsschaltung
14: Last (Solenoid)
VB: Batterie
IGNSW: Zündschalter (Startschalter)
VBATT: Leistungsanschluss (erster Leistungsanschluss)
VIGN: Leistungsanschluss (zweiter Leistungsanschluss)
Tr1 bis Tr3: MOSFET (Schaltelement)
Z1: Zener-Diode (erstes spannungsbegrenzendes Element)
Z2: Zener-Diode (zweites spannungsbegrenzendes Element)
D1: Diode (erste Diode)
D2: Diode (zweite Diode)

Claims

Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3), aufweisend: - einen ersten Leistungsanschluss (VBATT), an den von einer an einem Fahrzeug montierten Batterie (VB) eine Spannung angelegt wird; - einen zweiten Leistungsanschluss (VIGN), an den von der Batterie (VB) über einen Startschalter (IGNSW) eine Spannung angelegt wird; - eine Stromversorgungs-IC (11), die aus den von der Batterie (VB) an die ersten und zweiten Leistungsanschlüsse (VBATT, VIGN) angelegten Spannungen eine interne Betriebsspannung erzeugt; - ein erstes spannungsbegrenzendes Element (Z1), das zwischen dem ersten Leistungsanschluss (VBATT) und einem Eingangsanschluss der Stromversorgungs-IC (11) vorgesehen ist, wobei das erste spannungsbegrenzende Element (Z1) dafür konfiguriert ist, eine Spannung auf der Seite des ersten Leistungsanschlusses (VBATT) auf eine vorbestimmte negative Spannung zu begrenzen; - eine erste Diode (D1) mit einer Kathode, die mit dem Eingangsanschluss der Stromversorgungs-IC (11) verbunden ist; - ein zweites spannungsbegrenzendes Element (Z2), das zwischen dem zweiten Leistungsanschluss (VIGN) und einer Anode der ersten Diode (D1) vorgesehen ist, wobei das zweite spannungsbegrenzende Element (Z2) dafür konfiguriert ist, eine Spannung auf der Seite des zweiten Leistungsanschlusses (VIGN) auf eine vorbestimmte negative Spannung zu begrenzen, die größer als eine Grenzspannung des ersten spannungsbegrenzenden Elements (Z1) ist; und - eine zweite Diode (D2) mit einer Kathode, die mit der Anode der ersten Diode (D1) verbunden ist, und einer Anode, die geerdet ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: - ein erstes Schaltelement (Tr1) zum Abschalten eines Stroms, das zwischen dem ersten Leistungsanschluss (VBATT) und dem ersten spannungsbegrenzenden Element (Z1) platziert ist; - eine Last-Ansteuerungsschaltung (13), die eine Last (14) ansteuert; - ein zweites Schaltelement (Tr2) zum Abschalten eines Stroms; und - ein drittes Schaltelement (Tr3) zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung, - wobei das zweite Schaltelement (Tr2) und das dritte Schaltelement (Tr3) zwischen dem ersten Leistungsanschluss (VBATT) und einem Eingangsanschluss der Last-Ansteuerungsschaltung (13) in Reihe angeordnet sind.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 2, wobei das erste Schaltelement Tr1) ausgeschaltet wird, wenn ein Betrieb der Stromversorgungs-IC (11) gestoppt wird.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 2, wobei das erste spannungsbegrenzende Element (Z1) eine erste Zener-Diode (Z1) ist, das zweite spannungsbegrenzende Element (Z2) eine zweite Zener-Diode (Z2) ist und eine Zener-Spannung der ersten Zener-Diode (Z1) geringer als eine absolute maximale Nennspannung des dritten Schaltelements (Tr3) zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 4, wobei die Zener-Spannung der ersten Zener-Diode (Z1) geringer als eine Zener-Spannung der zweiten Zener-Diode (Z2) ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 2, wobei jedes des ersten Schaltelements (Tr1), des zweiten Schaltelements (Tr2) und des dritten Schaltelements (Tr3) ein MOSFET ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: - ein erstes Schaltelement (Tr1) zum Abschalten eines Stroms, das zwischen dem ersten Leistungsanschluss (VBATT) und dem ersten spannungsbegrenzenden Element (Z1) platziert ist; - eine Last-Ansteuerschaltung (13), die eine Last (14) ansteuert; und - ein zweites Schaltelement (Tr2) zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung, das zwischen einem Eingangsanschluss der Last-Ansteuerschaltung (13) und einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement (Tr1) und dem ersten spannungsbegrenzenden Element (Z1) vorgesehen ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 7, wobei das erste Schaltelement (Tr1) ausgeschaltet wird, wenn ein Betrieb der Stromversorgungs-IC (11) gestoppt wird.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 7, wobei das erste spannungsbegrenzende (Z1) Element eine erste Zener-Diode (Z1) ist, das zweite spannungsbegrenzende Element (Z2) eine zweite Zener-Diode (Z2) ist und eine Zener-Spannung der ersten Zener-Diode (Z1) geringer als eine absolute maximale Nennspannung des zweiten Schaltelements (Tr2) zum Schutz gegen umgekehrte Einspeisung ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 9, wobei die Zener-Spannung der ersten Zener-Diode (Z1) geringer als eine Zener-Spannung der zweiten Zener-Diode (Z2) ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 7, wobei jedes des ersten Schaltelements (Tr1) und des zweiten Schaltelements (Tr2) ein MOSFET ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 1, wobei der Eingangsanschluss der Stromversorgungs-IC (11) mit einem Abschaltanschluss (11a) der Stromversorgungs-IC (11) verbunden ist.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen zwischen den Eingangsanschluss des Stromversorgungs-IC (11) und Masse geschalteten Kondensator, wobei der Kondensator dafür konfiguriert ist, zu verhindern, dass Spannung fluktuiert.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Mikrocontroller-Einheit (MCU), der die in der Stromversorgungs-IC (11) erzeugte interne Betriebsspannung bereitgestellt wird, wobei die MCU dafür konfiguriert ist, eine an dem Fahrzeug montierte elektronische Vorrichtung zu steuern.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: - eine Schaltungsplatine (1), auf der die Stromversorgungs-IC (11), das erste spannungsbegrenzende Element (Z1), die erste Diode (D1), das zweite spannungsbegrenzende Element (Z2) und die zweite Diode (D2) montiert sind; - eine Metallbasis (2), auf der die Schaltungsplatine (1) montiert ist; und - eine Harzabdeckung (3), die zusammen mit der Metallbasis (2) einen Raum definiert, um darin die Schaltungsplatine (1) unterzubringen.
Elektronische Steuereinheit (1; 2; 3) nach Anspruch 15, ferner aufweisend einen Verbinder (4) für eine elektrische Verbindung mit einer externen Vorrichtung, wobei der Verbinder (4) so vorgesehen ist, dass ein Verbindungsteil von einer seitlichen Oberfläche derHarzabdeckung (3) aus freigelegt ist.