WO2014060181A1 - Schutzschaltungsanordnung für ein mehrspannungsnetz - Google Patents

Schutzschaltungsanordnung für ein mehrspannungsnetz Download PDF

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WO2014060181A1
WO2014060181A1 PCT/EP2013/069632 EP2013069632W WO2014060181A1 WO 2014060181 A1 WO2014060181 A1 WO 2014060181A1 EP 2013069632 W EP2013069632 W EP 2013069632W WO 2014060181 A1 WO2014060181 A1 WO 2014060181A1
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voltage
circuit arrangement
low
switch
mesh
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PCT/EP2013/069632
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Sebastian WALENTA
Ulf Pischke
Nils Draese
Juergen Haeffner
Turgut Karacay
Gabriel Wetzel
Mirko Schinzel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Definitions

  • the invention relates to a protective circuit arrangement for a multi-voltage network, for example in a motor vehicle in order to control internal and possibly external faults, in particular short circuits and reverse polarity.
  • the protective circuit arrangement may be at least partially part of a DC-DC converter as well as provided separately in the multi-voltage network.
  • DC-DC converters are used to convert different voltages.
  • a DC-DC converter an electrical circuit or an electrical component is regularly referred to, which converts a DC voltage supplied to the input to another DC voltage.
  • DC voltage converters are used, for example, in so-called multi-voltage networks, in which a primary-side input voltage, based on the converter, is converted into a comparatively high or low secondary-side output voltage.
  • multi-voltage network networks are referred to with multiple meshes, which are operated with different electrical voltages. In the interaction of the different meshes, it is necessary to convert the electrical voltage between them.
  • Multi-voltage networks are found in motor vehicles as electrical power supply systems, which in addition to the usually set to a DC voltage of 12V low-voltage loads with at least one example set to 48V high-power load.
  • the multi-voltage network has a corresponding high-power generator and / or a corresponding high-performance battery and a DC-DC converter, which converts the DC voltage, which is, for example, 48V, with approximately the same power in a 12V voltage.
  • the multi-voltage network of a motor vehicle usually also has a low-voltage battery, for example a 12V battery.
  • DC-DC converters are used, for example, in a low-voltage hybrid system.
  • the DC-DC converter transfers the energy between the 48V and 12V on-board networks.
  • the 48V vehicle electrical system is a high-voltage mesh, the 12V
  • PCU-BRS Power Conversion Unit for Boost Recuperation System
  • a challenge of this converter is to protect the 12V electrical system. This must be ensured even in the case of a short circuit from the high-voltage side to ground and a fürlegierens the half-bridges. It is known for such a protection circuit a fuse, for example.
  • a DC-DC converter which is used in a vehicle electrical system of a motor vehicle.
  • the external ground potential is separated from an internal ground potential point when the DC-DC converter is in the off state. In this way, parasitic current flows are largely avoided.
  • a protective circuit arrangement for a multi-voltage network is presented.
  • Embodiments result from the dependent claims and the description. It is proposed to provide at least one switch both on the low-voltage side or in the low-voltage mesh as well as on the high-voltage side or in the high-voltage mesh. So far, a circuit is provided on the low voltage side.
  • the switch on the high voltage side is designed with different trigger conditions than the switch on the low voltage side.
  • the presented protective circuit arrangement is used, for example, in a motor vehicle, in particular in a recuperation system in the motor vehicle. This is used for energy recovery and leads to a reduction of exhaust gases. It should be noted that in the automotive vehicle, the voltage on the low voltage side is regularly in a range of 9 to 16V. The voltage on the high voltage side can be up to 600V. Such a high voltage is needed, for example, in hybrid vehicles.
  • the first of the two switches protects against internal errors, i. H. Malfunction in the DC-DC converter, and the second switch against external errors, such as. A reverse polarity or a short circuit.
  • switches are usually formed by a number of parallel transistors, for example MOSFET transistors, so that high currents can be efficiently conducted and reliably switched off in this way.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a multi-voltage network.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the described circuit arrangement in a multi-voltage network.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the described circuit arrangement in a multi-voltage network.
  • FIG. 4 shows yet another embodiment of the described circuit arrangement in a multi-voltage network.
  • Figure 5 illustrates in a schematic representation different triggering conditions.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a multi-voltage network, which is generally designated by the reference numeral 10.
  • This multi-voltage network comprises a high-voltage mesh 12 and a low-voltage mesh 14, between which a DC-DC converter 16 is connected. This converts the voltage between the two meshes 12 and 14. Furthermore, a load 18 and a source 20 are provided in the high-voltage mesh 12.
  • the low-voltage mesh 14 comprises a consumer 22 and a source 24.
  • a consumer or an energy source for example a battery, may be provided in each of the two meshes 12 and 14, respectively.
  • An error in the DC-DC converter 16 now leads to a malfunction of the entire multi-voltage network 10.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the protective circuit arrangement, designated overall by the reference numeral 50.
  • This circuit arrangement 50 comprises a DC-DC converter 52 which is provided in the region between a high-voltage mesh 54 and a low-voltage mesh 56, ie in this embodiment that the DC-DC converter 52 respectively comprises parts of the two meshes 54 and 56.
  • the DC-DC converter has a microcontroller 61 as a controller, a module with the circuit inductances 62 and a power or switching part 64.
  • a number of branches 66 are provided corresponding to the number of phases.
  • Each phase consists of a half-bridge with two transistors or switches with an upper half-bridge 68 and a lower half-bridge 69.
  • a switch 72 with a source 74 and a motor 76 parallel to it are provided at terminal 60 (reference numeral 70).
  • a source 80, a first consumer 82, a second consumer 84 and an additional consumer 86 are connected in parallel with each other.
  • a first switch 90 is provided in the high-voltage mesh 54 and a second switch 92 is provided in the ground path and thus in the low-voltage mesh 56.
  • the two switches 90 and 92 can be responded to different errors suitable.
  • the first switch 90 is opened.
  • the second switch 92 is opened.
  • a short circuit between high and low voltage can be externally caused by a short circuit in the wiring harness. In this case, no countermeasure is required. If this short circuit is due to an internal short circuit, the switches 90 and 92 are opened.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the circuit arrangement 100 with a DC-DC converter 102 having a first phase 104, a second phase 106 and a third phase 108.
  • This DC-DC converter 102 is arranged between a high-voltage mesh 110 and a low-voltage mesh 12, wherein parts of the two meshes 1 10 and 1 12 are integrated in the DC-DC converter 102.
  • the high-voltage mesh includes u. a. a switch 120 and a source 122 in series connected in parallel with an electric machine 124.
  • a source 130, a first consumer 132, a second consumer 134 and another consumer 136, for example, the electric machine 124 are arranged parallel to each other.
  • a first switch 140 and a second switch 142 is arranged in the DC-DC converter 102 on the high-voltage side and thus in the high-voltage mesh 1 10.
  • This so-called back-to-back arrangement (B2B) is formed by means of two oppositely arranged MOSFETs.
  • a third switch 144 and a fourth switch 146 are provided, which form a provoket B2B.
  • the first switch 140 protects against an internal fault, for example when the upper half-bridge switch 150 of the DC-DC converter 102 breaks down.
  • the second switch 142 protects against an external short-circuit or a reverse polarity in the high-voltage mesh 110.
  • the third switch 144 protects against internal errors, for example at a
  • the fourth switch 146 protects at an external reverse polarity in the low-voltage mesh 1 12 and thus on the low-voltage side.
  • FIG. 4 shows yet another embodiment of the circuit arrangement 200 with a DC-DC converter 202 between a high-voltage mesh 204 and a low-voltage mesh 206.
  • a DC-DC converter 202 between a high-voltage mesh 204 and a low-voltage mesh 206.
  • only one switch 210 is provided in the DC-DC converter in the high-voltage mesh 204.
  • the second switch can be omitted if there is no need to react to a polarity reversal of the high-voltage mesh, because this can be excluded, for example, by external measures.
  • a second switch 212 and a third switch 214 are provided in the DC-DC converter 202 on the low voltage side. However, these are not provided in the ground connection but in the potential connection of the low-voltage mesh.
  • the high voltage mesh 204 includes i.a. a switch 220 in series with a source 222. Parallel to these, an electric machine 224 is provided.
  • Low-voltage mesh 206 further includes a source 230, a first consumer 232, a second consumer 234, and an additional consumer
  • FIG. 5 tripping conditions are shown.
  • the illustration shows a comparator 250, in this case a hardware comparator, a microcontroller 252 and a watchdog 254, in this case a hardware watchdog.
  • a logic gate 256 in this case an OR gate.
  • the switches should have the following triggering conditions:
  • the comparator 250 detects too high an output current.
  • the microcontroller 252 detects a malfunction.
  • the watchdog 254 detects a malfunction of the microcontroller 252.
  • the hardware comparator 250 compares an output, such as the output current or the output voltage, with a maximum threshold.
  • the microcontroller 252 has a monitoring function for the output current. While this monitor function is more accurate than the hardware comparator 250, it is slower.
  • the hardware watchdog 254 ensures that the microcontroller 252 is operating correctly, i. H. that the microcontroller monitoring function, which should open the associated switch as needed, is executed properly.
  • the microcontroller 250 can basically monitor operating conditions.

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Abstract

Es wird eine Schutzschaltungsanordnung für ein Mehrspannungsnetz vorgestellt. Diese umfasst einen Gleichspannungswandler (102), der im Bereich des Übergangs zwischen einer Hochspannungsmasche (110) und einer Niederspannungsmasche (112) vorgesehen ist, wobei sowohl in der Hochspannungsmasche als auch in der Niederspannungsmasche jeweils mindestens ein Schalter vorgesehen ist.

Description

Beschreibung Titel
Schutzschaltungsanordnung für ein Mehrspannungsnetz
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung für ein Mehrspannungsnetz, bspw. in einem Kraftfahrzeug, um interne und ggf. externe Fehler, insbesondere Kurzschlüsse und Verpolungen, zu beherrschen. Die Schutzschaltungsanordnung kann sowohl zumindest teilweise Bestandteil eines Gleichspannungswandlers als auch separat in dem Mehrspannungsnetz vorgesehen sein.
Stand der Technik
Gleichspannungswandler werden zum Wandeln unterschiedlicher Spannungen verwendet. Als Gleichspannungswandler wird regelmäßig eine elektrische Schaltung bzw. ein elektrisches Bauteil bezeichnet, das eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umwandelt.
Anwendung finden Gleichspannungswandler bspw. in sogenannten Mehrspannungsnetzen, in denen eine bezogen auf den Wandler primärseitige Eingangsspannung in eine vergleichsweise hohe oder niedrige sekundärseitige Ausgangsspannung gewandelt wird. Unter einem Mehrspannungsnetz werden Netzwerke mit mehreren Maschen bezeichnet, die mit unterschiedlichen elektrischen Spannungen betrieben werden. Beim Zusammenwirken der unterschiedlichen Maschen ist es notwendig, die elektrische Spannung zwischen diesen zu wandeln.
Mehrspannungsnetze finden sich in Kraftfahrzeugen als elektrische Leistungsversorgungssysteme, die zusätzlich zu den in der Regel auf eine Gleichspannung von 12V eingestellten Niederspannungslasten auch mit zumindest einer z.B. auf 48V eingestellten Hochleistungslast arbeitet. Hierzu weist das Mehrspannungsnetz einen entsprechenden Hochleistungsgenerator und/oder eine entsprechende Hochleistungs-Batterie sowie einen Gleichspannungswandler auf, der die Gleichspannung, die bspw. 48V beträgt, bei annähernd gleicher Leistung in eine 12V-Spannung umwandelt. Typischerweise weist das Mehrspannungsnetz eines Kraftfahrzeugs üblicherweise auch eine Niederspan- nungs-Batterie, bspw. eine 12V-Batterie, auf.
In Kraftfahrzeugen werden Gleichspannungswandler bspw. in einem Niederspannungshybridsystem verwendet. Bei dieser Anwendung transferiert der Gleichspannungswandler die Energie zwischen den 48V- und 12V-Bord netzen. Das 48V-Bordnetz stellt dabei eine Hochspannungsmasche dar, das 12V-
Bordnetz eine Niederspannungsmasche. Ein solcher Gleichspannungswandler wird als PCU-BRS bezeichnet (Power Conversion Unit for Boost Recuperation System). Eine Herausforderung dieses Wandlers besteht darin, das 12V-Bordnetz zu schützen. Dies muss auch im Falle eines Kurzschlusses von der Hoch- Spannungs-Seite gegen Masse und eines Durchlegierens der Halbbrücken gewährleistet sein. Es ist bekannt für eine solche Schutzschaltung eine Sicherung, bspw. einen
Halbleiterschalter, auf der 12V-Seite vorzusehen.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 041 341 A1 ist ein Gleichspannungswandler bekannt, der in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommt. Bei dem beschriebenen Gleichspannungswandler wird das externe Massepotential von einem inneren Massepotentialpunkt getrennt, wenn sich der Gleichspannungswandler im ausgeschalteten Zustand befindet. Auf diese Weise werden parasitäre Stromflüsse weitgehend vermieden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird eine Schutzschaltungsanordnung für ein Mehrspannungsnetz nach Anspruch 1 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Es wird vorgeschlagen, zumindest einen Schalter sowohl auf der Niederspannungsseite bzw. in der Niederspannungsmasche als auch auf der Hochspannungsseite bzw. in der Hochspannungsmasche vorzusehen. Bislang ist auf der Niederspannungsseite eine Schaltung vorgesehen. Um einen optimalen Schutz zu bieten, wird in einer Ausführung der Schalter auf der Hochspannungsseite mit unterschiedlichen Triggerbedingungen ausgelegt als der Schalter auf der Niederspannungsseite.
Durch diese kostengünstige, aber auch sehr effektive Lösung werden galvanisch- nicht-getrennte Gleichspannungswandler interessant. Es besteht ein optimaler Schutz, fast so wie bei galvanisch-getrennten Wandlern bei geringeren Kosten.
Die vorgestellte Schutzschaltungsanordnung kommt bspw. in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, insbesondere in einem Rekuperationssystem in dem Kraftfahrzeug. Dieses dient zur Energierückgewinnung und führt zu einer Reduzierung von Abgasen. Zu beachten ist, dass in dem Kraftfahrzeug die Spannung auf der Niederspannungsseite regelmäßig in einem Bereich von 9 bis 16V liegt. Die Spannung auf der Hochspannungsseite kann bis zu 600V betragen. Eine solch hohe Spannung wird bspw. in Hybridfahrzeugen benötigt.
Auf den beiden Seiten können auch jeweils zwei Schalter vorgesehen sein, die üblicherweise in unterschiedliche Richtungen sperren. Üblicherweise schützt der erste der beiden Schalter vor internen Fehlern, d. h. Fehlfunktionen in dem Gleichspannungswandler, und der zweite Schalter vor externen Fehlern, wie bspw. einem Verpolen oder einem Kurzschluss.
Zu beachten ist weiterhin, dass Schalter üblicherweise durch eine Anzahl von parallelen Transistoren, bspw. MOSFET-Transistoren, gebildet sind, damit auf diese Weise hohe Ströme effizient geleitet und sicher abgeschaltet werden können.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Mehrspannungsnetzes.
Figur 2 zeigt eine Ausführung der beschriebenen Schaltungsanordnung in einem Mehrspannungsnetz.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung der beschriebenen Schaltungsanordnung in einem Mehrspannungsnetz.
Figur 4 zeigt noch eine weitere Ausführung der beschriebenen Schaltungsanordnung in einem Mehrspannungsnetz.
Figur 5 verdeutlicht in einer schematischen Darstellung unterschiedliche Auslösebedingungen.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Mehrspannungsnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieses Mehrspannungsnetz umfasst eine Hochspannungsmasche 12 und eine Niederspannungsmasche 14, zwischen denen ein Gleichspannungswandler 16 geschaltet ist. Dieser wandelt die Spannung zwischen den beiden Maschen 12 und 14. Weiterhin ist in der Hochspannungsmasche 12 ein Verbraucher 18 und eine Quelle 20 vorgesehen. Die Niederspannungsmasche 14 umfasst einen Verbraucher 22 und eine Quelle 24. Grundsätzlich kann in jeder der beiden Maschen 12 bzw. 14 ein Verbraucher oder eine Energiequelle, bspw. eine Batterie, vorgesehen sein. Ein Fehler in dem Gleichspannungswandler 16 führt nun zu einer Fehlfunktion des gesamten Mehrspannungsnetzes 10. Bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug kann dies zu einem Ausfall bestimmter Funktion und damit zu sicherheitskritischen Fahrzuständen führen. Daher muss sichergestellt sein, dass Fehler in dem Gleichspannungswandler 16, d. h. interne Fehler, und vorzugsweise auch externe Fehler, wie ein Kurzschluss oder eine Verpolung in dem Mehrspannungsnetz 10, erkannt werden und rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden können, die einen sicheren weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleisten. In Figur 2 ist eine Ausführung der Schutzschaltungsanordnung, insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet, dargestellt. Diese Schaltungsanordnung 50 um- fasst einen Gleichspannungswandler 52 der im Bereich zwischen einer Hochspannungsmasche 54 und einer Niederspannungsmasche 56 vorgesehen ist, d. h. bei dieser Ausführung, dass der Gleichspannungswandler 52 jeweils Teile der beiden Maschen 54 und 56 umfasst.
Der Gleichspannungswandler weist einen MikroController 61 als Steuerung, ein Modul mit den Schaltungsinduktivitäten 62 und einen Leistungs- bzw. Schaltteil 64 auf. In dem Leistungsteil 64 sind eine Anzahl von Zweigen 66 entsprechend der Anzahl von Phasen vorgesehen. Jede Phase besteht aus einer Halbbrücke mit jeweils zwei Transistoren bzw. Schaltern mit einer oberen Halbbrücke 68 und einer unteren Halbbrücke 69. Auf der Hochspannungsseite sind an Klemme 60 (Bezugsziffer 70) ein Schalter 72 mit einer Quelle 74 und parallel dazu ein Motor 76 vorgesehen. In der Niederspannungsmasche 56 sind parallel zueinander eine Quelle 80, ein erster Verbraucher 82, ein zweiter Verbraucher 84 und ein zusätzlicher Verbraucher 86 geschaltet.
In dem Gleichspannungswandler 52 sind in der Hochspannungsmasche 54 ein erster Schalter 90 und im Massepfad und damit in der Niederspannungsmasche 56 ein zweiter Schalter 92 vorgesehen.
Mit den beiden Schaltern 90 und 92 kann auf unterschiedliche Fehler geeignet reagiert werden. Auf einen Kurzschluss zwischen der Hochspannung und Erde, bspw. extern im Kabelbaum oder intern in der Schaltung selbst, wird der erste Schalter 90 geöffnet. Liegt ein Kurzschluss zwischen der Niederspannung und Erde vor, bspw. extern im Kabelbaum oder intern in der Schaltung selbst, wird der zweite Schalter 92 geöffnet.
Ein Kurzschluss zwischen Hoch- und Niederspannung kann extern durch einen Kurzschluss im Kabelbaum bewirkt sein. In diesem Fall ist keine Gegenmaßnahme erforderlich. Ist dieser Kurzschluss durch einen internen Kurzschluss gegeben, so werden die Schalter 90 und 92 geöffnet.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung der Schaltungsanordnung 100 mit einem Gleichspannungswandler 102 mit einer ersten Phase 104, einer zweiten Phase 106 und einer dritten Phase 108. Dieser Gleichspannungswandler 102 ist zwischen einer Hochspannungsmasche 1 10 und einer Niederspannungsmasche 1 12 angeordnet, wobei Teile der beiden Maschen 1 10 und 1 12 in dem Gleichspannungswandler 102 integriert sind.
Die Hochspannungsmasche umfasst u. a. einen Schalter 120 und eine Quelle 122 in Reihe, die zu einer elektrischen Maschine 124 parallel geschaltet sind. In der Niederspannungsmasche 1 12 sind eine Quelle 130, ein erster Verbraucher 132, ein zweiter Verbraucher 134 und ein weiterer Verbraucher 136 bspw. der elektrischen Maschine 124 parallel zueinander angeordnet.
In dem Gleichspannungswandler 102 auf der Hochspannungsseite und damit in der Hochspannungsmasche 1 10 ist ein erster Schalter 140 und ein zweiter Schalter 142 angeordnet. Diese sogenannte Back-to-Back-Anordnung (B2B) wird mittels zweier entgegengesetzt angeordneter MOSFETs gebildet. Außerhalb des Gleichspannungswandlers 102 in dem Massepfad und damit in der Niederspannungsmasche 1 12 sind ein dritter Schalter 144 und ein vierter Schalter 146 vorgesehen, die einen zweitet B2B bilden.
Der erste Schalter 140 schützt bei einem internen Fehler, bspw. bei einem Durchlegieren des oberen Halbbrückenschalters 150 des Gleichspannungswandlers 102. Der zweite Schalter 142 schützt bei einem externen Kurzschluss oder einer Verpolung in der Hochspannungsmasche 1 10. Der dritte Schalter 144 schützt bei internen Fehlern, bspw. bei einem
Durchlegieren des unteren Halbbrückenschalters 152. Der vierte Schalter 146 schützt bei einer externen Verpolung in der Niederspannungsmasche 1 12 und damit auf Niederspannungsseite.
Die in Figur 3 gezeigte Ausführung ist technisch einfach zu realisieren. Weiterhin ist mit dieser eine Reduktion des Ruhestroms möglich.
Figur 4 zeigt noch eine weitere Ausführung der Schaltungsanordnung 200 mit ei- nem Gleichspannungswandler 202 zwischen einer Hochspannungsmasche 204 und einer Niederspannungsmasche 206. Hierbei ist in dem Gleichspannungswandler in der Hochspannungsmasche 204 nur ein Schalter 210 vorgesehen. Der zweite Schalter kann entfallen, wenn auf einer Verpolung der Hochspannungsmasche nicht reagiert werden muss, weil dies bspw. durch externe Maß- nahmen ausgeschlossen werden kann.
Ebenfalls in dem Gleichspannungswandler 202 auf Niederspannungsseite, d. h. in der Niederspannungsmasche 206, sind ein zweiter Schalter 212 und ein dritter Schalter 214 (B2B) vorgesehen. Diese sind jedoch nicht im Masseanschluss sondern im Potentialanschluss der Niederspannungsmasche vorgesehen.
Die Hochspannungsmasche 204 umfasst u.a. einen Schalter 220 in Reihe zu einer Quelle 222. Parallel zu diesen ist eine elektrische Maschine 224 vorgesehen. In der Niederspannungsmasche 206 sind weiterhin eine Quelle 230, ein erster Verbraucher 232, ein zweiter Verbraucher 234 und ein zusätzlicher Verbraucher
236 vorgesehen.
Die in Figur 4 gezeigte Ausführung ist ebenfalls technisch einfach zu realisieren. Ebenso ist mit dieser eine Reduktion des Ruhestroms möglich.
In Figur 5 sind Auslösebedingungen dargestellt. Die Darstellung zeigt einen Komparator 250, in diesem Fall einen Hardware-Komparator, einen Mikrocontrol- Ier 252 und einen Watchdog 254, in diesem Fall einen Hardware-Watchdog. Weiterhin zeigt die Darstellung ein logisches Glied 256, in diesem Fall ein OR-Glied.
Bei dieser Ausführung sollen die Schalter folgende Auslösebedingungen haben: Der Komparator 250 stellt einen zu hohen Ausgangsstrom fest.
Der Mikrocontroller 252 stellt eine Fehlfunktion fest.
Der Watchdog 254 stellt eine Fehlfunktion des Mikrocontroller 252 fest.
Der Hardware-Komparator 250 vergleicht eine Ausgangsgröße, wie bspw. den Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung, mit einem maximalen Grenzwert. Der Mikrocontroller 252 hat eine Überwachungsfunktion für den Ausgangsstrom. Diese Überwachungsfunktion ist zwar genauer als der Hardware-Komparator 250, jedoch langsamer.
Der Hardware-Watchdog 254 stellt sicher, dass der Mikrocontroller 252 korrekt arbeitet, d. h. dass die Mikrocontroller-Überwachungsfunktion, die bei Bedarf den zugeordneten Schalter öffnen soll, ordnungsgemäß ausgeführt wird.
Wenn eine der drei Bedingungen erfüllt ist, sollen die zugeordneten Schutzschalter sofort geöffnet werden.
Der Mikrocontroller 250 kann grundsätzlich Betriebsbedingungen überwachen.

Claims

Ansprüche
1 . Schutzschaltungsanordnung für ein Mehrspannungsnetz (10) mit einem
Gleichspannungswandler (16, 52, 102, 202), der im Bereich eines Übergangs zwischen einer Hochspannungsmasche (12, 54, 1 10, 204) und einer Niederspannungsmasche (14, 56, 1 12, 206) vorgesehen ist, wobei sowohl in der Hochspannungsmasche (12, 54, 1 10, 204) als auch in der Niederspannungsmasche (14, 56, 1 12, 206) jeweils mindestens ein Schalter (90, 92, 120, 140, 142, 144, 146, 210, 212, 214) vorgesehen ist.
2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1 , bei dem der mindestens eine Schalter der Hochspannungsmasche in dem Gleichspannungswandler vorgesehen ist.
3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der mindestens eine Schalter (90, 92, 120, 140, 142, 144, 146, 210, 212, 214) der Niederspannungsmasche (14, 56, 1 12, 206) in dem Gleichspannungswandler (16, 52, 102, 202) vorgesehen ist.
4. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zusätzlich in der Hochspannungsmasche (12, 54, 1 10, 204) ein weiterer Schalter (90, 92, 120, 140, 142, 144, 146, 210, 212, 214) vorgesehen ist, der vor einer Verpolung in der Hochspannungsmasche (12, 54, 1 10, 204) schützt.
5. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zusätzlich in der Niederspannungsmasche (14, 56, 1 12, 206) ein weiterer Schalter vorgesehen ist, der vor einer Verpolung in der Niederspannungsmasche (14, 56, 1 12, 206) schützt.
6. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Schalter (90, 92, 120, 140, 142, 144, 146, 210, 212, 214) dazu ausgelegt sind, bei Vorliegen mindestens einer Auslösebedingung geöffnet zu werden.
7. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei der die erste Auslösebedingung durch Vergleich einer Ausgangsgröße mit einem Grenzwert mittels eines Komparators (250) zu überprüfen ist.
8. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, bei der eine zweite Auslösebedingung durch eine Überwachungsfunktion in einem Mikrocontrol- ler (61 , 252) zu überprüfen ist.
9. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 8, bei der eine dritte Auslösebedingung durch einen Watchdog (254), der die korrekte Funktionsweise der Überwachungsfunktion des MikroControllers (61 , 252) sicherstellt, zu überprüfen ist.
10. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Schalter (90, 92, 120, 140, 142, 144, 146, 210, 212, 214) jeweils durch mindestens einen MOSFET-Transistoren realisiert sind.
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