WO2018149606A1 - Vorrichtung zum schutz von lasten vor einer überspannung - Google Patents

Vorrichtung zum schutz von lasten vor einer überspannung Download PDF

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WO2018149606A1
WO2018149606A1 PCT/EP2018/051782 EP2018051782W WO2018149606A1 WO 2018149606 A1 WO2018149606 A1 WO 2018149606A1 EP 2018051782 W EP2018051782 W EP 2018051782W WO 2018149606 A1 WO2018149606 A1 WO 2018149606A1
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voltage
connecting line
supply
microprocessor
input
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PCT/EP2018/051782
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Inventor
Michael Kunz
Tobias Herrmann
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Continental Automotive Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/06—Arrangements for supplying operative power
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H02H3/202—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage for dc systems

Definitions

  • the invention relates to a device for the protection of a supply voltage source via a connecting line ver ⁇ -bound loads from over-voltage on the connection line in which the loads via a switchable by the magnitude of the voltage on the connection line dependent switching element are connected to the supply voltage source.
  • the supply voltage source is usually ⁇ a driven by the internal combustion engine generator which delivers a voltage of about 12V to 14V in passenger vehicles and usually of about 24V to 28V in trucks.
  • a starter battery is connected to the generator with a corresponding nominal voltage, which serves primarily as an energy source for a starter for starting the internal combustion engine, since the generator can not deliver energy when not running combustion engine.
  • the connection to the positive terminal of the starter battery is referred to as permanent plus or terminal 30.
  • Ignition lock is here as Zündungsplus or terminal 15 be ⁇ draws.
  • the voltages at the two terminals are almost equal.
  • sensors and power output stages which are sensitive to overvoltages are connected to the vehicle electrical system supplied with energy by the generator and the starter battery. Such surges can occur when large loads are switched off, since the generator often not fast enough can be regulated back in this situation, so that surge values reached ⁇ to, which can destroy the sensors or power amplifiers.
  • These components are therefore usually connected via a control unit in ⁇ example, the engine control unit to the electrical system, the controller monitors the voltage on the connecting line and shuts off in the event of an overvoltage to protect the connected components. When the voltage has again reached an acceptable value, the control unit is restarted. Some 100ms pass in which the control unit can not work. In the case of an engine control, this leads to a noticeable effect on the internal combustion engine.
  • the connecting line is connected to the input of a fast A / D converter and its output connected to an input of a microprocessor.
  • An output of the microprocessor is connected to a control terminal of the switching element.
  • a supply output of a power supply unit is connected to the supply input of the microprocessordersver-, wherein a comparison supply input of the power supply unit with the Ver ⁇ connecting line between the supply voltage source and the switching element is connected.
  • the switching element only the SENS ⁇ sensitive sensors and circuit breakers from a surge having connecting line separated by the surge Detected by the fast A / D converter and programmatically controlled by the microprocessor and thus in a simple manner con ⁇ figurable the switching element is non-conductively driven.
  • This also has the advantage that the switching element can be quickly re-energized when the voltage drops to an acceptable level.
  • the microprocessor must remain switched on, that is supplied with a supply voltage, which takes place in accordance with the invention by a power supply unit which is connected via a voltage limiting circuit to the connecting line.
  • the voltage limiting circuit thus ensures in the event of an overvoltage on the connecting line that the power supply unit is operated only at its rated voltage.
  • the A / D converter and the microprocessor are part of a microcontroller.
  • Be ⁇ constituent parts of the microcontroller can be exploited in an advantageous manner.
  • the voltage limiting circuit is set up to be switched on by a signal from ignition plus (terminal 15) or a signal on a CAN bus.
  • the voltage limiting circuit is formed with a linear regulator.
  • Figure 1 is a schematic circuit topology of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a detailed exemplary embodiment of a voltage limiting circuit.
  • FIG. 1 shows the essential parts of a device according to the invention in a schematic manner.
  • the terminals K130 and K131 represent the voltage source terminals of a supply, which are implemented in a vehicle by a start requested ⁇ terie and one of these parallel-connected generator.
  • the connection K130 is often referred to as terminal 30 or continuous positive and indicates the positive pole of the starter battery ⁇ .
  • the terminal 30 KL30 is connected via a polarity reversal protection circuit, which is formed with a first transistor Tl and polarized in the forward direction of the substrate diode having a connection ⁇ line VL.
  • the first transistor Tl is driven by a first drive circuit S1 at its gate, wherein the drive circuit S1 in turn a drive signal VGBHI is supplied.
  • the connecting line VL is connected via an overvoltage protection circuit, which is formed with a transistor T2, which has a reversely poled substrate diode, and a filter circuit F with schematically indicated sensors and
  • the second transistor T2 is driven at its gate by a second drive circuit S2, in particular, it can be switched to blocking the occurrence of an over ⁇ voltage on the supply line VL to protect the sensors and power switch S / L.
  • a voltage divider is connected to a first resistor R21 and a second resistor R22 via a fourth transistor T4.
  • the fourth transistor T4 is also driven by the signal VGBHI.
  • the center tap of the voltage divider R21, R22 is connected to the input of a fast A / D converter ADC, which is part of a microcontroller yC.
  • One Output of the microcontroller yC is connected to an input of the second drive circuit S2.
  • the microcontroller yC contains a microprocessor ⁇ which processes the signals of the A / D converter ADC.
  • the overvoltage protection circuit T2 can be quickly activated at a predetermined overvoltage on the connection line VL, but can also be quickly deactivated again even if the voltage on the connection line VL drops over the microcontroller yC, so that the Sensors and power circuit S / L are activated again.
  • the microcontroller yC must remain switched on even in the case of activation of the overvoltage protection, for which purpose it is supplied with the supply voltages VDD5 / 3/1 in the manner according to the invention by a supply voltage circuit PS.
  • the supply voltage circuit PS is in turn connected via a switchable limiter circuit B to the connecting line VL and thus to the terminal 30 K130 or permanent plus the starter battery.
  • the limiter circuit B has inputs connected to the ignition terminal plus K115, and also can be operated with an off ⁇ CAN_INH input signal of a CAN bus transceiver CBT and the signal VGBHI. If one of these signals assumes a sufficiently large positive value, the Be ⁇ limiter circuit B is activated.
  • the supply voltage ⁇ circuit PS has connections with the Zündungsplusan gleich K115 are connected or can be controlled with the output signal CAN_INH of the CAN bus transceiver CBT or can be controlled by the microcontroller yC.
  • the supply voltages for the microcontroller VDD5 / 3/1 as well as the signal VGBHI as well as further signals or voltages V12, VS / 2 are available at the output of the supply voltage circuit PS.
  • the device according to FIG. 1 also has an overvoltage detection circuit OVD, which is connected to the connection line VL and whose output is connected via a first diode D21 to the CAN bus transceiver CBT, which at its output on the one hand controls the signal CAN_INH provides the limiter circuit B and the supply voltage circuit PS and also provides the CAN bus signals TxD / Rxd.
  • OVD overvoltage detection circuit
  • the microcontroller yC and thus the control unit containing it remain constantly active and can both actuate actuators and read in sensor signals.
  • the overvoltage on the connection line VL is detected by software, erroneous diagnostic entries of the disabled sensors are suppressed.
  • control unit is constantly active on the data buses and does not lead to error entry for other control units connected to these data buses.
  • the limiter circuit B is connected between the supply line VL and the power supply circuit PS, wherein the connection of the supply voltage ⁇ circuit PS is designated UB_LIM.
  • UB_LIM connection of the supply voltage ⁇ circuit PS
  • the fifth transistor T5 can be activated either via the signal at ignition plus KL15, the output signal CAN_INH of the CAN bus transceiver CBT or the signal VGBHI.
  • the output signal CAN_INH of the CAN bus transceiver CBT is connected to a node K via a first diode D1.
  • Ignition plus terminal K115 is connected via a resistor Rl and a second diode D2 to the node K, wherein the connection point of the resistor Rl and the second diode D2 is connected via a first Zener diode ZI to ground GND.
  • the signal VGBHI is buffered on the one hand via a first capacitor Cl to ground and on the other hand applied via a third diode D3 to the node K.
  • the node K is connected via a second resistor R2 to the source terminal of the fifth transistor T5 and via a third resistor R3 to the gate terminal of the fifth transistor T5.
  • the gate terminal of the fifth transistor T5 is connected via a second Zener diode Z2 to its source terminal.
  • the second Zener diode Z2 is connected in parallel with a second capacitor C2.
  • the gate terminal of the fifth transistor T5 may be grounded via an eleventh resistor RH and the emitter-collector path of a sixth bipolar transistor T6, so that the fifth transistor T5 is turned off when the voltage on the connection line VL becomes so large that the Voltage at the terminal UB_LIM at the source of the fifth transistor T5 exceeds an adjustable value.
  • the sixth transistor T6 is turned on, so that the gate terminal of the fifth transistor T5 via the eleventh Wi ⁇ resistance RH is connected to the ground terminal GND.
  • the base terminal of the sixth transistor T6 is connected by a comparator OP1 via a voltage divider comprising a ninth resistor R9 and a tenth resistor RIO.
  • the output of the comparator OT1 is also connected via an eighth resistor R8 to a voltage V12. Between this voltage V12, which also supplies the comparator OP1, a voltage divider of a fourth and a fifth resistor R4, R5 is connected, wherein the fifth Wi ⁇ resistance R5, a third Zener diode Z3 is connected in parallel. The center tap of this voltage divider R4, R5 is connected to the inverting input of the comparator OPl. Between the terminal UB_LIM at the source of the fifth transistor T5, a further voltage divider of a sixth resistor R6 and a seventh resistor R7 is connected, whose center tap is connected to the non-inverting input of the comparator OPl.
  • This non-inverting input of Kompa ⁇ generator OPl is also connected via a third capacitor C3 to the ground terminal GND. If the voltage at the terminal UB_LIM below a above the voltage V12, and the resistors R4, R5, R6, R7 set value on ⁇ , the comparator OPL switches its output to high, thereby the sixth transistor T6 is turned on and the gate terminal of the fifth transistor T5 connects via the eleventh resistor RH to the ground terminal GND.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von mit einer Versorgungsspannungsquelle (K130) über eine Verbindungsleitung (VL) verbundenen Lasten (S/L) vor einer Überspannung auf der Verbindungsleitung (VL), bei der die Lasten (S/L) über ein abhängig von der Höhe der Spannung auf der Verbindungsleitung (VL) schaltbares Schaltelement (T2, T3) mit der Versorgungsspannungsquelle (K130) verbunden sind, bei der die Verbindungsleitung (VL) mit dem Eingang eines schnellen A/D-Wandlers (ADC) verbunden ist, der Ausgang des A/D-Wandlers (ADC) mit einem Eingang eines Mikroprozessors (μΡ) verbunden ist, ein Ausgang des Mikroprozessors (μΡ) mit einem Steueranschluss des Schaltelements (T2, T3) verbunden ist, ein Versorgungsausgang einer Spannungsversorgungseinheit (PS) mit dem Spannungsversorgungseingang (VDD 5/3/1) des Mikroprozessors (μΡ) verbunden ist, ein Versorgungseingang der Spannungsversorgungseinheit (PS) mit der Verbindungsleitung (VL) zwischen der Versorgungsspannungsquelle (K130) und dem Schaltelement (T2, T3) verbunden ist und zwischen der Verbindungsleitung (VL) und der Spannungsversorgungseinheit (PS) eine ein- und ausschaltbare Spannungsbegrenzungsschaltung (B) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Schutz von Lasten vor einer Überspannung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von mit einer Versorgungsspannungsquelle über eine Verbindungsleitung ver¬ bundenen Lasten vor einer Überspannung auf der Verbindungsleitung, bei der die Lasten über ein abhängig von der Höhe der Spannung auf der Verbindungsleitung schaltbares Schaltelement mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden sind.
In Kraftfahrzeugen ist die Versorgungsspannungsquelle üblicher¬ weise ein durch den Verbrennungsmotor angetriebener Generator, der in Personenkraftfahrzeugen eine Spannung von etwa 12V bis 14V und in Lastkraftfahrzeugen meist von etwa 24V bis 28V liefert. An den Generator ist im Kraftfahrzeugbordnetz eine Starterbatterie mit entsprechender Nennspannung angeschlossen, die vor allem als Energiequelle für einen Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors dient, da bei nicht laufendem Verbrennungs- motor der Generator keine Energie liefern kann. Der Anschluss am Pluspol der Starterbatterie wird dabei als Dauerplus oder Klemme 30 bezeichnet. Manche Geräte im Kraftfahrzeug liegen nicht ständig an diesem Dauerplus sondern werden erst durch das Betätigen eines Zündschlosses mit dem Pluspol der Starter- batterie bzw. des Generators verbunden. Der Anschluss des
Zündschlosses wird dabei als Zündungsplus oder Klemme 15 be¬ zeichnet. Im Betrieb bei betätigtem Zündschloss sind die Spannungen an den beiden Anschlüssen nahezu gleich groß. An das durch den Generator und die Starterbatterie mit Energie versorgte Bordnetz sind neben einer Vielzahl von Steuergeräten auch Sensoren und Leistungsendstufen angeschlossen, die empfindlich gegen Überspannungen sind. Solche Überspannungen können jedoch auftreten, wenn große Lasten abgeschaltet werden, da der Generator in dieser Situation häufig nicht schnell genug zurück geregelt werden kann, so dass Überspannungswerte erreicht wer¬ den, die die Sensoren oder Leistungsendstufen zerstören können. Diese Bauteile werden daher zumeist über ein Steuergerät, bei¬ spielsweise das Motorsteuergerät, mit dem Bordnetz verbunden, wobei das Steuergerät die Spannung auf der Verbindungsleitung überwacht und sich im Falle einer Überspannung abschaltet, um die angeschlossenen Bauteile zu schützen. Wenn die Spannung dann wieder einen akzeptablen Wert erreicht hat, wird das Steuergerät wieder neu gestartet. Dabei vergehen einige 100ms, in der das Steuergerät nicht arbeiten kann. Im Falle einer Motorsteuerung führt dies zu einer spürbaren Auswirkung auf den Verbrennungs- motor.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu vermeiden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz von mit einer Versorgungsspannungsquelle über eine Verbindungsleitung ver- bundenen Lasten vor einer Überspannung auf der Verbindungsleitung, bei der die Lasten über ein abhängig von der Höhe der Spannung auf der Verbindungsleitung schaltbares Schaltelement mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden sind, ist die Verbindungsleitung mit dem Eingang eines schnellen A/D-Wandlers und dessen Ausgang mit einem Eingang eines Mikroprozessors verbunden. Ein Ausgang des Mikroprozessors ist mit einem Steuer- anschluss des Schaltelements verbunden. Ein Versorgungsausgang einer Spannungsversorgungseinheit ist mit dem Spannungsver- sorgungseingang des Mikroprozessors verbunden, wobei ein Ver- sorgungseingang der Spannungsversorgungseinheit mit der Ver¬ bindungsleitung zwischen der Versorgungsspannungsquelle und dem Schaltelement verbunden ist. Zwischen der Verbindungsleitung und der Spannungsversorgungseinheit ist eine ein- und ausschaltbare Spannungsbegrenzungsschaltung angeordnet .
Es werden also durch das Schaltelement lediglich die empfind¬ lichen Sensoren und Leistungsschalter von der eine Überspannung aufweisenden Verbindungsleitung getrennt, indem die Überspan- nung durch den schnellen A/D-Wandler erkannt und von dem Mikroprozessors programmgesteuert und damit auf einfache Weise kon¬ figurierbar das Schaltelement nicht-leitend angesteuert wird. Dies hat auch den Vorteil, dass das Schaltelement bei einem Absinken der Spannung auf ein zulässiges Niveau schnell wieder leitend angesteuert werden kann.
Dabei muss der Mikroprozessor eingeschaltet bleiben, also mit einer Versorgungsspannung versorgt werden, was in erfindungs- gemäßer Weise durch eine Spannungsversorgungseinheit erfolgt, die über eine Spannungsbegrenzungsschaltung mit der Verbindungsleitung verbunden ist. Die Spannungsbegrenzungsschaltung sorgt also im Falle einer Überspannung an der Verbindungsleitung dafür, dass die Spannungsversorgungseinheit nur bei ihrer Nennspannung betrieben wird.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind der A/D-Wandler und der Mikroprozessor Teil eines MikroControllers. Damit können Be¬ standteile des MikroControllers in vorteilhafter Weise aus- genutzt werden.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Spannungsbegrenzungsschaltung eingerichtet, durch ein Signal von Zündungsplus (Klemme 15) oder ein Signal auf einem CAN-Bus eingeschaltet zu werden.
Durch eine bei der Spannungsbegrenzungsschaltung einfach zu realisierende Einschaltfunktion kann der Mikroprozessor / -Controller durch verschiedene Signale aus einem ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand gebracht werden.
In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Spannungsbegrenzungsschaltung mit einem Linearregler gebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 eine schematischer Schaltungstopologie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 2 ein detailliertes Ausführungsbeispiel einer Span- nungsbegrenzungsschaltung .
Figur 1 zeigt die wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Weise. Die Anschlussklemmen K130 und K131 versinnbildlichen die Anschlüsse einer Versorgungs- spannungsquelle, die in einem Fahrzeug durch eine Starterbat¬ terie und einen dieser parallel geschalteten Generator realisiert sind. Der Anschluss K130 wird häufig als Klemme 30 bzw. Dauerplus bezeichnet und kennzeichnet den Pluspol der Starter¬ batterie. Die Klemme 30 KL30 ist über eine Verpolschutzschaltung, die mit einem ersten Transistor Tl und einer in Flussrichtung gepolten Substratdiode gebildet ist, mit einer Verbindungs¬ leitung VL verbunden. Der erste Transistor Tl wird über eine erste Ansteuerschaltung Sl an seinem Gateanschluss angesteuert, wobei die Ansteuerschaltung Sl ihrerseits ein Ansteuersignal VGBHI zugeführt wird.
Die Verbindungsleitung VL ist über eine Überspannungsschutzschaltung, die mit einem Transistor T2 gebildet ist, der eine in Sperrrichtung gepolte Substratdiode aufweist, und über eine Filterschaltung F mit schematisch angedeuteten Sensoren und
Leistungsschaltern S/L verbunden. Der zweite Transistor T2 wird an seinem Gateanschluss von einer zweiten Ansteuerschaltung S2 angesteuert, insbesondere kann er bei Auftreten einer Über¬ spannung auf der Versorgungsleitung VL sperrend geschaltet werden, um die Sensoren und Leistungsschalter S/L zu schützen.
Zwischen der Versorgungsleitung VL und dem Masseanschluss K131 ist über einen vierten Transistor T4 ein Spannungsteiler mit einem ersten Widerstand R21 und einem zweiten Widerstand R22 verschaltet. Der vierte Transistor T4 wird ebenfalls von dem Signal VGBHI angesteuert. Der Mittenabgriff des Spannungsteilers R21, R22 ist mit dem Eingang eines schnellen A/D-Wandlers ADC verbunden, der Bestandteil eines MikroControllers yC ist. Ein Ausgang des Mikrocontrollers yC ist mit einem Eingang der zweiten Ansteuerschaltung S2 verbunden. Der MikroController yC enthält einen Mikroprozessor μΡ, der die Signale des A/D-Wandlers ADC verarbeitet .
Während der Spannungsteiler R21, R22 über den vierten Transistor T4 aktiv geschaltet ist, wird über den schnellen Analog-Digi- tal-Wandler ADC eine Überspannung auf der Verbindungsleitung VL erkannt und über den Mikroprozessor μΡ mittels eines konfi- gurierbaren Programmes die zweite Ansteuerschaltung S2 angesteuert, die den zweiten und den dritten Transistor T2 sperrend schaltet .
Durch diese erfindungsgemäße Ansteuerung der Überspannungs- schutzschaltung T2 über einen MikroController yC kann bei einer vorgegebenen Überspannung auf der Verbindungsleitung VL die Überspannungsschutzschaltung schnell aktiviert werden, aber auch bei einem Abfall der Spannung auf der Verbindungsleitung VL über den MikroController yC schnell wieder deaktiviert werden, sodass die Sensoren und Leistungsschaltung S/L wieder aktiv geschaltet sind.
Hierfür muss jedoch auch im Falle der Aktivierung des Überspannungsschutzes der MikroController yC eingeschaltet bleiben, wozu er in erfindungsgemäßer Weise von einer Versorgungs- spannungsschaltung PS mit den Versorgungsspannungen VDD5/3/1 versorgt wird. Die Versorgungsspannungsschaltung PS ist ihrerseits über eine schaltbare Begrenzerschaltung B mit der Verbindungsleitung VL und damit mit der Klemme 30 K130 bzw. Dauerplus der Starterbatterie verbunden.
Die Begrenzerschaltung B hat Eingänge, die mit dem Zündungs- plusanschluss K115 verbunden ist und außerdem mit einem Aus¬ gangssignal CAN_INH eines CAN-Bus-Transceivers CBT sowie dem Signal VGBHI angesteuert werden können. Wenn eines dieser Signale einen ausreichend großen positiven Wert annimmt, wird die Be¬ grenzerschaltung B aktiviert. Auch die Versorgungsspannungs¬ schaltung PS hat Anschlüsse, die mit dem Zündungsplusanschluss K115 verbunden sind bzw. mit dem Ausgangssignal CAN_INH des CAN-Bus-Transceivers CBT angesteuert werden bzw. vom Mikro- controller yC ansteuerbar sind. Am Ausgang der Versorgungs- spannungsschaltung PS stehen einerseits die Versorgungsspan- nungen für den MikroController VDD5/3/1 als auch das Signal VGBHI sowie weitere Signale bzw. Spannungen V12, VS/2 zur Verfügung.
Die Vorrichtung gemäß Figur 1 weist außerdem eine Überspan- nungserkennungsschaltung OVD auf, die mit der Verbindungsleitung VL verbunden ist und deren Ausgang über eine erste Diode D21 mit dem CAN-Bus-Transceiver CBT verbunden ist, der an seinem Ausgang einerseits das Signal CAN_INH zur Ansteuerung der Begrenzerschaltung B und der Versorgungsspannungsschaltung PS bereitstellt und außerdem die CAN-Bus-Signale TxD/Rxd zur Verfügung stellt.
Entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung bleibt der MikroController yC und damit das ihn enthaltende Steuergerät ständig aktiv und kann sowohl Aktoren ansteuern als auch Sensor- signale einlesen. Außerdem werden, da die Überspannung auf der Verbindungsleitung VL über Software erkannt wird, fehlerhafte Diagnoseeinträge der abgeschalteten Sensoren unterdrückt.
Außerdem ist das Steuergerät ständig auf den Datenbussen aktiv und führt bei anderen an diese Datenbusse angeschlossenen Steuer- geräten nicht zum Fehlereintrag. Der Schutz des ständig aktiven MikroControllers yC erfolgt über die Begrenzerschaltung B und die von dieser angesteuerten Versorgungsspannungsschaltung PS.
Ein Ausführungsbeispiel für die Begrenzerschaltung B ist in Figur 2 dargestellt. Die Begrenzerschaltung B ist zwischen der Versorgungsleitung VL und der Spannungsversorgungsschaltung PS verschaltet, wobei der Anschluss der Versorgungsspannungs¬ schaltung PS mit UB_LIM bezeichnet ist. Zwischen der Verbindungsleitung VL und dem Anschluss UB_LIM ist ein selbstsperrender fünfter MOSFET Transistor T5 verschaltet, dessen Durchlasswiderstand geregelt wird, sodass die Spannung am Anschluss UB_LIM auf einen akzeptablen Wert begrenzt wird. Der fünfte Transistor T5 kann dabei entweder über das Signal an Zündungsplus KL15, das Ausgangssignal CAN_INH des CAN-Bus-Trans- ceivers CBT oder das Signal VGBHI aktiviert werden. Hierzu ist das Ausgangssignal CAN_INH des CAN-Bus-Transceivers CBT über eine erste Diode Dl mit einem Knotenpunkt K verbunden. Der
Zündungsplusanschluss K115 ist über einen Widerstand Rl und eine zweite Diode D2 mit dem Knotenpunkt K verbunden, wobei der Verbindungspunkt des Widerstands Rl und der zweiten Diode D2 über eine erste Zenerdiode ZI mit Masse GND verbunden ist. Das Signal VGBHI wird einerseits über einen ersten Kondensator Cl nach Masse gepuffert und andererseits über eine dritte Diode D3 an den Knotenpunkt K angelegt.
Der Knotenpunkt K ist über einen zweiten Widerstand R2 mit dem Sourceanschluss des fünften Transistors T5 und über einen dritten Widerstand R3 mit dem Gateanschluss des fünften Transistors T5 verbunden. Der Gateanschluss des fünften Transistors T5 ist über eine zweite Zenerdiode Z2 mit dessen Sourceanschluss verbunden. Der zweiten Zenerdiode Z2 ist ein zweiter Kondensator C2 parallel geschaltet.
Der Gateanschluss des fünften Transistors T5 kann über einen elften Widerstand RH und die Emitter-Kollektorstrecke eines sechsten Bipolar-Transistors T6 mit Masse verbunden werden, sodass der fünfte Transistor T5 sperrend geschaltet wird, wenn die Spannung an der Verbindungsleitung VL so groß wird, dass die Spannung am Anschluss UB_LIM an der Source des fünften Transistors T5 einen einstellbaren Wert überschreitet. In diesem Fall wird der sechste Transistor T6 leitend geschaltet, sodass der Gateanschluss des fünften Transistors T5 über den elften Wi¬ derstand RH mit dem Masseanschluss GND verbunden wird. Der Basisanschluss des sechsten Transistors T6 wird hierzu von einem Komparator OP1 über einen Spannungsteiler aus einem neunten Widerstand R9 und einem zehnten Widerstand RIO verbunden. Der Ausgang des Komparators OT1 ist außerdem über einen achten Widerstand R8 mit einer Spannung V12 verbunden. Zwischen dieser Spannung V12, die auch den Komparator OPl versorgt, ist ein Spannungsteiler aus einem vierten und einem fünften Widerstand R4, R5 verschaltet, wobei dem fünften Wi¬ derstand R5 eine dritte Zenerdiode Z3 parallel geschaltet ist. Der Mittenabgriff dieses Spannungsteilers R4, R5 ist mit dem invertierenden Eingang des Komparators OPl verbunden. Zwischen dem Anschluss UB_LIM an der Source des fünften Transistors T5 ist ein weiterer Spannungsteiler aus einem sechsten Widerstand R6 und einem siebten Widerstand R7 verschaltet, dessen Mittenabgriff mit dem nicht invertierenden Eingang des Komparators OPl verbunden ist. Dieser nicht invertierende Eingang des Kompa¬ rators OPl ist außerdem über einen dritten Kondensator C3 mit dem Masseanschluss GND verbunden. Falls die Spannung am Anschluss UB_LIM einen über die Spannung V12 und die Widerstände R4, R5, R6, R7 eingestellten Wert über¬ schreitet, schaltet der Komparator OPl seinen Ausgang auf High, wodurch der sechste Transistor T6 leitend geschaltet wird und den Gateanschluss des fünften Transistors T5 über den elften Wi- derstand RH mit dem Masseanschluss GND verbindet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schutz von mit einer Versorgungsspan- nungsquelle (K130) über eine Verbindungsleitung (VL) verbundenen Lasten (S/L) vor einer Überspannung auf der Verbindungsleitung (VL) , bei der die Lasten (S/L) über ein abhängig von der Höhe der Spannung auf der Verbindungsleitung (VL) schaltbares Schaltelement (T2, T3) mit der Versorgungsspannungsquelle (K130) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungsleitung (VL) mit dem Eingang eines schnellen A/D-Wandlers (ADC) verbunden ist,
dass der Ausgang des A/D-Wandlers (ADC) mit einem Eingang eines Mikroprozessors (μΡ) verbunden ist,
dass ein Ausgang des Mikroprozessors (μΡ) mit einem Steuer- anschluss des Schaltelements (T2, T3) verbunden ist,
dass ein Versorgungsausgang einer Spannungsversorgungseinheit (PS) mit dem Spannungsversorgungseingang (VDD 5/3/1) des Mikroprozessors (μΡ) verbunden ist,
dass ein Versorgungseingang der Spannungsversorgungseinheit (PS) mit der Verbindungsleitung (VL) zwischen der Versorgungsspannungsquelle (K130) und dem Schaltelement (T2, T3) verbunden ist und
dass zwischen der Verbindungsleitung (VL) und der Spannungs- Versorgungseinheit (PS) eine ein- und ausschaltbare Span- nungsbegrenzungsschaltung (B) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der A/D-Wandler (ADC) und der Mikroprozessor (μΡ) Teil eines MikroControllers (μθ) sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungsschaltung (B) eingerichtet ist, durch ein Signal von einer Zündungsplusklemme (K115) oder ein Signal auf einem CAN-Bus (CAN_H/L) eingeschaltet zu werden.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungsschaltung (B) mit einem Linearregler gebildet ist.
PCT/EP2018/051782 2017-02-16 2018-01-25 Vorrichtung zum schutz von lasten vor einer überspannung WO2018149606A1 (de)

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