DE29520149U1 - Circuit arrangement for protecting DC electrical systems against short circuits - Google Patents
Circuit arrangement for protecting DC electrical systems against short circuitsInfo
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Description
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BeschreibungDescription
Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Bordnetzen gegen KurzschlußCircuit arrangement for protecting DC vehicle electrical systems against short circuits
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Bordnetzen gegen Kurzschluß zwischen seinem positiven und negativen Anschluß, mit einem Generator und Verbrauchern und mit einer Hauptleitung zwischen dem Generator und den Verbrauchern.The invention relates to a circuit arrangement for protecting direct current on-board networks against short circuits between its positive and negative terminals, with a generator and consumers and with a main line between the generator and the consumers.
Gleichstrom-Bordnetze sind Bestandteil von Kraftfahrzeugen, Schiffen usw.. Bei solchen Bordnetzen sind die Verbraucher über eine Hauptleitung mit dem Generator verbunden. Von dieser Hauptleitung zweigen die zu den einzelnen Verbrauchern führenden Leitungen ab. Die Verbraucher werden dabei über Schalter aus- und eingeschaltet. Die Hauptleitung bildet dabei meist den positiven Anschluß, der negative Anschluß liegt auf Massepotential.DC on-board networks are part of motor vehicles, ships, etc. In such on-board networks, the consumers are connected to the generator via a main line. The lines leading to the individual consumers branch off from this main line. The consumers are switched on and off using switches. The main line usually forms the positive connection, the negative connection is at ground potential.
Der Generator wird im allgemeinen von einem Verbrennungsmotor angetrieben. Tritt z.B. bei einem Unfall ein Kurzschluß zwischen der Hauptleitung und Masse auf, so läuft der Motor zunächst weiter und der Generator liefert einen hohen Kurzschlußstrom. Ein dabei auftretender Lichtbogen kann austretende Kraftstoffdämpfe entzünden.The generator is generally powered by an internal combustion engine. If, for example, a short circuit occurs between the main line and ground in an accident, the engine initially continues to run and the generator supplies a high short-circuit current. An arc that occurs can ignite escaping fuel vapors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan-Ordnung der angegebenen Art so auszubilden, daß das Auftreten eines Kurzschlußstroms verhindert wird.The invention is based on the object of designing a circuit arrangement of the specified type in such a way that the occurrence of a short-circuit current is prevented.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Hauptleitung ein steuerbarer elektronischer Schalter vorgesehen ist, derThis task is solved by providing a controllable electronic switch in the main line, which
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den Generatorstrom bei Übersteigen eines vorgegebenen Wertes unterbricht.interrupts the generator current when a specified value is exceeded.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der ünteransprüche. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung wird anhand dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert. Sie zeigen jeweils prinzipielle Schaltbilder dieser Ausführungsbeispiele.The invention is explained in more detail using three embodiments in conjunction with Figures 1 and 2. They each show basic circuit diagrams of these embodiments.
Die Schaltungsanordnung nach Figur 1 enthält einen Dreiphasengenerator 1 mit drei Wicklungen, die z.B. im Stern geschaltet sind. Die Anschlüsse der Wicklungen sind mit den Wechselstromanschlüssen einer Dreiphasen-Gleichrichterbrücke 2 verbunden. Diese Brücke besteht aus drei Halbbrücken 21, 22 und 23, die einander parallel geschaltet sind. Die einzelnen Halbbrücken bestehen aus hintereinander geschalteten Gleichrichtern 3, 6; 4, 7; 5, 8. Die Anoden der Gleichrichter 6, 7, 8 sind mit Masse verbunden, die Katoden der Gleichrichter 3, 4, 5 mit einer Hauptleitung 12. Die Hauptleitung 12 verzweigt sich und führt zu Verbrauchern 10, die jeweils über Schalter 11 an das Bordnetz geschaltet werden können. Die Verbraucher 10 liegen mit ihrem anderen Anschluß an Masse.The circuit arrangement according to Figure 1 contains a three-phase generator 1 with three windings, which are connected in a star, for example. The connections of the windings are connected to the AC connections of a three-phase rectifier bridge 2. This bridge consists of three half-bridges 21, 22 and 23, which are connected in parallel. The individual half-bridges consist of rectifiers 3, 6; 4, 7; 5, 8 connected in series. The anodes of the rectifiers 6, 7, 8 are connected to ground, the cathodes of the rectifiers 3, 4, 5 to a main line 12. The main line 12 branches off and leads to consumers 10, each of which can be connected to the vehicle electrical system via switch 11. The consumers 10 are connected to ground with their other connection.
In die Hauptleitung 12 ist ein elektronischer Schalter 14 eingeschaltet. Um einen möglichst umfassenden Schutz der Hauptleitung 12 zu gewährleisten, wird der elektronische Schalter 14 bei Wechselstromgeneratoren möglichst nahe am 0 Ausgang des Gleichrichters 2 angeordnet. Bei Gleichstromgeneratoren liegt der elektronische Schalter möglichst nahe am Generatorausgang. Bei einem Kurzschluß zwischen der Hauptleitung 12 und Masse -der Ort des Kurzschlusses ist durch einen Blitz symbolisiert- fließt ein Kurzschlußstrom auf der Haupt-An electronic switch 14 is connected to the main line 12. In order to ensure the most comprehensive protection possible for the main line 12, the electronic switch 14 is located as close as possible to the output of the rectifier 2 in alternating current generators. In direct current generators, the electronic switch is located as close as possible to the generator output. In the event of a short circuit between the main line 12 and ground - the location of the short circuit is symbolized by a lightning bolt - a short circuit current flows on the main line 12.
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leitung 12. Dieser ist um ein Vielfaches höher als der Nennstrom. Der elektronische Schalter ist so ausgebildet, daß er bei Übersteigen eines vorgegebenen Wertes des Generatorstroms abgeschaltet wird. Damit wird ein Lichtbogen oder eine übermäßige Erhitzung der Hauptleitung 12 vermieden.line 12. This is many times higher than the nominal current. The electronic switch is designed so that it is switched off when the generator current exceeds a specified value. This prevents arcing or excessive heating of the main line 12.
Elektronische Schalter mit Überstromabschaltung sind z.B. als Smart-FET bekannt und im Handel erhältlich. Sie enthalten einen Leistungs-MOSFET, der gemäß einer ersten Ausführungsform einen Temperaturfühler enthält, der den Leistungs-MOSFET bei Übersteigen einer bestimmten Temperatur abschaltet. Die Abschalttemperatur ist so gewählt, daß sie nur dann erreicht wird, wenn ein Strom durch den MOSFET fließt, der über dem Nennstrom liegt. Ein solcher MOSFET ist z.B. in der DE 35 24 517 beschrieben worden, so daß sich hier weitere Erläuterungen zum Aufbau des elektronischen Schalters 14 erübrigen.Electronic switches with overcurrent shutdown are known as Smart-FETs, for example, and are commercially available. They contain a power MOSFET, which according to a first embodiment contains a temperature sensor that switches the power MOSFET off when a certain temperature is exceeded. The switch-off temperature is selected so that it is only reached when a current flows through the MOSFET that is above the nominal current. Such a MOSFET has been described in DE 35 24 517, for example, so that further explanations of the structure of the electronic switch 14 are unnecessary here.
Der elektronische Schalter kann, wie z.B. in der EP 0 643 485 beschrieben, auch einen vom Laststrom durchflossenen Meßwiderstand enthalten, an dem eine dem Strom proportionale Spannung erzeugt wird. Leistungs-FET mit Sensezellen sind ebenfalls geeignet um eine Spannung zu erzeugen, die dem Laststrom proportional ist. Diese Spannung wird dazu benutzt, einen zwischen Gateanschluß und Sourceanschluß des Leistungs-MOSFET liegenden Transistor bei Übersteigen eines vorgegebenen Stromwertes einzuschalten. Der Leistungs-MOSFET wird dann abgeschaltet.The electronic switch can, as described in EP 0 643 485, also contain a measuring resistor through which the load current flows, at which a voltage proportional to the current is generated. Power FETs with sense cells are also suitable for generating a voltage that is proportional to the load current. This voltage is used to switch on a transistor located between the gate connection and source connection of the power MOSFET when a predetermined current value is exceeded. The power MOSFET is then switched off.
Wie erwähnt, ist es für den Schutz der Hauptleitung 12 we-0 sentlieh, daß der steuerbare elektronische Schalter möglichst nahe am Generatorausgang bzw. möglichst nahe am Gleichrichter angeordnet wird. Im allgemeinen ist der Gleichrichter in das Generatorgehäuse eingebaut. Es empfiehlt sich daher, auch den elektronischen Schalter in das Generatorgehäuse einzubauen.As mentioned, it is essential for the protection of the main line 12 that the controllable electronic switch is located as close as possible to the generator output or as close as possible to the rectifier. The rectifier is generally built into the generator housing. It is therefore advisable to also build the electronic switch into the generator housing.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 dargestellt. Hier besteht der elektronische Schalter aus drei elektronischen Einzelschaltern 31, 41, 51. Diese sind Bestandteil der Gleichrichterbrücke. Der elektronische Schalter 31 ersetzt den Gleichrichter 3 nach Figur 1, der elektronische Schalter 41 den Gleichrichter 4 und der elektronische Schalter 51 den Gleichrichter 5. Da der elektronische Schalter, wie oben erwähnt, vorzugsweise ein Leistungs-MOSFET ist, muß dieser so gesteuert werden, daß er Gleichrichterfunktion hat. Die steuerbaren Schalter 31, 41 und 51 haben daher Steuereingänge, die mit dem Ausgang einer Steuereinrichtung 15 verbunden sind. Die Einrichtung 15 liefert Steuersignale, die mit der an jeder Halbbrücke 21, 22, 23 liegenden Wechselspannung synchronisiert sind.Another embodiment is shown in Figure 2. Here, the electronic switch consists of three individual electronic switches 31, 41, 51. These are part of the rectifier bridge. The electronic switch 31 replaces the rectifier 3 according to Figure 1, the electronic switch 41 replaces the rectifier 4 and the electronic switch 51 replaces the rectifier 5. Since the electronic switch, as mentioned above, is preferably a power MOSFET, it must be controlled so that it has a rectifier function. The controllable switches 31, 41 and 51 therefore have control inputs that are connected to the output of a control device 15. The device 15 supplies control signals that are synchronized with the alternating voltage present at each half-bridge 21, 22, 23.
Bei einem Kurzschluß zwischen der Hauptleitung 12 und Masse werden die elektronischen Schalter 31, 41 und 51 entweder über den Strom oder die Temperatur gesteuert und abgeschaltet. In the event of a short circuit between the main line 12 and ground, the electronic switches 31, 41 and 51 are controlled either by the current or the temperature and switched off.
Werden für die Schalter 31, 41, 51 Smart-FET verwendet, so muß berücksichtigt werden, daß ein solcher eine eingebaute Inversdiode enthält. Der Smart-FET muß daher so in die Halbbrücke eingebaut werden, daß die Inversdiode gesperrt bleibt. Außerdem muß dem FET eine Diode in Reihe geschaltet werden, die so gepolt ist wie die Dioden 3, 4, 5 nach Figur 1. Es ist aber auch möglich, anstelle des Smart-FET eine Smart-Bipolarlösung einzusetzen. Die zusätzliche Diode kann dann entfallen.If smart FETs are used for switches 31, 41, 51, it must be taken into account that they contain a built-in inverse diode. The smart FET must therefore be installed in the half bridge in such a way that the inverse diode remains blocked. In addition, a diode must be connected in series with the FET, which has the same polarity as diodes 3, 4, 5 in Figure 1. However, it is also possible to use a smart bipolar solution instead of the smart FET. The additional diode can then be omitted.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten, jedem Verbraucher 10 in Reihe geschalteten Schalter 11 können ihrerseits gesteuerte elektronische Schalter sein. Diese sind dann soThe switches 11 shown in Figures 1 and 2, which are connected in series with each consumer 10, can themselves be controlled electronic switches. These are then
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dimensioniert, daß sie bei Kurzschluß des in Reihe geschalteten Verbrauchers abgeschaltet werden.dimensioned so that they are switched off in the event of a short circuit of the consumer connected in series.
Die elektronischen Schalter können auch so ausgebildet sein, daß sie spannungsbegrenzende Eigenschaften haben. Dies wird bei den erwähnten Bauelementen im allgemeinen dadurch erreicht, daß zwischen Drainanschluß und Gateanschluß eine Zenerdiode geschaltet ist. Wird ein starker Verbraucher abgeschaltet, so führt die dadurch verursachte Spannungserhöhung im Bordnetz dazu, daß die anderen elektronischen Schalter kurzzeitig eingeschaltet werden. Die im Bordnetz gespeicherte Energie entlädt sich damit über diese Schalter und ein übermäßiger, das Bordnetz gefährdender Spannungsanstieg wird vermieden.The electronic switches can also be designed in such a way that they have voltage-limiting properties. This is generally achieved in the components mentioned by connecting a Zener diode between the drain connection and the gate connection. If a high-power consumer is switched off, the resulting increase in voltage in the vehicle electrical system causes the other electronic switches to be switched on briefly. The energy stored in the vehicle electrical system is thus discharged via these switches and an excessive voltage increase that could endanger the vehicle electrical system is avoided.
Claims (7)
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dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (14) zwischen dem Knoten (15) zwischen Batterie (16) und Generator (1) und den Verbrauchern (10) angeschlossen ist.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, with a battery (16) connected in parallel to the generator (1),
characterized in that the electronic switch (14) is connected between the node (15) between the battery (16) and generator (1) and the consumers (10).
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Cited By (4)
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| EP0810706A3 (en) * | 1996-05-31 | 1998-08-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Voltage supply network |
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-
1995
- 1995-12-19 DE DE29520149U patent/DE29520149U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R207 | Utility model specification |
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