CN115485569A - 用于以过载探测的方式为电负载供给车载电压的车辆电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于以过载探测的方式给电负载(2)供给车载电压(UFB)的车辆电路装置(1)，其中电负载(2)具有可预设的额定功率，所述车辆电路装置包括：‑车载电压输入端(E1)；‑用于控制车辆功能的控制设备(3)，其中控制设备(3)具有集成的半导体模块(3a)、例如***基础芯片(SBC)，其中集成的半导体模块具有集成的高边开关(S1)，所述高边开关与车载电压输入端(E1)连接以将施加在车载电压输入端(E1)上的车载电压(UFB)接通到高边开关输出端(A1)上，其中高边开关输出端(A1)具有预设的载流能力，并且控制设备(3)设立用于检测高边开关输出端(A1)的输出电流(IA1)，其中待供电的额定负载的额定电流消耗高于高边开关输出端(A1)的预设的载流能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于以过载探测的方式为电负载供给车载电压的车辆电路装置，其中电负载具有可预设的额定功率，所述车辆电路装置包括：
-车载电压输入端，
-用于控制车辆功能的控制设备，其中控制设备具有集成的半导体模块、例如***基础芯片，其中集成的半导体模块具有集成的高边开关，所述集成的高边开关与车载电压输入端连接以将施加在车载电压输入端上的车载电压接通到高边开关输出端上，其中高边开关输出端具有预设的载流能力，并且控制设备设立用于检测高边开关输出端的输出电流，其中待供电的额定负载的额定电流消耗高于高边开关输出端的预设的载流能力。
背景技术
这种车辆电路装置从现有技术中已知。在给电负载供电时，集成高边开关的问题因低的输出功率引起。因此，需要较高的输出功率的负载通常需要更昂贵的附加的部件，借助于所述附加的部件能够保证对外部负载的功率强的供给。
发明内容
因此，本发明的目的在于，实现一种车辆电路装置，所述车辆电路装置提供能够给较为功率密集的外部负载供电的低成本的可行性。
该目的借助于开头提到类型的车辆电路装置来实现，其中根据本发明提出，车辆电路装置还具有：
-在PNP配置中的维拉德(Widlar)电流镜电路，
其中维拉德电流镜电路的第一镜半部的第一晶体管的发射极经由串联连接的欧姆定标电阻(Skalierungswiderstand)与高边开关的输出端连接，第一晶体管的集电极接地，并且第一晶体管的基极与第二晶体管的基极连接，其中第二晶体管是第二镜半部的一部分，并且第二晶体管在发射极侧与车载电压输入端连接并且在集电极侧与待供电的和待监控的电负载连接，其中电负载接地，其中定标电阻选择成，使得：
·将在负载侧消耗的电流以在维拉德电流镜电路的第一镜半部上的转换比映现到高边开关的输出电流上，使得负载侧的额定电流引起高边开关侧的输出电流的如下值：所述值低于高边开关输出端的载流能力，并且以可预设的极限值超过负载侧的额定电流引起超过高边开关输出端的载流能力，从而过载通过控制设备根据超过高边开关输出端的载流能力来探测。
通过使用所述特征可行的是，将具有小的输出功率的高边开关引入到对负载的供电中，所述负载消耗额定功率，所述额定功率明显高于高边开关的输出功率。通过电流映现，将自负载一方消耗的电流对应于所设定的转换比映现到高边开关输出端上，使得由开关输出的输出电流与负载电流相关联。如果负载由于负载故障消耗过流或短路电流，那么这引起超过高边开关的输出端的载流能力从而引起通过控制设备识别故障。基于此能够引入用于消除故障的措施。能够通过设置标志自动地用信号表示故障。必要时也能够自动切断负载。
控制设备能够是传统的控制设备，其本来就存在于车辆中，例如以便控制车辆功能。在此例如能够涉及车辆前照灯的功能和/或也能够涉及简单的风扇功能。现今，在客车的情况下，车载电压通常为12V的额定电压，相反在载重汽车的情况下，所述电压通常为24V。原则上能够自由选择车载电压——然后仅对应于预期的电压设计所使用的部件。这同样适用于预期的功率。能够优化车辆电路装置以给负载供给特定的额定。与此对应地，然后能够通过本领域技术人员优化单个值、尤其电流镜电路的转换比以用于相应的应用。
此外能够提出，车辆电路装置包括自动化的过载保护装置，其方式为：控制设备与微控制器连接，所述微控制器被输送有在高边开关输出端处检测的电流的值，其中微控制器设立用于操控切断设备，使得在超过高边开关输出端的载流能力的情况下自动地切断负载。详细地，在此能够提出，切断设备与给负载供电的晶体管的基极连接并且为了进行切断而降低所述晶体管的基极-发射极-电压从而切断晶体管。这种装置在图2中示出。例如，如果在被供电的风扇处发生短路，那么通过Q2的电流提高(参见图1和图2)，由此经由映现，在Q1处的电流升高。所述升高在高边开关的输出端A1处检测，并且能够设置标志，所述标志由微处理器持续地查询，使得微处理器在确定所设置的标志时能够引入所述用于切断Q2的措施。
此外能够提出，将维拉德电流镜电路的镜像比选择成，使得第二电流镜半部的负载侧的电流以至少10:1的比映现到第一电流镜半部上。根据图1，这意味着电流IA1最大为IL值的1/10。
尤其能够提出，将电流镜电路的转换比选择成，使得负载的额定电流消耗引起高边开关输出端的如下输出电流：所述输出电流低于高边开关输出端的最大载流能力的至少50％。所述比例如能够处于1:10至1:20的范围中。在所述情况下这意味着，负载侧的电流消耗必须以至少两倍的值超过额定电流，以便触发高边开关输出端的过载。由此，能够实现例如对于所允许的运行状态所需要的功率储备，所述运行状态在此期间具有超过额定电流提高的电流需求——例如在启动风扇的情况下。因此能够考虑常规的电流峰值。转换比的选择能够根据待供电的负载最优地设定。替选于所提出的比，也还能够选择更大的间隔，例如能够将三倍、四倍或甚至十倍的额定电流设为极限。
此外能够提出，高边开关输出端的载流能力最大为100mA。
尤其能够提出，车辆电路装置包括待供电的负载，其中所述负载具有风扇。
此外能够提出，车辆电路装置包括待供电的负载，其中所述负载具有光模块、尤其LED光模块。
尤其能够提出，高边开关构成为***基础芯片的一部分。
此外，本发明涉及一种电的车辆***，所述电的车辆***包括根据本发明的车辆电路装置和用于输出车载电压的车辆电池，其中车辆电池与车辆电路装置的车载电压输入端电连接。
本发明同样涉及一种车辆前照灯，所述车辆前照灯包括根据本发明的车辆电路装置。本发明还涉及一种车辆，所述车辆包括根据本发明的车辆电路装置和/或根据本发明的车辆***和/或根据本发明的车辆前照灯。
附图说明
在下文中根据在附图中图解说明的示例性的和非限制性的实施方式详细阐述本发明。在附图中示出：
图1示出本发明的第一实施方式的示意图，以及
图2示出第一实施方式的一个改进方案的示意图。
在以下附图中——只要未另外说明——相同的附图标记表示相同的特征。
具体实施方式
图1示出用于以过载探测的方式给电负载2供给车载电压UFB的车辆电路装置1的第一实施方式的示意图，其中电负载2具有可预设的额定功率。车辆电路装置1包括车载电压输入端E1、用于控制车辆功能的控制设备3，其中控制设备3具有集成的半导体模块3a、例如***基础芯片SBC，其中集成的半导体模块3a具有集成的高边开关S1。开关S1与车载电压输入端E1连接以将施加在车载电压输入端E1上的车载电压UFB接通到高边开关输出端A1上。在此，高边开关输出端A1具有预设的载流能力。控制设备3设立用于检测高边开关输出端A1的输出电流IA1，其中将负载2或载流能力选择成，使得待供电的负载2的额定电流消耗高于高边开关输出端A1的预设的载流能力。
车辆电路装置1在PNP配置中还具有维拉德电流镜电路4。为了更好地示出，维拉德电流镜电路4在图1中通过细虚线的矩形包围。维拉德电流镜电路的第一镜半部的第一晶体管Q1的发射极经由串联连接的欧姆定标电阻R2与高边开关S1的输出端A1连接。第一晶体管Q1的集电极接地，并且第一晶体管Q1的基极与第二晶体管Q2的基极连接。所述第二晶体管Q2是第二镜半部的一部分。第二晶体管Q2在发射极侧与车载电压输入端E1连接并且在集电极侧与待供电的和待监控的电负载2连接，其中电负载2接地。在此，将定标电阻R2选择成，使得在负载侧消耗的电流IL以在维拉德电流镜电路的第一镜半部上的转换比映现到高边开关S1的输出电流IA1上，使得负载侧的额定电流ILN(未在附图中示出，而是例如能够从相应的负载2的数据页中获知)引起高边开关侧的输出电流IA1的如下值：所述值低于高边开关输出端A1的载流能力，并且以可预设的极限值超过负载侧的额定电流ILN引起超过高边开关输出端A1的载流能力，从而过载通过控制设备3根据超过高边开关输出端A1的载流能力来探测。在此，以有效的方式进行映现，其方式为：在接通开关S1时，与Q2的基极发射极电压相比，在Q1处的基极发射极电压减少了R2处的压降。所述压降从由电流IA1和电阻R2的乘积中得出。因此，所述压降与R2成比例，由此能够通过适当地选择R2有针对性地设定电流镜电路的转换比。能够有利的是，这两个晶体管Q1和Q2是彼此相同的。以这这方式能够保证：不仅晶体管的放大因数而且内部体电阻彼此在很大程度上相同，由此能够实现特别精确的和敏感的映现。此外，在当前电路中，电阻R1仅用作辅助电阻并且也能够省去。
图2示出第一实施方式的一个改进方案的示意图。在其中集成有自动化的过载保护装置，其方式为：控制设备3与微控制器5连接，所述微控制器被输送有在高边开关输出端A1处检测的电流IA1的值。微控制器5设立用于操控切断设备6，使得在超过高边开关输出端A1的载流能力的情况下自动地切断负载2。详细地，通过微控制器操控的晶体管Q3能够防止基极电流流过晶体管Q2，由此截止Q2。只要Q4例如同样通过微控制器GPIO引脚接通，就能够接通Q3。经由分压器R5和R4在Q3的BE路段处出现引起接通的电压。C1用于衰减，以便实现输出电流和测量电流的缓慢的升高。
本发明不受限于所示出的实施方式，而是通过权利要求的整个保护范围限定。也能够考虑并且彼此组合本发明或实施方式的各个方面。权利要求中可能的附图标记是示例性的并且仅用于权利要求的更简单的可读性，而不限制所述权利要求。
Claims (11)
1.一种用于以过载探测的方式给电负载(2)供给车载电压(UFB)的车辆电路装置(1)，其中所述电负载(2)具有可预设的额定功率，所述车辆电路装置包括：
-车载电压输入端(E1)，
-用于控制车辆功能的控制设备(3)，其中所述控制设备(3)具有集成的半导体模块(3a)、例如***基础芯片(SBC)，其中所述集成的半导体模块具有集成的高边开关(S1)，所述高边开关与所述车载电压输入端(E1)连接以将施加在所述车载电压输入端(E1)上的车载电压(UFB)接通到高边开关输出端(A1)上，其中所述高边开关输出端(A1)具有预设的载流能力，并且所述控制设备(3)设立用于检测所述高边开关输出端(A1)的输出电流(IA1)，其中待供电的额定负载的额定电流消耗高于所述高边开关输出端(A1)的预设的载流能力，
其特征在于，所述车辆电路装置还具有：
-在PNP配置中的维拉德电流镜电路(4)，
其中所述维拉德电流镜电路的第一镜半部的第一晶体管(Q1)的发射极经由串联连接的欧姆定标电阻(R2)与所述高边开关(S1)的输出端(A1)连接，所述第一晶体管(Q1)的集电极接地连接，并且所述第一晶体管(Q1)的基极与第二晶体管(Q2)的基极连接，其中所述第二晶体管(Q2)是第二镜半部的一部分，并且所述第二晶体管(Q2)在发射极侧与所述车载电压输入端(E1)连接并且在集电极侧与待供电的和待监控的电负载(2)连接，其中所述电负载(2)接地，其中将所述定标电阻(R2)选择成，使得：
·将在负载侧消耗的电流(IL)以在所述维拉德电流镜电路的第一镜半部上的转换比映现到所述高边开关(S1)的输出电流(IA1)上，使得负载侧的额定电流(ILN)引起高边开关侧的输出电流(IA1)的如下值：所述值低于所述高边开关输出端(A1)的载流能力，并且以可预设的极限值超过所述负载侧的额定电流(ILN)引起超过所述高边开关输出端(A1)的载流能力，从而通过所述控制设备(3)根据超过所述高边开关输出端(A1)的载流能力来探测过载。
2.根据权利要求1所述的车辆电路装置(1)，所述车辆电路装置包括自动化的过载保护装置，其方式为：所述控制设备(3)与微控制器(5)连接，将在所述高边开关输出端(A1)处检测的电流(IA1)的值输送给所述微控制器，其中所述微控制器(5)设立用于操控切断设备(6)，使得在超过所述高边开关输出端(A1)的载流能力的情况下自动地切断所述负载(2)。
3.根据权利要求1或2所述的车辆电路装置(1)，其中所述维拉德电流镜电路(4)的镜像比选择成，使得所述第二电流镜半部的负载侧的电流(IL)以至少10:1的比映现到所述第一电流镜半部上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的车辆电路装置(1)，其中所述电流镜电路的转换比选择成，使得所述负载(2)的额定电流消耗引起所述高边开关输出端(A1)的输出电流(IA1)，所述输出电流低于所述高边开关输出端(A1)的最大载流能力的至少50％。
5.根据上述权利要求中任一项所述的车辆电路装置(1)，其中所述高边开关输出端(A1)的载流能力最大为100mA。
6.根据上述权利要求中任一项所述的车辆电路装置(1)，其中所述车辆电路装置(1)包括所述待供电的负载(2)，其中所述负载(2)具有风扇。
7.根据上述权利要求中任一项所述的车辆电路装置(1)，其中所述车辆电路装置(1)包括所述待供电的负载(2)，其中所述负载(2)具有光模块、尤其LED光模块。
8.根据上述权利要求中任一项所述的车辆电路装置(1)，其中所述高边开关(S1)构成为***基础芯片的一部分。
9.一种电的车辆***，所述电的车辆***包括根据上述权利要求中任一项所述的车辆电路装置和用于输出所述车载电压的车辆电池，其中所述车辆电池与所述车辆电路装置(1)的车载电压输入端(E1)电连接。
10.一种车辆前照灯，所述车辆前照灯包括根据上述权利要求中任一项所述的车辆电路装置(1)。
11.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求1至8中任一项所述的车辆电路装置(1)、根据权利要求9所述的车辆***和/或根据权利要求10所述的车辆前照灯。
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