DE102019205800A1

DE102019205800A1 - Supply network output and method for operating a supply network

Info

Publication number: DE102019205800A1
Application number: DE102019205800.0A
Authority: DE
Inventors: Roman Gronbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-10-29

Abstract

Versorgungsnetzausgang, der für einen Nennstrom ausgelegt ist und n Schalter (70, 72, 74) umfasst, die zum Führen des Nennstroms ausreichend sind, wobei ein zusätzlicher Schalter (70, 72, 74) vorgesehen ist, so dass insgesamt n + 1 Schalter (70, 72, 74) vorgesehen sind, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei jedem Schalter (70, 72, 74) ein Treiber (80, 82, 84) zugeordnet ist, und wobei gilt: n ≥ 2.Supply network output, which is designed for a nominal current and comprises n switches (70, 72, 74) which are sufficient for carrying the nominal current, an additional switch (70, 72, 74) being provided so that a total of n + 1 switches ( 70, 72, 74) are provided, which are arranged parallel to one another, each switch (70, 72, 74) being assigned a driver (80, 82, 84), and where: n 2.

Description

Die Erfindung betrifft einen Versorgungsnetzausgang und ein Verfahren zum Betreiben eines Versorgungsnetzes, insbesondere eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a supply network output and a method for operating a supply network, in particular an on-board network in a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Ein Versorgungsnetz ist ein elektrisches Netz bzw. Netzwerk mit typischerweise mehreren Verbrauchern und Versorgungsquellen, das die Energieversorgung der in dem Netzwerk vorhandenen Verbraucher sicherstellt. In Kraftfahrzeugen wird das Versorgungsnetz auch als Energiebordnetz oder nur Bordnetz bezeichnet.A supply network is an electrical network or network with typically several consumers and supply sources, which ensures the energy supply of the consumers present in the network. In motor vehicles, the supply network is also referred to as the on-board power supply or just the on-board network.

Unter einem Bordnetz ist im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Generatoren oder elektrische Speicher, z. B. Batterien, umfasst. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung sichergestellt ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird.In automotive use, an on-board network is understood to mean the entirety of all electrical components in a motor vehicle. Thus, both electrical consumers and supply sources, such as. Generators or electrical storage, z. B. Batteries includes. In the motor vehicle, care must be taken that electrical energy is available in such a way that the motor vehicle can be started at any time and that a sufficient power supply is ensured during operation. However, even when switched off, electrical consumers should still be operable for a reasonable period of time without a subsequent start being impaired.

Ein Versorgungsnetzausgang ist nunmehr eine elektrische Schaltung mit mindestens einem Pfad, in dem wiederum mindestens ein Schalter angeordnet ist. Der Versorgungsnetzausgang wiederum ist in einem Versorgungsnetz vorgesehen oder mit einem solchen verbunden und dient zur Versorgung einer Komponente, in einem Kraftfahrzeug bspw. der Lenkung. Über den mindestens einen Schalter kann dann die Energieversorgung der Komponente gesteuert werden.A supply network output is now an electrical circuit with at least one path in which in turn at least one switch is arranged. The supply network output, in turn, is provided in a supply network or connected to such a supply network and serves to supply a component, for example the steering in a motor vehicle. The power supply of the component can then be controlled via the at least one switch.

In Kraftfahrzeugen mit elektrisch unterstützten oder rein elektrisch aufgeführten, sicherheitsrelevanten Funktionen, wie bspw. der Lenkung oder Bremse, bestehen hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit dieser Funktionen während der Fahrt. Bzgl. der funktionalen Sicherheit nach ISO 26262 können solche Funktionen mit einer Verfügbarkeit nach Einstufung ASIL C oder D klassifiziert sein. Zu beachten ist, dass auch ASIL-Anforderungen an die ASIL-Metriken bei ASIL A und ASIL B eine Redundanz, wie diese hierin beschrieben ist, erfordern könnten. In jedem Fall ist das vorgestellte Verfahren nicht auf die genannten Anforderungen beschränkt.In motor vehicles with electrically assisted or purely electrically listed, safety-relevant functions, such as, for example, the steering or brakes, there are high demands on the availability of these functions while driving. Concerning. Functional safety according to ISO 26262, such functions can be classified with an availability according to the ASIL C or D classification. It should be noted that ASIL requirements for the ASIL metrics in ASIL A and ASIL B could also require redundancy, as described herein. In any case, the method presented is not limited to the requirements mentioned.

ASIL (Automotive Safety Integrity Level) ist eine Schlüsselkomponente der ISO 26262. Der ASIL-Level wird jeweils zu Beginn eines Entwicklungsprozesses bestimmt. Hierzu werden die Systemfunktionen analysiert und in Bezug zu möglichen Risiken gestellt. ASIL-A hat die geringste Risikostufe, ASIL-D die höchste Risikostufe.ASIL (Automotive Safety Integrity Level) is a key component of ISO 26262. The ASIL level is determined at the beginning of a development process. For this purpose, the system functions are analyzed and related to possible risks. ASIL-A has the lowest risk level, ASIL-D the highest risk level.

Diese Einstufungsklasse erfordert eine redundante Versorgung über zwei unabhängige Pfade. Die Pfade müssen schaltbar sein, um auf die Weise eine Sicherungsfunktion darzustellen, die Überströme durch Kurzschluss im Kabel oder in der Last abschaltet. Bei einer vollständigen Redundanz muss jeder der beiden Versorgungspfade in der Lage sein, den gesamten Laststrom im Fehlerfall eines einzelnen Pfades ohne Einschränkung zu übernehmen. Dies bedeutet jedoch eine Verdoppelung der notwendigen Schaltelemente, was zu deutlich erhöhten Kosten führt.This classification class requires a redundant supply via two independent paths. The paths must be switchable in order to provide a safety function that switches off overcurrents caused by short circuits in the cable or in the load. With complete redundancy, each of the two supply paths must be able to take over the entire load current in the event of a fault in a single path without restriction. However, this means a doubling of the necessary switching elements, which leads to significantly increased costs.

Die Druckschrift DE 10 2008 043 402 A1 beschreibt ein Verfahren zum Schutz von an ein Bordnetz angeschlossenen Einrichtungen vor einer Überspannung, bei dem vorgesehen ist, die Überspannung einer energievernichtenden Last zuzuführen, die die Überspannung abbaut. Die energievernichtende Last kann bspw. als Starter ausgebildet sein.The pamphlet DE 10 2008 043 402 A1 describes a method for protecting devices connected to an on-board network against overvoltage, in which it is provided that the overvoltage is fed to an energy-destroying load that reduces the overvoltage. The energy-destroying load can, for example, be designed as a starter.

Aus der Druckschrift DE 10 2014 201 581 A1 ist ein Verfahren zum Trennen eines Bordnetzes von einem Gleichspannungswandler bekannt. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, eine Versorgungsspannung mit einem Gleichspannungswandler in eine Bordnetzspannung umzurichten, eine Sperrspannung an zumindest einem der Halbleitergleichrichterelemente zu ermitteln und einen Trennschalter zum Abkoppeln des Bordnetzes vom Gleichspannungswandler in Abhängigkeit von dem Wert der ermittelten Sperrspannung anzusteuern.From the pamphlet DE 10 2014 201 581 A1 a method for disconnecting an on-board electrical system from a DC voltage converter is known. The method provides for converting a supply voltage with a DC voltage converter into an on-board network voltage, determining a blocking voltage on at least one of the semiconductor rectifier elements and controlling a disconnector for decoupling the on-board network from the DC voltage converter depending on the value of the blocking voltage determined.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Versorgungsnetzausgang gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a supply network output according to claim 1 and a method with the features of claim 8 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.

Der beschriebene Versorgungsnetzausgang, der auch als Versorgungsnetzwerkausgang bezeichnet werden kann, ist für einen Nennstrom ausgelegt und umfasst n Schalter, die zum Führen des Nennstroms ausreichend sind. Dies bedeutet, dass die n Schalter so dimensioniert sind, dass diese den Nennstrom führen können. Die n Schalter sind für die Lastanforderungen bzw. das Lastprofil ausreichend. Es ist nunmehr ein zusätzlicher Schalter vorgesehen, so dass insgesamt n + 1 Schalter vorgesehen sind, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei jedem Schalter ein Treiber zugeordnet ist, und wobei gilt: n ≥ 2. Typischerweise sind die n + 1 Schalter alle gleich dimensioniert, d. h. diese können alle den gleichen Strom führen. Von Bedeutung ist, dass der zusätzliche Schalter so dimensioniert ist, dass dieser den Ausfall eines jeden der anderen Schalter kompensieren kann.The supply network output described, which can also be referred to as the supply network output, is designed for a nominal current and comprises n switches that are sufficient to carry the nominal current. This means that the n switches are dimensioned so that they can carry the rated current. The n switches are sufficient for the load requirements or the load profile. An additional switch is now provided so that a total of n + 1 switches are provided which are arranged parallel to one another, each switch being assigned a driver, and where: n 2. Typically, the n + 1 switches are all equally dimensioned , ie these can all be the same Conduct electricity. It is important that the additional switch is dimensioned such that it can compensate for the failure of each of the other switches.

Der beschriebene Versorgungsnetzausgang und das vorgestellte Verfahren verwirklichen somit die Darstellung einer Redundanz für den Fehlerfall mit reduzierter Bauteilanzahl.The supply network output described and the method presented thus implement redundancy in the event of a fault with a reduced number of components.

Ist für die Versorgung einer Last die Verwendung von n parallelen Schaltelementen, wie bspw. MOSFETs, erforderlich, so kann durch die Ergänzung eines weiteren Schaltelements und ggf. Pfades n+1 eine Redundanz sichergestellt werden. Fällt von den n+1 Schaltelementen bzw. Pfaden ein Schaltelement bzw. Pfad aus, so ist die verbleibende Anzahl der Schaltelemente bzw. Pfade n immer noch ausreichend bzw. geeignet, den vollen Strom der Last ohne Einschränkung zu führen.If the use of n parallel switching elements, such as MOSFETs, is required to supply a load, then redundancy can be ensured by adding a further switching element and possibly path n + 1. If one of the n + 1 switching elements or paths fails, the remaining number of switching elements or paths n is still sufficient or suitable to carry the full current of the load without restriction.

Das beschriebene Verfahren dient zum Betreiben eines Versorgungsnetzes, wobei ein Versorgungsnetzausgang der hierin beschriebenen Art zum Einsatz kommt. Bei dem Verfahren ist nunmehr vorgesehen, den zusätzlichen Schalter dafür zu nutzen, bei Ausfall eines der anderen Schalter den sicheren Betrieb zu gewährleisten.The method described is used to operate a supply network, a supply network output of the type described herein being used. The method now provides for the additional switch to be used to ensure safe operation if one of the other switches fails.

Mit dem vorgestellten Verfahren und dem hierin beschriebenen Versorgungsnetz wird eine Kosteneinsparung durch eine verringerte Bauteilanzahl im Vergleich zu einer kompletten Verdoppelung einer Versorgungseinrichtung erzielt. Dies wird in Ausgestaltung dadurch erreicht, dass lediglich ein einzelner weiterer Schaltpfad hinzugefügt wird.With the method presented and the supply network described herein, a cost saving is achieved through a reduced number of components compared to a complete doubling of a supply device. This is achieved in an embodiment in that only a single additional switching path is added.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den jeweiligen Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the respective drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

1 zeigt einen Versorgungsnetzausgang nach dem Stand der Technik.
2 zeigt eine Ausführungsform des vorgestellten Versorgungsnetzausgangs.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des vorgestellten Versorgungsnetzausgangs.
4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des vorgestellten Versorgungsnetzausgangs.

It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

1 shows a supply network output according to the prior art.
2 shows an embodiment of the presented supply network output.
3 shows a further embodiment of the presented supply network output.
4th shows yet another embodiment of the presented supply network output.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically on the basis of embodiments in the drawings and is described in detail below with reference to the drawings.

1 zeigt Versorgungsnetzausgang, der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieser Versorgungsnetzausgang 10 ist mit einem sicheren Versorgungsnetz 12 nach ASIL C/D und einem sicheren Ausgang 14 nach ASIL C/D verbunden. Die Darstellung zeigt weiterhin eine Strommesseinrichtung 16, die in Reihe zu einem ersten Pfad 20 und einem zweiten Pfad 22 geschaltet ist. In dem ersten Pfad 20 ist eine erste MOSFET-Gruppe T1 24 mit zwei MOSFETs und in dem zweiten Pfad 22 ist eine zweite MOSFET-Gruppe T2 26 vorgesehen. Der ersten MOSFET-Gruppe T1 24 ist ein erster Gate-Treiber 30 zugeordnet. Entsprechend ist der zweiten MOSFET-Gruppe T2 26 ein zweiter Gate-Treiber 32 zugeordnet. Zu beachten ist, dass die Lastanforderung des Versorgungsnetzausgangs alleine durch einen der beiden Pfade 20 oder 24 eingehalten werden kann. Dies bedeutet, dass die jeweils zwei MOSFETs in jeder der beiden MOSFET-Gruppen 24 bzw. 26 so ausgelegt sind, dass diese den Nennstrom der an dem Ausgang 14 angeschlossenen Komponente führen könnte. 1 shows supply network output, the total with the reference number 10 is designated. This supply network output 10 is with a secure supply network 12 according to ASIL C / D and a safe output 14th connected to ASIL C / D. The illustration also shows a current measuring device 16 that are in series to form a first path 20th and a second path 22nd is switched. In the first path 20th is a first MOSFET group T1 24 with two MOSFETs and in the second path 22nd is a second MOSFET group T2 26th intended. The first MOSFET group T1 24 is a first gate driver 30th assigned. The second MOSFET group is correspondingly T2 26th a second gate driver 32 assigned. It should be noted that the load requirement of the supply network output solely through one of the two paths 20th or 24 can be adhered to. This means that there are two MOSFETs in each of the two MOSFET groups 24 or. 26th are designed so that this corresponds to the rated current of the output 14th connected component.

Beim dem Versorgungsnetzausgang 10 erfolgt nunmehr die Versorgung einer sicherheitsrelevanten Last über eine der beiden vollständig unabhängigen Pfade 20 und 22, hier im Beispiel über MOSFET-Gruppen T1 24 oder T2 26. Jede Gruppe kann den vollen Nenn- bzw. Laststrom führen.At the supply network output 10 A safety-relevant load is now supplied via one of the two completely independent paths 20th and 22nd , here in the example via MOSFET groups T1 24 or T2 26th . Each group can carry the full rated or load current.

Weiterhin ist zu beachten, dass, um robust gegenüber Einfachfehlern zu sein, die Schalteransteuerung, d. h. die Gate-Treiber 30 und 32, sowie deren Versorgung und deren Ansteuersignal unabhängig voneinander ausgeführt sein sollte.It should also be noted that in order to be robust against single errors, the switch control, ie the gate drivers 30th and 32 , as well as their supply and their control signal should be designed independently of each other.

Zur Vermeidung schlafender Fehler muss die Funktionsfähigkeit beider Pfade T1/T2 diagnostiziert werden, z. B. durch eine Strommessung in beiden Pfaden T1/T2 oder eine Plausibilisierung der aktiven Anzahl an MOSFETs durch die Drain-/Source-Spannung.To avoid dormant errors, the functionality of both paths T1 / T2 must be diagnosed, e.g. B. by a current measurement in both paths T1 / T2 or a plausibility check of the active number of MOSFETs by the drain / source voltage.

Unter einem schlafenden Fehler ist ein Fehler zu verstehen, der für sich alleine keine merkbare Beeinträchtigung des Versorgungsnetzausgangs bedingt. Lediglich, wenn ein weiterer Fehler hinzukommt, kann dies zu einer Beeinträchtigung und sogar zu einem Ausfall des Versorgungsnetzausgangs führen.A sleeping fault is to be understood as a fault that by itself does not cause any noticeable impairment of the supply network output. Only if another error occurs can this lead to impairment and even failure of the supply network output.

Es zeigt sich jedoch, dass der gezeigte redundante Aufbau mit einer Anzahl von Schaltern, in diesem Fall MOSFETs, die doppelt so hoch ist wie die Anzahl der unter Berücksichtigung der Lastanforderung eigentlich erforderlichen Schalter, sehr aufwändig ist. Es wurde folgendes erkannt:

Sind wie bei dem vorstehenden Beispiel n = 2 Schalter bzw. MOSFETs zur Führung des Nenn- bzw. Versorgungsstroms erforderlich, so kann eine optimierte Redundanz bereits mit n + 1 = 3 Schalter bzw. MOSFETs, anstelle von 4 Schalter bzw. MOSFETs, wie dies in 1 dargestellt ist, erreicht werden. Beim Einzelausfall eines Pfades stehen dann immer noch 2 Pfade zur sicheren Versorgung bereit.

It turns out, however, that the redundant structure shown with a number of switches, in In this case, MOSFETs, which are twice as high as the number of switches actually required taking into account the load requirement, is very expensive. The following was recognized:

If, as in the previous example, n = 2 switches or MOSFETs are required to conduct the rated or supply current, then an optimized redundancy can already be achieved with n + 1 = 3 switches or MOSFETs instead of 4 switches or MOSFETs, as in this in 1 can be achieved. In the event of a single failure of a path, 2 paths are still available for reliable supply.

Die Aufteilung der Schalter bzw. MOSFETs in jeweils eigene Pfade stellt ein Merkmal von Ausführungen des vorgestellten Versorgungsnetzausgangs und des beschriebenen Verfahrens dar.The division of the switches or MOSFETs into separate paths is a feature of the versions of the supply network output presented and the method described.

2 zeigt hierzu eine Ausführung des vorgestellten Versorgungsnetzausgangs, der insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Dieser Versorgungsnetzausgang 50 ist zwischen einem sicheren Versorgungsnetz 52 nach ASIL C/D und einem sicheren Ausgang 54 vorgesehen. Die Darstellung zeigt weiterhin eine Strommesseinrichtung 56, einen ersten Pfad 58, einen zweiten Pfad 60 und einen dritten Pfad 62. 2 shows an embodiment of the presented supply network output, which is designated as a whole with the reference number 50 is designated. This supply network output 50 is between a secure supply network 52 according to ASIL C / D and a safe output 54 intended. The illustration also shows a current measuring device 56 , a first path 58 , a second path 60 and a third path 62 .

In dem ersten Pfad 58 ist ein erster Schalter 70, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. In dem zweiten Pfad 60 ist ein zweiter Schalter 72, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. In dem dritten Pfad 62 ist ein dritter Schalter 74, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. Dem ersten Schalter 70 ist ein erster Treiber 80, dem zweiten Schalter 72 ein zweiter Schalter 82 und dem dritten Schalter 74 ein dritter Treiber 84 zugeordnet. Zu beachten ist, dass wenn der erste Schalter 70 und der zweite Schalter 72 in einem einzigen Pfad angeordnet sind, bei Ausfall dieses Pfades der verbleibende Schalter ggf. den vollen Strom nicht tragen kann.In the first path 58 is a first switch 70 , in this case a MOSFET. In the second path 60 is a second switch 72 , in this case a MOSFET. In the third path 62 is a third switch 74 , in this case a MOSFET. The first switch 70 is a first driver 80 , the second switch 72 a second switch 82 and the third switch 74 a third driver 84 assigned. It should be noted that when the first switch 70 and the second switch 72 are arranged in a single path, if this path fails, the remaining switch may not be able to carry the full current.

Da bei der gezeigten Ausführungsform die Schalteransteuerung, deren Versorgung und deren Ansteuersignale so voneinander unabhängig bzw. rückwirkungsfrei sind, ist der Versorgungsnetzausgang sicher gegenüber Einzelfehlern. Der gezeigte Aufbau bringt mit sich, dass durch einen Einzelfehler maximal ein Pfad 58, 60 bzw. 62, der auch als Versorgungspfad bezeichnet werden kann, betroffen ist. Schlafende Fehler können hier in jedem Pfad diagnostiziert werden.Since, in the embodiment shown, the switch control, its supply and its control signals are independent of one another or free of feedback, the supply network output is safe from individual errors. The structure shown means that a single error means that at most one path 58 , 60 or. 62 , which can also be referred to as the supply pathway, is affected. Dormant errors can be diagnosed here in every path.

Im Vergleich zur herkömmlichen Lösung steht hier ein erhöhter Aufwand auf Ansteuer- und Diagnoseseite einer größeren Ersparnis auf Seiten der Schalter, die bspw. als Leistungsschalter ausgebildet sind, gegenüber.Compared to the conventional solution, there is an increased effort on the control and diagnosis side, compared to a greater saving on the part of the switches, which are designed, for example, as power switches.

3 zeigt eine Ausführungsform eines Versorgungsnetzausgangs 100 mit drei unabhängigen Pfaden. Die Darstellung zeigt den Versorgungsnetzausgang 100, der zwischen einem sicheren Versorgungsnetz 102 nach ASIL C/D und einem sicheren Ausgang 104 vorgesehen ist. Die Darstellung zeigt weiterhin eine Strommesseinrichtung 106, einen ersten Pfad 108, einen zweiten Pfad 110 und einen dritten Pfad 112. 3 shows an embodiment of a utility grid output 100 with three independent paths. The illustration shows the supply network output 100 between a secure supply network 102 according to ASIL C / D and a safe output 104 is provided. The illustration also shows a current measuring device 106 , a first path 108 , a second path 110 and a third path 112 .

In dem ersten Pfad 108 ist ein erster Schalter 120, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. In dem zweiten Pfad 110 ist ein zweiter Schalter 122, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. In dem dritten Pfad 112 ist ein dritter Schalter 124, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. Dem ersten Schalter 120 ist ein erster Treiber 130, dem zweiten Schalter 122 ein zweiter Treiber 132 und dem dritten Schalter 124 ein dritter Treiber 134 zugeordnet.In the first path 108 is a first switch 120 , in this case a MOSFET. In the second path 110 is a second switch 122 , in this case a MOSFET. In the third path 112 is a third switch 124 , in this case a MOSFET. The first switch 120 is a first driver 130 , the second switch 122 a second driver 132 and the third switch 124 a third driver 134 assigned.

Der erste Treiber 130, der hier als Gate-Treiber ausgebildet ist, verfügt über einen ersten Versorgungseingang 140 und einen ersten Ansteuersignaleingang 142. Der zweite Treiber 132, der hier als Gate-Treiber ausgebildet ist, verfügt über einen zweiten Versorgungseingang 144 und einen zweiten Ansteuersignaleingang 146. Der dritte Treiber 134, der hier als Gate-Treiber ausgebildet ist, verfügt über einen dritten Versorgungseingang 148 und einen dritten Ansteuersignaleingang 150.The first driver 130 , which is designed here as a gate driver, has a first supply input 140 and a first control signal input 142 . The second driver 132 , which is designed as a gate driver here, has a second supply input 144 and a second control signal input 146 . The third driver 134 , which is designed here as a gate driver, has a third supply input 148 and a third control signal input 150 .

Es erfolgt somit die Ansteuerung der Schalter 120, 122, 124 durch jeweils drei unabhängige Gate-Treiber 130, 132, 134, Versorgungen V1..V3 und Ansteuersignale S1..S3.The switches are thus activated 120 , 122 , 124 with three independent gate drivers each 130 , 132 , 134 , Supplies V1..V3 and control signals S1 ..S3.

Es wurde erkannt, dass die Anzahl an Spannungsversorgungen und Ansteuersignalen reduziert werden kann, wenn der dritte Pfad aus einer Kombination der ersten beiden Pfade bereitgestellt wird, siehe hierzu 4. Dies wird hier beispielhaft durch eine ODER-Funktion mittels Dioden gezeigt.It was recognized that the number of voltage supplies and control signals can be reduced if the third path is provided from a combination of the first two paths, see in this regard 4th . This is shown here by way of an OR function using diodes.

4 zeigt eine Ausführungsform eines Versorgungsnetzausgangs 200 wiederum mit drei Pfaden, wobei nur zwei unabhängige Ansteuersignale und Versorgungen gegeben sind. Die Darstellung zeigt den Versorgungsnetzausgang 200, der zwischen einem sicheren Versorgungsnetz 202 nach ASIL C/D und einem sicheren Ausgang 204 angeordnet ist. Die Darstellung zeigt weiterhin eine Strommesseinrichtung 206, einen ersten Pfad 208, einen zweiten Pfad 210 und einen dritten Pfad 212. 4th shows an embodiment of a utility grid output 200 again with three paths, with only two independent control signals and supplies. The illustration shows the supply network output 200 between a secure supply network 202 according to ASIL C / D and a safe output 204 is arranged. The illustration also shows a current measuring device 206 , a first path 208 , a second path 210 and a third path 212 .

In dem ersten Pfad 208 ist ein erster Schalter 220, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. In dem zweiten Pfad 210 ist ein zweiter Schalter 222, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. In dem dritten Pfad 212 ist ein dritter Schalter 224, in diesem Fall ein MOSFET, vorgesehen. Dem ersten Schalter 220 ist ein erster Treiber 230, dem zweiten Schalter 222 ein zweiter Treiber 232 und dem dritten Schalter 224 ein dritter Treiber 234 zugeordnet.In the first path 208 is a first switch 220 , in this case a MOSFET. In the second path 210 is a second switch 222 , in this case a MOSFET. In the third path 212 is a third switch 224 , in this case a MOSFET. The first switch 220 is a first driver 230 , the second switch 222 a second driver 232 and the third switch 224 a third driver 234 assigned.

Der erste Treiber 230, der hier als Gate-Treiber ausgebildet ist, verfügt über einen ersten Versorgungseingang 240 und einen ersten Ansteuersignaleingang 242. Der zweite Treiber 232, der hier als Gate-Treiber ausgebildet ist, verfügt über einen zweiten Versorgungseingang 244 und einen zweiten Ansteuersignaleingang 246. Der dritte Treiber 234, der hier als Gate-Treiber ausgebildet ist, verfügt über einen dritten Versorgungseingang 248 und einen dritten Ansteuersignaleingang 250.The first driver 230 , which is designed here as a gate driver, has a first supply input 240 and a first control signal input 242 . The second driver 232 , which is designed as a gate driver here, has a second supply input 244 and a second control signal input 246 . The third driver 234 , which is designed here as a gate driver, has a third supply input 248 and a third control signal input 250 .

Am ersten Versorgungseingang 240 liegt das Signal V1 an. Am ersten Ansteuersignaleingang 242 liegt das Signal S1 an. Am zweiten Versorgungseingang 244 liegt das Signal V2 an. Am zweiten Ansteuersignaleingang 246 liegt das Signal S2 an. Am dritten Versorgungseingang 248 liegt eine Kombination aus V1 (Bezugsziffer 260) und V2 (Bezugsziffer 262) an. Am dritten Ansteuersignaleingang 250 liegt eine Kombination aus S1 (Bezugsziffer 270) und S2 (Bezugsziffer 272) an.At the first supply entrance 240 the signal V1 is present. At the first control signal input 242 is the signal S1 on. At the second supply input 244 is the signal V2 on. At the second control signal input 246 is the signal S2 on. At the third supply input 248 is a combination of V1 (reference number 260 ) and V2 (reference number 262 ) on. At the third control signal input 250 is a combination of S1 (reference number 270 ) and S2 (reference number 272 ) on.

Zweckmäßig hierbei ist eine Strombegrenzungseinrichtung, wie bspw. mit Widerständen R1 280, R2 282, R3 284 und R4 286, die dafür sorgt, dass ein Fehler im dritten Pfad 212 nicht die Ansteuerung des ersten oder zweiten Pfades 208 oder 210 beeinträchtigen kann. Die Ansteuersignale und Spannungsversorgungen müssen so ausgelegt sein, dass sie durch die ggf. vorhandenen Fehlerströme durch R1 bis R4 unbeeinflusst bleiben.A current limiting device, such as, for example, with resistors R1, is useful here 280 , R2 282 , R3 284 and R4 286 that causes a bug in the third path 212 not controlling the first or second path 208 or 210 can affect. The control signals and power supplies must be designed in such a way that they remain unaffected by any fault currents through R1 to R4.

Zur Sicherstellung der Verfügbarkeit des Redundanzpfades kann eine Überprüfung bzw. Diagnose durchgeführt werden. Diese kann z. B. über die Plausibilisierung der Drain-Source-Spannungsmessung bei bekanntem Strom, bspw. eine Strommessung über Shunt, mittels der Einschaltwiderstände der n+1 MOSFETs erfolgen. Die Diagnoseeinrichtung sollte den Ausfall eines einzelnen Pfads erkennen können und diesen melden, da nun keine Redundanz mehr im Versorgungsnetzausgang 200 vorgehalten ist. Dadurch muß eine entsprechende Reaktion im Versorgungsnetzausgang 200 ausgelöst werden, wie bspw. eine Warnmeldung, ein Steuergerät-Defekt-Eintrag oder eine Ansteuerung eines sicheren Fahrzeugzustands.A check or diagnosis can be carried out to ensure the availability of the redundancy path. This can e.g. B. via the plausibility check of the drain-source voltage measurement with a known current, e.g. a current measurement via a shunt, by means of the switch-on resistances of the n + 1 MOSFETs. The diagnostic device should be able to recognize the failure of an individual path and report this, since there is no longer any redundancy in the supply network output 200 is held up. This requires a corresponding reaction in the supply network output 200 triggered, such as a warning message, a control unit defect entry or a control of a safe vehicle condition.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102008043402 A1 [0008]
DE 102014201581 A1 [0009]

Claims

Supply network output which is designed for a nominal current and comprises n switches (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224), which are sufficient for carrying the nominal current, with an additional switch being provided so that a total of n + 1 switches (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224) are provided, which are arranged parallel to one another, with each switch (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224) a driver (80, 82, 84, 130, 132, 134, 230, 232, 234) is assigned, and where: n ≥ 2.

Supply network output after Claim 1 , in which n + 1 paths are provided, in each path (58, 60, 62, 108, 110, 112, 208, 210, 212) a switch (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224) is provided.

Supply network output after Claim 1 or 2 , in which the drivers (80, 82, 84, 130, 132, 134, 230, 232, 234) of the switches (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224) with independent supplies and control signals are to be controlled.

Supply network output after Claim 1 or 2 , in which the driver (80, 82, 84, 130, 132, 134, 230, 232, 234) associated with the additional switch (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224) is assigned to be controlled with supplies and control signals that result from a combination of the supplies and control signals from other drivers (80, 82, 84, 130, 132, 134, 230, 232, 234).

Supply network output after one of the Claims 1 to 4th , in which a current measuring device (56, 106, 206) is also provided, which is provided in series with the switches (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224)

Supply network output after one of the Claims 1 to 5 , in which MOSFETs serve as switches (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224).

Supply network output after one of the Claims 1 to 6 , which is designed for automotive use as a vehicle electrical system.

A method for operating a supply network with a supply network output (50, 100, 200) according to one of the Claims 1 to 7th is carried out.

Procedure according to Claim 8 , during which a check is carried out to ensure the availability of the additional switch (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224).

Procedure according to Claim 9 , in which, if the check shows that the additional switch (70, 72, 74, 120, 122, 124, 220, 222, 224) is faulty, a corresponding reaction is triggered,