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    • 专利摘要:
    Zum Schutz des Busses eines Klasse-II-ICs vor negativen Überspannungen verwendet die Erfindung eine Klemmschaltung, die von der Batterie vorgespannt und geerdet im Gegensatz zu vorgespannt und geerdet ist. Damit verläuft der Strompfad nicht von Erde zum Buspin. Er verläuft stattdessen von der Batterie durch eine Sperrdiode, einen Transistor, einen Widerstand und eine Vielzahl von Dioden zum Buspin, der nach wie vor mit Erde verbunden ist. In einer Vorzugsausgestaltung umfasst die Erfindung eine Überspannungsschutzschaltung, die eine Bezugsdiode, deren Katode mit Erde verbunden ist, einen als Stromquelle vorgespannten Transistor, dessen Ausgangsanschluss mit einer Anode der Bezugsdiode betriebsfähig verbunden ist, und mindestens eine zwischen der Anode der Bezugsdiode und einem Buspin geschaltete zweite Diode enthält, wobei der Transistor Strom liefert, wenn eine Modulerdung intakt ist.To protect the bus of a class II IC from negative overvoltages, the invention uses a clamp circuit that is biased and grounded by the battery as opposed to biased and grounded. This means that the current path does not run from earth to the bus pin. Instead, it runs from the battery through a blocking diode, a transistor, a resistor, and a variety of diodes to the bus pin, which is still connected to ground. In a preferred embodiment, the invention comprises an overvoltage protection circuit, a reference diode whose cathode is connected to ground, a transistor biased as a current source, the output terminal of which is operatively connected to an anode of the reference diode, and at least one second one connected between the anode of the reference diode and a bus pin Diode contains, the transistor provides current when module grounding is intact.
    公开号:DE102004008102A1
    申请号:DE200410008102
    申请日:2004-02-13
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Harold R. Redford Macks；Gary E. Novi Zack
    申请人:Visteon Global Technologies Inc；
    IPC主号:H03K17-08
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung bezieht sich auf Überspannungsschutzschaltungen.Sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Schutz integrierter Schaltkreise(ICs) vor Überspannungen.The invention relates to surge protection circuits.It relates in particular to a method for protecting integrated circuits(ICs) from surges.
    [0002] Die Fahrzeugindustrie verwendet inihren Fahrzeugen ein als Klasse II bezeichnetes Kommunikationsprotokoll.Klasse II ist ein Einzeldraht-Fahrzeugkommunikationsnetzwerk, daseine Variante des SAE-J1850-Standards ist. Die verschiedenen Klasse-II-ICswerden alle aus Batteriepotenzial gespeist und besitzen einen Pinbus,der mit anderen die Klasse-II-Kommunikation nutzenden Elektronikmodulenin den Fahrzeugen kommuniziert.The automotive industry uses ina communication protocol called Class II for their vehicles.Class II is a single wire vehicle communication network thatis a variant of the SAE-J1850 standard. The different class II ICsare all powered by battery potential and have a pinbus,the electronic modules using other class II communicationcommunicated in the vehicles.
    [0003] Frühere Bauarten verwenden eineDoppeldioden-Überspannungsschutzschaltungzum Schutz integrierter Schaltkreise vor negativen Überspannungen.Eine negative Überspannungkann bedauerlicherweise den Bus veranlassen, bei Auftreten einer Erdungsunterbrechungzu sperren.Earlier designs use oneDouble diode overvoltage protection circuitto protect integrated circuits from negative overvoltages.A negative surgecan cause the bus to regretfully if an earth break occursto lock.
    [0004] Zum Schutz des Busses eines Klasse-II-ICs vornegativen Überspannungenverwendet die Erfindung eine Klammerschaltung, die von der Batterie vorgespanntund geerdet im Gegensatz zu vorgespannt und geerdet ist. Damit verläuft derStrompfad nicht von Erde zum Buspin. Er verläuft stattdessen von der Batteriedurch eine Sperrdiode, einen Transistor, einen Widerstand und eineVielzahl von Dioden zum Buspin, der nach wie vor mit Erde verbundenist.To protect the bus of a class II IC fromnegative surgesThe invention uses a clamp circuit that is biased by the batteryand grounded as opposed to being biased and grounded. So that runsCurrent path does not go from earth to bus pin. Instead, it runs from the batterythrough a blocking diode, a transistor, a resistor and aVariety of diodes to the bus pin, which is still connected to earthis.
    [0005] Die Erfindung umfasst ein Verfahrenzum Schutz eines IC vor einer Überspannungund enthält dieSchritte Zufuhr von Batteriestrom in Abhängigkeit des Vorhandenseinseiner intakten Modulerdung an die Anode einer Bezugsdiode, derenKatode mit Erde verbunden ist, Vorwärtsvorspannen der Diode zwecksErzeugung einer Spannung gegen Erde und Klemmen eines Buspins aufdiese Bezugsspannung unter Verwendung mindestens einer Diode.The invention comprises a methodto protect an IC from overvoltageand contains theSteps supply of battery power depending on the presencean intact module ground to the anode of a reference diode whoseCathode is connected to earth, biasing the diode forwardGeneration of a voltage against earth and connection of a bus pinthis reference voltage using at least one diode.
    [0006] In einer anderen Vorzugsausgestaltungumfasst die Erfindung eine Überspannungsschutzschaltung,die eine Bezugsdiode, deren Katode mit Erde verbunden ist, einenals Stromquelle vorgespannten Transistor, dessen Ausgang mit einerAnode der Bezugsdiode betriebsfähigverbunden ist, und mindestens eine zwischen der Anode der Bezugsdiodeund einem Buspin geschaltete zweite Diode enthält, wobei der Transistor Stromliefert, wenn eine Modulerdung intakt ist.In another preferred configurationthe invention comprises an overvoltage protection circuit,the one reference diode, the cathode of which is connected to earth, onebiased transistor as a current source, the output of which with aAnode of the reference diode operationalis connected, and at least one between the anode of the reference diodeand a bus pin connected second diode, the transistor currentreturns when a module earth is intact.
    [0007] In einer anderen Vorzugsausgestaltungumfasst die Erfindung eine Überspannungsschutzschaltung,die eine Bezugsdiode, deren Katode mit Erde verbunden ist, einenals Schalter vorgespannten Transistor, wobei eine Stromquelle gebildetwird, deren Ausgangsanschluss mit einem ersten Ende eines Widerstandsverbunden ist, und ein zweites Ende des Widerstands mit einer Anodeder Bezugsdiode betriebsfähigverbunden ist, und mindestens eine zwischen der Anode der Bezugsdiodeund einem Buspin betriebsfähiggeschaltete zweite Diode enthält.In another preferred configurationthe invention comprises an overvoltage protection circuit,the one reference diode, the cathode of which is connected to earth, onebiased transistor as a switch, forming a current sourcewill have their output terminal connected to a first end of a resistoris connected, and a second end of the resistor to an anodethe reference diode is operationalis connected, and at least one between the anode of the reference diodeand a bus pin operationalcontains switched second diode.
    [0008] In einer noch anderen Vorzugsausgestaltung umfasstdie Erfindung außerdemeinen mit der Bezugsdiode betriebsfähig parallelgeschalteten Kondensator,wobei der Kondensator Strom zum Klemmen des Buspins liefert, bisein Überspannungszustandvorüberist.Included in yet another preferred embodimentthe invention alsoa capacitor operably connected in parallel with the reference diode,the capacitor providing current to clamp the bus pin untilan overvoltage conditionpastis.
    [0009] In einer wiederum anderen Vorzugsausgestaltungumfasst die mindestens eine zweite Diode eine zweite und eine dritteDiode, die betriebsfähigin Reihe geschaltet sind.In yet another preferred configurationthe at least one second diode comprises a second and a thirdDiode that is operationalare connected in series.
    [0010] In einer weiteren Vorzugsausgestaltungumfasst die mindestens eine zweite Diode eine zweite, eine dritteund eine vierte Diode, die betriebsfähig in Reihe geschaltet sind.In a further preferred embodimentthe at least one second diode comprises a second, a thirdand a fourth diode operatively connected in series.
    [0011] In einer weiteren Vorzugsausgestaltungumfasst die Erfindung ein Elektronikmodul und eine Überspannungsschutzschaltung.Das Elektronikmodul enthälteinen IC mit einem Buspin, einem Batteriepin und einem Erdungspin,und die Überspannungsschutzschaltungenthälteine Bezugsdiode, deren Katode mit Erde verbunden ist, einen alsStromquelle vorgespannten Transistor, dessen Ausgang mit einer Anodeder Bezugsdiode betriebsfähigverbunden ist, und mindestens eine zwischen der Anode der Bezugsdiodeund einem Buspin geschaltete zweite Diode, wobei der TransistorStrom liefert, wenn eine Modulerdung intakt ist.In a further preferred embodimentThe invention includes an electronic module and an overvoltage protection circuit.The electronics module containsan IC with a bus pin, a battery pin and a ground pin,and the surge protection circuitcontainsa reference diode whose cathode is connected to earth, one asCurrent source biased transistor, its output with an anodethe reference diode is operationalis connected, and at least one between the anode of the reference diodeand a bus pin switched second diode, the transistorProvides power when module grounding is intact.
    [0012] In einer noch weiteren Vorzugsausgestaltungumfasst die Erfindung ein Elektronikmodul und eine Überspannungsschutzschaltung.Das Elektronikmodul enthälteinen IC mit einem Buspin, einem Batteriepin und einem Erdungspin,und die Überspannungsschutzschaltungenthälteine Bezugsdiode, deren Katode mit Erde verbunden ist, einen als Schaltervorgespannten Transistor, wobei eine Stromquelle gebildet wird,deren Ausgang mit einer Anode der Bezugsdiode betriebsfähig verbundenist, und mindestens eine zwischen der Anode der Bezugsdiode undeinem Buspin geschaltete zweite Diode, wobei der Transistor Stromliefert, wenn eine Modulerdung intakt ist.In yet another preferred configurationThe invention includes an electronic module and an overvoltage protection circuit.The electronics module containsan IC with a bus pin, a battery pin and a ground pin,and the surge protection circuitcontainsa reference diode, the cathode of which is connected to earth, one as a switchbiased transistor, forming a current source,the output of which is operatively connected to an anode of the reference diodeand at least one between the anode of the reference diode anda bus pin switched second diode, the transistor currentreturns when a module earth is intact.
    [0013] Der weitere Anwendbarkeitsbereichder Erfindung wird durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung, die beigefügten Patentansprüche und diezugehörigenZeichnungen verdeutlicht. Es sollte jedoch klar sein, dass die ausführlicheBeschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie Vorzugsausgestaltungender Erfindung darstellen, nur der Darstellung des Prinzips dienen,da mit dem Fachgebiet vertrauten Personen verschiedene Änderungenund Modifikationen innerhalb des Sinns und Geltungsbereichs derErfindung offensichtlich werden.The further scope of the invention is illustrated by the following detailed description, the appended claims and the associated drawings. However, it should be understood that the detailed description and specific examples, while representing preferred embodiments of the invention, are only intended to illustrate the principle, since various changes and modifications are known to persons familiar with the art Modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent.
    [0014] Die Erfindung ist durch die nachfolgende ausführlicheBeschreibung, die beigefügtenPatentansprücheund die zugehörigenZeichnungen besser zu verstehen, von denen sind:The invention is detailed by the followingDescription, the attachedclaimsand the associatedTo better understand drawings, of which are:
    [0015] 1 einSystemblockschema, das die durch Busse miteinander verbundenen Kraftfahrzeugelektronikmoduledarstellt, die an auf den Elektronikmodulen angeordneten Klasse-II-ICsangeschlossen sind; 1 a system block diagram illustrating the automotive electronic modules interconnected by buses connected to class II ICs disposed on the electronic modules;
    [0016] 2 einSchema einer dem Stand der Technik entsprechenden Schaltung zumSchutz eines Klasse-II-Busses vor negativer Überspannung; 2 a schematic of a prior art circuit for protecting a class II bus against negative overvoltage;
    [0017] 3 einSchema einer dem Stand der Technik entsprechenden Schaltung zumSchutz eines Klasse-II-Busses vor negativer Überspannung, in der die Erdungunterbrochen ist; 3 a schematic of a prior art circuit for protecting a class II bus against negative overvoltage, in which the ground is interrupted;
    [0018] 4 einSchema der der Erfindung entsprechenden Schutzschaltung des Klasse-II-Busses, inder der Buspin des Klasse-II-ICs an –1,2 V geklemmt ist; 4 a schematic of the protection circuit of the class II bus according to the invention, in which the bus pin of the class II IC is clamped to -1.2 V;
    [0019] 5 einSchema der der Erfindung entsprechenden Schutzschaltung des Klasse-II-Busses, inder der Buspin des Klasse-II-ICs an einen anderen als in 4 dargestellten Spannungspegelgeklemmt ist; 5 a diagram of the protection circuit according to the invention of the class II bus, in which the bus pin of the class II IC to a different than in 4 voltage level shown is clamped;
    [0020] 6 einSchema der der Erfindung entsprechenden Schutzschaltung des Klasse-II-Busses, inder die Erdung unterbrochen ist. 6 a diagram of the protection circuit of the class II bus according to the invention, in which the grounding is interrupted.
    [0021] Die Fahrzeugindustrie verwendet inihren Fahrzeugen ein als Klasse II bezeichnetes Kommunikationsprotokoll.Klasse II ist ein Einzeldraht-Fahrzeugkommunikationsnetzwerk, daseine Variante des SAE-J1850-Standards ist. Die verschiedenen Klasse-II-ICswerden sämtlichaus Batteriepotenzial gespeist und besitzen einen Pinbus, der mitanderen die Klasse-II-Kommunikation nutzenden Elektronikmodulenin den Fahrzeugen kommuniziert. In einer Vorzugsausgestaltung wirdals Klasse-II-IC ein MC68HC58-Chip verwendet. Die ver schiedenen Elektronikmodule 15, 35, 50 (siehe 1) in einer Fahrzeugelektronik 10 kommunizierenunter Verwendung dieses Protokolls miteinander. Der Instrumentenblock(der einen Kilometerzählerund einen Tachometer etc. enthält)könntezum Beispiel unter Verwendung der Klasse-II-Kommunikation mit demVerbrennungsmotormodul kommunizieren.The vehicle industry uses a class II communication protocol in its vehicles. Class II is a single wire vehicle communication network that is a variant of the SAE-J1850 standard. The various Class II ICs are all powered by battery potential and have a pin bus that communicates with other electronic modules in the vehicles that use Class II communication. In a preferred embodiment, an MC68HC58 chip is used as the class II IC. The various electronics modules 15 . 35 . 50 (please refer 1 ) in vehicle electronics 10 communicate with each other using this protocol. For example, the instrument cluster (which includes an odometer and a tachometer, etc.) could communicate with the engine module using Class II communication.
    [0022] Auf den Leiterplatten jedes Elektronikmoduls 15, 35, 50 istein Klasse-II-IC montiert. Die Klasse-II-ICs 20, 30, 45 jedesder Elektronikmodule 15, 35, 50 sindmiteinander durch einen Einzeldraht 25 verbunden, der zusammenmit der Fahrzeugerdungsstruktur den Klasse-II-Bus bildet, wodurchdie Kommunikation der Elektronikmodule 15, 35, 50 untereinanderermöglichtwird (siehe 1). DerKlasse-II-IC überwachtden Bus und empfängtoder sendet die möglichenInformationen, die vom speziellen Mikrocomputer MCU 17 derElektronikmodule 15, 35, 50 benötigt werden.Der Klasse-II-IC 20 sendet Daten entweder durch Einbringungeines Batteriepotenzials auf den Bus 25 (logische Eins)oder durch Ermöglichendes Ziehens des Busses 25 auf logisch Null mithilfe derverschiedenen 10-kΩ-Lastwiderstände (inden 4 bis 6 als R1, R2 dargestellt),die mit dem Lastpin 24 des Klasse-II-ICs 20 verbundensind. Der Lastpin 24 des Klasse-II-ICs 20 istauf das am Pin 1 des Klasse-II-ICs 20 anliegendePotenzial vorgespannt. Wenn Pin 1 des Klasse-II-ICs 20 hochohmigwird, wird Lastpin 24 des Klasse-II-ICs 20 ebenfallshochohmig. Die vom Klasse-II-IC 20 empfangenen Daten werden über eineserielle oder parallele Datenverbindung 18 an den MikrocomputerMCU 17 übertragen.Der Mikrocomputer MCU 17 kann ein Prozessor, ein Mikroprozessoroder eine beliebige andere Datenverarbeitungseinrichtung sein.On the printed circuit boards of every electronic module 15 . 35 . 50 a class II IC is mounted. The class II ICs 20 . 30 . 45 each of the electronics modules 15 . 35 . 50 are connected to each other by a single wire 25 connected, which together with the vehicle grounding structure forms the class II bus, whereby the communication of the electronic modules 15 . 35 . 50 among themselves (see 1 ). The Class II IC monitors the bus and receives or sends the possible information from the special microcomputer MCU 17 of the electronic modules 15 . 35 . 50 are needed. The Class II IC 20 sends data either by introducing a battery potential on the bus 25 (logical one) or by allowing the bus to be pulled 25 to logic zero using the various 10 kΩ load resistors (in the 4 to 6 shown as R1, R2), with the load pin 24 of the class II IC 20 are connected. The Lastpin 24 of the class II IC 20 is on the pin 1 of the class II IC 20 available potential is biased. If pin 1 of the class II IC 20 becomes high impedance, becomes Lastpin 24 of the class II IC 20 also high impedance. The class II IC 20 Received data is sent over a serial or parallel data connection 18 to the microcomputer MCU 17 transfer. The microcomputer MCU 17 can be a processor, a microprocessor or any other data processing device.
    [0023] Der Buspin 22 der verschiedenenKlasse-II-ICs 20 könnteversagen, wenn eine negative Überspannungmit einem Potenzial kleiner als –2 V am Buspin 22 anliegt.In der Fahrzeugindustrie wird zum Schutz der ICs 20 vornegativen Überspannungeneine Doppeldioden-Überspannungsschutzschaltungverwendet (siehe 2).Zum Schutz des Buspins 22 des Klasse-II-ICs 20 sindzwei Dioden (D1, D2) zwischen Erde und Buspin 22 in Reihegeschaltet. In einer Vorzugsausgestaltung hat jede Diode bei Vorwärtsvorspannungeinen Spannungsabfall von 0,6 V. Der Buspin 22 des Klasse-II-ICs 20 istan die Katode der Diode D2 angeschlossen. Der Klasse-II-IC 20 besitztaußerdemeinen mit der Fahrzeugerdung verbundenen Erdungspin 1.Alle dargestellten Komponenten sind auf einer Elektronikbaugruppe 15 montiert.The buspin 22 of the various class II ICs 20 could fail if a negative overvoltage with a potential less than –2 V at the bus pin 22 is applied. In the automotive industry is protecting ICs 20 A double diode overvoltage protection circuit is used before negative overvoltages (see 2 ). To protect the bus pin 22 of the class II IC 20 are two diodes (D1, D2) between earth and bus pin 22 connected in series. In a preferred embodiment, each diode has a voltage drop of 0.6 V with forward bias. The bus pin 22 of the class II IC 20 is connected to the cathode of diode D2. The Class II IC 20 also has a ground pin connected to vehicle ground 1 , All components shown are on an electronic assembly 15 assembled.
    [0024] Wenn eine negative Überspannung(hier durch eine negative gepulste Spannungsquelle 58 undden zugehörigenQuellenimpedanzwiderstand RS verkörpert) dem Bus 25 eingeprägt wird,werden die in Reihe geschalteten Dioden D1, D2 den Bus auf etwa –1,2 V vorwärts vorspannenund klemmen, wodurch der Buspin 22 des Klasse-II-ICs vorSchädigunggeschütztwird.If a negative overvoltage (here by a negative pulsed voltage source 58 and the associated source impedance resistor RS embodies) the bus 25 is impressed, the series connected diodes D1, D2 will bias and clamp the bus to about -1.2 V, causing the bus pin 22 of the class II IC is protected against damage.
    [0025] Es folgt eine ausführlichereBeschreibung. Die Dioden D1 und D2 sind zwischen Erdungspin 1 undBuspin 22 in Reihe geschaltet. Bei Auftreten einer Überspannungam Bus 25 wird der Buspin 22 auf unter Erdpotenzialgezogen. Die negative Spannungsspitze auf Buspin 22 spanntdie Dioden D 1 und D2 vorwärtsvor. Die Anode von Diode D 1 ist mit Erde verbunden. Unter Berücksichtigungeines Spannungsabfalls von jeweils 0,6 V über den Dioden D1 und D2 wirddie negative Spannung an Buspin 22 auf –1,2 V begrenzt. Deshalb wirkendie Dioden D1 und D2 als Spannungsklemmung, die den Pin 22 auf –1,2 V klemmen.A more detailed description follows. The diodes D1 and D2 are between ground pins 1 and buspin 22 connected in series. If an overvoltage occurs on the bus 25 becomes the buspin 22 pulled to below ground potential. The negative voltage spike on buspin 22 biases diodes D 1 and D2 forward. The anode of diode D 1 is connected to earth. Taking into account a voltage drop of 0.6 V each across the diodes D1 and D2, the negative voltage on the bus pin 22 limited to –1.2 V. Therefore, the diodes D1 and D2 act as a voltage clamp that the pin 22 clamp to –1.2 V.
    [0026] Die Fahrzeugbatterie ist normalerweiseeine 12-V-Batterie, die bei laufendem Motor vom Ladesystem auf einerSpannung zwischen 14 V und 16 V gehalten wird. Der Batteriepin 23 desKlasse-II-ICs 20 ist überdie Diode D3 mit der Fahrzeugbatterie 55 verbunden. UnterBerücksichtigung,dass das Ladesystem die Batterie auf 14 V hält, beträgt die Spannung an der Katodeder Diode D3 aufgrund des Spannungsabfalls von 0,6 V über derDiode D3 13,4 V. Der Widerstand R1 erfüllt zwei Funktionen. Wenn dasPotenzial der Batterie 55 vom Buspin 22 des Klasse-II-ICsgetrennt ist, spannen der Widerstand R1 und die verschiedenen anderenKlasse-II-Lastwiderstände(z. B. R2) den Buspin 22 entgegengesetzt auf Erdpotenzialvor. Außerdembegrenzt der Widerstand R1 den Stromfluss, wenn das Klasse-II-ICBatteriepotenzial an den Buspin 22 anlegt. Typischerweisehaben der Widerstand R1 und die anderen Lastwiderstände einenWiderstandswert von jeweils 10 kΩ.The vehicle battery is usually a 12 V battery that is charged by the Ladesys when the engine is running is kept at a voltage between 14 V and 16 V. The battery pin 23 of the class II IC 20 is connected to the vehicle battery via the diode D3 55 connected. Taking into account that the charging system keeps the battery at 14 V, the voltage at the cathode of diode D3 is 13.4 V due to the voltage drop of 0.6 V across diode D3. Resistor R1 has two functions. If the potential of the battery 55 from the buspin 22 of the class II IC is separated, the resistor R1 and the various other class II load resistors (e.g. R2) span the bus pin 22 opposite to earth potential. Resistor R1 also limits current flow when the Class II IC battery potential is connected to the bus pin 22 invests. Typically, resistor R1 and the other load resistors each have a resistance value of 10 kΩ.
    [0027] Bedauerlicherweise kann dieses Schutzschemagegen negative Überspannungbewirken, dass bei Auftreten einer Erdungsunterbrechung in einembeliebigen der angeschlossenen Elektronikmodule der Bus 25 ständig mitbeinahe dem Batteriepotenzial vorgespannt ist. Wenn der Bus 25 ständig mit beinaheBatteriepotenzial vorgespannt ist, kann keine Buskommunikation erfolgenund der Bus befindet sich in einem „Sperrzustand". Bei unterbrochenerErdung in einem der Elektronikmodule wird der Klasse-II-Bus durchdie Doppeldioden-Batterierückwärtsschutzschaltungfehlerhaft mit beinahe Batteriepotenzial vorgespannt. 3 stellt den Zustand mitunterbrochener Erdung dar. Dieser kann eintreten, wenn ein Drahtbricht oder ein Verbinder ausfälltund die Erdung unterbrochen wird. Ein Nachteil des durch die zweiin Reihe geschalteten Dioden D1, D2 bereitgestellten Schutzes vornegativer Überspannungist deshalb der Ausfall der Klasse-II-Kommunikation, wenn in einemder Elektronikmodule 15, 35, 50 die Verbindungzur Erdung unterbrochen wird. Der Erdungsverlust ist im unterenTeil von 3 durch einenBruch im Erdungspfad dargestellt. In diesem Zustand wird der Klasse-II-Bus 25 über eineder vielen Kriechstrecken auf logisch Eins vor gespannt. In 3 ist eine typische Kriechstrecke 57 durcheine in Pfeilrichtung verlaufende gestrichelte Linie dargestellt.Die Kriechstrecke wird wie folgt gebildet: Schaltkreis 60 verkörpert einenElektronikchip, der auf derselben Elektronikbaugruppe 15 wieder Klasse-II-IC 20 angeordnet ist. In diesem Beispielist es ein S-V-Regler mit einem überdie Katode der Sperrdiode D3 mit der Batterie verbundenen Eingang 62, einemS-V-Ausgangspin 64 und einem Erdungspin 66. Einvereinfachtes Modell des Reglers 60 wird hier durch eineDiode D4 und einen 4,7-kΩ-Widerstand R3repräsentiert.Die Spannung an der Katode der Diode D4 beträgt etwa 12,8 V, vorausgesetzt,dass die Batterie 55 auf 14 V gehalten wird.Regrettably, this protection scheme against negative overvoltage can cause the bus to break if there is an earth break in any of the connected electronic modules 25 is constantly biased with almost the battery potential. If the bus 25 Bus voltage cannot be communicated at all times and the bus is in a "blocked state". If grounding is interrupted in one of the electronic modules, the class II bus is incorrectly pretensioned with almost battery potential by the double-diode battery reverse protection circuit. 3 represents the disconnected ground condition. This can occur if a wire breaks or a connector fails and grounding is interrupted. A disadvantage of the protection from negative overvoltage provided by the two diodes D1, D2 connected in series is therefore the failure of class II communication when in one of the electronic modules 15 . 35 . 50 the connection to the ground is interrupted. The earthing loss is in the lower part of 3 represented by a break in the ground path. In this state the class II bus 25 stretched over one of the many creepage distances to logical one. In 3 is a typical creepage distance 57 represented by a dashed line running in the direction of the arrow. The creepage distance is formed as follows: circuit 60 embodies an electronic chip that is on the same electronic assembly 15 like the class II IC 20 is arranged. In this example, it is an SV controller with an input connected to the battery via the cathode of the blocking diode D3 62 , an SV output pin 64 and a ground pin 66 , A simplified model of the controller 60 is represented here by a diode D4 and a 4.7 kΩ resistor R3. The voltage on the cathode of diode D4 is approximately 12.8 V, provided that the battery 55 is kept at 14 V.
    [0028] Wie dargestellt, fließt der Stromvon Batterie 55 durch die Sperrdiode D3 in den Eingang 62 des S-V-Reglers 60.Da die Modulerdung unterbrochen ist, fließt der Strom jetzt über denErdungspin 66 des S-V-Reglers 60, durch die zweiin Reihe geschalteten Dioden D1, D2, die für den Schutz vor negativer Überspannungvorgesehen sind, und spannt die verschiedenen Lastwiderstände (wiez. B. R1, R2) auf Logikpegel Eins vor. Im Ergebnis wird Buspin 22 hochvorgespannt. In 3 wirdBuspin 22 auf etwa +8 V vorgespannt, während die unterbrochene Erdungbei etwa +9 V liegt. Es sei darauf hingewiesen, dass die DiodenD7, D8 und D9 im Elektronikmodul 35 dieselben Funktionenwie die Dioden D1, D2 bzw. D3 im Elektronikmodul 15 ausüben.As shown, the current flows from the battery 55 through the blocking diode D3 in the input 62 of the SV controller 60 , Since the module ground is interrupted, the current now flows through the ground pin 66 of the SV controller 60 , through the two diodes D1, D2 connected in series, which are intended for protection against negative overvoltage, and biases the various load resistors (such as R1, R2) to logic level one. As a result, Buspin 22 highly biased. In 3 becomes buspin 22 biased to about +8 V while the interrupted ground is at about +9 V. It should be noted that the diodes D7, D8 and D9 in the electronics module 35 the same functions as the diodes D1, D2 and D3 in the electronic module 15 exercise.
    [0029] Da jetzt der Klasse-II-Bus 25 über dieniederohmige Kriechstrecke auf Logikpegel Eins vorgespannt ist,ist überden Klasse-II-Bus 25 keine Kommunikation mehr möglich, dader Klasse-II-Bus 25 nicht auf einen Logikpegel Null vorgespanntwerden kann. Das heißt,dass der Schaltwiderstand R1, weil der Buspin 22 hoch vorgespanntist, den Buspin 22 nicht herabziehen kann. Folglich trittSperrung ein. Die Kriechstrecke überden Batterieeingang 62 des S-V-Reglers 60 unddessen Erdungspin 66 steht stellvertretend für zahlreicheKriechstrecken, die im Elektronikmodul 15 auftreten könnten. Deshalbwerden die Schutzdioden bei verlustig gegangener Modulerdung einPfad fürden Stromfluss und der Buspin 22 wird hoch gezogen oderhoch vorgespannt oder gesperrt.Now the Class II bus 25 biased to logic level one via the low-resistance creepage distance is via the class II bus 25 Communication is no longer possible because of the class II bus 25 cannot be biased to a logic zero level. That is, the switching resistor R1 because of the bus pin 22 the buspin is highly biased 22 can't pull down. As a result, blocking occurs. The creepage distance over the battery input 62 of the SV controller 60 and its ground pin 66 stands for numerous creepage distances in the electronics module 15 could occur. This is why the protective diodes become a path for the current flow and the bus pin when the module grounding is lost 22 is pulled up or pretensioned or blocked.
    [0030] Zum Schutz des Klasse-II-Buspins 22 vornegativen Überspannungenwird jetzt die Klemmschaltung der Erfindung von der Batterie 55 imGegensatz zu Erde vorgespannt. 4 stelltdie Situation dar, wenn das Elektronikmodul 15 in der Erfindunggeerdet ist. Der bipolare PNP-Flächentransistor 65 wird vorgespannt,so dass Strom durch den Transistor 65 fließen kannund ein Stromleitungspfad von der Katode der Diode D3 zu R6 möglich wird.Der Transistor 65 kann zur Erzeugung eines Stroms als Stromquelle oderals mit einem Widerstand betriebsfähig in Reihe geschalteter Schaltervorgespannt werden. Eine Vielzahl anderer Geräte, die in der Erfindung anStelle von oder zusammen mit dem bipolaren PNP- Flächentransistorverwendet werden können,enthalten Relais, bipolare PNP-Flächentransistoren, Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren(MOSFET) und andere ähnlicheGeräte.Dieser Transistor kann auf Sättigungoder im Aktivmodus vorgespannt werden. In dieser Ausgestaltung wirdder Transistor durch die WiderständeR4 und RS auf Sättigungvorgespannt. In einer Vorzugsausgestaltung haben die Widerstände R4 undRS einen Widerstandswert von jeweils 100 kΩ. Bei Sättigung ist die Kollektorspannungdes Transistors 65 annäherndgleich seiner Emitterspannung, die in einer Vorzugsausgestaltungetwa 12,9 V beträgt.Der Widerstand R6 spannt die Anode der Diode D5 und KondensatorC1 auf ein Bezugspotenzial von etwa 0,6 V über dem Erdpotenzial vor. Ineiner Vorzugsausgestaltung hat der Widerstand R6 einen Wert von20 kΩ.Wenn eine negative Überspannung amKlasse-II-Bus 25 auftritt, wird der Buspin 22 auf etwa –1,2 V geklemmt.Das Klemmen wird wie folgt erreicht (siehe 5).To protect the class II bus pin 22 before negative overvoltages, the clamp circuit of the invention is now powered by the battery 55 biased against earth. 4 represents the situation when the electronics module 15 is grounded in the invention. The bipolar PNP area transistor 65 is biased so that current through the transistor 65 can flow and a power line path from the cathode of the diode D3 to R6 becomes possible. The transistor 65 can be biased to generate current as a current source or as a switch operable in series with a resistor. A variety of other devices that can be used in the invention in place of or in conjunction with the PNP bipolar junction transistor include relays, PNP bipolar junction transistors, metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET) and other similar devices. This transistor can be biased to saturation or in active mode. In this embodiment, the transistor is biased to saturation by resistors R4 and RS. In a preferred embodiment, the resistors R4 and RS each have a resistance value of 100 kΩ. When saturation is the collector voltage of the transistor 65 approximately equal to its emitter voltage, which is approximately 12.9 V in a preferred embodiment. Resistor R6 biases the anode of diode D5 and capacitor C1 to a reference potential of approximately 0.6 V above ground. In a preferred embodiment, the resistor R6 has a value of 20 kΩ. If there is a negative overvoltage on the Class II bus 25 occurs, the bus pin 22 on about –1.2 V clamped. Clamping is achieved as follows (see 5 ).
    [0031] Strom fließt von der Batterie durch dieDiode D3 und spannt sie in den Ein-Zustand vorwärts vor. Die Anode der DiodeD5 ist mit dem Widerstand R6 verbunden. Der Strom fließt durchden Transistor 65, den Widerstand R6 und die Diode D5 zurErde. Da die Katode der Diode D5 an Erde befestigt und die DiodeD5 in den Ein-Zustand vorwärtsvorgespannt ist, befindet sich die Anode der Diode D5 auf einemBezugspotenzial von +0,6 V überErde. Damit wirkt die Diode D5 als Bezugsdiode. Die BezugsdiodeD5 wird vorgespannt, um eine bei intakter Modulerdung auf Erde bezogeneSpannung zu bilden. Bei Auftreten einer negativen Überspannungam Bus 25 werden die Dioden D1, D2 und D6 vorwärtsvorgespannt.Die Anode der Diode D6 ist mit der auf 0,6 V liegenden Anode vonD5 verbunden. Unter Berücksichtigungeines Spannungsabfalls von jeweils 0,6 V über den Dioden D2 und D6 istdie Spannung an Buspin 22 auf –1,2 V begrenzt. Damit wirkendie Dioden D1, D2 und D6 als Spannungsklemmung, die den Pin 22 auf –1,2 V klemmt.Im Klemmzustand verläuftder Strompfad nicht von Erde zu Buspin 22 wie im Standder Technik, sondern von der Batterie 55 durch die DiodeD3, den Transistor 65, den Widerstand R6, die Dioden D1,D2 und D6 zum Buspin 22. Anstelle der Batterie 55 können andereGleichstromquellen verwendet werden.Current flows from the battery through diode D3 and biases it forward in the on state. The anode of diode D5 is connected to resistor R6. The current flows through the transistor 65 , resistor R6 and diode D5 to earth. Since the cathode of diode D5 is attached to ground and diode D5 is forward biased to the on state, the anode of diode D5 is at a reference potential of +0.6 V above ground. The diode D5 thus acts as a reference diode. The reference diode D5 is biased to form a voltage related to earth when the module ground is intact. If a negative overvoltage occurs on the bus 25 diodes D1, D2 and D6 are forward biased. The anode of the diode D6 is connected to the anode of D5 which is at 0.6 V. Taking into account a voltage drop of 0.6 V each across the diodes D2 and D6, the voltage on the bus pin is 22 limited to –1.2 V. Thus, the diodes D1, D2 and D6 act as a voltage clamp that the pin 22 clamped to –1.2 V. In the clamped state, the current path does not run from earth to bus pin 22 as in the prior art, but from the battery 55 through the diode D3, the transistor 65 , the resistor R6, the diodes D1, D2 and D6 to the bus pin 22 , Instead of the battery 55 other DC sources can be used.
    [0032] Der Kondensator C1 wirkt als Ladungsreservoir.Wenn die Überspannungmehr Strom zieht, als durch den Widerstand R6 geliefert werden kann,liefert der Kondensator C1 den erforderlichen Strom, um den Klasse-II-Bus 25 aufetwa –1,2V klemmen zu können,bis der Überspannungszustandvorbei ist.The capacitor C1 acts as a charge reservoir. When the overvoltage draws more current than can be supplied by resistor R6, capacitor C1 supplies the current required to the class II bus 25 to be able to clamp to about –1.2 V until the overvoltage condition is over.
    [0033] In einer anderen Vorzugsausgestaltungkönnenzusätzlichereihengeschaltete Dioden mit den Dioden D1, D2 und D6 in Reihe geschaltetwerden. Das heißt,dass zum Klemmen des Buspins 22 auf eine negativere Spannungals –1,2V zusätzlichereihengeschaltete Dioden oder selbst eine einzelne Zener-Diode verwendetwerden können.In einer noch anderen Vorzugsausgestaltung kann die Streichung vonD2 oder D6 zum Klemmen des Buspins 22 an eine positivereSpannung als –1,2V führen.Die Klemmspannung wird annähernddurch die Formel Klemmspannung = –0,6·(n – 1) bestimmt, in der n die Anzahlder in der Klemmkette in Reihe geschalteten Dioden ist, wobei n > 1 ist. In diesem Fallist n = 2, weshalb die Klemmspannung etwa –0,6 V beträgt (siehe 5).In another preferred embodiment, additional series-connected diodes can be connected in series with the diodes D1, D2 and D6. That means that for clamping the bus pin 22 series-connected diodes or even a single Zener diode can be used to a voltage more negative than -1.2 V. In yet another preferred embodiment, the deletion of D2 or D6 can be used to clamp the bus pin 22 to a more positive voltage than –1.2 V. The clamping voltage is approximately determined by the formula clamping voltage = -0.6 · (n - 1), in which n is the number of diodes connected in series in the clamping chain, where n> 1. In this case n = 2, which is why the clamping voltage is approximately –0.6 V (see 5 ).
    [0034] 6 repräsentiertdie Situation bei unterbrochener Erdung. Der Erdungsverlust istim unteren Teil von 6 durcheinen Bruch im Erdungspfad dargestellt. Zum Schutz des Klasse-II-Busses 25 vor permanenterVorspannung auf Logikpegel Eins während einer unterbrochenenErdung wird die Schaltung zum Schutz vor negativer Überspannungnach wie vor geerdet auf Batterie 55 vorgespannt. Bei unterbrochenerModulerdung existiert kein Strompfad mehr durch RS zur Erde undWiderstand R4 spannt den Transistor 65 vor. Als Ergebnisist jetzt in der Erfindung die zuvor über den S-V-Regler existierende Kriechstreckeunterbrochen. Der Transistor 65 wird derart vorgespannt,dass bei unterbrochener Erdung des Elektronikmoduls keine Stromleitungdurch den Transistor zum Klasse-II-Bus 25 auftritt. Eswird nun der Stromfluss bei unterbrochener Erdung beschrieben. DerStrom fließtvon der Batterie 55 durch die Diode D3 zum Regler 60.An dessen Eingang 62 fließt der Strom in den Regler 60 hineinund am Erdungspin 66 heraus und weiter zur Katode der DiodeD5. Die Katode der Diode D5 ist außerdem mit dem KondensatorC1 und dem Widerstand RS verbunden. Unter Gleichstrombedingungensieht der Kondensator wie eine Leerlaufschaltung aus und kein Strom fließt durchihn hindurch. Außerdemfließtkein Strom durch die Diode D5, da Diode D5 rückwärtsvorgespannt ist. Des Weiterenfließtkein Strom durch den Widerstand R5, da der Transistor 65 gesperrtist und die Verbindung zwischen der Basis und dem Kollektor desTransistors 65 rückwärtsvorgespanntist. Deshalb ist der Strompfad von der Erde des S-V-Reglers 60 zumKlasse-II-Bus 25 durch Kondensator C1 (Leerlaufschaltungbei Gleichstrom), Diode D5 (rückwärtsvorgespannt)und der Verbindung zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 65 (rückwärtsvorgespannt)blockiert. 6 represents the situation with interrupted grounding. The earthing loss is in the lower part of 6 represented by a break in the ground path. To protect the class II bus 25 before permanent bias to logic level one during an interrupted grounding, the circuit for protection against negative overvoltage is still grounded on the battery 55 biased. If the module ground is interrupted, there is no longer a current path through RS to ground and resistor R4 tensions the transistor 65 in front. As a result, the creepage distance previously existing via the SV controller is now interrupted in the invention. The transistor 65 is pretensioned in such a way that when the electronic module is grounded, there is no power line through the transistor to the class II bus 25 occurs. The current flow with interrupted grounding will now be described. The current flows from the battery 55 through the diode D3 to the controller 60 , At its entrance 62 the current flows into the controller 60 into and on the ground pin 66 out and on to the cathode of diode D5. The cathode of diode D5 is also connected to capacitor C1 and resistor RS. Under DC conditions, the capacitor looks like an open circuit and no current flows through it. In addition, no current flows through diode D5 because diode D5 is reverse biased. Furthermore, no current flows through resistor R5 because the transistor 65 is blocked and the connection between the base and the collector of the transistor 65 is backward biased. Therefore, the current path is from the ground of SV controller 60 to the class II bus 25 through capacitor C1 (open circuit with DC), diode D5 (reverse biased) and the connection between the base and the collector of the transistor 65 (reverse biased) blocked.
    [0035] Da die Kriechstrecke gegen Vorspannung der(durch R1, R2 repräsentierten)Lastwiderstände desKlasse-II-Busses blockiert ist, wird der Buspin 22 nichthoch vorgespannt. Deshalb werden, obwohl die Elektronikbaugruppe 15,auf der der Klasse-II-IC 20 montiert ist, aufgrund unterbrochenerErdung nicht arbeiten wird, die anderen Elektronikbaugruppen 35, 50 nichthochgezogen und der Bus 25 kann durch die restlichen imNetzwerk befindlichen Elektronikbaugruppen 35, 50 aufeinen Logikpegel Eins oder einen Logikpegel Null getrieben werden,wodurch eine normale Kommunikation ermöglicht wird.Since the creepage distance is blocked against bias of the load resistors of the class II bus (represented by R1, R2), the bus pin 22 not biased high. Therefore, although the electronics assembly 15 , on the class II IC 20 is installed, will not work due to interrupted grounding, the other electronics modules 35 . 50 not pulled up and the bus 25 can by the remaining electronic modules in the network 35 . 50 be driven to a logic level one or a logic level zero, which enables normal communication.
    [0036] Die voranstehende Beschreibung offenbart undbeschreibt beispielhafte eine Ausgestaltung der Erfindung. Einemit dem Fachgebiet vertraute Person wird aus einer solchen Beschreibungsowie aus den zugehörigenZeichnungen und Patentansprüchen leichterkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationenund Variationen ausgeführtwerden können,ohne dass vom wahren Sinn und eindeutigen Geltungsbereich der durchdie beigefügtenPatentansprüchedefinierten Erfindung abgewichen wird.The foregoing description discloses anddescribes an exemplary embodiment of the invention. Asuch a description becomes a person familiar with the fieldas well as from the associatedDrawings and claims easilyrecognize that various changes, modificationsand variationscan bewithout losing the true meaning and clear scope of thethe attachedclaimsdefined invention is deviated.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1]
    Verfahren zum Schutz eines integrierten Schaltkreisesvor einer Überspannung,umfassend: – Lieferungvon Batteriestrom an eine Bezugsdiode bei intakter Modulerdung; – Vorspannender Diode zwecks Bildung einer auf Erde bezogenen Spannung; – Klemmeneines Buspins auf die auf Erde bezogene Spannung.A method of protecting an integrated circuit from overvoltage, comprising: - supplying battery power to a reference diode when module grounding is intact; Biasing the diode to form a voltage related to earth; - Clamping a bus pin to the voltage related to earth.
    [2]
    Verfahren zum Schutz eines integrierten Schaltkreisesvor einer Überspannungnach Anspruch 1, außerdemumfassend den Schritt der Lieferung von Strom von einem Kondensatorzum Klemmen des Buspins, bis der Überspannungszustand vorbeiist.Process for protecting an integrated circuitbefore a surgeaccording to claim 1, furthermorecomprising the step of supplying electricity from a capacitorto clamp the bus pin until the overvoltage condition passesis.
    [3]
    Verfahren zum Schutz eines integrierten Schaltkreisesvor einer Überspannungnach Anspruch 1 oder 2, außerdemumfassend das Vorspannen eines Transistors auf Sättigung, wobei bei intakterModulerdung Strom zum Vorspannen der Bezugsdiode erzeugt wird.Process for protecting an integrated circuitbefore a surgeaccording to claim 1 or 2, furthermorecomprising biasing a transistor to saturation, being intactModule grounding current is generated to bias the reference diode.
    [4]
    Überspannungsschutzschaltung,umfassend: – eineBezugsdiode; – einenTransistor mit einem mit einer Anode der Bezugsdiode betriebsfähig verbundenenAusgangsanschluss; – mindestenseine betriebsfähigzwischen die Anode der Bezugsdiode und einem Buspin geschaltete zweiteDiode, wobei der Transistor bei intakter Modulerdung Strom liefert.Overvoltage protection circuit,full:- oneReference diode;- oneTransistor operably connected to an anode of the reference diodeOutput terminal;- at leastan operationalsecond connected between the anode of the reference diode and a bus pinDiode, the transistor providing current when the module ground is intact.
    [5]
    Elektronikmodul, umfassend: – einen integrierten Schaltkreis,der einen Buspin, einen Batteriepin und einen Erdungspin umfasst; – eine Überspannungsschutzschaltung,umfassend: – eineBezugsdiode; – einenTransistor mit einem mit einer Anode der Bezugsdiode betriebsfähig verbundenenAusgangsanschluss; – mindestenseine betriebsfähigzwischen die Anode der Bezugsdiode und dem Buspin der integrierten Schaltunggeschaltete zweite Diode, wobei der Transistor bei intakter ModulerdungStrom liefert.Electronic module, comprising:- an integrated circuit,which includes a bus pin, a battery pin and a ground pin;- an overvoltage protection circuit,full:- oneReference diode;- oneTransistor operably connected to an anode of the reference diodeOutput terminal;- at leastan operationalbetween the anode of the reference diode and the bus pin of the integrated circuitswitched second diode, the transistor with the module earth intactSupplies electricity.
    [6]
    Elektronikmodul nach Anspruch 5, außerdem umfassend: – einenBus mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das ersteEnde mit dem Buspin des integrierten Schaltkreises betriebsfähig verbundenist und das zweite Ende mit einem anderen Elektronikmodul in einerFahrzeugelektronik betriebsfähigverbunden ist, – wobeider Batteriepin des integrierten Schaltkreises mit einer Fahrzeugbatteriebetriebsfähigverbunden ist und der Erdungspin mit einer Fahrzeugerdung betriebsfähig verbundenist, – wobeider integrierte Schaltkreis ein integrierter Schaltkreis der KlasseII ist.The electronic module of claim 5, further comprising:- oneBus with a first end and a second end, the firstOperationally connected to the bus pin of the integrated circuitis and the second end with another electronics module in oneVehicle electronics operationalconnected is,- in whichthe battery pin of the integrated circuit with a vehicle batteryoperationalis connected and the ground pin is operatively connected to a vehicle groundis- in whichthe integrated circuit is a class integrated circuitII is.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    GB0402159D0|2004-03-03|
    JP3812907B2|2006-08-23|
    GB2398440A|2004-08-18|
    JP2004254305A|2004-09-09|
    US7061734B2|2006-06-13|
    US20040160712A1|2004-08-19|
    GB2398440B|2004-12-29|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-09-09| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-12-16| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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