用于电气设备的控制输入端保护电路的制作方法

本发明涉及一种用于电气设备的控制输入端保护电路。

背景技术：

设备的控制输入端通常通过直流耦合电阻器相对于参考电位形成闭路，即借助于欧姆电阻器与参考电位、例如电路接地点连接，以便在不存在用于控制输入端的驱动信号的情况下达到定义的电气状态。必须根据通过驱动信号在这些电阻器中产生的功率损耗来确定这些所谓的下拉(或上拉)电阻器的尺寸。电阻器的结构大小主要取决于待实现的最大功率损耗。

在汽车应用领域中常见的是，以如下方式设计设备的所有控制输入端，即，即使施加全部的车辆电池电压(目前通常在乘用车中为12v，在载重车中为24v)也不会导致控制输入端的破坏。这个要求意味着，控制输入端的对地电阻必须被设置为功率损耗明显高于利用几伏数量级、通常最大5v的驱动信号正常运行所需的功率损耗。这在用于较小的低阻抗的驱动信号的控制输入端中情况尤其如此，该驱动信号的信号幅度相对于车辆电池电压较小。结果，电阻器的结构尺寸也增大，则其占用设备中的宝贵空间。

技术实现要素：

本发明具有以下优点：有效地保护电气部件的控制输入端免受高电压的影响。因此，尽管所使用的相对于参考电位、特别是对地的电阻器具有可容纳在设备有限空间中的较小的结构形式，但即使施加全部的车辆电池电压或其他的高输入电压也不会导致控制输入端的破坏。此外，由此避免了由于下拉电阻器或类似的上拉电阻器处的高功率损耗而导致不期望的电气部件加热。此外，在施加的驱动信号电压提高时会限制控制电流的增大，从而触点或导体路径不会过载。

利用用于电气部件的控制输入端保护电路来实现上述优点，该电气部件具有设置用于接收电驱动信号的控制输入端，其中控制输入端通过电阻器与参考电位连接，其中在控制输入端和参考电位之间的信号路径中，与电阻器串联有电控开关，其中开关可由控制器控制，并且其中该控制器被设置用于将驱动信号的电压值与预定的极限值进行比较，并且当电压值超过极限值时，产生用于断开开关的控制信号。

也就是说，电气部件的控制输入端利用上拉或下拉电阻器相对于参考电位、例如电路接地点形成闭路，向该上拉或下拉电阻器串联接入开关，如果在控制输入端施加的驱动信号具有与指定极限值相比过高的电压，则断开开关，以便抑制流过上拉或下拉电阻的电流，从而防止在上拉或下拉电阻处产生功率损耗。

该解决方案也适用于电气部件具有至少两个控制输入端的情况。对于这种情况，控制输入端优选地分别通过电阻器和与电阻器串联的共用的电气开关而连接到参考电位。在此，控制器被设置用于将施加到控制输入端的驱动信号的电压值与预定的极限值进行比较，并且如果驱动信号中的至少一个的电压值超过极限值，则产生用于断开开关的控制信号。也可为各个控制输入端设置独立的阈值来代替用于所有控制输入端的共同极限值。

在一个优选的实施方式中，参考电位由电气部件的电路接地点确定。此外，在一个优选的实施方式中，位于控制输入端和参考电位之间的信号路径中的开关直接与参考电位连接。

电阻器、即上拉或下拉电阻器可有利地被设置为相对于控制输入端的输入阻抗具有低电阻。由此，当根据本发明在控制输入端和参考电位之间的信号路径被随后打开的开关中断从而驱动信号不能流过电阻器时，则电子部件的控制输入端也受到过电压保护。

在这里和下文中，将电气部件理解为电气设备或电气设备的组件。其特别是可以是在机动车中安装和使用的控制单元，例如发动机控制单元、安全气囊控制单元，其次例如可以是多媒体系统或驾驶员信息系统。这些设备或设备的组件特别是在汽车技术领域中通常布置在不可见的区域中并且在有限的空间内，其中设备的主动或被动冷却的可能性通常也是受限的。

驱动信号例如可以是必要时适当地预放大和/或处理的传感器信号，例如加速度传感器的信号，利用其检测车辆例如由于侧滑运动或撞击障碍物引起的异常行驶状态。该信号例如可被馈送到安全气囊控制单元的控制输入端，该安全气囊控制单元借助于电子点火信号触发用于展开安全气囊的点火药。

驱动信号还可以是娱乐信号源或信息源(例如无线电接收器或具有导航语音输出的导航系统)的音频信号，其被馈送到音频信号放大器的控制输入端，该音频信号放大器又驱动所连接的扬声器以输出音频信号。

在这里和下文中，将驱动信号的电压值理解为驱动信号的幅度大小，即驱动信号的电压幅度，将其与存储的或产生的极限值进行比较。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下文中得以详细阐释。附图中相同的附图标记表示相同或等效的元件。其中：

图1示出了用于电气部件的控制输入端保护电路的框图；

图2示出了用于电气部件的控制输入端保护电路的变型方案的框图，其在该情况下具有至少两个或多个控制输入端。

具体实施方式

图1示出了用于电气部件10的控制输入端保护电路1的一个可能实施方式的框图。

电气部件10具有控制输入端，在该处可施加驱动信号as，例如传感器信号或音频信号。控制输入端11由输入端子11与参考电位端子12(在此为电路接地点)组合而形成，该参考电位端子在此与车辆地线13连接。驱动信号as作为输入电压信号ue施加在输入端子11和参考电位端子12之间。在此，选择公式符号ue的斜体拼写来表示具有交流分量的驱动信号，即非直流信号。

在输入端子11和参考电位端子之间连接有由欧姆电阻器r和电控开关s组成的串联电路。该开关被设置为常闭触点，即在空闲状态下闭合，在激活驱动时通过控制信号16打开。开关s可优选地以本身已知的方式实施为半导体开关，例如呈具有合适布线的场效晶体管(fet)的形式。在此，电控开关s由控制器15控制。为此，在fet开关s的情况下fet的栅极与控制器15的控制信号输出端电连接。

控制器15在一侧与控制输入端11连接，更确切地说，与输入端子11连接。此外，控制器15还与参考电位端子12连接，从而与电路接地点以及本情况下的车辆地线13连接。控制器15具有存储器或者与存储器连接，其中存储有最大允许的输入电压ue的极限值。存储器例如可由齐纳二极管构成，在其上施加工作电压时恒定电压下降。存储器的其他实施方式同样是可行的。

控制器15以如下方式构造，即只要驱动信号as的电压值、即输入电压ue的值超过所存储的极限值，控制器15就输出用于驱动开关s的控制信号16，从而断开开关s。由此，控制器15用作对比器或比较器。例如，对于在此提出的汽车技术领域中的应用可将极限值设置为5v。极限值也可设置为不同的值，其中具有决定性意义的主要是在电气部件10中通过考虑根据不同应用足够或期望的信噪比所需的信号电平或输入信号幅度或高度。此外，特别是还可鉴于在额定范围内、即低于极限值的较高输入电压ue下最大可允许的功率损耗方面考虑电阻器的期望设计。

如果控制输入端11是断开的，即没有接通，从而也没有施加驱动信号as或输入电压ue，则电阻器r连同当时闭合的开关s一起使得输入端子11处于参考电位，从而也处于限定的电位。

如果向控制输入端11施加其电压或电压最高值低于极限值的驱动信号as，则开关s是闭合的并且主要由电阻器r限制的电流流过由电阻器r和开关s组成的信号路径，因此在电阻器中产生功率损耗。

如果控制器15检测到驱动信号as或输入电压ue超过极限值而断开开关s，则流过从输入端子11经由电阻器r和开关s直到参考电位端子12的信号路径的电流被抑制，从而在电阻器r处电压不再下降，因此不会产生功率损耗。

只要控制输入端11处的电压ue又低于在此例如5v的阈值，控制器15就再次闭合开关s。阈值被选择为使得在该阈值以下电阻器r不会由于施加的电压ue而过载，并且在输入端11的正常运行状态中电压不会超过阈值。

在图1所示的示例中，控制输入端保护电路1连接在电气部件10的上游，即实施为独立的模块。然而，同样可将控制输入端保护电路1实施为部件10的一部分。

图2示出了用于电气部件10的控制输入端保护电路1的变型方案的框图，其在该情况下具有至少两个或多个控制输入端11、112。为了清楚起见，在此仅示出了第n控制输入端11n作为保护电路1的一部分。如上所述，可向控制输入端11、112、......、11n馈送驱动信号as1、as2、......、asn，其被施加为输入端子11、112、......、11n和参考电位端子12之间的输入电压u1、u2、......、un，该参考电位端子12在此也相应于电路接地点并且与车辆地线13连接。

控制输入端11、112和11n中的每一个都与下拉电阻器r1、r2和rn连接。下拉电阻器r1、r2、......、rn的第二端子与共用的电控开关s连接，该开关在此又优选地实施为半导体开关，例如fet，并且利用由控制器15产生的控制信号16被驱动。

控制器15与控制输入端11、112和11n中的每一个连接并且以如下方式被设计，即如果驱动信号as1、as2、......、asn的电压u1、u2、......、un中的至少一个的值超过例如5v的预定极限值，则产生控制信号16以用于打开被设置为常闭触点的电控开关s。

由此，在该实施例中，就关于极限值的评估而言从而就开关控制信号16的产生而言，馈送到控制器15的驱动信号as1、as2、......、asn在逻辑上是“或”连接。

在另一实施方式中还可规定，控制器控制多个开关s，当在相关控制输入端11、112、......、11n驱动信号的电压超过电压极限值时，则这些开关s分别将一个或多个下拉或上拉电阻器与参考电位12、例如接地点断开。

此外还可规定，为多个不同的控制输入端11、112、......、11n规定不同的电压极限值。这可利用上述两个实施方式实现，即，不仅可利用与多个电阻器r1、r2、......、rn串联连接的一个共用的开关s来实现，而且可利用分别与多个电阻器r1、r2、......、rn的其中一个串联连接的独立开关来实现。