保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种保护电路。本发明尤其涉及一种用于运行机动车上的用电器的保护电路。
【背景技术】
[0002]在机动车上，通常使用直流电压电网来供给用电器。所述直流电压电网的额定电压在载客车辆中通常为12V或者在载重车辆中为24V。用电器通常在供给连接端与地之间与车辆电路连接，其中电气地和车辆地可以相同地设置。如果在此发生反极性(Verpolung)，则用电器可能受到损坏。此外，可能流过大电流，所述大电流在最简单的情形中可能引起直流电压电网中的保险装置的触发，在最不利的情形中可能通过用电器上或者机动车上的过流引起损坏。特别地，为了将可与机动车分离的用电器、例如无线电接收器、娱乐系统或者导航设备与机动车的车辆电网电连接，因此可以使用保护电路来防止所述损坏。
[0003]特别简单的保护电路仅仅包括二极管，所述二极管以导通方向嵌入在供给线路和用电器之间。在此不利的是，通常的续流二极管(Freilaufd1de)具有显著的截止电压，使得用电器可能以不足够的电压供给。对此可使用的硅二极管的截止电压为约0.7V。
[0004]也提出了，在供给线路和用电器之间或者在用电器的接地线路中设置并且适当地控制场效应晶体管(FET)。在此不利的是，场效应晶体管通常是反向导通的，即电流可以从用电器流到车辆电网中。如果所述用电器例如具有缓冲电容器，则当车辆电压电网的电压下降时，则缓冲电容器的能量输出到车辆电网。因此，不能运行依靠一定的跟踪的用电器。例如可以利用跟踪，以便在施加存储在缓冲电容器中的电能之前将用电器的可编程的微计算机引导到可靠的状态中。当例如在供给电压下降时不应当制动的电马达运行时，所述跟踪可能是有利的。
[0005]在DE 10 2009 029 514 Al中提出，设置一种用于控制设备的保护电路，所述保护电路包括两个场效应晶体管并且基本上根据开关调节器的原理工作，以便实现单个功能一一反极性保护、过压保护、插接件接触保护和主继电器中的一个或多个。
【发明内容】
[0006]本发明所基于的任务在于，提供一种经简化的用于保护机动车上的用电器不受反极性影响的电路。本发明的另一任务是说明一种借助所述保护电路保护的用电器。
[0007]本发明借助具有权利要求1的特征的保护电路并且借助具有权利要求2的特征的用电器来解决所述任务。从属权利要求描述优选的实施方式。
[0008]根据本发明的保护电路包括输入端、输出端、其漏极连接端与输入端连接而其源极连接端与输出端连接的P型场效应晶体管、在场效应晶体管的栅极连接端和地之间的电容器、其负极与输出端连接的齐纳二极管、在齐纳二极管的正极和地之间的电阻以及其正极与齐纳二极管的正极连接而其负极与场效应晶体管的栅极连接端连接的二极管。
[0009]有利地，所述保护电路仅仅微不足道地反向导通，从而当保护电路的输出端上的电压超过其输入端上的电压时能够实现用电器的跟踪。所述电路简单地构造并且可以具有小的损耗功率，这引起小的自身加热。因此，所述保护电路可以紧凑且低价地实现，使得其可用于多个用电器。
[0010]根据本发明的用电器包括所描述的保护电路并且此外包括缓冲电容器，所述缓冲电容器设置在保护电路的输出端和地之间。
[0011 ] 当保护电路的输入端上的电压切断或者暂时具有比缓冲电容器的电压更小的值时，所述缓冲电容器能够实现用电器的跟踪。由此，用电器至少可以对于一个短的时间保持运行能力，即使不能从机动车的车辆电网中得到电能。例如，当借助电起动装置发动内燃机以驱动机动车时，车辆电网的电压可能短时陷落。在所减小的电压的所述时间期间，所述跟踪例如可用于以电压供给用电器的可编程的微计算机，使得所述用电器不必由于过小的电压实施费时的重新启动。
[0012]在另一种实施方式中，用电器还包括与缓冲电容器并联的欧姆电阻。所述欧姆电阻描述用电器的有用电路。当能量不再从车辆电网流向用电器时，可以通过所述欧姆电阻使缓冲电容器放电。
[0013]所述用电器优选设置用于在机动车的车辆电压电网上应用。所述用电器尤其可以设置用于以50V以下的相对小的直流电压、优选以12V、24V、36V或48V范围中的额定值来运行。
【附图说明】
[0014]现在，应当参照附图进一步描述本发明。在此，附图示出机动车的车辆电压网络上的用电器和保护电路的系统。
【具体实施方式】
[0015]附图示出机动车上的系统100。所述系统100包括保护电路105，以便运行车辆电压网络115上的用电器110。车辆电压网络115优选提供具有12V、24V、36V或48V范围中的额定值的直流电压。在此，可以忽略车辆电压网络115的直流电压的可能的残留纹波。
[0016]用电器110可以模型化为具有电阻R2的欧姆用电器。在一种实施方式中，缓冲电容器C2与欧姆用电器R2并联，当没有电流从车辆电压网络115流向用电器110时，所述缓冲电容器能够实现用电器110的运行。
[0017]保护电路105包括场效应晶体管Tl、齐纳二极管Z1、二极管D1、电阻R1、输入端120和输出端125。以下，从车辆电压网络115带有电压Ul出发。
[0018]场效应晶体管Tl是P型的，即当其栅极连接端G上的电压为正时，所述场效应晶体管导通。场效应晶体管Tl如在已知的保护电路中那样作为开关运行。场效应晶体管Tl的源极连接端S与输入端120连接，漏极连接端D与输出端125连接。如果栅极连接端G和源极连接端S之间的电压增大到足够大的值，则场效应晶体管Tl能够使电流从输入端120经过源极连接端S和漏极连接端D流向输出端125。如果栅极连接端G和源极连接端S之间的电压减小到预确定的值以下，则场效应晶体管Tl截止并且输入端120和输出端125之间的电流中断。
[0019]在输出端125和地130之间设置电压分配器，所述电压分配器包括以截止方向的齐纳二极管Zl和对地的电阻Rl。在此，齐纳二极管Zl的负极与输出端125连接并且电阻Rl从所述齐纳二极管的正极引导到地130。地130是所示系统的电气地。在通常的实施方式中，机动车以车身的形式的机械地与电气地130连接。
[0020]二极管Dl的正极与齐纳二极管Zl的正极以及与电阻Rl连接。二极管Dl的负极引导向场效应晶体管Tl的栅极连接端G。此外，电容器Cl连接在场效应晶体管Tl的栅极连接端G和地130之间。
[0021]如果保护电路105以正确的极性与车辆电压网络115连接，如在图1中所示出的那样，其中输入端120对地130的电压Ul是正的，则小电流通过存在于场效应晶体管Tl的漏极连接端D和源极连接端S之间的寄生二极管并且继续通过齐纳二极管Zl和二极管Dl流向电容器Cl和场效应晶体管Tl的栅极连接端G，由此所述场效应晶体管导通并且能够实现从输入端120向输出端125的电流，所述电流足以运行用电器110。
[0022]如果施加在输入端120上的电压陷落，例如其在车辆电压网络115的切断时或者在暂时的电压陷落期间可能是这种情形，则施加在场效应晶体管Tl的栅极连接端G上的电压首先通过电容器Cl保持不变，因为通过二极管Dl防止电容器Cl的电荷流出。因此，施加在场效应晶体管Tl的栅极连接端G上的电压大于施加在漏极连接端D上的电压，从而场效应晶体管Tl截止。由此，防止值得一提的电流从保护电路105的输出端125流向输出端120。如果用电器110具有缓冲电容器C2，则缓冲电容器C2的电荷没有或者几乎没有通过保护电路105放电并且所述用电器可以基于缓冲电容器C2的电荷继续运行或者跟踪。
[0023]如果用电器110包括仍处于运转中的电动机，则所述电动机在供给电压的切断时提供的电能不能流出到车辆电压网络115中。因此，所述电动机没有电气制动并且可以跟踪增大的时间持续。
[0024]如果用电器110和保护电路105 —起以错误的极性与车辆电压网络115连接，从而保护电路105的输入端120和地130之间的电压为负，则电流通过电阻Rl和二极管Dl流向栅极连接端G并且给电容器Cl充电。场效应晶体管Tl的栅极连接端G上的电压则大于漏极连接端D上的电压，从而场效应晶体管Tl截止。在输入端120和输出端125之间则不可能再流过值得一提的电流，从而用电器110不可能以相反的极性运行。
【主权项】
1.一种保护电路(105)，其包括: 输入端(120)； 输出端(125)； P型场效应晶体管(Tl)，其漏极连接端(D)与所述输入端(120)连接而其源极连接端(S)与所述输出端(125)连接； 电容(Cl)，其在所述场效应晶体管(Tl)的栅极连接端(G)和地(130)之间； 齐纳二极管(Zl)，其负极与所述输出端(125)连接； 电阻(Rl)，其在所述齐纳二极管(Zl)的正极和地(130)之间； 二极管(Dl)，其正极与所述齐纳二极管(Zl)的正极连接而其负极与所述场效应晶体管(Tl)的栅极连接端连接。
2.—种用电器(100)，其具有根据权利要求1所述的保护电路(105)，所述用电器还包括缓冲电容器(C2)，所述缓冲电容器布置在所述保护电路(105)的输出端(125)和地(130)之间。
3.根据权利要求2所述的用电器(100)，所述用电器还包括与所述缓冲电容器(C2)并联的欧姆电阻(R2)。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的用电器(100)，其中，所述用电器(100)设置用于在机动车的车辆电压网络(115)上应用。
【专利摘要】一种保护电路(105)，其包括：输入端(120)；输出端(125)；P型场效应晶体管(T1)，其漏极连接端(D)与所述输入端(120)连接而其源极连接端(S)与所述输出端(125)连接；电容(C1)，其在所述场效应晶体管(T1)的栅极连接端(G)和地(130)之间；齐纳二极管(Z1)，其负极与所述输出端(125)连接；电阻(R1)，其在齐纳二极管(Z1)的正极和地(130)之间；二极管(D1)，其正极与所述齐纳二极管(Z1)的正极连接而其负极与所述场效应晶体管(T1)的栅极连接端(D)连接。
【IPC分类】H02H3-18, H02H11-00
【公开号】CN104838553
【申请号】CN201380064791
【发明人】W·科斯托茨
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2013年10月23日
【公告号】DE102012222895A1, WO2014090470A1