[发明专利]机动车辆中的用电设备的电压尖峰保护装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及机动车辆中的用电设备的过电压保护器，特别地，涉及排气系统分路中的传感器。

背景技术

电压尖峰可发生在机动车辆的电力系统中，这对于诸如排气处理系统的传感器的敏感用电设备是成问题的，并可造成其损害。本发明所解决的问题是说明一种尽可能有效地防止这种情况的方法。

发明内容

该问题通过具有权利要求1中所述特征的过电压保护器和根据权利要求7的方法得以解决。本发明的有利的改型是从属权利要求的主题。

根据本发明的过电压保护器具有连接于机动车辆的电力系统的电压输入端、连接于被保护的用电设备的电压输出端、和经过线路连接于电压输入端与电压输出端之间的分支点的接地端。在该线路中设置有在阈值电压以下截止而在阈值电压以上导通的组件和与该组件串联连接的开关。例如晶体管的该开关由控制电路控制成使得该开关在电压尖峰发生时闭合且随后再断开。

通过使用根据本发明的过电压保护器，能够对排气系统分路中的传感器等敏感用电设备可靠地提供典型的约12V的所需的电源电压，且同时提供电压尖峰保护。在引向接地输出端的线路中设置的开关在正常情况下，即在没有电压尖峰的情况下断开。在过电压保护器的电压输出端存在的电压因此不会由通过接地而与用电设备并行流动的电流减小。如果电压尖峰发生，则开关闭合，从而由通过接地流动的电流减小电压输出端存在的电压，且电压尖峰不会传递到电压输出端。

有利地，由于在引向接地输出端的线路中设置有在阈值电压以下截止而在阈值电压以上导通的组件，因此即使在开关闭合时电压也被供应至连接于电压输出端的用电设备。这种组件可以是反向布置的例如可变电阻器(varistor)或二极管，特别地可以是齐纳二极管。当开关闭合时，由于瞬间电压尖峰，在组件上存在大于阈值电压的电压。因此，组件转换为导通状态，且因此电流并行于被保护的用电设备流过接地输出端，该电流使过电压保护器的电压输出端上存在的电压减小。由于该组件在阈值电压以下再次截止，因此在电压输出端存在的电压不会减小为零，而是减小至期望的水平。如果该线路仅包含一个这样的组件，则在电压输出端确立组件的阈值电压。如果多个这种组件串联连接在线路中，则在电压输出端产生的电压是组件的各个阈值电压的函数。

适用于根据本发明的过电压保护器的诸如二极管的组件通常不适于持续操作。然而，由于在引向接地输出端的线路中设置有多数时间断开的开关，因此在组件上电压总是仅存在很短时间，这不会产生问题。由于根据本发明的、受控开关与在阈值电压以下截止而在阈值电压以上导通的组件的组合，因此能够对用电设备进行过电压保护，并且即使在电压尖峰期间也可电源电压。

在根据本发明的用于保护机动车辆中的用电设备不受车辆系统电压的电压尖峰的影响的方法中，使用与用电设备并联连接的线路，在该线路中安装在阈值电压以下截止而在阈值电压以上导通的组件，以及与该组件串联连接的开关，其中该开关在电压脉冲发生时闭合而一旦电压脉冲消失时再断开。

举例来说，车辆系统电压的值或其上升速率可被用作闭合开关的标准。例如，可以确定阈值，并且在车辆系统电压超过例如14V的确定阈值时立即闭合开关。也可确定车辆系统电压的上升速率的阈值，并且在车辆系统电压的上升速率超过确定阈值时立即闭合开关。还可将这两个标准或其他标准相互组合，并且仅在两个或更多标准满足时闭合开关。

在最简单的情况下，可在确定时间段后再断开开关。该时间段可比电压脉冲的持续时间长很多，但应该短到使得与开关串联连接的组件不致损坏。也可将用于闭合开关的相同的标准经相应改变后用于断开开关，即，在车辆系统电压降至确定阈值以下时立即断开开关。

特别有利地，可通过电容器的最后放电过程来确定在再断开开关之前的时间段。如果电压脉冲发生，则电容器被充电。电容器的充电状态可用于控制开关，例如用以确定被用作开关的场效应晶体管的栅极电压。电容器的电压因此可用于闭合开关，优选为场效应晶体管，并且使其保持在闭合状态直到电容器的电压由于放电而降回阈值以下。

为了确保在电压尖峰发生时电容器被充电，可经由在阈值电压以下截止而在阈值电压以上导通的组件，使电容器连接于过电压保护器的电压输入端或车辆电力系统。这种例如反向连接的二极管的保护元件在正常车辆系统电压下不导通，因此电容器不充电。然而，在电压尖峰期间，超过组件的阈值电压，因此组件变为导通且电容器充电。电容器随后开始放电，因此可确定开关被再断开前的时间段。如果在最后放电过程中发生另一电压尖峰，则这有利地使仅部分放电的电容器被再次完全再充电，并且直到开关断开的时间段被相应延长。