DE10357366A1

DE10357366A1 - Control mechanism for a motor vehicle has a printed circuit board structure with an electronic component charged with a defined safe surge-voltage

Info

Publication number: DE10357366A1
Application number: DE2003157366
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. Oswald (FH)
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-09

Abstract

A surge-voltage protection element operates electrically parallel to an electronic component (9) with an air gap element (11) with a flat dimension as close as possible to a plug connector jack (5). The air gap element has inlet (13a,13b) and outlet (15a-15c) parts, between which a transmission link (25) operates and which has been shaped into a point.

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug.The The invention relates to overvoltage protection for a control unit in a motor vehicle.

Moderne Kraftfahrzeug verfügen teilweise über mehrere Steuergeräte, die u. U. noch miteinander vernetzt sind. Verstellbare Schwingungsdämpfer benötigen ebenfalls ein Steuergerät, wobei die Steuerleitung für diese Anwendung über eine besonders große Dynamik verfügen müssen, um in einem vernünftigen Verhältnis zu den angestrebten Schaltzeiten und Schaltzyklen der verstellbaren Schwingungsdämpfer zu stehen.modern Motor vehicle partly over several controllers, the u. U. are still networked with each other. Adjustable vibration dampers also need a control unit, the control line for this application over a very big one Have momentum have to, in order to be reasonable relationship to the desired switching times and switching cycles of the adjustable vibration to stand.

Steuergeräte in Kraftfahrzeuge sind vielfachen Einflüssen ausgesetzt, die zu einer elektrostatischen Aufladung im Bereich des Steuergerätes führen und damit eine Beschädigung des Steuergerätes nach sich ziehen können. Zwar sind Steuergeräte prinzipiell in einem gewissen Maße gegen Aufladungen geschützt, doch besteht keine hinreichende Sicherheit. Die Schutzmaßnahmen am Gehäuse sind z. B. schon dann wirkungslos, wenn bei der Überprüfung des elektrischen Systems der Steckeranschluss am Steuergerät von einem Monteur gelöst werden muss. Erdungsanschlüsse, wie sie von einem Labormitarbeiter getragen werden können, sind in einer Werkstatt nicht vernünftig einsetzbar.Control units in motor vehicles are multiple influences exposed to an electrostatic charge in the area of the control unit to lead and thus damage of the control unit can draw. Although control devices are in principle to some extent protected against charges, but there is no adequate security. The protective measures on the housing are z. B. even then ineffective, if in the review of the electrical system the connector on the control unit must be disconnected by a fitter. Ground terminals, how they can be carried by a laboratory employee are not reasonable in a workshop used.

Für diese Fälle wurden bisher spezielle Überspannungsschutzelemente eingesetzt, die die Überspannung von den empfindlichen elektronischen Bauteilen ableiten. Konkret kann man Varistoren oder auch Suppressordioden (z. B. Tansildioden) einsetzen, die oberhalb einer definierten Spannung einen Masseanschluss freischalten. Diese besonderen Bauelemente nehmen mit zunehmender zulässiger Überspannung einen erheblichen Bauraum auf einer Leiterplatine ein. Des weiteren sind die leistungsfähigeren Typen vergleichsweise teuer und verfügen bauartbedingt über elektrische Eigenschaften, z. B. kapazitive Anteile, die, angewendet in einer dynamischen Steuerleitung, zu Nachteilen wie einer gewissen Trägheit führen, die die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystem, z. B. der verstellbaren Schwingungsdämpfer, nachhaltig negativ beeinflussen.For this Cases were previously special surge protection elements used that the overvoltage derive from the sensitive electronic components. Concrete you can use varistors or suppressor diodes (eg, tag diodes), which enable a ground connection above a defined voltage. These particular components decrease with increasing allowable overvoltage a considerable amount of space on a printed circuit board. Furthermore are the more powerful Types are relatively expensive and have a design due to electrical Properties, e.g. B. capacitive shares, which, applied in one dynamic control line, leading to disadvantages such as a certain inertia, the the functionality of the Overall system, z. B. the adjustable vibration, sustainable influence negatively.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überspannungsschutz zu realisieren, der insbesondere auch bei dynamischen Steuerleitungen verwendbar ist, wenig Bauraum in Anspruch nimmt und dabei kostengünstig ist.task the present invention is to realize overvoltage protection, in particular also usable with dynamic control lines is, takes up little space and is inexpensive.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Überspannungsschutzelement von einem Luftspaltelement mit einem Eingangs- und Ausgangsteil gebildet wird.According to the invention Task solved by that the overvoltage protection element from an air gap element having an input and output part is formed.

Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Luftspaltelement aös Teoö der Leiterbahnstruktur sehr preiswert umzusetzen ist. Die bei entsprechend belastbaren Varistoren auftretenden Trägheiten innerhalb der Leitungen müssen bei dieser Lösung nicht hingenommen werden, so dass sich das Luftspaltelement auch für Steuerleitungen eignet.Of the size Advantage of the invention is that the air gap element aös Teoö the interconnect structure is very inexpensive to implement. The correspondingly resilient Varistors occurring inertia within the lines need in this solution can not be tolerated, so that the air gap element also for control cables suitable.

Man kann das Übertragungsverhalten dadurch verbessern, wenn zwischen dem Eingangs- und Ausgangsteil eine als Spitze ausgeformte Übertragungsstrecke ausgeführt ist.you can the transmission behavior thereby improve when between the input and output part a shaped as a peak transmission path accomplished is.

Vorteilhafterweise weist das Luftspaltelement eine flächige Ausdehnung auf. Zum einen kann ein flächiges Element z. B. an einer Ecke sehr spitz ausgeführt sein, vergleichsweise spitzer als ein Drahtende. Des weiteren ist das Luftspaltelement mit einer Zinnschicht versehen. Aufgrund der flächigen Ausdehnung sorgt die Oberflächenspannung des beim Auftragen flüssigen Zinns dafür, dass der Luftspalt zwischen dem Eingangs- und Ausgangsteil nicht durch dünne Zinn-Fäden miteinander verbunden sind, die wiederum einen Kurzschluss bewirken könnten.advantageously, the air gap element has a planar extension. On the one hand can be a plane Element z. B. be executed very pointed on a corner, relatively sharper as a wire end. Furthermore, the air gap element with a Tin layer provided. Due to the extensive expansion ensures the surface tension when applying liquid Tin for it, that the air gap between the input and output part is not through thin ones Tin yarns connected to each other, which in turn could cause a short circuit.

Das Überspannungsschutzelement muss die Überspannung sehr schnell abführen, da ansonsten die elektronischen Bauteile auf der Leiterplatinenanordung beschädigt werden könnten. Dafür weist das Eingangs- und Ausgangsteil mehrere Übertragungsstrecken auf. Konstruktiv können die Übertragungsstrecken dadurch erreicht werden, wenn das Eingangs- und Ausgangsteil in dem einander zugewandten Bereich jeweils als Vieleck ausgeführt ist, da jede Ecke eine besonders gute Übertragungsstrecke am Luftspalt darstellt.The overvoltage protection element must be the overvoltage dissipate very quickly, otherwise the electronic components on the Leiterplatinenanordung damaged could become. For this points the input and output part on several transmission links. constructive can the transmission links be achieved when the input and output part in the mutually facing region is in each case designed as a polygon, because every corner has a particularly good transmission distance at the air gap represents.

Ein weiterer Vorteil- des prinzipiellen Aufbaus des Überspannungsschutzelements besteht darin, dass das Übertragungsschutzelement mehrere Eingangsteile aufweisen kann, die mit einem gemeinsamen Ausgangsteil in Wirkverbindung stehen. Ganz konkret lässt sich der Kosten- und der Bauraumaufwand bei mehreren Leitern, die es abzusichern gilt, spürbar senken.One further advantage of the basic structure of the overvoltage protection element is that the transmission protection element may have several input parts, with a common Output part are in operative connection. Quite concrete can be the cost and space requirements for multiple ladders that use it is to be secured, noticeable reduce.

Des weiteren kann das Ausgangsteil mindestens zwei Masseanschlüsse aufweisen, um auf kurzem Wege möglichst schnell die Überspannung abzubauen.Of Furthermore, the output part can have at least two ground connections. to be as short as possible quickly reduce the overvoltage.

In diesem Zusammenhang kann es sinnvoll sein, wenn das Ausgangsteil mehrere leitend miteinander verbundene Abschnitte aufweist. Es steht dann mehr Bauraum für entsprechend viele Masseanschlüsse zur Verfügung. Sinnvollerweise wählt man für das Ausgangsteil ein Profil aus Abschnitten, die endlos hergestellt und nach Bedarf auf Länge abgetrennt sind, so dass man für verschiedene Überspannungsbereiche prinzipiell gleiche Teile verwenden kann.In this context, it may be useful if the output part has a plurality of interconnected conductive sections. It is then more space for a corresponding amount of mass connections available. It makes sense to choose for the output part a profile of sections that are endlessly manufactured and separated as required to length, so that you can use the same parts for different overvoltage areas in principle.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.Based The following description of the figures, the invention will be explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt einen Ausschnitt aus einem Steuergerät 1 für ein Kraftfahrzeug, z. B. zur Steuerung von verstellbaren Schwingungsdämpfern. Das Steuergerät 1 umfasst ein Gehäuse 3, mit einem einer Steckerbuchse 5, die elektrisch leitend an einer Leiterplatinenanordnung 7 angeschlossen ist. Die Leiterplatinenanordnung ist mit mindestens einem elektronischen Bauelement 9 bestückt, das mit einer nach Herstellerangabe definierten zulässigen Überspannung belastet werden darf.The single figure shows a section of a control unit 1 for a motor vehicle, z. B. for controlling adjustable vibration dampers. The control unit 1 includes a housing 3 , with one of a socket 5 electrically conductive on a printed circuit board assembly 7 connected. The printed circuit board assembly is provided with at least one electronic component 9 equipped with a permissible overvoltage defined according to the manufacturer's instructions.

Möglichst nahe an der Steckerbuchse 5 ist elektrisch parallel zu dem mindestens einen Bauelement 9 als ein Überspannungsschutzelement ein Luftspaltelement 11 angeordnet, das von einem Eingangs- 13a; 13b und einem Ausgangsteil 15 in Verbindung mit einem dazwischen befindlichen Luftspalt 17 gebildet wird. Das Eingangs- 13 und das Ausgangsteil 15 weisen jeweils eine flächige Ausdehnung auf. Es müssen nicht alle Leitungen mit einem Überspannungsschutzelement ausgerüstet sein, da einige Bauteile bauartbedingt sehr hohe Überspannungen überstehen. In der konkreten Anwendung sind zwei Steuerleitungen 19; 21 eines CAN-BUS-Systems zwischen den Schwingungsdämpfern und dem Steuergerät mit dem Überspannungsschutzelement ausgerüstet.As close as possible to the socket 5 is electrically parallel to the at least one component 9 as an overvoltage protection element, an air gap element 11 arranged from an input 13a ; 13b and an output part 15 in conjunction with an air gap in between 17 is formed. The input 13 and the starting part 15 each have a surface extension. Not all lines have to be equipped with an overvoltage protection element, as some components are designed to withstand very high overvoltages. In the concrete application are two control lines 19 ; 21 a CAN-BUS system between the vibration dampers and the control unit equipped with the overvoltage protection element.

In diesem Ausführungsbeispiel verfügt das Luftspaltelement 11 zwei Eingangsteile 13a; 13b, die mit einem gemeinsamen Ausgangsteil 15a–15c in Wirkverbindung stehen, das wiederum mehrere Masseanschlüsse 23 aufweisen kann, um die Überspannung auf kürestem Wege möglichst schnell abzuleiten. Wie man aus der Figur sehr schnell erkennen kann, sind das Eingangs- und das Ausgangsteil in dem einander zugewandten Bereich als Vieleck ausgeführt, so dass mehrere durch Blitzzeichen symbolisierte Übertragungsstrecken 25 vorliegen. Die Ecken des Eingangs- 13a; 13b oder Ausgangsteils 15a–15c sind als Spitzen ausgeführt, um die Übertragungsfunktion gezielt sicherzustellen. Des weiteren kommt ein Ausgangsteil mit mehreren leitend miteinander verbundenen Abschnitten 15a; 15b; 15c zur Anwendung, die sinnvollerweise jeweils einen Masseanschluss 23 umfassen.In this embodiment, the air gap element 11 two entrances 13a ; 13b that have a common output part 15a - 15c are in operative connection, which in turn several ground connections 23 may have to dissipate the overvoltage as quickly as possible as quickly as possible. As can be seen very quickly from the figure, the input and the output part in the facing area are designed as a polygon, so that several symbolized by lightning strikes transmission links 25 available. The corners of the entrance 13a ; 13b or initial part 15a - 15c are designed as tips to ensure the transfer function targeted. Furthermore, an output part comes with a plurality of conductive interconnected sections 15a ; 15b ; 15c to the application, which makes sense each a ground connection 23 include.

Bei Vorliegen einer Überspannung im Bereich der Steckerbuchse 5 liegt die Überspannung z. B. an einem Knotenpunkt 27 des Leiters 19 zum Eingangsteil 13a des Luftspaltelements 11 an. Im Rahmen einer konkreten Umsetzung würde man das Eingangsteil großflächig an den Leiter 19 anbindenm um eine möglichst guten Übergangskontakt zur erreichen Der definierte zulässige Anteil der Überspannung kann das elektronische Bauteil 9 belasten. Aufgrund der unmittelbaren Nähe des Luftspaltelements 11 an der Steckerbuchse 5 wird die Überspannung im Bereich der Übertragungsstrecken 25 sehr schnell auf das Ausgangsteil 15a–15c übertragen, das wiederum über mindenstens einen Masseanschluss 23 die Überspannung rasch abführt, ohne dass das elektronische Bauteil 9 beschädigt wird.If there is an overvoltage in the area of the socket 5 is the surge z. B. at a node 27 of the leader 19 to the entrance section 13a of the air gap element 11 at. In the context of a concrete implementation, the entrance part would be extended over a large area to the ladder 19 Anbindenm to achieve the best possible transition contact to The defined allowable proportion of overvoltage, the electronic component 9 strain. Due to the immediate vicinity of the air gap element 11 on the socket 5 the overvoltage is in the range of the transmission links 25 very fast on the output part 15a - 15c which in turn has at least one ground connection 23 the surge dissipates quickly without the electronic component 9 is damaged.

Das Luftspaltelement 11 führt zumindest den größten Teil der Überspannung ab (z. B. 90%) ab. Sollte die Restüberspannung noch zu Beschädigungen des Bauteils 9 führen, dann kann man zusätzlich z. B. eine sehr kleine und die Trägheit des Systems nicht verschlechternde Überspannungsschutzelemente einsetzen.The air gap element 11 at least removes most of the overvoltage (eg 90%). Should the residual overvoltage still damage the component 9 lead, then you can also z. B. use a very small and the inertia of the system does not deteriorate surge protection elements.

Claims

Control unit for a motor vehicle, comprising a printed circuit board assembly which is equipped with at least one electronic component, which may be loaded with a defined allowable overvoltage, wherein parallel to the electronic component, an overvoltage protection element is effected, which causes a voltage derivative above the defined overvoltage, characterized in that the overvoltage protection element is provided by an air gap element ( 11 ) with an input ( 13a ; 13b ) and output part ( 15a - 15c ) is formed.

Control unit according to claim 1, characterized in that between the input ( 13a ; 13b ) and output part ( 15a - 15c ) a formed as a peak transmission path ( 25 ) is executed.

Control unit according to Claim 1, characterized in that the air-gap element ( 11 ) has a planar extension.

Control device according to claim 2, characterized in that the input ( 13a ; 13b ) and output part ( 15a - 15c ) several transmission links ( 25 ) having.

Control unit according to Claim 1, characterized in that the air-gap element ( 11 ) several input parts ( 13a ; 13b ) having a common output part ( 15a - 15c ) are in operative connection.

Control unit according to Claim 1, characterized in that the output part ( 15a - 15c ) at least two ground connections ( 23 ) having.

Control device according to claim, characterized in that the output part ( 15a - 15c ) has a plurality of conductive interconnected portions.