CN102460881A - 负载电路的保护装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于负载电路的保护装置，通过利用模拟熔丝的电流和断开时间特性的开关电路，使得电线和半导体开关更加小型化。通过将发热温度计算式和放热温度计算式中使用的导体电阻(r)和热电阻(R)改变为伪导体电阻(r^*)和伪热电阻(R^*)，计算发热量的放热量，并且推算当前电线温度。当该推算温度达到容许温度时，电子开关(S1)断开以保护负载电路。结果，能够保护在负载电路中使用的电线和半导体开关都免于过热。

Description

负载电路的保护装置

技术领域

本发明涉及一种在过电流流经负载电路因而半导体开关和电线的温度升高的情况下切断该负载电路从而保护该电路的负载电路的保护装置。

背景技术

用于向安装在车辆上的诸如气门和电机这样的负载提供电力的负载电路包括电池以及设置在电池与负载之间的半导体开关(MOSFET等)。所述电池、半导体开关和负载经由包含电线的导体而连接。此外，所述负载电路具有用于接通和断开半导体开关的控制电路，借以接通或断开每个半导体开关，从而根据由控制电路输出的驱动信号和停止信号而在驱动状态和停止状态之间切换负载的操作。

这种负载电路中的一些分别具有熔丝，用于当过电流流经负载时立即切断电路从而保护负载、电线和半导体开关等(例如，参见专利文献1)。

图24是概略地示出了现有技术的负载电路的说明图。每个负载101的供电侧端子经由ECU(汽车用的电子控制单元)102和接线盒(J/B)103连接于蓄电池VB。

ECU 102设置有由控制IC 104控制开-关的例如MOSFET等的多个半导体开关Tr1。每个半导体开关Tr1的上游侧设置有熔丝F1，从而通过该熔丝F1来保护下游侧上的电线W101。换句话说，分别具有能够承受熔丝F1的切断电流的直径(剖面积)的电线用作为设置在熔丝F1的下游侧上的电线W101。此外，设置在熔丝F1的下游侧上的半导体开关Tr1具有能够承受的熔丝F1的切断电流的特性。

类似地，J/B 103设置有熔丝F2，从而通过该熔丝F2来保护下游侧上的电线W102。

例如，在气门用作为负载101的情况下，由于气门打开时产生的冲击电流以及由于气门的打开/关闭操作的重复，熔丝F1、F2劣化。从而，可能会引起由于熔丝F1、F2的老化而使该熔丝F1、F2错误断开的情况。为了防止这种问题的产生，考虑相对于负载电流的余量来选择熔丝。即，使用断开电流被设为比通常的略大的熔丝。结果，由于需要使用分别适合于考虑到所述余量而设置的熔丝特性的电线和半导体开关，所以难以减小负载电路中使用的电线的直径并使半导体开关小型化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2003-100196

发明内容

本发明要解决的问题

近年来，对使负载电路中所使用的半导体开关和电线尽可能最小化的需求日益增长。另一方面，如上所述，现有技术的负载电路用保护装置设置有当电线温度由于过电流的产生而增加时用于切断电路的熔丝。然而，由于为了防止因老化引起的错误断开而考虑到余量来设定熔丝，所以存在难以使半导体开关最小化并减小电线的直径的问题。

为了解决这种现有技术的问题而进行了本发明，并且本发明的目的是提供一种用于负载电路的保护装置，其能够使半导体开关和电线小型化。

解决问题的手段

为了达到上述目的，将第一发明以如下方式设置：一种用于负载电路的保护装置，其中，在经由电线而连接了电源、半导体开关和负载的负载电路中，检测流入电线的电流，从而基于检测出的电流来断开半导体开关，该保护装置包括：

开关单元，该开关单元设置在所述电源与所述负载之间；

电流检测单元，该电流检测单元检测流经所述电线的电流；

温度计算单元，该温度计算单元具有伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式，其中，将用于计算电线的发热量和放热量的计算表达式中所使用的导体电阻(r)改变为伪导体电阻(r^*)，该伪导体电阻(r^*)被设定为模拟能够用于保护负载电路中所使用的电线的熔丝的电流·断开时间特性的值，并且其中，将计算表达式中使用的热电阻(R)改变为伪热电阻(R^*)，该伪热电阻(R^*)被设定为模拟所述熔丝的电流·断开时间特性的值；所述温度计算单元通过利用所述伪发热温度计算表达式、伪放热温度计算表达式以及由所述电流检测单元检测到的电流来推算电线温度；

过电流判定单元，当由所述温度计算单元算出的推算温度达到容许温度时，该过电流判定单元判定是过电流；以及

断开控制单元，当所述过电流判定单元判定是过电流时，该断开控制单元断开所述开关单元。

将第二发明以如下方式设置：当在断开所述开关单元之后，由所述温度计算单元推算的电线温度减小至周围温度时，所述断开控制单元将所述开关单元置于可连接的状态。

将第三发明以如下方式设置：设定所述伪导体电阻(r^*)和所述伪热电阻(R^*)，使得基于所述伪发热温度计算表达式和所述伪放热温度计算表达式的电流·断开时间特性存在于熔丝的最低的电流·断开时间特性与熔丝的最高的电流·断开时间特性之间。

将第四发明以如下方式设置：通过如下的表达式(1)来表示用于计算电线的发热量的计算表达式，并且通过如下的表达式(2)来表示用于计算电线的放热量的计算表达式，其中

T2＝T1+11²rR{1-exp(-t/C·R)}----------(1)

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/C·R)}----------(2)，

并且其中

T1表示周围温度[℃]，T2表示电线的推算温度[℃]，I1和I2分别表示导电电流[A]，r表示电线的导体电阻[Ω]，R表示热电阻[℃/W]，C表示热容[J/℃]，并且t表示时间[秒]。

将第五发明以如下方式设置：所述伪导体电阻(r^*)大于所述电线的导体电阻(r)，并且所述伪热电阻(R^*)小于所述电线的热电阻(R)。

将第六发明以如下方式设置：一种用于负载电路的保护装置，其中，在经由电线而连接了电源、半导体开关和负载的负载电路中，检测流入电线的电流，从而基于检测出的电流来断开半导体开关，该用于负载电路的保护装置包括：

开关单元，该开关单元设置在所述电源与所述负载之间；

电流检测单元，该电流检测单元检测流入所述电线的电流；

温度计算单元，该温度计算单元具有伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式，其中，将电线的容许温度设定为低于实际容许温度的伪容许温度，并且其中，将用于计算电线的发热量和放热量的计算表达式中使用的热电阻(R)改变为伪热电阻(R^*)，该伪热电阻(R^*)被设定为模拟能够用于保护负载电路中所使用的电线的熔丝的电流·断开时间特性的值；所述温度计算单元通过利用所述伪发热温度计算表达式、伪放热温度计算表达式和由所述电流检测单元检测到的电流来推算电线温度；

过电流判定单元，当由所述温度计算单元算出的推算温度达到伪容许温度时，该过电流判定单元判定是过电流；以及

断开控制单元，当所述过电流判定单元判定是过电流时，该断开控制单元断开所述开关单元。

将第七发明以如下方式设置：当在断开所述开关单元之后，由所述温度计算单元推算的电线温度减小至周围温度时，所述断开控制单元将所述开关单元置于可连接的状态。

将第八发明以如下方式设置：设定所述伪容许温度和所述伪热电阻(R*)，使得基于所述伪发热温度计算表达式和所述伪放热温度计算表达式的电流·断开时间特性存在于熔丝的最低的电流·断开时间特性与熔丝的最高的电流·断开时间特性之间。

将第九发明以如下方式设置：通过如下的表达式(1)来表示用于计算电线的发热量的计算表达式，并且通过如下的表达式(2)来表示用于计算电线的放热量的计算表达式，其中

T2＝T1+I1²rR{1-exp(-t/C·R)}----------(1)

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/C·R)}----------(2)，

并且其中，T 1表示周围温度[℃]，T2表示电线的推算温度[℃]，I1和I2分别表示导电电流[A]，r表示电线的导体电阻[Ω]，R表示热电阻[℃/W]，C表示热容[J/℃]，并且t表示时间[秒]。

将第十发明以如下方式设置：所述伪热电阻(R^*)小于所述电线的热电阻(R)。

发明效果

根据第一发明，将用于计算电线的发热量和放热量的计算表达式中使用的导体电阻(r)改变为伪导体电阻(r^*)，并将计算表达式中使用的热电阻(R)改变为伪热电阻(R^*)，从而得到伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式。所述温度计算单元通过利用所述伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式来推算电线温度。然后，当推算温度达到容许温度时，开关单元被断开，从而停止向负载电路的电流供应。由于通过利用伪导体电阻(r^*)和伪热电阻(R^*)能够使电线的电流·断开时间特性接近熔丝的电流·断开时间特性，所以能够以与熔丝相同的特性来断开负载电路，能够确定地保护负载电路中使用的每个电线和半导体开关免于过热。

此外，不像现有技术那样，由于不存在由于冲击电流和负载的重复开关操作而引起熔丝劣化的担心，所以不需要考虑关于容许温度的余量，能够使电线的直径小。从而，由于能够使电线小型化和轻量化，所以能够改善燃料成本。

根据第二发明，在开关装置于过电流而断开的情况下，由于直到电线温度之后减小至周围温度为止，都保持开关单元的断开状态。从而，由于在尚未探明过电流的产生原因的状态下能够防止开关单元再次被接通，所以能够防止电线生热。

根据第三发明，适当地选择伪导体电阻(r^*)和伪热电阻(R^*)，使得将电线的电流·断开时间特性被设定在熔丝的最低的电流·断开时间特性与熔丝的最高的电流·断开时间特性之间。从而，能够保护模拟熔丝的特性的负载电路。

根据第四发明，将上述表达式(1)和(2)的导体电阻(r)和热电阻(R)分别改变为伪导体电阻(r^*)和伪热电阻(R^*)，从而得到伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式。由于这些表达式(1)和(2)是通常使用的一般表达式，所以仅仅通过改变参数就能够容易计算出推算温度。

根据第五发明，将伪导体电阻(r^*)设定为大于实际导体电阻(r)，并且将伪热电阻(R^*)设定为小于实际热电阻(R)，从而得到伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式。从而，能够确定地使电线的电流·断开时间特性接近熔丝的电流·断开时间特性。

根据第六发明，将电线的容许温度设定为伪容许温度，并将用于计算电线的发热量和放热量的计算表达式中使用的热电阻(R)改变为伪热电阻(R^*)，从而得到伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式。所述温度计算单元通过利用所述伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式来推算电线温度。然后，当推算温度达到容许温度时，开关单元被断开，从而停止向负载电路的电流供应。由于通过利用伪容许温度和伪热电阻(R^*)能够使电线的电流·断开时间特性接近熔丝的电流·断开时间特性，所以能够以与熔丝相同的特性来断开负载电路，能够确定地保护负载电路中所使用的每个电线和半导体开关免于过热。

此外，不像现有技术那样，由于不存在由于冲击电流和负载的重复开关操作而引起熔丝劣化的担心，所以不需要考虑关于容许温度的余量，能够使电线的直径小。从而，由于能够使电线小型化和轻量化，所以能够改善燃料成本。

根据第七发明，在开关装置因过电流而断开的情况下，由于直到电线温度之后减小至周围温度为止，都保持开关单元的断开状态。从而，由于在尚未探明过电流的产生原因的状态下，能够防止开关单元再次被接通，所以能够防止电线生热。

根据第八发明，适当地选择伪容许温度和伪热电阻(R^*)，使得将电线的电流·断开时间特性被设定在熔丝的最低的电流·断开时间特性与熔丝的最高的电流·断开时间特性之间。从而，能够保护模拟熔丝的特性的负载电路。

根据第九发明，将上述表达式(1)和(2)的热电阻(R)改变为伪热电阻(R^*)，并将电线的容许温度改变为伪容许温度，从而得到伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式。由于这些表达式(1)和(2)是通常使用的一般表达式，所以仅仅通过改变参数就能够容易计算出推算温度。

根据第十发明，将伪热电阻(R^*)设定为小于实际热电阻(R)，从而得到伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式。从而，能够确定地使电线的电流·断开时间特性接近熔丝的电流·断开时间特性。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置的构造的电路图。

图2是示出了根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置的开关电路的详细构造的框图。

图3(a)涉及根据本发明第一实施例的用于负载电路的保护装置，并且是示出了在电线的导体电阻改变并且20[A]的电流流动的情况下，电线温度的特性的说明图，而图3(b)是图3(a)中所示的部分“A”的放大图。

图4(a)涉及根据本发明第一实施例的用于负载电路的保护装置，并且是示出了在电线的导体电阻改变并且50[A]的电流流动的情况下，电线温度的特性的说明图，而图4(b)是图4(a)中所示的部分“B”的放大图。

图5涉及根据本发明第一和第二实施例的用于负载电路的保护装置，并且是示出了在电线的热电阻改变并且20[A]的电流流动的情况下，电线温度的特性的说明图。

图6涉及根据本发明第一和第二实施例的用于负载电路的保护装置，并且是示出了在电线的热电阻改变并且50[A]的电流流动的情况下，电线温度的特性的说明图。

图7(a)涉及根据本发明第二实施例的用于负载电路的保护装置，并且是示出了在电线的容许温度改变并且20[A]的电流流动的情况下，电线温度的特性的说明图，而图7(b)是图7(a)中所示的部分“C”的放大图。

图8(a)涉及根据本发明第二实施例的用于负载电路的保护装置，并且是示出了在电线的容许温度改变并且50[A]的电流流动的情况下，电线温度的特性的说明图，而图8(b)是图8(a)中所示的部分“D”的放大图，并且图8(c)是图8(a)中所示的部分“E”的放大图。

图9是示出了根据本发明第一实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图10是示出了根据本发明第一实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图11是示出了根据本发明第一实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图12是示出了根据本发明第一实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图13是示出了根据本发明第一实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图14是示出了根据本发明第二实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图15是示出了根据本发明第二实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图16是示出了根据本发明第二实施例的用于负载电路的保护装置的电流·断开时间特性的说明图。

图17是示出了根据本发明第一和第二实施例的用于负载电路的保护装置的温度推算处理的流程图。

图18(a)和(b)是示出了在根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置中，计算因发热的电线温度以及因放热的电线温度的步骤的说明图，图18(a)是示出了在电线温度在恒定电流(40[A])时饱和而后电流被切断并且放热的情况下，电线温度的变化的特性图，而图18(b)是示出了状态变化的说明图。

图19(a)和(b)是示出了在根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置中，计算因发热的电线温度以及因放热的电线温度的步骤的说明图，图19(a)是示出了在电线温度达到饱和温度T40max之前的过渡状态中电线温度以恒定电流(40[A])上升，并且电流被切断从而放热的状态下，电线温度的变化的特性图，而图19(b)是示出了状态变化的说明图。

图20(a)和(b)是示出了在根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置中，计算因发热的电线温度以及因放热的电线温度的步骤的说明图，图20(a)是示出了电线温度达到因第一电流(例如，30[A])的饱和温度，并且进一步该电线温度达到根据比所述第一电流大的第二电流(例如，40[A])的饱和温度的状态下，电线温度的变化的特性图，而图20(b)是示出了状态变化的说明图。

图21(a)和(b)是示出了在根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置中，计算因发热的电线温度以及因放热的电线温度的步骤的说明图，图21(a)是示出了在电线温度因第一电流(例如，30[A])升高，然后在温度达到根据第一电流的饱和温度T30max之前电流改变为大于该第一电流的第二电流(例如，40[A])，并且温度达到根据第二电流的饱和温度T40max的情况下，电线温度的变化的特性图，而图21(b)是示出了状态变化的说明图。

图22(a)和(b)是示出了在根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置中，计算因发热的电线温度以及因放热的电线温度的步骤的说明图，图22(a)是示出了在电线温度达到因第一电流(例如，40[A])的第一电流饱和温度T40max，并且进一步电线温度减小至根据小于第一电流的第二电流(例如，30[A])的饱和温度T30max的情况下，电线温度的变化的特性图，而图22(b)是示出了状态变化的说明图。

图23(a)和(b)是示出了在根据本发明实施例的用于负载电路的保护装置中，计算因发热的电线温度以及因放热的电线温度的步骤的说明图，图23(a)是示出了在电线温度根据第一电流(例如，40[A])上升并且温度达到第一电流的饱和温度T40max之前的Tx时，第一电流改变为比该第一电流小的第二电流(例如，30[A])，然后电线温度减小并达到第二电流的饱和温度T30max的情况下，电线温度的变化的特性图，而图23(b)是示出了状态变化的说明图。

图24是示出了现有技术的用于负载电路的保护装置的构造的电路图。

标号说明

11负载

12ECU

13J/B(接线盒)

14控制IC

15控制单元

16开关电路

161控制电路(温度推算单元，过电流判定单元，切断控制单元)

162计时器

163电流计(电流检测单元)

VB蓄电池

S1电子开关(开关单元)

Tr1半导体开关

具体实施方式

[第一实施例的说明]

以下，将基于附图来说明根据本发明的各实施例。图1是示出了应用了根据本发明第一实施例的保护装置的负载电路的构造的电路图。

负载电路是将蓄电池VB(电源)所输出的电力供应给例如安装在车辆上的气门和电机等的负载11从而控制各个负载11的驱动和停止的电路。负载电路包括ECU(汽车用的电子控制器)12和接线盒(J/B)13。

ECU 102设置有多个例如MOSFET等的半导体开关。每个半导体开关Tr1的一个端子连接于负载11，而其另一个端子经由电线W1连接于J/B 13。ECU 12包括控制IC 14。该控制IC 14控制每个半导体开关Tr1的导通/关断状态，以从而控制负载11的驱动和停止操作。

J/B 13包括多个开关电路16(图中由“IPS”表示)，用于连接在电线W1与蓄电池VB之间。在控制单元15的控制下来操作该开关电路16。

图2是示出了开关电路16的详细构造的框图。如图2所示，开关电路16包括电子开关S 1(开关单元)，用于检测流经电线W1的电流的电流计(电流检测单元)163，用于对电流流过所经过时间计时的计时器162，以及用于基于由计时器162所计的时间来控制电子开关S1的导通/关断状态的控制电路161。控制电路161具有作为温度计算单元、切断控制单元和过电流判定单元的功能。

在根据第一实施例的用于负载电路的保护装置中，控制电路161通过利用下述的温度计算方法来推算电线W1的虚拟温度(不是电线W1的实际温度而是由伪算术表达式(pseudo arithmetic expression)所定义的电线的虚拟温度)，并且当虚拟温度到达预先设定的容许温度(例如，150℃)时，该控制电路161关断电子开关S 1从而断开电线W1的上游侧。

已知发热时电线的温度以及放热时电线的温度分别由下面的表达式(1)和(2)所表达。

T2＝T1+I1²rR{1-exp(-t/C·R)}----------(1)

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/C·R)}----------(2)

在表达式(1)和(2)中，T1表示周围温度[℃]，T2表示电线的推算温度[℃]，I1表示导电电流[A]，r表示电线的导体电阻[Ω]，R表示热电阻[℃/W]，C表示热容[J/℃]，并且t表示时间[秒]。此外，I2表示推算电流，当电线从发热状态改变为放热状态时，在基于恰在改变前的电线温度Ta和按改变后的检测电流的饱和温度Tb而得到了差异温度Tc(＝Ta-Tb)的情况下，所述推算电流起到将差异温度Tc设定为饱和温度的作用。下面将参考图1至图6进行详细说明。

从而，通过将周围温度T 1、电流I1和时间t代入表达式(1)中，能够得到电线W1在发热时的推算温度T2，并且通过将周围温度T1、电流I2和时间t代入表达式(2)中，能够得到电线W1在放热时的推算温度T2。

作为周围温度T1，例如，可以采用代入基于电路所设置的环境的周围温度的方法或者放置温度计(未示出)并代入由该温度计检测出的温度的方法。

以下，将对于第一实施例中采用的温度计算方法进行说明。该温度计算方通过利用伪导体电阻和伪热电阻来计算所述推算温度。

[利用伪导体电阻的温度计算]

在上述表达式(1)和(2)中，当电线的导体电阻r改变为大于其实际值的值时，推算温度T2达到饱和温度所需的时间变短。将进行详细说明。

图3是示出了在使用具有150℃的容许温度的电线并且20[A]的电流(小的过电流)连续流入样本电线的情况下，电线温度的变化的特性图，其中(b)是(a)中所示的部分“A”的放大图。此外，图3所示的曲线s21是在表达式(1)中所示的导体电阻r被设为样本电线的实际导体电阻r＝32.7[mΩ]的情况下的特性曲线，而曲线s22是在表达式(1)中所示的导体电阻r被设为伪导体电阻r^*＝2.5[mΩ](即，r^*＞r)的情况下的特性曲线。

如曲线s21所示，当20[A]的电流流经样本电线时，电线温度超过150℃并且在174℃处饱和。相对地，如曲线s22所示，当导体电阻r改变为伪导体电阻r^*并且20[A]的电流流经样本电线时，电线的温度在1411℃处饱和。

从图3(b)可理解的是，当将导体电阻r设定为32.7[mΩ]的实际值时，随着大约68[秒]的时间经过，温度达到150℃的容许温度。而且，当导体电阻r改变为伪导体电阻r^*时，随着大约0.75[秒]的时间经过，温度达到150℃的容许温度。因此，在20[A]的电流连续流经样本电线的情况下，通过将导体电阻r改变为伪导体电阻r^*，温度能够在更早的时间点时达到150℃的容许温度。

图4是示出了在50[A]的电流(大的过电流)连续流入样本电线的情况下，电线温度的变化的特性图，其中(b)是(a)中所示的部分“B”的放大图。此外，图4所示的曲线s23是在表达式(1)中所示的导体电阻r被设为样本电线的实际导体电阻r＝32.7[mΩ]的情况下的特性曲线，而曲线s24是在表达式(1)中所示的导体电阻r被设为样本电线的伪导体电阻r^*＝2.5[mΩ](即，r^*＞r)的情况下的特性曲线。

如曲线s23所示，当50[A]的电流流经样本电线时，电线温度超过150℃并且在955℃时饱和。相对地，如曲线s24所示，当导体电阻r改变为伪导体电阻r^*并且50[A]的电流流经样本电线时，电线的温度在71191℃时饱和。

从图4(b)可理解的是，当将导体电阻r设定为32.7[mΩ]的实际值时，随着大约[5.5]秒的时间经过，温度达到150℃的容许温度。而且，当导体电阻r改变为伪导体电阻r^*时，随着大约0.04[秒]的时间经过，温度达到150℃的容许温度。因此，与前述20[A]的情况类似，在50[A]的电流连续流经样本电线的情况下，通过利用伪导体电阻r^*，温度能够在更早的时间点时达到150℃的容许温度。

如上所述，通过将导体电阻r改变为伪导体电阻r^*，电线温度达到饱和温度所需的时间变短。此外，电线温度达到容许温度所需的时间也变短。

[利用伪热电阻的温度计算方法]

在前述表达式(1)和(2)中，当电线的热电阻R改变为小于其实际值的值时，电线的饱和温度能够减小。将进行详细说明。

图5是示出了在20[A]的电流(小的过电流)连续流入样本电线的情况下，电线温度的变化的特性图，其中曲线s25是在表达式(1)中所示的热电阻R被设为样本电线的实际热电阻R＝7.53[℃/W]的情况下的特性曲线，而曲线s26是在表达式(1)中所示的热电阻R被设为伪热电阻R^*＝3.5[℃/W](即，R^*＜R)的情况下的特性曲线。

如曲线s25所示，当20[A]的电流流经样本电线时，电线温度超过150℃并且在174℃时饱和。相对地，如曲线s26所示，当热电阻R改变为伪热电阻R^*并且20[A]的电流流经样本电线时，电线的温度在94.17℃时饱和而未达到150℃。

从前述情况可理解的是，在20[A]的电流连续流经样本电线的情况下，通过将热电阻R改变为伪热电阻R^*，能够使电线的饱和温度减小。

图6是示出了在50[A]的电流(大的过电流)连续流入样本电线的情况下，电线温度的变化的特性图，其中曲线s27是在表达式(1)中所示的热电阻R被设为样本电线的实际热电阻R＝7.53[℃/W]的情况下的特性曲线，而曲线s28是在表达式(1)中所示的热电阻R被设为样本电线的伪热电阻R^*＝3.5[℃/W](即，R^*＜R)的情况下的特性曲线。

如曲线s27所示，当20[A]的电流流经样本电线时，电线温度超过150℃并且在955℃时饱和。相对地，如曲线s28所示，当热电阻R改变为伪热电阻R^*并且50[A]的电流流经样本电线时，电线的温度在457℃时饱和。

从前述情况可理解的是，在50[A]的电流连续流经样本电线的情况下，与前述20[A]的情况类似，通过将热电阻R改变为伪热电阻R^*，能够使电线的饱和温度减小。

当总结上述内容时，通过将表达式(1)和(2)中使用的导体电阻r改变为伪导体电阻r^*，能够使电线温度达到饱和温度所需的时间缩短，从而能够使达到容许温度所需的时间缩短。此外，通过将热电阻R改变为伪热电阻R^*，能够使电线的饱和温度减小。

在该实施例中，设定下面的表达式(1a)和(2a)，其中表达式(1)和(2)中使用的导体电阻r和热电阻R分别改变为伪导体电阻r^*和伪热电阻R^*。

T2＝T1+I1²·(r^*)·(R^*)·{1-exp(-t/C·R)}----------(1a)

T2＝T1+I2²·(r^*)·(R^*)·{exp(-t/C·R)}-----------(2a)

(r^*＝2.5[Ω]，R^*＝0.3[℃/W])

在表达式(1a)和(2a)中，T1表示周围温度[℃]，T2表示电线的推算温度[℃]，I1表示导电电流[A]，r^*表示电线的伪导体电阻[Ω]，R表示伪热电阻[℃/W]，C表示热容[J/℃]，并且t表示时间[秒]。此外，I2表示推算电流。

以下，将参考图9至图13所示的特性图，对于设定前述表达式(1a)和(2a)中使用的伪导体电阻r^*和伪热电阻R^*的过程进行说明。在下述的第二实施例中使用的图9至图13以及图14至图16的每幅图中，纵轴(时间轴)是对数标度。

图9所示的曲线s1是示出了在将容许温度设定为150℃时的电流·断开时间特性图。即，曲线s1表示在表达式(1)的左侧的T2固定为150℃时，该表达式(1)的右侧的电流I1与经过时间t[秒]之间的关系。从曲线s1将可理解的是，该曲线表示，在电线的容许温度(由于过热而发烟时的温度)是150℃的情况下，例如，虽然当20[A]的电流流动10秒时电线温度没有达到150℃，但是当90[A]的电流流动10秒时电线温度达到150℃。换句话说，只要利用曲线s1内侧(图中的左下侧)的电流来进行操作，电线温度就不会达到150℃的容许温度。

曲线s2和s3的每个都是示出了在容许温度被设为150℃的电线的上游侧上所设置的一般标准的熔丝的电流·断开时间的特性曲线，其中曲线s2和曲线s3分别示出了最大值(MAX)和最小值(MIN)。即，当曲线s2与s3之间的区域中的电流流动时，该熔丝切断电流来保护电路。从而，在电线温度达到150℃的时间点之前，利用该熔丝能够确定地切断电路。结果，当图1和图2中所示的每个开关电路16都被构造成具有曲线s2和曲线s3之间的电流·断开时间特性时，能够模拟一直以来所使用的熔丝的特性。

曲线s4表示负载特性。由于曲线s4所表示的特性在比表示熔丝的电流·断开时间特性的曲线s2和s3更内侧(左下侧)工作，所以在正常工作时，熔丝不会被流经负载的电流断开。

图10是示出了在改变具有150℃的容许温度的电线的导体电阻r(例如，32.7[mΩ])时，电流·断开时间特性的图示，其中曲线s5表示将导体电阻改变为伪导体电阻r^*＝1[Ω]的情况，而曲线s5’表示将导体电阻改变为伪导体电阻r^*＝5[mΩ]的情况。从曲线s5和s5’可知，当使用大于实际导体电阻r的伪导体电阻r^*时，电流·断开时间特性曲线向图10的左下侧偏移，同时，当使用小于实际导体电阻r的伪导体电阻r^*时，电流·断开时间特性曲线向图10的右上侧偏移。

从而，当关于图9所示的曲线s1(例如，导体电阻r＝32.7[mΩ])将电阻设定为伪导体电阻r^*＝2.5[Ω]时，得到图11中由曲线s8所示的曲线。

如图11所示，在电流超过10[A]的区域中，曲线s8具有存在于曲线s2与曲线s3之间的特性。然而，在电流小于等于10[A]的区域中，曲线s8相比于曲线s3大大地向左侧偏移，并且还相比于负载特性曲线s4向左侧偏移。这意味着在利用曲线s8所示的电流·断开时间特性曲线的情况下，当正常电流流入负载时，负载电路被切断。

图12是示出了在改变具有150℃的容许温度的电线的热电阻R(例如，7.53[℃/W])时，电线发烟特性的图示，其中曲线s6表示将电阻改变为伪热电阻R^*＝3.5[℃/W]的情况，而曲线s6’表示将电阻改变为伪热电阻R^*＝80[℃/W]的情况。从曲线s6和s6’可知，当使用小于实际热电阻R的伪热电阻R^*时，电流·断开时间特性曲线的左端的值向图12的右侧偏移，同时，当使用大于实际热电阻R的伪热电阻R^*时，电流·断开时间特性曲线的左端的值向到图12的左侧偏移。

从而，在通过将伪导体电阻r^*改变为2.5[Ω]而得到的电流·断开时间特性曲线s8所表示的特性中，当伪热电阻R^*进一步改变为0.3[℃/W](即，R^*＜R＝7.53[℃/W])时，能够得到如图13中的特性曲线s7所示的特性曲线，其中特性曲线s8的最小电流向右侧偏移。由于特性曲线s7具有特性曲线s2与特性曲线s3之间的特性，所以该特性曲线具有模拟熔丝的电流·断开时间特性。

针对上述情况，以下述方式来设定上述表达式(1a)和(2a)：将表达式(1)和(2)中使用的导体电阻r和热电阻R分别改变为伪导体电阻r^*(例如，r^*＝2.5[Ω])和伪热电阻R^*(例如，R^*＝0.3[℃/W])，并利用这些表达式(1a)和(2a)来推算电线温度。然后，如果在电线的推算温度达到容许温度(例如，150℃)时断开电子开关S1(见图2)，能够得到与现有技术的熔丝几乎相同的特性。当然，在这种情况下的推算温度不是电线的实际温度，而是由上述温度计算方法所确定的伪温度。

下面，将针对关于根据表达式(1)在发热时的电线温度的计算步骤以及根据表达式(2)在放热时的电线温度的计算步骤的六种模式进行说明，即，图18至图23中所示的模式1至6。

[模式1]

图18(a)是示出了在电线温度在恒定电流(40[A])处饱和而后电流被切断并且放热的情况下，电线温度的变化的特性图。图18(b)是示出了状态变化的说明图。当在初始温度是T0的周围温度的状态下(状态P1)，40[A]的电流流入电线时，电线温度从温度T0逐渐升高(状态P2)，而后在时间点tx＝t1时，温度达到电流40[A]的饱和温度T40max。即，当将T0代入表达式(1)右侧的周围温度T1，将40[A]代入电流I1，并将t1代入时间t时，因发热的电线的推算温度T2随着图18(a)所示的曲线升高，并且在时间点t1时达到饱和温度T40max。

而后，当电流断开时，由于此时电线的温度是T40max，所以反向计算出在电线温度T40max时饱和的电流I2(状态P3)。结果，求得电流I2为40[A]。然后，将周围温度代入表达式(2)中所示的T 1，而且还将这样算得的电流I2和经过时间代入该表达式，从而得到电线因放热的推算温度T2(状态P4)。

换句话说，当在40[A]的电流流入电线并且电线温度达到该40[A]电流的饱和温度T40max之后，电流断开时，将40[A]代入表达式(2)的右侧所示的电流I2，从而得到在放热时的电线温度。

[模式2]

图19(a)是示出了在电线温度达到饱和温度T40max之前的过渡状态中电线温度以恒定电流(40[A])上升，并且电流被切断从而放热的状态下，电线温度的变化的特性图。图19(b)是示出了状态变化的说明图。当在初始温度是T0的周围温度的状态下(状态P11)，40[A]的电流流入电线时，电线温度从温度T0逐渐增加(状态P12)。然后，在时间点tx时，40[A]电流的通电被断开，即，当电流在电线温度达到根据40[A]的电流通电的饱和温度T40max之前的过渡温度时被断开的情况下，得到了在此时因发热的温度Tx，并且反向计算出在作为饱和温度的温度Tx时饱和的电流I2(状态P13)。例如，当时间点tx时的电线温度是在30[A]的电流流动的情况下的饱和温度T30max的时候，将30[A]代入表达式(2)右侧的电流I2，进一步将周围温度代入T1，并将经过时间t代入，从而得到电线因放热的推算温度T2(状态P14)。

即，当40[A]的电流流动，而后电流在电线温度达到电流40[A]的饱和温度T40max之前断开的时候，得到了在断开电流时的温度时饱和的电流，并且将得到的电流代入表达式(2)的右侧，从而得到在放热时的电线温度。

[模式3]

图20(a)是示出了电线温度因第一电流(例如，30[A])达到饱和温度而进一步该电线温度根据比所述第一电流大的第二电流(例如，40[A])达到饱和温度的状态下，电线温度的变化的特性图。图20(b)是示出了状态变化的说明图。当在初始温度是T0的周围温度的状态下(状态P21)，30[A]的电流流入电线的时候，电线温度Tx从温度T0逐渐升高(状态P22)，而后，温度在时间点t1时达到饱和温度T30max(状态P23)。

当在该状态下将电流改变为40[A]时，在假设40[A]的电流从开始就流动并且电线温度达到T30max的情况下，关于经过时间t3进行反向计算(状态P24)。然后，将40[A]代入表达式(1)右侧的电流I1，并将时间t3代入时间t，从而得到时间点t2时的推算温度T2(再次，状态P22)。然后，当时间达到时间点t2时，电线温度达到40[A]的T40max(状态P25)。

换句话说，在30[A]的电流流动并且电线温度达到30[A]的饱和温度T30max之后，电流改变为40[A]的情况下，在假设40[A]的电流从开始就流动时，关于经过时间，即，图20(a)所示的时间t3进行反向计算，并将时间t3代入表达式(1)，从而得到电线温度。

图21(a)是示出了在电线温度因第一电流(例如，30[A])升高，然后在温度达到根据第一电流的饱和温度T30max之前电流改变为大于第一电流的第二电流(例如，40[A])，并且温度达到根据第二电流的饱和温度T40max的情况下，电线温度的变化的特性图。图21(b)是示出了状态变化的说明图。当在初始温度是T0的周围温度的状态下(状态P31)，30[A]的电流流入电线的时候，电线温度Tx从温度T0逐渐升高(状态P32)。然后，当在电线温度达到Tx的时间点tx时，电流改变为40[A]的时候，在假设40[A]的电流从开始就流动并且电线温度达到Tx(状态P33)的情况下，关于经过时间t3进行反向计算。然后，将40[A]代入表达式(1)右侧的电流I1，并将时间t3代入时间t，从而得到时间点t2时的推算温度T2(再次，状态P32)。然后，当时间达到时间点t2时，电线温度达到40[A]的T40max(状态P34)。

换句话说，在30[A]的电流流动并且电线温度达到了在达到30[A]的饱和温度T30max之前的温度Tx之后，电流改变为40[A]的情况下，在假设40[A]的电流从开始就流动的情况下，关于经过时间，即，图21(a)所示的时间t3进行运算，并将时间t3代入表达式(1)，从而得到电线温度。

[模式5]

图22(a)是示出了在电线温度达到因第一电流(例如，40[A])的第一电流饱和温度T40max，并且进一步电线温度根据小于第一电流的第二电流(例如，30[A])减小至饱和温度T30max的情况下，电线温度的变化的特性图.图22(b)是示出了状态变化的说明图。当在初始温度是T0的周围温度的状态下(状态P41)，40[A]的电流流入电线的时候，电线温度Tx从温度T0逐渐升高(状态P42)，而后，温度在时间点t1时达到饱和温度T40max(状态P43)。

当在该状态下电流改变为30[A]时，得到40[A]的饱和温度T40max与30[A]的饱和温度T30max之间的差Δt(Δt＝T40max-T30max)，从而算出在该温度Δt时饱和的电流I2(状态P44)。结果，例如，如果I2＝7.5[A]，则将7.5[A]代入表达式(2)右侧的I2中，从而得到因放热的电线的推算温度T2(状态P45)。而后，当经过了时间t2时，电线温度达到在30[A]的电流流动的情况下的饱和温度T30max(状态P46)。

换句话说，在40[A]的电流流动接着电线温度达到40[A]的饱和温度T40max之后，电流改变为30[A]的情况下，得到各饱和温度之间的差Δt，然后计算出在该温度差Δt时饱和的电流I2，并将电流I2代入表达式(2)，从而得到电线温度。

图23(a)是示出了在当电线温度根据第一电流(例如，40[A])上升并在温度达到了在达到第一电流的饱和温度T40max之前的Tx时，第一电流改变为比该第一电流小的第二电流(例如，30[A])，然后电线温度减小并达到第二电流的饱和温度T30max的情况下，电线温度的变化的特性图。图23(b)是示出了状态变化的说明图。当在初始温度是T0的周围温度的状态下(状态P51)，40[A]的电流流入电线的时候，电线温度Tx从温度T0逐渐升高(状态P52)。然后，当电流在电线温度达到Tx的时间点tx时改变为30[A]时，得到温度Tx与30[A]的电流流动时的饱和温度T30max之间的差Δt(Tx-T30max)，从而算出在该温度Δt时饱和的电流I2(状态P53)。结果，例如，如果I2＝5[A]，则将5[A]代入表达式(2)右侧的I2中，从而得到因放热的电线推算温度T2(状态P54)。而后，当经过了时间t2时，电线温度达到在30[A]的电流流动的情况下的饱和温度T30max(状态P55)。

换句话说，在40[A]的电流流动，然后电线温度达到了在达到40[A]的饱和温度T40max之前的温度Tx的时间点时，电流改变为30[A]的情况下，计算出在30[A]的电流流动时的饱和温度T30max与温度Tx之间的差Δt。然后计算出在该温度差Δt时饱和的电流I2，并将电流I2代入表达式(2)，从而得到电线温度。

[第一实施例的操作的说明]

接下来，将参考图17所示的流程图对根据第一实施例的用于负载电路的保护装置的处理操作进行说明。图17所示的一系列处理以预定的采样周期重复执行。

首先，图2所示的开关电路16的控制电路161判断电流计163是否检测到电流(步骤S11)。当没有检测到电流时(步骤S11中的“否”)，处理进行到步骤S13。在步骤S13中，进行根据表达式(2a)的发热处理。

当检测到电流时(步骤S11中的“是”)，控制电路161基于上述模式1至6，根据表达式(1a)进行发热处理，或根据表达式(2a)进行放热处理(步骤S12，S13)。

在步骤S14中，控制电流161基于在步骤S12或S13中得到的发热温度或放热温度，推算当前的电线温度，并且将该推算温度存储在存储器(未示出)等中。

在步骤S15中，控制电路161判断步骤S14的处理中所得到的推算温度是否小于等于容许温度。容许温度是电线和电路构成元件所能耐受的上限温度，因而，例如将容许温度设定为电线的发烟温度(例如是150℃)或者小于等于发烟温度的温度。

当控制电路161判断电流推算温度小于等于容许温度时(步骤S15中的“是”)，处理返回到步骤S11。另一方面，当判断电流推算温度超过容许温度时(步骤S15中的“否”)，电子开关S1(见图2)被强制断开(步骤S16)。在该状态下，即使操作电子开关S1的驱动开关(未示出)，电子开关S1也不会接通。

在步骤S17中，控制电路161基于上述表达式(2a)进行向周围温度的放热处理。即，由于电流因电子开关S1的断开而没有流入电线，所以像步骤S14的处理那样，向周围温度进行放热处理。

在步骤S18中，控制电路161判断推算温度是否达到了周围温度。当推算温度还没有达到周围温度时(步骤S18中的“否”)时，处理返回到步骤S17。另一方面，当推算温度达到周围温度时(步骤S18中的“是”)，解除电子开关S1的强制断开状态(步骤S19)。

即，当推算温度达到周围温度时，由于即使电流再次流入负载也不会有问题，所以解除了电子开关S1的强制断开状态。从而，当通过接通电子开关S1使可以向负载11进行供电进而使半导体开关Tr1接通时，电流能够流入负载电路。而后，处理返回到步骤S11。以这种方式，进行电线温度的推算处理。

如上所述，在根据第一实施例的用于负载电路的保护装置中，在表达式(1)所示的根据发热的温度计算表达式中以及在表达式(2)所示的根据放热的温度计算表达式中使用的导体电阻r和热电阻R分别被改变为伪导体电阻r^*和伪热电阻R^*。即，设定大于实际导体电阻r的伪导体电阻r^*和小于实际热电阻R的伪热电阻R^*，从而基于这样设定的这些电阻而得到上述的表达式(1a)和(2a)。

利用这些表达式(1a)和(2a)推算电线W1的温度。然后，当推算温度达到电线的容许温度(例如，150℃)时，电子开关S1断开，从而保护负载电路。从而，当电线W1的实际温度在过电流流入负载11之后达到容许温度(例如，150℃)之前的时间点时，能够确定地断开电路，从而保护电线W1以及设置在其下游侧上的负载11。因此，不需要使用现有技术的熔丝。

此外，不像现有技术那样，由于不存在由于冲击电流和负载的重复开关操作而引起熔丝劣化的担心，所以不需要考虑关于容许温度的余量，能够使电线的直径小。从而，由于能够使电线小型化和轻量化，所以能够改善燃料成本。

此外，在现有技术的熔丝中设定例如5[A]、7.5[A]、10[A]、15[A]、20[A]的预定电流值。然而，在根据该实施例的用于负载电路的保护装置中，能够通过适当地设定伪导体电阻r^*和伪热电阻R^*来设定任意的电流值(例如，6[A]、12.5[A]等)，这有助于电线的直径减小。

此外，由于采用温度推算法，所以本实施例不仅能够应用于构造成一个负载具有一个熔丝的负载电路，而且能够应用于连接了在下游侧上分支的多个负载的系统以及应用于在任意时刻使负载接通/断开的负载电路。

[第二实施例的说明]

接下来，将针对第二实施例进行说明。上述第一实施例是对于将表达式(1)和表达式(2)所示的导体电阻r和热电阻R分别改变为伪导体电阻r^*和伪热电阻R^*的实例进行说明。在第二实施例中，将表达式(1)和(2)中所示的热电阻R改变为伪热电阻R^*，并将电线的容许温度设定为低于实际容许温度的伪容许温度，从而得到模拟熔丝的温度特性。以下，将说明在第二实施例中使用的温度计算方法。

[利用伪导体电阻的温度计算]

在上述表达式(1)和(2)中，当电线的容许温度改变为低于实际值(例如，150℃)的值时，推算温度T2达到饱和温度所需的时间变短。将进行详细说明。

图7是示出了在使用具有150℃的容许温度的电线(以下称为样本电线)并且20[A]的电流(小过电流)连续流入该样本电线中的情况下，电线的温度变化的特性图，其中(b)是(a)中所示的部分“C”的放大图。此外，图7所示的曲线s29是示出了电线温度相对于经过时间的变化的特性图。曲线s30是示出了26℃的电线温度的线，而曲线s31是示出了150℃的电线温度的线。

如图7(b)所示，在25℃的周围温度的环境下，当20[A]的电流连续流入电线时，电线温度随着0.33[秒]的经过时间达到26℃。即，曲线s29与曲线s30交叉。此外，如图7(a)所示，在25℃的周围温度的环境下，当20[A]的电流连续流入电线时，电线温度随着68[秒]的经过时间达到150℃。即，曲线s29与曲线s31交叉。从而，通过将电线的容许温度改变为低的值，能够使电线的推算温度T2达到容许温度所需的时间缩短。

图8是示出了在50[A]的电流(大的过电流)连续流入样本电线的情况下，电线的温度变化的特性图，其中(b)是(a)中所示的部分“D”的放大图，而(c)是(a)中所示的部分“E”的放大图。此外，图8所示的曲线s32是示出了电线温度相对于经过时间的变化的特性图。曲线s33是示出了26℃的电线温度的线，而曲线s34是示出了150℃的电线温度的线。

如图8(c)所示，在25℃的周围温度的环境下，当50[A]的电流连续流入电线时，电线温度随着0.028[秒]的经过时间达到26℃。即，曲线s32与曲线s33交叉。此外，如图8(b)所示，在25℃的周围温度的环境下，当50[A]的电流连续流入电线时，电线温度随着5.5[秒]的经过时间达到150℃。即，曲线s32与曲线s34交叉。从而，像上述20[A]的情况那样，通过将电线的容许温度改变为低的值，能够使电线的推算温度T2达到容许温度所需的时间缩短。

[利用伪热电阻R^*的温度计算]

此外，如上面参考图5和6所说明的，在使20[A]、50[A]的电流连续流入样本电线的情况下，通过利用伪热电阻R^*能够减小饱和温度。

综上所述，通过将电线的容许温度改变成被设为低于实际容许温度(例如，150℃)的伪容许温度(例如，26℃)，能够使电线的推算温度T2达到容许温度所需的时间缩短。此外，通过将上述表达式(1)和(2)中使用的热电阻R改变为伪热电阻R^*，能够减小电线的饱和温度。

在该实施例中，将电线的容许温度设定为低于实际容许温度的伪容许温度，并设定下面的表达式(1b)和(2b)，其中将表达式(1)和(2)中使用的热电阻R改变为伪热电阻R^*。

T2＝T1+I1²·r·(R^*)·{1-exp(-t/C·R)}----------(1b)

T2＝T1+I2²·r·(R^*)·{exp(-t/C·R)}----------(2b)

(电线的容许温度＝26℃，R^*＝0.3[℃/W])

当利用表达式(1b)和(2b)所得到电线的推算温度达到伪容许温度时，电子开关S1断开，从而保护电路。

以下，将针对设定表达式(1b)和(2b)的步骤进行说明。

图14中所示的曲线s1是示出了在将容许温度设定为150℃时的电流·断开时间特性的特性图。即，曲线s1表示当使表达式(1)的左侧的T2固定于150℃时，该表达式(1)右侧的电流I1与经过时间t[秒]之间的关系。

此外，曲线s11是示出了在将容许温度设定为伪容许温度(50℃)时的电流·断开时间特性的特性图，而曲线s11’是示出了在将容许温度设定为伪容许温度(500℃)时的电流·断开时间特性的特性图。从各个曲线s1、s11和s11’可知，当将伪容许温度改变为低于实际容许温度的值时，各条曲线向左下侧偏移，同时，当伪容许温度改变为高于实际容许温度的值时，各条曲线向右上侧偏移。

当相对于图9所示的曲线s1(容许温度：150℃)将伪容许温度设定为26℃时，得到图15所示的曲线s12。

如图15所示，在电流超过10[A]的区域中，曲线s12具有存在于曲线s2与曲线s3之间的特性。然而，在电流小于等于10[A]的区域中，该曲线相比于曲线s3大大地向左侧偏移，并且进一步地相比于负载特性曲线s4向左侧偏移。这意味着当正常电流流入负载时，负载电路被切断。

此外，如图12所示，当使用小于实际热电阻R的伪热电阻R^*时，电流·断开时间特性曲线左端的值向图12的右侧偏移，同时，当使用大于实际热电阻R的伪热电阻R^*时，电流·断开时间特性曲线左端的值向图12的左侧偏移。

从而，当将伪容许温度设定为26℃并将为热电阻R^*设定为0.3[℃/W](即，R^*＜R＝7.53[℃/W])时，能够得到如图16的特性曲线s13所示的特性曲线，其中特性曲线s12的最小电流向右侧偏移。由于特性曲线s13具有特性曲线s2与特性曲线s3之间的特性，所以该特性曲线具有模拟熔丝的电流·断开时间特性。

针对上述情况，将电线的容许温度从150℃的实际容许温度改变为26℃的伪容许温度，以将表达式(1)和(2)中使用的热电阻R改变为伪热电阻R^*(例如，R^*＝0.3[℃/W])的方式来设定表达式(1b)和(2b)，并利用这些表达式(1b)和(2b)来推算电线的温度。然后，如果在电线的推算温度达到伪容许温度(26℃)时断开电子开关S1(见图2)，则能够得到与现有技术的熔丝特性几乎相同的特性。当然，在这种情况下的推算温度不是电线的实际温度，而是由上述温度计算方法所确定的伪温度。

[第二实施例的操作说明]

仅除了图17所示的流程图中所描述的表达式(1a)和(2a)被分别改变为表达式(1b)和(2b)之外，根据第二实施例的温度推算处理的步骤与图17中所示的步骤相同，因而将省略其说明。

以这种方式，在根据第二实施例的用于负载电路的保护装置中，将电线的容许温度改变为26℃，并将表达式(1)所示的根据发热的温度计算表达式以及表达式(2)所示的根据放热的温度计算表达式的每个表达式中所使用的热电阻R改变为伪热电阻R^*，从而得到表达式(1b)和(2b)。

然后，通过利用这些表达式(1b)和(2b)来推算电线W1的温度。当推算温度达到伪容许温度(例如，26℃)时，断开电子开关S 1，从而保护负载电路。从而，在过电流流经负载11之后，电线W1的温度达到实际容许温度(例如，150℃)之前的时间点时，能够确定地断开电路，从而保护电线W1以及设置在电线下游侧上的负载11。从而，不需要使用现有技术的熔丝。

此外，不像现有技术那样，由于不存在由于冲击电流和负载的重复开关操作而引起熔丝劣化的担心，所以不需要考虑关于容许温度的余量，能够使电线的直径小。从而，由于能够使电线小型化和轻量化，所以能够改善燃料成本。

此外，在现有技术的熔丝中设定例如5[A]、7.5[A]、10[A]、15[A]、20[A]的预定电流值。然而，在根据该实施例的用于负载电路的保护装置中，能够通过适当地设定伪导体电阻r^*和伪热电阻R^*来设定任意的电流值(例如，6[A]、12.5[A]等)，这有助于电线的直径减小。

此外，由于采用了温度推算法，所以本实施例不仅能够应用于构造成一个负载具有一个熔丝的负载电路，而且能够应用于连接了在下游侧上分支的多个负载的系统以及应用于在任意时刻使负载接通/断开的负载电路。

如上所述，尽管基于附图中所示的实施例说明了根据本发明的用于负载电路的保护装置，但是本发明不限于此，并且其各个组成部件的每一个都能够用具有同样功能任意组成部件来替代。例如，尽管对于将负载安装在车辆上的情况作为实例说明了这些实施例，但是本发明不限于此，并且本发明能够应用于其他负载电路。

尽管已经参考特定的实施例详细说明了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离该发明的精神和范围的情况下，能够进行各种改变和修改。

本申请基于2009年6月4日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2009-134793)，其内容通过引用结合于此。

工业实用性

针对在不使用熔丝的情况下保护负载电路中所使用的电线和半导体开关的观点，本发明是十分有用的。

Claims (10)

1.一种用于负载电路的保护装置，其中，在经由电线而连接了电源、半导体开关和负载的负载电路中，检测流入电线的电流，从而基于检测出的电流来断开半导体开关，该用于负载电路的保护装置包括：

开关单元，该开关单元设置在所述电源与所述负载之间；

电流检测单元，该电流检测单元检测流入所述电线的电流；

温度计算单元，该温度计算单元具有伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式，其中，将用于计算电线的发热量和放热量的计算表达式中所使用的导体电阻(r)改变为伪导体电阻(r^*)，该伪导体电阻(r^*)被设定为模拟能够用于保护负载电路中所使用的电线的熔丝的电流·断开时间特性的值，并且其中，将计算表达式中所使用的热电阻(R)改变为伪热电阻(R^*)，该伪热电阻(R^*)被设定为模拟所述熔丝的电流·断开时间特性的值；所述温度计算单元通过利用所述伪发热温度计算表达式、伪放热温度计算表达式以及由所述电流检测单元检测出的电流来推算电线温度；

过电流判定单元，当由所述温度计算单元算出的推算温度达到容许温度时，该过电流判定单元判定是过电流；以及

断开控制单元，当所述过电流判定单元判定是过电流时，该断开控制单元断开所述开关单元。

2.根据权利要求1所述的用于负载电路的保护装置，其中，当在断开所述开关单元之后，由所述温度计算单元推算的电线温度减小至周围温度时，所述断开控制单元将所述开关单元置于可连接的状态。

3.根据权利要求1或2所述的用于负载电路的保护装置，其中，设定所述伪导体电阻(r^*)和所述伪热电阻(R^*)，使得基于所述伪发热温度计算表达式和所述伪放热温度计算表达式的电流·断开时间特性存在于熔丝的最低的电流·断开时间特性与熔丝的最高的电流·断开时间特性之间。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的用于负载电路的保护装置，其中，用于计算电线的发热量的计算表达式由如下的表达式(1)表示，并且用于计算电线的放热量的计算表达式由如下的表达式(2)表示，其中

T2＝T1+I1²rR{1-exp(-t/C·R)}----------(1)

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/C·R)}----------(2)，

并且其中，T 1表示周围温度[℃]，T2表示电线的推算温度[℃]，I1和I2分别表示导电电流[A]，r表示电线的导体电阻[Ω]，R表示热电阻[℃/W]，C表示热容[J/℃]，并且t表示时间[秒]。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的用于负载电路的保护装置，其中，所述伪导体电阻(r^*)大于所述电线的导体电阻(r)，并且所述伪热电阻(R^*)小于所述电线的热电阻(R)。

6.一种用于负载电路的保护装置，其中，在经由电线而连接了电源、半导体开关和负载的负载电路中，检测流入电线的电流，从而基于检测出的电流来断开半导体开关，该用于负载电路的保护装置包括：

开关单元，该开关单元设置在所述电源与所述负载之间；

电流检测单元，该电流检测单元检测流入所述电线的电流；

温度计算单元，该温度计算单元具有伪发热温度计算表达式和伪放热温度计算表达式，其中，将电线的容许温度设定为低于实际容许温度的伪容许温度，并且其中，将用于计算电线的发热量和放热量的计算表达式中所使用的热电阻(R)改变为伪导体电阻(R^*)，该伪热电阻(R^*)被设定为模拟能够用于保护负载电路中所使用的电线的熔丝的电流·断开时间特性的值；所述温度计算单元通过利用所述伪发热温度计算表达式、伪放热温度计算表达式以及由所述电流检测单元检测出的电流来推算电线温度；

过电流判定单元，当由所述温度计算单元算出的推算温度达到伪容许温度时，该过电流判定单元判定是过电流；以及

断开控制单元，当所述过电流判定单元判定是过电流时，该断开控制单元断开所述开关单元。

7.根据权利要求6所述的用于负载电路的保护装置，其中，当在断开所述开关单元之后，由所述温度计算单元推算的电线温度减小至周围温度时，所述断开控制单元将所述开关单元置于可连接的状态。

8.根据权利要求6或7所述的用于负载电路的保护装置，其中，设定所述伪容许温度和所述伪热电阻(R^*)，使得基于所述伪发热温度计算表达式和所述伪放热温度计算表达式的电流·断开时间特性存在于熔丝的最低的电流·断开时间特性与熔丝的最高的电流·断开时间特性之间。

9.根据权利要求6至8的任意一项所述的用于负载电路的保护装置，其中，用于计算电线的发热量的计算表达式由如下的表达式(1)表示，并且用于计算电线的放热量的计算表达式由如下的表达式(2)表示，其中

T2＝T1+I1²rR{1-exp(-t/C·R)}----------(1)

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/C·R)}----------(2)，

并且其中，T 1表示周围温度[℃]，T2表示电线的推算温度[℃]，I1和I2分别表示导电电流[A]，r表示电线的导体电阻[Ω]，R表示热电阻[℃/W]，C表示热容[J/℃]，并且t表示时间[秒]。

10.根据权利要求6至9的任意一项所述的用于负载电路的保护装置，其中，所述伪热电阻(R^*)小于所述电线的热电阻(R)。

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