CN103633614A

CN103633614A - 电子保护装置、用于驱动电子保护装置的方法及其应用

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Publication number: CN103633614A
Application number: CN201310365299.6A
Authority: CN
Inventors: P·格鲁伯
Original assignee: Dspace Digital Signal Processing and Control Engineering GmbH
Current assignee: Desbeth Co ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: US9077170B2; CN103633614B; US20140055899A1; DE102012107779A1

Abstract

本发明涉及电子保护装置、用于驱动电子保护装置的方法及其应用。电子保护装置用于保护至少一个电负载（LS），电负载能连接到保护装置上，该电子保护装置具有输入端子（IN）和输出端子，该保护装置具有热自恢复的保险丝元件，该保险丝元件设计和构建为，根据保险丝元件温度（T_PF）传导或限制第一电流（I₁），为了限制第一电流，设置限制装置（T1、WA），该限制装置包括：与保险丝元件串联的第一晶体管（T1），和影响第一晶体管的监控电路（WA），其设计和构建为，a）在第一电流（I₁）达到或超过预定义的最大电流值（I_wh）时使第一晶体管截止，以及b）在第一电流达到或低于预定义的接通电流值（I_wh）时接通第一晶体管。

Description

电子保护装置、用于驱动电子保护装置的方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于保护至少一个可连接到保护装置上的电器件的电子保护装置。本发明还涉及一种根据权利要求15的用于驱动电子保护装置的方法以及根据权利要求14的电子保护装置的应用。

背景技术

由现有技术已知了一系列保护装置，其任务在于保护电压源和/或连接到电压源上的负载，尤其是以防过高的电流。

在工业应用电能之初就已经开发并且使用这种保护装置、例如T.A.Edison的US专利第438,305号示出一种“保险丝盒”，该专利可追溯于1885年的一个专利申请。这种保险丝盒和当今所用的多数熔断保险丝一样具有这样的缺点：在故障情况后、即在所谓的熔断丝熔断后，必须用新的熔断保险丝来替换现有的熔断保险丝。

为了避免在故障情况后必须替换断开的保险丝，在过去例如曾开发“自恢复保险丝元件”，其又称为“热自恢复保险丝”。常见自恢复保险丝元件的多种实施方式。技术人员大多根据制造自恢复保险丝元件所用的材料来区分它们。特别普遍的自恢复保险丝是所谓的“PTC保险丝”、尤其是基于聚合物的PTC保险丝，其中后者通常被称为“PPTC保险丝（英文：polymeric positive temperature coefficient fuse（聚合物正温度系数保险丝））。热自恢复保险丝元件的例子在2008年的简易格式目录“

自恢复保险丝－聚合物PTC&陶瓷PTC”中予以说明。

在说明书的另一段中将再次参考该简易格式目录（在下文被称为文献“PD1”）。

在下文中，概念“热自恢复保险丝元件”简称为“保险丝元件”。

所述类型的保险丝元件的缺点在于，在其使用时虽然能够在可估算的持续时间内防止可能的电路过载，但当保险丝元件比较频繁或持续运行在“跳闸状态”中、即基本截止电流的状态中时，由于保险丝元件“持续承受负载”而会在保险丝元件中发生不可逆的构件变化，所述变化显著缩短保险丝元件的寿命。换言之，保险丝元件的所述持续承受负载例如导致其提前老化，这会根据其它边缘条件的表现而导致保险丝元件的损毁、例如在不利的边缘条件下在几天之后就会导致保险丝元件的损毁。

通常，保险丝元件经受上述持续承受负载（在时间方面）越长并且保险丝元件在持续承受负载期间的温度越高，保险丝元件的寿命就越短。

例如在较长时长内、例如数日、数周或数月的时间间隔内未能发现接线错误的情况下，例如当连接到保险丝元件上的器件与电压源或参考电势连接以致保险丝元件在上述时间间隔内（数日、数周或数月）基本上无中断地保持在“跳闸”、即截止状态中时，会导致严重后果。保险丝元件在这样的持续承受负载之后可能出现的损毁随后会引起通过保险丝元件的电流显著升高，这会导致所连接的原本受保险丝元件保护的电器件或其它器件损毁。不再能满足规定功能的被损毁的保险丝元件甚至会在特定的边缘条件下引起其他后果，即保险丝元件烧毁，这最终会导致电子技术装置的整个组件和其它在空间上在燃烧的保险丝元件附近的物体损毁。

仅利用一个保险丝元件来防止过电流的保护装置的缺点还在于常常不够大或不够小的惯性。虽然仅具有一个保险丝元件的保护装置的使用者或开发者能够通过在考虑电路惯性的情况下选择所用的保险丝元件来有限地影响保护装置的惯性，但最终还是在很大程度上依赖于保险丝元件制造商的设计规范。保护装置根据保险丝元件制造过程而存在的参数由这些设计规范决定。换言之，使用者或开发者缺少一种简单的可实践应用的方法来有针对性地并且可预见地改变时间开关特性。因此当保护装置仅由保险丝元件构成时，则开发者或使用者在保护装置的惯性方面受到保险丝元件的制造商的相应参数约束。

根据现有技术的例如仅由一个保险丝元件构成的保护装置的另一缺点在于保护装置的环境温度对于保险丝元件的参数和因此故障电流响应特性（例如英文称为“PTC response characteristic”）的相对强的影响性。

已知保护装置的另一例子为电子保险丝。为此应提到国际专利申请WO86/06223A1的公开文本。根据该公开文本可通过电脉冲控制一个开关。一旦电流超过预定值，则该电子保险丝借助该开关介入电流流动。如流经负载的电流增加，则借助脉冲闭合开关的持续时间减少。当超过特定的最大允许电流值时开关会完全断开。

发明内容

在此背景下，本发明的任务在于提供一种装置，该装置改进现有技术。另外，本发明的任务在于提出该装置的一种应用和一种用于驱动电子保护装置的方法，它们为现有技术的改进方案。

所述任务通过具有权利要求1的特征的电子保护装置得以解决。该电子保护装置的应用或方法方面的任务通过根据权利要求14或根据权利要求15的方案来解决。

本发明的有利方案为从属权利要求的主题。

根据本发明的主题构造用于保护至少一个可连接到保护装置上的电器件的电子保护装置，其中该电子保护装置具有输入端子和输出端子，该保护装置具有热自恢复的保险丝元件，并且该保险丝元件设计和构建为根据保险丝元件温度传导或限制第一电流，其特征在于，为了限制第一电流，设置限制装置，该限制装置具有：

-与保险丝元件串联的第一晶体管，和

-影响第一晶体管的监控电路，其中监控电路设计和构建为，

a）在第一电流达到或超过预定义的最大电流值时使第一晶体管截止，并且

b）在第一电流达到或低于预定义的复位电流值时，接通第一晶体管。

本发明的第一优点在于，与仅具有一个保险丝元件的保护装置相比，根据本发明的电子保护装置（在使用保护功能的情况下）具有更长的寿命或延迟的老化。尤其是当上述两种进行比较的保护装置在数天、数周或数月的时长中借助相应所属的保护方法防止第一电流过高时，越频繁地触发保护方法，即越频繁地通过保护装置中断过电流，根据本发明的保护装置的寿命相对于“纯”保险丝元件解决方案就明显越长。

所述第一优点带来本发明的其它优点、尤其是保护装置更高的可靠性和/或更好地防止保护装置过载的间接损伤、如更好地防止火灾危险，其可因磨损或有缺陷的保护装置而产生。

与早已熟知的保护装置相比，根据本发明的保护装置提高的可靠性的优点尤其是体现在，当在保护装置的输出端上错误地连接另一外部电压源（在附图中未示出）时，该电压源会导致电流经保险丝元件和第一晶体管的体二极管“反馈”以及限制装置的失效。但尽管如此这种根据经验较少预期会有的输出端错误连接方式因本发明导致保险丝元件的截止。简言之，本发明在根据经验频繁出现的应用情况下借助限制装置和保险丝元件的共同作用并且在根据经验较少出现的应用情况下借助保险丝元件的运行方式而没有限制装置共同作用的情况下提高了包含本发明的电路的可靠性。

下面借助附图说明根据本发明的保护装置的优选实施形式。应指出，附图和与附图有关的说明书部分作为特殊情况表示进一步表述的有创造性的发明。

下文中所用的附图标记的列表在说明书最后几页。

首先应定义本发明的几个概念：

在此所用概念电流源CS并非指根据电子技术的电路理论的“理想”电流源，而是具有有限内阻（附图未示出）和可由电源构成的有限电压范围的电流源。

所用概念电压源VS并非指理想电压源，而是指具有内阻（附图未示出）的电压源，该内阻具有大于0欧姆的内阻。

负载LS为优选连接在根据本发明的电子保护装置输出端上的电路或电器件，当电子保护装置在其输入端子IN上与电压源VS连接时，负载电流I₃流经该电路或电器件。负载LS例如可由唯一的欧姆电阻构成或在示例性的错误情况下由到参考电势的短路线构成或包括例如具有欧姆电阻、电容性电阻和电感性电阻的复杂电路装置或包括一个原则上任意复杂构造的电能消耗器、尤其是数字电路装置。根据图2和图3的实施形式示出由唯一的欧姆电阻表示的负载LS，该电阻一方面在其第一端子上与输出端子OUT连接并且另一方面在其第二端子上与参考电势GND连接。

当在本发明的范畴中对电流进行定量说明、例如在比较大小时，该定量说明通常指电流值。换言之，在本文中只要没有明确说明则不考虑电流方向。只要参考根据图1至图3的本发明的方案，则应注意，仅在下述情况下规定限制装置与保险丝元件PF一起作用的协同作用（Synergy-Effekt），即，流经保险丝元件PF的第一电流I₁根据技术电流方向流向电子保护装置ES的输出端OUT。换言之，在考虑电势符号的情况下当电子保护装置ES的输出端OUT具有比电子保护装置ES的输入端IN更小的电势时，在根据图1至图3的方案中才出现上述协同作用。

只要没有明确以其它方式说明，对电压的定量说明、例如在大小比较时，在下文中相对于参考电势GND来读取。特别优选，参考电势的电压为零伏特。但原则上也可设计，例如电压源VS的参考电势接点和/或负载LS的参考电势接点和/或电流源CS的参考电势接点上的参考电势彼此不同。

只要第一电流达到或超过预定义的最大允许值（在下面以附图标记I_wh表示），在本发明的范畴中称之为关于第一电流的“过电流”。如上述定义的过电流根据时间过程和过电流的值以及根据电子保护装置的电路细节设计、即尤其是根据保护装置ES的各个电子器件的选择导致可由电子保护装置触发的两种不同的作用顺序，但这两个作用链产生相同的最终结果、即中断过电流。对此在本说明书的下述段落之一中将结合图2进行详细说明。

在本发明的范畴中，概念“过载”表示与电子保护装置的输出端连接的并且触发根据本发明方法的负载LS。换言之，过载导致过电流，该过电流在经过延迟时间后被电子保护装置中断。过载例如可设计为（引导从输出端向参考电势的第三电流的）欧姆电阻或短路。

作为根据本发明的电子保护装置ES的“跳闸状态”可理解为保护装置ES的下述状态，即，通过第一晶体管T1基本上中断第二电流I₂。在本发明中可忽略并且在下文中不考虑本身在截止的第一晶体管T1中在多数实际情况下无法避免的漏电流。

“复位电流值”Imin是指第一电流I₁的这样的值，在该值情况下电子保护装置从“跳闸状态”切换到非跳闸状态。换言之，在出现过载并且随后第一晶体管T1截止后，当第一电流I₁=Imin或I₁<Imin时，第一晶体管T1借助监控电路WA又置于导通状态中。

根据本发明的电子保护装置的示例性的扩展方案在下文中借助图1至图3被详细说明。另外，在下面参考附图详细示出本发明的其它优点或本发明方案的优点。在此相同部件设有相同的附图标记。图4、图5和图6的特性曲线是高度示意的，也就是说，图4；图5和图6并非为测得的特性曲线，而是简化的特性曲线，其表明本发明或本发明方案的作用方式和一些优点。

附图说明

附图如下：

图1为根据本发明的电子保护装置ES的一种实施形式的电路图；

图2为包括图1的电路图的电路图，其中除了图1的内容外一方面示出输入端子IN与电压源VS的连接并且另一方面示出输出端子OUT与电负载LS的连接；

图3为电路图，其中与图1和图2相比示出电子保护装置ES的一种修改过的实施形式；

图4为保险丝元件PF的示例性的温度电阻特性曲线示意图，在坐标系中示出，其中横坐标轴表示向右升高的温度并且纵坐标轴表示向上升高的电阻；

图5为现有技术中的保护电路的示例性的电流时间曲线的示意图，其中仅通过一个保险丝元件PF来防止连接的电能源的过载。这种早已熟知的电路例如在开头提到的文献PD1中第3页右列的附图中示出。图5的电流时间曲线虽然是示意性且简化的，但现有技术中已知的保护电路（具有热自恢复的保险丝元件作为用于防止相关电路过载和短路的唯一措施）的一些缺点却在图5中一目了然。尤其是图5与后续的图6的比较特别清楚地示出本发明及其实施形式的优点，图6在此涉及本发明的一种实施例；

图6为根据本发明的保护电路的示例性的电流时间曲线的示意图。为了更好地理解本发明的优点，在横坐标轴和纵坐标轴上标记出图6的电流时间曲线与图5的电流时间曲线之间的几个定性和/或定量的区别。

具体实施方式

在下文中为热自恢复的保险丝元件使用附图标记“PF”。

借助下面的例子和图2、图3及图4详细说明两个开头提到的作用顺序，其在本说明书中已经在定义概念“过电流”时被提到。

第一种作用顺序的特征在于：首先保险丝元件PF通过因过载引起的过电流发热并且在发热后置于截止状态中（参见图4中P2与P4之间的有关的特性曲线范围），在接下来的步骤中最终借助监控电路WA使第一晶体管T1截止，并且之后进一步降低保险丝元件PF的温度。通过借助受监控电路WA影响的第一晶体管T1中断第二电流I₂和与此有关的第一电流I₁的显著减小来降低保险丝元件PF的温度TPF，尽管这在延迟时间之后导致保险丝元件PF恢复到导通状态中（参见图4中P1与P2之间的有关的特性曲线范围），但在根据图1、图2和图3的实施形式中未设计，当连接在输出端OUT上的过载未改变时，第一电流I₁在输出端OUT上再次上升，以致保险丝元件PF重新转移到截止状态中，这在此情况下完全是不必要的，因为只要未消除输出端OUT上的过载，截止的第一晶体管T1就保持保护功能。因此基于连接的过载不产生保险丝元件PF的持续承受热负载。换言之，借助监控装置WA和在过载时中断第二电流I₂的晶体管T1使保险丝元件PF重新返回到低阻的特性曲线范围中，该特性曲线范围在图4中在特性曲线点P1与P2之间被示出。当晶体管T1因过载而被置于截止状态中后，第一晶体管T1保持截止状态直至过载从输出端OUT被分开或例如因负载LS内的电阻变化引起的过载以其它方式失去其作为过载的作用。过载的消失或者第一电流I₁下降到复位电流值Imin或以下时，电子保护电路可又转移到其初始状态，在初始状态中不仅第一晶体管T1而且保险丝元件PF都是“低阻”的。

第二作用顺序的特征在于，首先保险丝元件PF通过因过载引起的过电流仅相对短时地发热并且在此不置于截止状态，这对应于图4中特性曲线点P1与P2之间的特性曲线范围，在接下来的步骤中借助监控电路WA使第一晶体管T1截止，并且之后进一步降低保险丝元件PF的温度。通过借助受监控电路WA影响的第一晶体管T1中断第二电流I₂和与此有关的第一电流I₁的显著减小来降低保险丝元件PF的温度TPF，这虽然在延迟时间之后导致保险丝元件PF恢复到低阻状态中，这在图4中在P1与P2之间的有关特性曲线范围中被示出。当然，保险丝元件PF的低阻状态也可在消除过载后出现。但在根据图1、图2和图3的实施方式中未设计，当连接在输出端OUT上的过载未改变时，第一电流I₁又上升，以致保险丝元件PF转移到截止状态（即高阻状态）中，这在此情况下完全是不必要的，因为只要未消除输出端OUT上的过载，截止的第一晶体管T1就保持保护功能。因此由于连接的过载不产生保险丝元件PF的持续承受热负载。换言之，借助监控装置WA和在过载时中断第二电流I₂的晶体管T1使保险丝元件PF保持在低阻的特性曲线范围中，该特性曲线范围在图4中在特性曲线点P1与P2之间被示出。当晶体管T1因过载而被置于截止状态中后，第一晶体管T1保持截止状态直至过载从输出端OUT被分开或例如因负载LS内的电阻变化引起的过载以其它方式失去其作为过载的作用。过载的消失或者第一电流I₁下降到复位电流值Imin或以下时，电子保护电路可又转移到其初始状态，在初始状态中不仅第一晶体管T1而且保险丝元件PF都是“低阻”的。

在根据本发明的保护装置的一种优选的实施形式中设计，在第一晶体管T1和保险丝元件PF的串联电路的第一端部上设置输入端子IN，其中该输入端子IN与电压源VS连接，并且在第一晶体管T1和保险丝元件PF的串联电路的第二端部上设置输出端子OUT，该输出端子OUT与负载LS连接，其中电子保护装置ES设计并且构建为，在超过流经负载LS的负载电流I₃的、预定义的最大允许值时借助影响第一晶体管T1的监控电路WA在借助延时装置C1、R2影响的时间间隔内使第一晶体管T1截止，以便降低负载电流I₃的值，使得负载电流I₃下降到预定义的最大允许值或以下。

本申请人的研究显示本发明的上述优选实施形式的优点如下：借助该实施形式可简单且低成本地提供一种保护装置，在出现过高的第一电流时易于根据电路开发者或使用者的愿望影响该保护装置的在开关特性方面的惯性。“过高的电流”在本发明的范围中是指电流的值超过预定义的最大允许值。在开关特性方面的惯性的上述可影响性尤其是借助延时装置的可能的改变来实现，所述延时装置特别优选包括第一电容器和第二电阻。在此根据希望的惯性例如可改变第二电阻或第一电容器或这两个器件。

在根据本发明的电子保护装置ES的另一种改进方案中设计，第一晶体管T1是具有源极端子、栅极端子和漏极端子的MOSFET，其中，栅极端子与电流源CS和监控电路WA连接，可借助监控电路WA影响MOSFET的栅源电压。在本发明的该改进方案中，电流源CS提供电流Ics、在下文中称为CS电流，该电流例如具有100μA的额定电流值。由于电流源CS既与第一晶体管T1的栅极端子又与监控电路WA连接，所以电流Ics分为两个子电流、既第四电流I₄和第八电流I₈。第四电流被馈入到监控电路WA中。第八电流I₈影响第一晶体管T1的栅源电压。例如当第四电流I₄因第一电流I₁的上升而跟随地上升时，在CS电流基本上恒定的情况下第八电流I₈因此下降，并且由此第一晶体管T1的栅极电压下降并且第二电流I₂受到第一晶体管T1影响。当第八电流I₈下降到预定义的值以下时，第一晶体管T1上的栅极电压下降到所谓的门限电压之下，由此第一晶体管T1转移到截止状态，其中截止状态是指在不考虑可忽略不计的小漏电流的情况下从第一晶体管T1的源极向漏极流动的第二电流I₂被中断。而当第八电流I₈超过预定义的值时，第一晶体管T1上的栅极电压超过门限电压，由此第一晶体管T1转移到导通状态，其中“晶体管T1的导通状态”在参考图1至图3时是指MOSFET的源极与漏极之间的导通状态。因此可确定通过根据等式Ics＝I₈＋I₄将电流源CS的CS电流一方面划分为第八电流I₈并且另一方面划分为第四电流I₄来影响第一晶体管T1的控制电压，其中该图1至图3的方案中该控制电压构造为MOSFET的栅源电压。包括监控电路和第一晶体管T1（其中监控电路和第一晶体管T1优选以上述方式与电流源CS连接）的限制装置（如上所述地）在输出端OUT上出现过载时限制流过保险丝元件PF的第一电流I₁。

为了更好地理解本发明，在本段中简要说明现有技术中已知的热自恢复保险丝元件PF。图4以示意图示出保险丝元件PF从导通状态到截止状态的转移，通过观察图4中的示例性的温度电阻特性曲线可清楚保险丝元件PF的作用原理。在横坐标轴上绘出保险丝元件PF的向右上升的温度TPF。在纵坐标轴上绘出保险丝元件PF的欧姆电阻RPF。在图4的以特性曲线起点P1开始并且在特性曲线点P2中结束的第一特性曲线范围中可看到电阻RPF随温度TPF的上升而相对少地上升。该第一特性曲线范围表征保险丝元件PF的导通状态。在图4的以第二特性曲线点P2开始并且沿上升的温度TPF方向在第三特性曲线点P3处结束的第二特性曲线范围中，在温度TPF相对小地上升时，电阻RPF骤然上升，因此该特性曲线范围表示保险丝元件PF从导通状态到截止状态中的转移。在图4的以第三特性曲线点P3开始并且从那里沿上升的温度TPF方向延续的第三特性曲线范围中，保险丝元件PF连续处于截止状态中直到特性曲线的右侧终点。在第三特性曲线范围中同时示出特性曲线随温度较少上升。相应的适用于保险丝元件PF的特定定量特征数据可由保险丝元件制造商的数据页获知。例如在开头所提的文献PD1中列出了不同保险丝元件的特征曲线数据的一些细节。

在电子保护装置ES的另一种扩展方案中，与第一晶体管T1的栅源结并联地设置用于保护第一晶体管T1的过压保护电路装置。

在电子保护装置ES的上述改进方案的一种优选的实施形式中，MOSFET的栅极端子和MOSFET的源极端子与由第五电阻R5和齐纳二极管D1构成的并联电路连接，其中，齐纳二极管D1的负极端子D1_K与MOSFET的栅极端子连接，并且齐纳二极管D1的正极端子D1_A与MOSFET晶体管的源极端子连接。

图1、图2和图3示出具有监控电路WA的电子保护装置ES的实施例，所述监控电路包括具有晶闸管正极端子T_A、晶闸管栅极端子T_G和晶闸管负极端子T_K的晶闸管电路TH，其中，晶闸管正极端子T_A为了影响MOSFET的栅源电压与MOSFET的栅极连接，并且可借助MOSFET的栅源电压影响第一电流I₁，优选可借助晶闸管TH降低MOSFET的栅极上的电势。晶闸管TH在图1、图2和图3的实施例中被显示为分立构造的电路，该电路包括PNP晶体管T5和NPN晶体管T4，并且在图1、图2和图3中借助标有附图标记TH的虚线来围起晶闸管TH。在图1、图2和图3的实施例中，第一晶体管T1是所谓的增强型MOSFET（英语：Enhancement transistor），其在栅源电压为零伏特时或在栅源电压小于所谓的门限电压时基本上处于截止状态中，如不考虑基于可能情况下在导通方向上工作的所谓的体二极管的可能的电流流动和MOSFET中的所谓的漏电流。

在图1、图2和图3中标出的第四电流I₄（其在晶闸管TH的晶闸管正极T_A上分为两个子电流，这两个子电流是第六电流I₆和第七电流I₇，纳入下述等式中：

Ics＝I₄＋I₈。

因此，当第四电流I₄增大时，在CS电流基本上恒定的情况下第八电流I₈减小。

当第一电流I₁达到或超过预定义的最大值时，借助监控电路WA自动引起第四电流I₄的增大。第一电流I₁达到或超过预定义的最大值例如会在下述情况下出现，即当负载LS具有在预定边界以下（过小）的欧姆电阻值时，尤其是当负载LS是输出端子OUT对参考电势GND的短路时。随后由于第八电流I₈下降到预定义的边界值之下，第一晶体管T1的控制电极上的电势、在当前实施例中即MOSFET的栅极端子上的电势下降。一旦该电势低于门限电压，则MOSFET截止并且由此第二电流I₂中断，由此第一电流I₁也显著下降，从而使保险丝元件PF的温度TPF下降。

在一种优选的实施例中设计，晶闸管负极端子T_K与第三晶体管T3的集电极端子连接，第三晶体管T3为npn双极型晶体管，并且第三晶体管T3的基极端子与第三电阻R3的第一端子连接，并且第三电阻R3的第二端子与MOSFET的漏极端子连接，并且第三晶体管T3的基极端子与第四电阻R4的第二端子连接并且第四电阻R4的第一端子不仅与MOSFET的源极端子连接而且与第三晶体管T3的发射极端子连接。

在电子保护装置ES的另一种实施例中，晶闸管栅极端子T_G与第二晶体管T2的集电极端子连接。此外在该实施例中，第二晶体管T2的基极端子与第三晶体管T3的发射极和MOSFET的源极端子连接。

根据电子保护装置ES的另一种有利的方案，第二晶体管T2的发射极端子不仅与延时装置C1、R2的第一电容器C1的第一端子而且与第二电阻R2的第一端子连接，并且第一电容器C1的第二端子不仅与保险丝元件PF的第一端子而且与第二晶体管T2的基极端子连接，并且保险丝元件PF的第二端子与第二电阻R2的第二端子连接，并且保险丝元件PF的第二端子与第二电阻R2的第二端子的连接点与电子保护装置ES的输出端子OUT连接。

在电子保护装置ES的另一种实施例中，晶闸管TH包括具有npn结的第四晶体管T4和具有pnp结的第五晶体管T5，在此通过第五晶体管T5的基极与第四晶体管T4的集电极之间的连接形成晶闸管栅极端子T_G，并且晶闸管栅极端子T_G与第二晶体管T2的集电极端子连接。

在上一种实施例中，晶闸管正极端子T_A优选构造为第五晶体管T5的发射极与第六电阻R6的第二端子的连接，第六电阻R6的第一端子不仅与第五晶体管T5的基极而且与第四晶体管T4的集电极连接。

在此在上一种实施例中特别优选晶闸管负极端子T_K构造为第四晶体管T4的发射极与第七电阻R7的第一端子的连接，第七电阻R7的第二端子不仅与第四晶体管T4的基极而且与第五晶体管T5的集电极连接。

在根据本发明的电子保护装置ES的另一种方案中，负载LS的第一端子与输出端子OUT连接并且负载LS的第二端子与参考电势GND连接，其中电流源CS的参考电势和/或电压源VS的参考电势是共同的参考电势GND和/或负载LS的第二端子与该共同的参考电势GND连接。

电子保护装置ES的根据本发明的应用设计为，电子保护装置ES用作用于测试至少一个控制设备或调节设备或用于仿真连接到该控制设备或调节设备上的电子技术的外围装置的测试或仿真装置的组成部分。优选，该电子保护装置ES用于保护仿真装置和/或与此电连接的用作负载LS的外围电路的电源输出端。

根据本发明的用于驱动上述电子保护装置ES的方法包括下述方法步骤：

a)电子保护装置ES的输入端子IN与电压源VS连接，

b)电流源CS与第一晶体管T1的控制电极连接，其中该控制电极优选构造为MOSFET的栅极，接着

c)电子保护装置ES的输出端子OUT与负载（LS）连接，

d)流过热自恢复保险丝元件PF的第一电流I₁超过预定义的最大电流值I_wh，接着

e)监控电路WA使得第一晶体管T1从导通状态转移到截止状态，接着

f)提高负载LS的电阻或将负载与输出端子OUT分开，使得第一电流I₁达到或低于预定义的复位电流值Imin，接着，

g)监控电路WA使得第一晶体管T1从截止状态转移到导通状态。

通过比较图5和图6，本发明的优点特别明显。

为了进行比较，借助图5首先示出早已熟知的电路装置（在其中仅一个热自恢复保险丝元件用作保护装置，其简称为保险丝元件）的示例性的电流时间曲线。相应的电路装置的例子在已经提到的文献PD1中第三页右列示出。图5所示的保险丝元件的电流时间曲线在时刻t0和t1之间示出一种情况，在其中允许的电流值Iwm流经保险丝元件和与其串联的“正常”的负载。从时刻t1起，显示流经保险丝元件的电流（其在下面被称为保险丝元件电流）骤然上升。直至值Iwh的骤然上升可归因于过载，该过载在时刻t1与时刻t4之间与保险丝元件串联连接。保险丝元件在时刻t2达到如下温度，在该温度中保险丝元件电阻显著上升并且起保护作用，这因此在图5的例子中使得保险丝元件电流从时刻t3起返回到值Iwn。从时刻t4起，过载从电路装置中被消除并且通过“正常”的负载代替，该正常的负载已经在t0与t1之间的时间间隔中与保险丝元件串联连接。在保险丝元件于时刻t4至t6之间被冷却后，保险丝元件电流从时刻t6起又达到值Iwm。

所描述的根据图5的过程的缺点尤其在于：

-相对长的持续时间t1至t3，该持续时间被需要以便在出现过载时将保险丝元件电流降低至值Iwn，

-在起保护作用后在t3至t4的时间间隔内保险丝元件电流相对高的值Iwn，由此与保险丝元件的加速老化相联系，

-在过载在时刻t4从电路装置中被消除并且通过“正常”的负载代替之后，保险丝元件的电路装置在时刻t4至t6之间相对长的“恢复”持续时间。

如在图6中概要地示出，借助本发明至少部分消除或减少了图5中提到的现有技术的缺点。为了更好地进行比较，图5和图6中的例子所基于的负载和过载基本上相同。

图6同样示出保险丝元件电流时间曲线。在图6中，在时刻t0与t1之间存在一种情况，在其中在电子保护装置ES的输出端OUT上首先连接“正常”的负载LS、即首先没有过载。该“正常”的负载LS在时刻t1被过载代替并且过载直至时刻t4与输出端OUT保持连接。借助本发明，保险丝元件电流在t1至t2*的相对短的时间间隔内下降到保险丝元件电流的相对小的值Iwn*。该相对小的值Iwn*尤其是归因于监控电路WA和第一晶体管T1的作用，其中晶体管T1在时刻t2*与t4之间处于截止状态中。在过载从时刻t4起被“正常”的负载所代替后，保险丝元件电流在相对短的时间间隔、即从t4持续到t5*又达到值Iwm。该相对短的从t4至t5*的“恢复持续时间”的原因在于，通过在t2*至t4的时间间隔内截止的第一晶体管T1，防止保险丝元件PF在后述的时间间隔内过电流，因此保险丝元件相对少地因过载而发热。因而在过载在时刻t4被“正常”的负载代替后，电子保护装置ES在时刻t5*就已相对迅速地返回到在时刻t0存在的初始状态中。因此有利的是，在消除过载后最终更加迅速地提供所希望的用于负载LS的负载电流I₃。

下面以表格说明根据本发明一种或多种实施例方式的图1至图3的附图标记，必要时包括相应电子元件的参数：

Claims

1.用于保护至少一个电负载（LS）的电子保护装置（ES），所述电负载能连接到保护装置（ES）上，其中该电子保护装置（ES）具有输入端子（IN）和输出端子（OUT），该保护装置（ES）具有热自恢复的保险丝元件（PF），并且该保险丝元件设计和构建为，根据保险丝元件温度（T_PF）传导或限制第一电流（I₁），其特征在于，为了限制第一电流（I₁），设置限制装置（T1、WA），该限制装置（T1、WA）包括

-与保险丝元件（PF）串联的第一晶体管（T1），和

-影响第一晶体管（T1）的监控电路（WA），

所述监控电路（WA）设计和构建为，

a）在第一电流（I₁）达到或超过预定义的最大电流值（I_wh）时使第一晶体管（T1）截止，以及

b）在第一电流（I₁）达到或低于预定义的接通电流值（I_wh）时接通第一晶体管（T1）。

2.根据权利要求1所述的电子保护装置（ES），其特征在于，在第一晶体管（T1）和保险丝元件（PF）的串联电路的第一端部上设置输入端子（IN），其中该输入端子（IN）与电压源（VS）连接，并且在第一晶体管（T1）和保险丝元件（PF）的串联电路的第二端部上设置输出端子（OUT），该输出端子（OUT）与负载（LS）连接，其中电子保护装置（ES）设计和构建为，借助影响第一晶体管（T1）的监控电路（WA）在流经负载（LS）的负载电流（I₃）超过预定义的最大允许值时在借助延时装置（C1、R2）影响的时间间隔内使第一晶体管（T1）截止，以便使负载电流（I₃）的值下降，使得负载电流（I₃）下降到或低于预定义的最大允许值。

3.根据权利要求1或2所述的电子保护装置（ES），其特征在于，第一晶体管（T1）是具有源极端子、栅极端子和漏极端子的MOSFET，其中，栅极端子与电流源（CS）和监控电路（WA）连接，能借助监控电路（WA）影响MOSFET的栅源电压。

4.根据权利要求3所述的电子保护装置（ES），其特征在于，与第一晶体管（T1）的栅源结并联地设置用于保护第一晶体管（T1）的过电压保护电路装置（D1、R5）。

5.根据权利要求4所述的电子保护装置（ES），其特征在于，MOSFET的栅极端子和MOSFET的源极端子与由第五电阻（R5）和齐纳二极管（D1）构成的并联电路连接，其中，齐纳二极管（D1）的负极端子（D1_K）与MOSFET的栅极端子连接，并且齐纳二极管（D1）的正极端子（D1_A）与MOSFET晶体管的源极端子连接。

6.根据权利要求3至5之一所述的电子保护装置（ES），其特征在于，监控电路（WA）包括具有晶闸管正极端子（T_A）、晶闸管栅极端子（T_G）和晶闸管负极端子（T_K）的晶闸管电路（TH），其中，晶闸管正极端子（T_A）为了影响MOSFET的栅源电压与MOSFET的栅极连接，并且能借助MOSFET的栅源电压影响第一电流（I₁）。

7.根据权利要求6所述的电子保护装置（ES），其特征在于，晶闸管负极端子（T_K）与第三晶体管（T3）的集电极端子连接，第三晶体管（T3）为npn双极型晶体管，并且第三晶体管（T3）的基极端子与第三电阻（R3）的第一端子连接，并且第三电阻（R3）的第二端子与MOSFET的漏极端子连接，并且第三晶体管（T3）的基极端子与第四电阻（R4）的第二端子连接并且第四电阻（R4）的第一端子不仅与MOSFET的源极端子连接而且与第三晶体管（T3）的发射极端子连接。

8.根据权利要求6或7所述的电子保护装置（ES），其特征在于，晶闸管栅极端子（T_G）与第二晶体管（T2）的集电极端子连接，并且第二晶体管（T2）的基极端子与第三晶体管（T3）的发射极和MOSFET的源极端子连接。

9.根据权利要求8的电子保护装置（ES），其特征在于，第二晶体管（T2）的发射极端子不仅与延时装置（C1、R2）的第一电容器（C1）的第一端子而且与第二电阻（R2）的第一端子连接，并且第一电容器（C1）的第二端子不仅与保险丝元件（PF）的第一端子而且与第二晶体管（T2）的基极端子连接，并且保险丝元件（PF）的第二端子与第二电阻（R2）的第二端子连接，并且保险丝元件（PF）的第二端子与第二电阻（R2）的第二端子的连接点与电子保护装置（ES）的输出端子（OUT）连接。

10.根据权利要求6至9之一所述的电子保护装置（ES），其特征在于，晶闸管（TH）包括具有npn结的第四晶体管（T4）和具有pnp结的第五晶体管（T5），其中通过第五晶体管（T5）的基极与第四晶体管（T4）的集电极之间的连接形成晶闸管栅极端子（T_G），并且晶闸管栅极端子（T_G）与第二晶体管（T2）的集电极连接。

11.根据权利要求10所述的电子保护装置（ES），其特征在于，晶闸管正极端子（T_A）构造为第五晶体管（T5）的发射极与第六电阻（R6）的第二端子的连接，其中第六电阻（R6）的第一端子不仅与第五晶体管（T5）的基极而且与第四晶体管（T4）的集电极连接。

12.根据权利要求10或11的电子保护装置（ES），其特征在于，晶闸管负极端子（T_K）构造为第四晶体管（T4）的发射极与第七电阻（R7）的第一端子的连接，并且第七电阻（R7）的第二端子不仅与第四晶体管（T4）的基极而且与第五晶体管（T5）的集电极连接。

13.根据权利要求3至12之一所述的电子保护装置（ES），其特征在于，负载（LS）具有与输出端子（OUT）连接的第一端子并且负载（LS）具有与参考电势（GND）连接的第二端子，其中电流源（CS）的参考电势和/或电压源（VS）的参考电势是共同的参考电势（GND）和/或负载（LS）的第二端子与该共同的参考电势（GND）连接。

14.将根据权利要求1至13之一所述的电子保护装置（ES）用作如下装置的组成部分的应用，所述装置是用于测试至少一个控制设备或调节设备或用于仿真连接到该控制设备或调节设备上的电子技术的外围装置的测试装置或仿真装置。

15.根据本发明的用于驱动根据权利要求1至13之一所述的电子保护装置（ES）的方法，其包括下述方法步骤：

a）电子保护装置的输入端子（IN）与电压源（VS）连接，

b）电流源（CS）与第一晶体管（T1）的控制电极连接，其中该控制电极优选构造为MOSFET的栅极，接着

c）电子保护装置的输出端子（OUT）与负载（LS）连接，

d）流过热自恢复保险丝元件（PF）的第一电流（I₁）超过预定义的最大电流值，接着

e）监控电路（WA）使得第一晶体管（T1）从导通状态转移到截止状态，接着

f）提高负载（LS）的电阻或将负载与输出端子（OUT）分开，由此第一电流（I₁）达到或低于预定义的复位电流值（I_min），接着，

g）监控电路（WA）使得第一晶体管（T1）从截止状态转移到导通状态。