CN103731121A - 容错的失效保险连接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及容错的失效保险连接设备。本公开大体涉及在电源和负载之间串联连接的不同外围尺寸的多个固态开关。内置测试电路感测在一个或多个不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据多个固态开关的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合所述一个或多个不同外围尺寸。

Description

容错的失效保险连接设备
技术领域
本文展示的实施例的领域涉及设计成在失效保险或容错状态中操作的固态功率控制器。
背景技术
可熔连接断路器发展于八十年代初，从而获得对交通工具电子系统的电线分离缓解。最初的意图是，如果断路器在闭合位置中发生故障并且在故障时无法打开，则防止电线损伤传播到相邻的电线。具有银镉或银钨触点的老式断路器中的失效模式是熔接在一起或被堵塞以防止在巨大故障电流时打开。此外，在固态功率控制器（SSPC）中，通过限制关于负载线将来自哪个连接器或引脚的选择，这些失效保险熔断器只能用作导致电线整合问题的一个热额定值。
为了从固态功率控制器（SSPC）技术的应用中获得最节省的电线重量，失效保险设计的新方案必须设计为不依赖于物理熔断设备。目前的解决方案使用熔断器作为短路的场效应晶体管（FET）条件下的失效保险保护。一些SSPC不具有备份保护（MMA（多任务飞机）上的二次配电设备（SPDA））。存在即使可能是短路的FET情况下也允许电路保持运行的需要，其中一旦下次通电，则内置测试仪（BIT）会将短路的FET故障报告给维护计算机。其关于本公开在这里提出的这些和其它的考虑。
发明内容
应该理解所提供的发明内容以简化形式引入了概念选择，在以下具体实施方式中将进一步描述这些概念。本发明内容不旨在用于限制所要求的主题的保护范围。
在本文公开的一个实施例中，一种失效保险连接设备包括：不同外围尺寸的多个固态开关，例如固态开关的栅极、漏极和/或源极外围尺度，例如固态开关的5μm栅宽、1mm栅宽、100mm栅宽、10000mm栅宽等，其包括在电源和负载之间串联连接的与电流或电压处理能力有关的场效应晶体管（FET）；以及内置测试电路，其感测在一个或多个不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸。
在本文公开的另一个实施例中，一种失效保险连接设备包括：在电源和负载之间并联连接的多个分支，其中多个分支中的每一个含有不同外围尺寸的多个固态开关，例如栅极、漏极和/或源极外围尺度，例如固态开关的5μm栅宽、1mm栅宽、100mm栅宽、10000mm栅宽等，其包括在电源和负载之间串联连接的与电流或电压处理能力有关的场效应晶体管（FET）；以及内置测试电路，其感测在一个或多个不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸。
在本文公开的另一个实施例中，一种操作失效保险连接设备的方法包括：提供不同外围尺寸的多个固态开关，例如栅极、漏极或源极外围尺度，例如固态开关的5μm栅宽、1mm栅宽、100mm栅宽、10000mm栅宽等，其包括在电源和负载之间串联连接的与电流或电压处理能力有关的场效应晶体管（FET）；以及提供内置测试电路，其感测在一个或多个不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸。当多个固态开关中的第二固态开关在闭合位置失效时，多个固态开关中的第一固态开关打开。此后，信号被发送到处于打开状态的多个固态开关中的每个栅极，并且负载通过内置测试电路施加到固态功率控制器上。然后该方法感测多个固态开关中的至少一个开关两端是否存在电压，从而确认多个固态开关中的至少一个开关已经在闭合状态中失效。例如，所描述的一个或多个失效保险连接设备可以用于移动交通工具应用，从而提供用于保护例如低噪声放大器、高增益放大器、接收器、收发器、天线、功率放大器等的一个或多个组件以及包含一个或多个组件的集成电子模块的可变热保护开关能力。
已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或可以在其它实施例中组合，参考以下说明和附图可以看出其进一步的细节。
根据本公开的一方面，提供了一种失效保险连接设备，其包括在电源和负载之间串联连接的不同外围尺寸的多个固态开关，以及内置测试电路，该内置测试电路感测在一个或多个不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸。
有利地，多个固态开关包括场效应晶体管（FET）。
有利地，内置测试电路包括提供负载到固态功率控制器的场效应晶体管（FET）。
有利地，内置测试电路包括在负载和至少一个固态开关之间的电压传感器。
有利地，多个固态开关中的第一固态开关被配置为当多个固态开关中的第二固态开关在闭合位置失效时保持在打开位置。
优选地，第一和第二固态开关被配置为在它们的栅极处处于断开或打开的配置中。
优选地，当第二固态开关失效时，内置测试电路被配置为提供负载到固态功率控制器上，并且确定在失效的第二固态开关两端是否存在电压。
优选地，多个固态开关中的第一固态开关被配置为当多个固态开关中的第二固态开关在闭合位置失效时保持在打开位置。
优选地，第一固态开关被配置为在其栅极处处于接通或闭合的配置中，而第二固态开关被配置为在其栅极处处于断开或打开的配置中。
优选地，内置测试电路被配置为提供负载到固态功率控制器并且确定在失效的第二固态开关两端存在电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于移动交通工具的失效保险连接设备，从而提供用于保护移动交通工具上的一个或多个组件的可变热保护开关能力，该失效保险连接设备包括：在电源和负载之间并联连接的多个分支，其中多个分支中的每一个包含具有在电源和负载之间串联连接的一个或多个不同外围尺寸的多个固态开关，以及内置测试电路，该内置测试电路感测在一个或多个不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸。
有利地，多个固态开关包括多个场效应晶体管（FET）。
优选地，内置测试电路包括：场效应晶体管（FET），其提供负载到固态功率控制器；以及在负载和至少一个固态开关之间的电压传感器。
优选地，多个固态开关中的第一固态开关被配置为当多个固态开关中的第二固态开关在闭合位置失效时保持在打开位置。
优选地，第一和第二固态开关被配置为在它们的栅极处处于断开或打开的配置中。
优选地，内置测试电路被配置为提供负载到固态功率控制器，并且确定在失效的第二固态开关两端是否存在电压。
优选地，多个固态开关中的第二固态开关被配置为当多个固态开关中的第一固态开关在闭合位置失效时保持在打开位置中。
优选地，第一固态开关被配置为在其栅极处处于接通或闭合的配置中，而第二固态开关被配置为在其栅极处处于断开或打开的配置中。
优选地，内置测试电路被配置为提供负载到固态功率控制器，并且确定在失效的第二固态开关两端存在电压。
根据本公开的又一方面，提供了一种操作失效保险连接设备的方法，其包括：提供在电源和负载之间串联连接的多个固态开关；提供内置测试电路，其感测具有一个或多个不同外围尺寸的多个固态开关中的至少一个固态开关之间的电压；发送信号到处于打开状态的多个固态开关的每个栅极；通过内置测试电路施加负载到固态功率控制器；以及感测是否在一个或多个不同外围尺寸上存在过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸，从而确认多个固态开关中的至少一个已经在闭合状态中失效；以及当多个固态开关中的第二固态开关在闭合状态中失效时，打开多个固态开关中的第一固态开关。
附图说明
从详细说明和附图中将更全面地理解本文展示的实施例，其中：
图1示出在本文公开的失效保险连接设备的一个实施例的示意图；
图2示出在本文公开的失效保险连接设备的另一个实施例的示意图；
图3A示出被配置为当第二固态开关在闭合位置失效时保持在打开位置的第一固态开关的示意图；
图3B示出被配置为当第一固态开关在闭合位置失效时保持在打开位置的第二固态开关的示意图；以及
图4示出用于操作失效保险连接设备的一个实施例的方法。
具体实施方式
包括固态功率控制器（SSPC）的失效保险连接设备是控制供应到负载上的功率（电压和/或电流）的半导体器件。它们执行监督和诊断功能以便识别过载状况并且防止短路。存在几种基本类型的SSPC，即设计成转换交流（AC）电压的AC控制器；设计成转换直流（DC）电压的DC控制器；以及设计成转换AC和DC电压两者的AC/DC控制器。模拟控制器使用可变的电压、电流或模拟控制的一些其它方法。微控制器需要从外部设备进行编程并且是在芯片上的完整计算机系统，其通常结合算术逻辑单元（ALU）、存储器、定时器/计数器、串行端口、输入/输出（I/O）端口以及时钟振荡器。SSPC可以通过计算机编程，或通过专门的或专有的编程方法编程。
用于SSPC的规格包括跌落电压（dropout voltage）、输入电压、负载电压和最大负载电流。跌落电压（必须释放电压、关断电压）是施加到输入上的电压，处于该电压或在该电压以下时输出进入断开状态。输入电压（必须操作电压、起始电压、接通电压）是当其施加在输入端子两端时在输出端子两端保持接通状况的电压范围。负载电压（最大开关电压、线电压）是SSPC在其上正常操作的输出电源电压的范围。最大负载电流（最大开关电压范围、最大开关电流）是在指定的散热和环境温度条件下允许穿过SSPC输出端子的最大连续电流。用于固态功率控制器（SSPC）的其它规格包括输入通道的数量和输入电流的范围。
随着新的宽带隙（wide band gap）半导体的发展，SSPC的可编程性现在成为可能。每个SSPC可以编程为不同的热额定值。因此，SSPC被编程到导线设计者指定的引脚上的负载，从而克服电线整合问题。
关于SSPC技术中的失效保险保护设计，需要失效保险保护的SSPC的两个失效模式是：1）从FET栅极上去除功率的控制电路的失效，以及2）在短路条件下的FET本身的失效。
在航空电子电气系统领域中，FET栅极信号具有每小时5.28×10-15的失效率，以及每小时3.08×10-8的FET失效率。在航空电子电线上的硬故障概率是每小时2.0×10-7。因此，对于具有故障的失效FET，两个事件同时发生的概率是每小时6.16×10-15，而对于具有故障的失效栅极控制信号电路，两个事件同时发生的概率是每小时1.056×10-21。
在一些情况下，短路的FET可以具有足够高的电阻从而保护电线直到在SSPC熔断器熔断器中的焊线打开。然而，不能保证这种事件将总是发生。调整焊线尺寸到SSPC的热额定值限制了该设备的可编程性并且增加了成本和复杂性。任何物理熔断设备将限制可编程性或电线重量减少的优点。
更高的额定负载使用并联的多个FET来承载电流。如果一个FET短路并且该设备接收断开（或打开）命令，则负载的所有电流将通过失效的FET承载。在无故障情况下，该负载可以在烧穿焊线之前一段时间内通过短路的FET汲取电流。当命令接通（或闭合）时，其余的FET将承载更多的负载并且将减少电路的故障前平均时间（MTBF）。在这种情况下，内置测试设备（BITE）电路需要报告FET的故障，这样可以在下次有机会时替换电路。如果发生故障并且FET已经失效，则烧穿将更快，但不足以可靠到依靠其用于失效保险操作。如果有的话，在可编程SSPC上的较低电流负载可以在焊线熔断之前一段时间内汲取电流。必须用SSPC技术考虑的另一种失效模式是不能命令断开（或打开）的短路的FET。如果某些负载被命令断开但却继续运行，则它们可能造成安全威胁。尽管可能存在短路的FET，本文提出的实施例允许电路保持运行。一旦下次通电，则BITE将报告短路的FET。
在本文提出的一个实施例将固态开关串联布置以形成功率“与”门电路。如果一个FET闭合而失效，则第二FET可以打开电路并且清除故障。这种设计同样体现BITE电路，因为必须检测到失效以便可以执行维护。
此外，使用宽带隙半导体，可编程性现在是可能的。每个SSPC可以被编程为几个热额定值。该容错设计消除了对于仅可用作一个热额定值的失效保险熔断器的需要。
下面示出的两种设计基于EPC(TM)GaN MOSFET（部件号EPC2015），但是也可以使用任何其它的MOSFET或固态开关。例如，每个EPC FET可以在150℃时承受33A。通过串联布置两个FET，该电路处理两倍的电压但使导通电阻加倍（参见图1）。通过并联添加第二系列的FET（参见图2），实现如图1中的单个部件的相同的导通电阻，但现在能够承载两倍的负载。使第二系列的FET降额到50A提供了安全裕度，其中这种配置从2.5安培至50安培可编程。这个概念可以含有与当前需要或过载能力所需要的一样多的并联FET。
并联的两个FET解决方案将是可能的，因为这个FET的内阻（Rds）（漏极和源极之间的电阻）约为4毫欧。串联的两个FET在8毫欧的内阻情况下将能够编程到高达25A。
图1示出具有两个固态开关（或FET）设计的容错固态功率控制器A，其中两个固态开关即固态开关1和固态开关2串联使用在VDC源10和VDC负载20之间。当固态开关1短路或闭合而失效时，固态开关2将在断开或打开时阻止电流流动。当固态开关2短路而失效时，固态开关1仍可以阻止电流流动。
内置测试仪设备（BITE）电路50通过首先激活小测试固态开关T上的测试栅极60（例如FET）以施加小负载到固态功率控制器A上来检测固态开关1或固态开关2是否已经失效。在所有其它最初状态的栅极驱动30和40处于断开状态或打开状态的情况下，电压施加到输入10上，并且测量电压感测线Va处的电压。如果存在电压，则固态开关2可能短路。在固态开关1接通或处于闭合状态并且固态开关2断开或处于打开状态的情况下，对线Vb处的电压进行感测。如果存在电压，固态开关1可能短路。
图2示出具有四个固态开关（或FET）设计的容错固态功率控制器B，其与图1的SSPC A的两个固态开关设计的配置类似，不同之处在于两个固态开关中的每个系列用在并联配置中。如果固态开关1或固态开关3（类似于图1中的开关1和3）短路而失效，则固态开关2和固态开关4将在断开时阻止功率。如果固态开关2或固态开关4短路而失效，则固态开关1和固态开关3仍可以阻止电流流动。图2同样示出串联的固态开关例如固态开关N和固态开关N+1的多个分支可以并联添加到VDC源10’和VDC负载20’之间。
内置测试仪设备（BITE）电路50’通过首先激活测试固态开关T上的测试栅极60’以施加小负载到固态功率控制器B上来检测任一固态开关1-4是否已经失效。在所有的其它初级栅极驱动20’和30’断开即打开并且电压施加到输入上的情况下，感测感测线Va处的电压。如果存在电压，则固态开关2或固态开关4短路。在固态开关1和固态开关3接通或闭合并且固态开关2和固态开关4断开或打开的情况下，感测感测线Vb处的电压。如果在Vb上存在电压，则固态开关中的一个短路。如果该测试显示SSPC B具有失效的固态开关，则其可以被锁定直到修复。如果不在最低限度设备清单（MEL，用于营收飞行调度而必须运行的最低限度设备）上，则非必要的负载可能不延迟调度。因此，即使可能存在短路的固态开关，该控制器电路也允许保持运行，其中一旦下次通电，则BITE会将短路的固态开关失效状况报告给维护计算机或系统（未示出）。
综上所述，该内置测试电路50/50’包括在负载和至少一个固态开关之间的电压传感器。图3A和3B示出一系列固态开关1、2的示意图，其中一个开关在闭合位置失效。图3A示出多个固态开关的第一固态开关1，其被配置为当多个固态开关的第二固态开关2在闭合位置失效时保持在打开位置。图3B示出多个固态开关的第二固态开关2，其被配置为当多个固态开关的第一固态开关1在闭合位置失效时保持在打开位置。第一固态开关1可以被配置为在其栅极20/20’处（参见图1-2）处于接通或闭合的配置中，而第二固态开关2可以被配置为在其栅极30/30’处（参见图1-2）处于断开或打开的配置中。该内置测试电路进一步包括提供负载到固态功率控制器A/B上的固态开关T，以及在负载和至少一个固态开关之间的50/50’处的电压传感器Va/Vb。
图4示出用于操作固态功率控制器的一个实施例的方法，其中提供100在电源和负载之间串联连接的多个固态开关，并且提供102感测具有一个或多个不同外围尺寸的多个固态开关中的至少一个固态开关之间的电压的内置测试电路。发送104信号到处于打开状态的多个固态开关的每个栅极。然后，通过内置测试电路施加106负载到固态功率控制器上。然后该方法感测108在一个或多个不同外围尺寸上是否存在过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸，从而确认多个固态开关中的至少一个已经在闭合状态中失效。最后，当多个固态开关中的第二固态开关在闭合状态中失效时，打开110多个固态开关中的第一固态开关。
有利地，公开了一种失效保险连接设备，其包括不同外围尺寸的固态开关，例如固态开关的栅极、漏极和/或源极外围尺度，例如5μm栅宽、1mm栅宽、100mm栅宽、10000mm栅宽。这些不同外围尺寸的FET例如在图1和图2中公开的FET当被串联连接到电源和负载之间时，提供改进的电流或电压处理能力。该失效保险连接设备使用内置测试电路，该内置测试电路感测在一个或多个不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据多个固态开关中的至少一个固态开关两端的测量电压打开或闭合一个或多个不同外围尺寸。
有利地，通过接通和断开一个或多个不同外围的FET，失效保险连接设备提供可调谐、可变且可选择的热保护电路，例如，该热保护电路检测例如在移动平台或交通工具（例如飞机）上的例如过电压和过电流条件，以便防止缩短组件的预期使用寿命，其不同于单个的一个额定电流的热断路器（例如5安培的额定熔断器）等。
仅通过示例说明的方式提供了上述的主题，并且上述主题不应该解释为是限制性的。在不遵循示出和描述的示例性实施例和应用的情况下，并且不背离在随附的权利要求所述的本公开的真正精神和范围的情况下，对本文描述的主题可以做出各种修改和变化。

Claims (20)

1.一种失效保险连接设备，其包括：
在电源（10）和负载（20）之间串联连接的不同外围尺寸的多个固态开关（1，2，3，4）；以及
内置测试电路（50），其感测在一个或多个所述不同外围尺寸上的过电压条件，并且根据所述多个固态开关（1，2，3，4）中的至少一个固态开关（1）两端的测量电压打开或闭合所述一个或多个所述不同外围尺寸。
2.根据权利要求1所述的失效保险连接设备，其中所述多个固态开关（1，2，3，4）包括场效应晶体管即FET。
3.根据权利要求1或2所述的失效保险连接设备，其中所述内置测试电路（50）包括提供负载到固态功率控制器（A，B）的场效应晶体管即FET。
4.根据权利要求1、2或3所述的失效保险连接设备，其中所述内置测试电路（50）包括在负载和至少一个固态开关（1，2，3，4）之间的电压传感器（50）。
5.根据权利要求1至4所述的失效保险连接设备，其中所述多个固态开关（1，2，3，4）中的第一固态开关被配置为当所述多个固态开关（1，2，3，4）中的第二固态开关（2）在闭合位置失效时保持在打开位置。
6.根据权利要求1至5所述的失效保险连接设备，其中所述第一固态开关（1）和所述第二固态开关（2）被配置为在它们的栅极（30，40，60）处处于断开或打开的配置中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的失效保险连接设备，其中所述内置测试电路（50）被配置为提供负载到固态功率控制器（A，B）并且确定在失效的第二固态开关（2）两端是否存在电压。
8.根据权利要求5所述的失效保险连接设备，其中所述多个固态开关（1，2，3，4）中的第二固态开关（2）被配置为当所述多个固态开关中（1，2，3，4）的第一固态开关（1）在闭合位置失效时保持在打开位置。
9.根据权利要求8所述的失效保险连接设备，其中所述第一固态开关（1）被配置为在其栅极（30）处处于接通或闭合的配置中，而所述第二固态开关（2）被配置为在其栅极（40）处处于断开或打开的配置中。
10.根据权利要求9所述的失效保险连接设备，其中所述内置测试电路（50）被配置为提供负载（20）到固态功率控制器（A，B）并且确定在失效的第二固态开关（2）两端存在电压。
11.根据权利要求1所述的失效保险连接设备，其进一步包括在电源（10）和负载（20）之间并联连接的多个分支，其中所述多个分支中的每一个含有所述多个固态开关（1，2，3，4）。
12.根据权利要求11所述的失效保险连接设备，其中所述多个固态开关（1，2，3，4）包括多个场效应晶体管即FET。
13.根据权利要求11或12所述的失效保险连接设备，其中所述内置测试电路（50）包括：
场效应晶体管即FET，其提供负载（20）到固态功率控制器（A，B）；以及
电压传感器（50），其在负载（20）和至少一个固态开关（1，2，3，4）之间。
14.根据权利要求11至13所述的失效保险连接设备，其中所述多个固态开关（1，2，3，4）中的第一固态开关（1）被配置为当所述多个固态开关（1，2，3，4）中的第二固态开关（2）在闭合位置失效时保持在打开位置。
15.根据权利要求14所述的失效保险连接设备，其中所述第一固态开关（1）和第二固态开关（2）被配置为在它们的栅极（30，40）处处于断开或打开的配置中。
16.根据权利要求15所述的失效保险连接设备，其中所述内置测试电路（50）被配置为提供负载（20）到固态功率控制器（A，B）并且确定在失效的第二固态开关（2）两端是否存在电压。
17.根据权利要求14、15或16所述的失效保险连接设备，其中所述多个固态开关（1，2，3，4）中的第二固态开关（2）被配置为当所述多个固态开关（1，2，3，4）中的第一固态开关（1）在闭合位置失效时保持在打开位置。
18.根据权利要求17所述的失效保险连接设备，其中所述第一固态开关（1）被配置为在其栅极（30）处处于接通或闭合的配置中，而所述第二固态开关（2）被配置为在其栅极（40）处处于断开或打开的配置中。
19.根据权利要求18所述的失效保险连接设备，其中所述内置测试电路（50）被配置为提供负载（20）到固态功率控制器（A，B）并且确定在失效的第二固态开关（2）两端存在电压。
20.一种操作失效保险连接设备的方法，其包括：
提供在电源（10）和负载（20）之间串联连接的多个固态开关（1，2，3）；
提供内置测试电路（50），其感测具有一个或多个不同外围尺寸的所述多个固态开关（1，2，3）中的至少一个固态开关之间的电压；
发送信号到将要处于打开状态的所述多个固态开关（1，2，3）的每个栅极（30，40，60）；
通过内置测试电路（50）施加负载（20）到固态功率控制器（A，B）；以及
感测是否在所述一个或多个所述不同外围尺寸上存在过电压条件，并且根据在所述多个固态开关（1，2，3）的至少一个固态开关两端存在测量电压而打开或闭合所述一个或多个所述不同外围尺寸，从而确认所述多个固态开关（1，2，3）中的至少一个已经在闭合状态中失效；以及
当所述多个固态开关（1，2，3）中的第二固态开关在闭合状态中失效时，打开所述多个固态开关（1，2，3）中的第一固态开关。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105098723A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 三菱电机株式会社 电负载的供电控制装置
CN110073563A (zh) * 2016-12-08 2019-07-30 菲尼克斯电气公司 电负载及其连接线路的过电流保护装置

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10753979B2 (en) 2013-04-04 2020-08-25 The Boeing Company In-situ battery monitoring system
US9716385B2 (en) 2014-06-16 2017-07-25 Hamilton Sundstrand Corporation Solid STTE power controller with parallel MOSFET load sharing
EP3176896B1 (en) * 2015-12-04 2019-10-30 HS Elektronik Systeme GmbH Power management and distribution system
EP3176903B1 (en) * 2015-12-04 2023-09-20 HS Elektronik Systeme GmbH Power distribution system
US10845425B2 (en) * 2017-01-30 2020-11-24 Wirepath Home Systems, Llc Systems and methods for detecting switching circuitry failure
US10666042B2 (en) * 2017-06-14 2020-05-26 Hamilton Sunstrand Corporation Elimination of secondary fuses in high power solid state power controllers
EP3629039B1 (en) * 2018-09-26 2023-04-05 Aptiv Technologies Limited Solid state power switch device
US11391805B2 (en) * 2019-05-10 2022-07-19 Hamilton Sundstrand Corporation Systems and methods for current sense resistor built-in-test
US11563433B2 (en) * 2019-10-10 2023-01-24 C&C Power, Inc. Direct current circuit switch
US11710960B2 (en) * 2020-09-30 2023-07-25 Pony Ai Inc. Control and operation of power distribution system
FR3119715B1 (fr) * 2021-02-05 2023-04-14 Hager Controls Dispositif électronique de gestion de bus KNX ou analogue, avec protection de composant électronique
GB202215852D0 (en) * 2022-10-26 2022-12-07 Nicoventures Trading Ltd Computing device
WO2024089425A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-02 Nicoventures Trading Limited Computing device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320405B1 (en) * 1997-08-16 2001-11-20 Robert Bosch Gmbh Circuit for the switching of loads
CN101176386A (zh) * 2005-05-16 2008-05-07 路创电子公司 具有电源和开关故障情况下的负载保护电路的两线调光器
CN101681749A (zh) * 2007-06-19 2010-03-24 通用电气公司 基于mems微开关阵列的限流使能的电路中断设备
US7973533B2 (en) * 2008-02-27 2011-07-05 Vertical Power, Inc. In-circuit testing for integrity of solid-state switches
CN102608526A (zh) * 2010-12-17 2012-07-25 通用电气航空系统有限公司 开关电路及测试的方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4009420A (en) 1975-05-02 1977-02-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Solid state power controller
US4110809A (en) 1976-12-30 1978-08-29 Lockheed Aircraft Corporation Solid state power controller with low level signal control
US4174496A (en) 1978-08-02 1979-11-13 Rockwell International Corporation Monolithic solid state power controller
US4336568A (en) 1980-07-24 1982-06-22 Westinghouse Electric Corp. Packaged solid state power controller with separable mounting for a power switching device, and method of assembly
US4626954A (en) 1984-09-06 1986-12-02 Eaton Corporation Solid state power controller with overload protection
US4656365A (en) 1985-07-12 1987-04-07 Westinghouse Electric Corp. Solid state power controller leakage current shunt circuit
US4713601A (en) 1985-09-26 1987-12-15 The Dow Chemical Company Power proportioning controller for solid state relays
US4740883A (en) 1986-08-04 1988-04-26 Rockwell International Corporation Universal solid state power controller
US4665355A (en) 1986-09-15 1987-05-12 Rockwell International Corporation Off line capacitor-divider power supply for solid state power controller
US4724374A (en) 1987-02-09 1988-02-09 Westinghouse Electric Corp. Solid state current limited power controller for DC circuits
US4864214A (en) 1988-07-06 1989-09-05 Westinghouse Electric Corp. Solid state power controller
IT1227104B (it) * 1988-09-27 1991-03-15 Sgs Thomson Microelectronics Circuito integrato autoprotetto da inversioni di polarita' della batteria di alimentazione
JPH0697793A (ja) * 1992-09-10 1994-04-08 Mitsubishi Electric Corp 遮断器の操作制御回路
US5723915A (en) 1992-12-04 1998-03-03 Texas Instruments Incorporated Solid state power controller
US5444590A (en) 1992-12-04 1995-08-22 Texas Instruments Incorporated Solid state power controller with power switch protection apparatus
US6125024A (en) 1993-06-03 2000-09-26 Texas Instruments Incorporated Externally programmable solid state power controller with power switch protection apparatus and method for making
US5752047A (en) 1995-08-11 1998-05-12 Mcdonnell Douglas Corporation Modular solid state power controller with microcontroller
US6108182A (en) * 1998-10-30 2000-08-22 Intersil Corporation Overcurrent sensing circuit and self adjusting blanking
CA2406500C (en) * 2001-10-01 2008-04-01 Research In Motion Limited An over-voltage protection circuit for use in a charging circuit
US6768350B1 (en) 2002-04-10 2004-07-27 Hamilton Sundstrand Corporation Microprocessor based solid state DC power controller
US7193337B2 (en) 2003-09-09 2007-03-20 Honeywell International Inc. System and method utilizing a solid state power controller (SSPC) for controlling an electrical load of a variable frequency three-phase power source
US7064448B2 (en) 2004-09-01 2006-06-20 Hamilton Sundstrand Corporation Power controller with bond wire fuse
US7505820B2 (en) 2006-03-30 2009-03-17 Honeywell International Inc. Backup control for solid state power controller (SSPC)
US7626797B2 (en) 2006-07-24 2009-12-01 Hamilton Sundstrand Corporation Solid state power controller with lightning protection
JP5123655B2 (ja) 2007-12-26 2013-01-23 パナソニック株式会社 固体撮像装置
US8148848B2 (en) 2008-01-24 2012-04-03 Honeywell International, Inc. Solid state power controller (SSPC) used as bus tie breaker in electrical power distribution systems
US7741883B2 (en) * 2008-05-21 2010-06-22 Honeywell International Inc. Method of switching and switching device for solid state power controller applications
JP2011130077A (ja) * 2009-12-16 2011-06-30 Yokogawa Electric Corp デジタル信号出力回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320405B1 (en) * 1997-08-16 2001-11-20 Robert Bosch Gmbh Circuit for the switching of loads
CN101176386A (zh) * 2005-05-16 2008-05-07 路创电子公司 具有电源和开关故障情况下的负载保护电路的两线调光器
CN101681749A (zh) * 2007-06-19 2010-03-24 通用电气公司 基于mems微开关阵列的限流使能的电路中断设备
US7973533B2 (en) * 2008-02-27 2011-07-05 Vertical Power, Inc. In-circuit testing for integrity of solid-state switches
CN102608526A (zh) * 2010-12-17 2012-07-25 通用电气航空系统有限公司 开关电路及测试的方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105098723A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 三菱电机株式会社 电负载的供电控制装置
CN105098723B (zh) * 2014-05-09 2018-04-10 三菱电机株式会社 电负载的供电控制装置
CN110073563A (zh) * 2016-12-08 2019-07-30 菲尼克斯电气公司 电负载及其连接线路的过电流保护装置
US11258251B2 (en) 2016-12-08 2022-02-22 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Arrangement for protecting electrical loads and the connection lines thereof from overcurrent
CN110073563B (zh) * 2016-12-08 2022-04-05 菲尼克斯电气公司 电负载及其连接线路的过电流保护装置

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