CN108631262A

CN108631262A - 电子保险丝

Info

Publication number: CN108631262A
Application number: CN201810233575.6A
Authority: CN
Inventors: T·R·C·雷迪坎布罕; K-H·斯坦梅茨; B·凯伦沃尔吉
Original assignee: Germany Stock Co Ltd Of Texas Instrument
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2038-03-21
Also published as: CN108631262B; US20180278039A1; US10424908B2; US11177643B2; US20200091701A1

Abstract

本发明涉及一种电子保险丝。装置(105)包含电流监测器(102)、电子开关(106)、能量采集器(104)及负载控制器(108)。所述电流监测器(102)监测由耦合到所述装置(105)的负载(112)所汲取的电流，且响应于所述所监测电流超过预定义阈值而产生警示信号。所述电子开关(106)响应于所述警示信号而将电池(110)与所述负载(112)解耦，所述电子开关(106)与耦合到所述装置(105)的所述电池(110)的负极端子(122)断开电连接。所述能量采集器(104)在所述负载(112)从所述电池(110)汲取电流的同时存储来自所述电池(110)的能量。所述负载控制器(108)从所述能量采集器(104)接收来自所述能量采集器(104)的所述所存储能量，且在所述电池(110)与所述负载(112)解耦时产生电压来给所述电流监测器(102)供电以将所述警示信号复位。

Description

电子保险丝

技术领域

本发明一般来说涉及保险丝，且更明确地说涉及电子保险丝。

背景技术

保险丝是电系统中用于防范过大电流的电装置。不管此过大电流的原因如何，举例来说，如果耦合到电力供应器的负载从电力供应器汲取过大电流，那么保险丝会使所述负载与电力供应器断开连接以防止由此过大电流导致的电系统内的损坏。保险丝通常包含其物理尺寸经选择以将电流限制于阈值的导体。在电流超过此阈值的情况下，导体熔化以防止过大电流损坏电系统。此后，保险丝被处理掉且被替换以恢复到负载的电流。保险丝用于汽车电系统、家用电系统、电子电路等中。

发明内容

一个实例包含一种包含电流监测器、电子开关、能量采集器及负载控制器的装置。所述电流监测器监测由耦合到所述装置的负载所汲取的电流，且响应于所述所监测电流超过预定义阈值而产生警示信号。所述电子开关响应于所述警示信号而将电池与所述负载解耦，所述电子开关与耦合到所述装置的所述电池的负极端子断开电连接。所述能量采集器在所述负载从所述电池汲取电流的同时存储来自所述电池的能量。所述负载控制器从所述能量采集器接收来自所述能量采集器的所述所存储能量，且在所述电池与所述负载解耦时产生电压来给所述电流监测器供电以将警示信号复位。

另一实例包含一种利用电流监测器来监测由耦合到装置的负载所汲取的电流的方法。所述方法进一步利用能量采集器在所述负载从耦合到所述装置的电池汲取电流的同时存储来自所述电池的能量。所述方法进一步响应于所述所监测电流超过预定义阈值而利用所述电流监测器来产生警示信号。所述方法进一步利用与电池的负极端子断开电连接的电子开关响应于所述警示信号而选择性地将所述电池与所述负载解耦。所述方法进一步利用所述负载控制器在所述电池与所述负载解耦时从所述所存储能量产生电压以给所述电流监测器供电以将所述警示信号复位。

另一实例包含一种包含电流监测器、第一电子开关及第二电子开关、能量采集器、负载控制器及互连控制器的装置。所述电流监测器监测由耦合到所述装置的负载所汲取的电流，且响应于所述所监测电流超过预定义阈值而产生警示信号。所述第一电子开关与所述第二电子开关串联在电池与所述负载之间。所述能量采集器在所述负载从所述电池汲取电流的同时存储来自所述电池的能量。所述负载控制器从所述能量采集器接收所述所存储能量，且在所述电池与所述负载解耦时产生电压来给所述电流监测器供电以将所述警示信号复位。在第一配置中，所述互连控制器选择性地将所述第一电子开关耦合到所述能量采集器且将所述第二电子开关配置成响应于所述警示信号而选择性地将所述电池与所述负载解耦，且在第二配置中，所述互连控制器选择性地将所述第二电子开关耦合到所述能量采集器且将所述第一电子开关配置成响应于所述警示信号而选择性地将所述电池与所述负载解耦。

附图说明

图1图解说明包含用以选择性地将电池与负载耦合及解耦的装置的系统的实例。

图2图解说明包含用以选择性地将电池与负载耦合及解耦的装置的另一系统的实例。

图3图解说明包含用以选择性地将电池与负载耦合及解耦的可互换电子开关的实例性双向电子保险丝。

图4图解说明图3的双向电子保险丝耦合到的保险丝盒。

图5图解说明包含用以选择性地将电池与负载耦合及解耦的电子开关的另一装置的另一实例。

图6图解说明包含用以选择性地将电池与负载耦合及解耦的电子开关的另一装置的另一实例。

图7图解说明选择性地将电池与负载耦合及解耦的实例性方法。

具体实施方式

本发明一般来说涉及保险丝，且更明确地说涉及与电池的负极端子或接地断开电连接的电子保险丝(electronic fuse)(其还可称为电子保险丝(e-fuse))。电子保险丝是包含基于从电池流动到负载的电流量而选择性地将电池(或电池的端子)耦合到负载及将电池(或电池的端子)与负载解耦的作用元件的装置。电子保险丝可基于从电池流动到负载的电流超过预定义阈值而复位。此复位消除了响应于从电池流动到负载的电流超过阈值而不得不替换电子保险丝这一通常做法。

举例来说，揭示一种包含监测由耦合到装置的负载所汲取的电流的电流监测器的装置，例如电子保险丝。电子开关响应于由负载所汲取的所监测电流交叉预定义阈值而选择性地将电池耦合到负载及将电池与负载解耦，其中电子开关与耦合到装置的电池的负极端子断开电连接，即，不连接到所述负极端子。能量采集器在负载从电池汲取电流的同时存储来自电池的能量，所存储能量响应于电子开关选择性地将负载与电池解耦而给电流监测器及电子开关供电。负载控制器从能量采集器接收从耦合到装置的电池所存储的能量，且响应于电子开关选择性地将负载与电池解耦而产生电压来给电流监测器及电子开关供电。此配置允许所述装置(即，电子保险丝)在不需要对其中利用电子保险丝的系统进行任何修改的情况下替换现有一次性保险丝。此装置可将其自身复位为再次允许电流流动到负载，从而消除保险丝替换。消除保险丝替换在汽车应用中是极有益的，在汽车应用中，汽车的所有者可能不知道其保险丝位于何处及/或可能不拥有用以替换烧断的保险丝的新保险丝。在一些例子中，消除保险丝替换可防止汽车所有者被困。

图1图解说明包含用以选择性地将电池110与负载112耦合及解耦的电子保险丝105(装置)的系统100的实例。在一实例中，在电子保险丝105不被外部电力供应器供电的情况下，电子保险丝105被用在单根电线上以将电池110与负载112耦合及解耦。因此，由于电子保险丝105被用在单根电线上，因此在一些实例中，电子保险丝可包含至多两个端子。电子保险丝105包含耦合到电池110的电流监测器102及能量采集器104。电池110包含正极端子120及负极端子122或接地端子。电流监测器102监测由耦合到电子保险丝105的负载112所汲取的电流。电流监测器102执行对由负载112从电池110所汲取的电流量的电流测量。电流监测器102将此电流测量与可配置预定义电流限制阈值进行比较。如果此电流限制阈值被交叉，即，由负载112所汲取的电流超过此电流限制阈值，那么电流监测器102将此阈值交叉锁存为电子保险丝105内的错误条件，且在警示信号线116上产生发射到负载控制器108的警示信号(举例来说，警示信号线116变为低)。

能量采集器104进一步耦合到电子开关106及负载控制器108。能量采集器104在负载112从电池110汲取电流的同时存储来自电池110的能量。当电子开关106将负载112与电池110选择性地解耦时，能量采集器104为电子开关106提供替代电源，所述替代电源给负载控制器108及电流监测器102供电。

负载控制器108进一步耦合到电流监测器102及电子开关106。负载控制器108从能量采集器104接收所存储电力，且产生施加到电流监测器102及电子开关106的电压。响应于电流监测器102在警示信号线116上产生警示信号，负载控制器108抑制此电压到电子开关106的施加，此关断电子开关106以防止电流从电池110流动到负载112。响应于警示信号，负载控制器108将所产生电压施加到电流监测器102以继续监测由负载112从电池110所汲取的电流。

电子开关106进一步耦合到负载112。电子开关106选择性地将电池110与负载112耦合及解耦。当由电流监测器102监测到的电流小于电流限制阈值时，电子开关106允许电流从电池110流动到负载112。响应于由电流监测器102监测到的电流超过电流限制阈值，电子开关106防止电流从电池110流动到负载112。

电流监测器102、能量采集器104及负载控制器108与电池110的负极端子122断开电连接，使得其操作不取决于被耦合到电池110的负极端子122。

图2图解说明包含用以选择性地将电池110与负载112耦合及解耦的电子保险丝205的另一系统200的另一实例。电子保险丝205包含电流监测器202、能量采集器204及负载控制器208的详细实例。电流监测器202并联耦合到电阻器R2(或任何其它相关感测机构)，所述电阻器串联在电池110的正极端子120与能量采集器204之间。在一实例中，电阻器R2是分流电阻器。电流监测器202进一步包含与电阻器R2并联电耦合的电流传感器210。电流传感器210耦合到电阻器R1及电容器C1。电阻器R1的端子耦合到参考222。由负载控制器208产生的电压(举例来说，共同电流电压(Vcc))在电容器C1的第一端子处施加到电流传感器210。电容器C1的第二端子耦合到参考222。电流传感器210经由电阻器R2执行对由负载112从电池110汲取的电流量的电流测量。电流监测器202将此电流测量与可配置电流限制阈值进行比较。如果此电流限制阈值被交叉，即，由负载112所汲取的电流超过此电流限制阈值，那么电流传感器210将此阈值交叉锁存为电子保险丝205内的错误条件，且在警示信号线216上产生发射到负载控制器208的警示信号。在一些实例中，电流监测器202可经选择以实现最优准确性且使电流汲取最小化。

能量采集器204进一步耦合到电子开关212及负载控制器208。电子开关212串联在电阻器R2与电子开关206之间，其中电子开关212及206的漏极被耦合。在一实例中，电子开关212及206是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。(例如，功率MOSFET)。耦合到电子开关212的漏极及源极的二极管D1与电子开关212电并联，二极管D1的阳极耦合到电子开关212的源极，且二极管D1的阴极耦合到电子开关212的漏极。电子开关212随工作循环而接通及关断，以允许跨越电子开关212的电压降，以在能量采集器204中重新产生电力。电子开关212的源极被视为电子保险丝205的参考，展示为参考222。参考222是用于能量采集器204、电流监测器222及负载控制器208的操作的设定点。在能量采集器204中所转换的电力从电子开关元件212浮动，因此参考点可从电子开关元件212的漏极或源极获取。

能量采集器204包含与电子开关212并联电耦合的充电电压产生器220，所述充电电压产生器耦合到电子开关212的源极、漏极及栅极。在一实例中，充电电压产生器220是由德州仪器公司(Texas Instruments Incorporated)制造的LM74670控制器(例如，LM74670-Q1)。充电电压产生器220在负载112从电池110汲取电流的同时存储来自电池110的能量。当电子开关206选择性地将负载112与电池110解耦时，充电电压产生器220保持为起作用的以给负载控制器208供电。电子开关212根据工作循环而接通及关断。在一实例中，充电电压产生器220产生用于电子开关212的栅极到源极电压以使电子开关212连续地接通及关断。充电电压产生器220根据工作循环而使电子开关212接通及关断，所述工作循环包含约98％的接通时间周期及约2％的关断时间周期，所述时间周期是基于由能量采集器204供电的负载112及电路的需求。在一实例中，充电电压产生器220在关断时间周期期间被充电。

负载控制器208进一步耦合到电流监测器202及接口电路218。负载控制器208包含低压降(LDO)调节器224，所述LDO调节器包含耦合到节点214以接收来自充电电压产生器220的所存储电力的输入以及耦合到电容器C2(其耦合到参考222)的输出。LDO调节器224进一步耦合到接口电路218。LDO调节器224输出被供应到接口电路218及电流传感器210的电压，举例来说Vcc。LDO调节器224控制电子开关206的偏置。二极管D2串联在电子开关212的栅极与节点214之间以防止电流往回朝向充电电压产生器220流动。二极管D2的阳极耦合到电子开关212的栅极，且二极管D2的阴极耦合到负载控制器208的输入。

接口电路218进一步耦合到电子开关206的栅极。耦合到电子开关206的漏极及源极的二极管D3与电子开关206电并联，其中二极管D3的阳极耦合到电子开关206的源极，且二极管D3的阴极耦合到电子开关206的漏极，且电子开关206的源极耦合到负载112。因此，当电子开关206处于关断状态时，二极管D3防止电流穿过其朝向电子开关212的源极及负载112流动。接口电路218基于由电流传感器210产生的警示信号而将由LDO调节器224产生的电压提供到电子开关206及抑制所述电压去往电子开关206。当警示信号为高时，接口电路218将由LDO调节器224产生的电压提供到电子开关206。同样地，当警示信号为低时，接口电路218抑制由LDO调节器224产生的电压去往电子开关206。当由负载112所汲取的电流小于如由电流传感器210所确定的用以产生施加到接口电路218的高警示信号的预定义阈值时，接口电路218将由LDO调节器224产生的电压提供到电子开关206。当由负载112所汲取的电流超过如由电流传感器210所确定的用以产生去往接口电路218的低警示信号的阈值时，接口电路218抑制由LDO调节器224产生的电压去往电子开关206。因此，接口电路218根据警示信号线216上的警示信号而选择性地控制从电池110到负载112的电流流动。接口电路218可经由电子开关206接通及关断从电池110到负载112的电流流动。当由负载112所汲取的电流超过预定义阈值时，电子保险丝205的此电子开关关断。此电子开关消除了一旦由负载所汲取的电流超过预定义阈值则电子保险丝205便不得不被替换的做法，这是关于一次性保险丝的通常做法。尽管接口电路218在图2中图解说明为在负载控制器208外部，但在其它实例中，接口电路218可位于负载控制器208中。举例来说，负载控制器208及接口电路218可一起形成图1中的负载控制器108。

图3图解说明实例性双向电子保险丝300，所述双向电子保险丝包含可互换电子开关312及306以选择性地将电池110与负载112耦合及解耦。在此实例中，双向电子保险丝300可互换地耦合到负载112及电池110。双向电子保险丝300可以两种配置进行操作。因此，在双向电子保险丝300的第一配置中，双向电子保险丝300的节点325耦合到电池110，且双向电子保险丝300的节点327耦合到负载112。在双向电子保险丝300的第二配置中，双向电子保险丝300的节点325耦合到负载112，且双向电子保险丝300的节点327耦合到电池110。此可互换地允许在用户不必知晓双向电子保险丝300将被耦合到保险丝盒的方向的情况下将双向电子保险丝300电耦合到保险丝盒(图4)。

双向电子保险丝300包含电流传感器302。虚拟接地节点335是电子保险丝300中维持处于稳定参考电位(从其测量电压)的参考点，且在不耦合到电池110的接地端子的情况下为内部电流提供共同返回路径。在一些实例中，运算放大器301及303可具有耦合到Vcc的第一输入及耦合到虚拟接地节点355的第二输入(或返回输入)。由于电子保险丝300与电池110的(负)接地端子断开电连接，即，不直接连接到电池110的(负)接地端子，因此虚拟接地节点335作为电子保险丝300内的组件的参考而执行电池110的接地端子的功能。电流传感器302由LDO调节器224所产生的电压(举例来说，Vcc)供电。电流传感器302包含运算放大器301，所述运算放大器的两个输入节点与分流电阻器R4并联耦合。运算放大器301的输出耦合到另一运算放大器/比较器303的输入。运算放大器301及303由LDO调节器224所产生的电压(例如，Vcc)供电。在一实例中，运算放大器303接收由LDO调节器224产生的电压Vcc。运算放大器303进一步在设定电流传感器302的阈值的反相输入处接收参考电压。运算放大器303用作比较器。运算放大器303响应于检测到由运算放大器301输出的电压电平超过阈值而将警示信号输出到锁存器电路305。锁存器电路305锁存警示信号且在警示信号节点332上输出警示信号。锁存器电路305进一步耦合到计时器/复位电路304。计时器/复位电路304将由锁存器电路305锁存的警示信号复位。在一实例中，计时器/复位电路304可编程以设定计时器/复位电路304将锁存器电路305复位的时间周期。

双向电子保险丝300进一步包含电子开关312，所述电子开关耦合到串联在节点325与327之间的电阻器R4。二极管D4并联耦合到电子开关312的漏极及源极，二极管D4的阳极耦合到电子开关312的源极，且二极管D1的阴极耦合到电子开关312的漏极。因此，二极管D4防止电流穿过其朝向电子开关312的源极流动。另一电子开关306与介于节点325与327之间的电子开关312串联，其中电子开关312及306的漏极彼此耦合且耦合到虚拟接地节点335或稳定参考电位，而不直接耦合到电池112的负极端子122(且不直接耦合到电子保险丝205的封装的(外部)引脚或端子)。二极管D5并联耦合到电子开关306的漏极及源极，二极管D5的阳极耦合到电子开关306的源极，且二极管D5的阴极耦合到电子开关306的漏极。因此，在电子开关306关断时，二极管D5防止电流流动到负载。

互连控制器337耦合到电子开关312、电子开关306及能量采集器320。互连控制器337包含多个电耦合引脚S1、G1、G2、S2、K1、Gs及D。注意，出于使阐释简单化目的，互连控制器337的两个(2)点标示为引脚D。然而，应理解，互连控制器337的每一点D表示共同电节点(例如，引脚)。互连控制器337耦合到电子开关312的源极、漏极及栅极且耦合到电子开关306的源极、漏极及栅极。明确地说，引脚S1耦合到电子开关312的源极，引脚G1耦合到电子开关312的栅极，引脚G2耦合到电子开关306的栅极，且引脚S2耦合到电子开关306的源极。互连控制器337的引脚D耦合到虚拟接地节点335以及电子开关312及306的漏极。

互连控制器337可配置以允许双向电子保险丝300被双向使用，如上文所论述。在第一配置中，当引脚S1上的电压大于引脚S2上的电压时，互连控制器337将引脚S1与引脚K1耦合、将引脚G1与引脚Gs耦合且将引脚G2与引脚Sw耦合。在第二配置中，当引脚S1上的电压小于引脚S2上的电压时，互连控制器337将引脚S2与引脚K1耦合、将引脚G2与引脚Gs耦合且将引脚G1与引脚Sw耦合。因此，在第一配置中，互连控制器337将电子开关312配置成连同能量采集器320一起操作以存储来自电池的能量，且将电子开关306配置成选择性地将负载112与电池110耦合及解耦。在第二配置中，互连控制器337将电子开关306配置成连同能量采集器320一起操作以存储来自电池的能量，且将电子开关312配置成选择性地将负载112与电池110耦合及解耦。在两种配置中，虚拟接地节点成为内部电路操作的参考点。

双向电子保险丝300进一步包含能量采集器320。能量采集器320包含运算放大器322，所述运算放大器的一个输入耦合到互连控制器337的引脚K1及电荷泵314的第一输入。运算放大器322的第二输入耦合到互连控制器337的引脚D及保护电路318的输入。运算放大器322的输出耦合到控制电路310的输入，控制电路310的输出耦合到互连控制器337的引脚Gs，控制电路310控制电子开关312及306的栅极电压。电荷泵314的第二输入耦合到保护电路318的输出，保护电路318的输入耦合到互连控制器337的引脚D。二极管D11耦合在电荷泵314的两个输入之间，二极管D11的阳极耦合到引脚K1，且二极管D11的阴极耦合到互连控制器337的引脚D(例如，经由保护电路318)。电荷泵314的输出耦合到电压控制电路316，电压控制电路316监督能量采集器320的操作、监督电荷泵314的工作循环及操作且监督控制电路310的输出电压及操作。电荷泵314包含二极管D6、D7等及电容器C4、C5等的布置以在能量采集器320关断时存储来自电池110的能量。

LDO调节器224耦合到二极管D8及电容器C7(例如，旁路电容器)，二极管D8的阳极耦合到电荷泵314的输出，且二极管D8的阴极耦合到LDO调节器224的输入。因此，二极管D8防止电流朝向电荷泵314流动。LDO调节器224输出被供应到接口电路308及电流传感器302的电压，例如Vcc。LDO调节器224的输出还耦合到电容器C8(例如，旁路电容器)，所述电容器耦合到虚拟接地节点335。LDO调节器224取决于互连控制器337的配置而控制电子开关306或电子开关312的偏置。

接口电路308的输入耦合到LDO调节器224的输出，所述输入还耦合到电容器C8。电容器C8的第一侧耦合到LDO调节器224的输出，且电容器C8的第二侧耦合到接口电路308的电子开关326。在一实例中，电子开关326是MOSFET。LDO调节器224的输出进一步耦合到电子开关330(例如，双极结晶体管(BJT))及电阻器R5，电阻器R5还耦合到电子开关326。电子开关330还耦合到互连控制器337的引脚SW及电子开关326。电子开关326的栅极耦合到警示信号线332。

接口电路308的组件布置根据警示信号线332上的由警示信号线332上的电流传感器302产生的信号取决于互连控制器337的配置而将由LDO调节器224产生的电压施加到电子开关312或电子开关306及抑制所述电压去往电子开关312或电子开关306。电子开关326从警示信号线332接收警示信号。响应于不存在警示信号，电子开关326激活电子开关330以将由LDO调节器224产生的电压施加到引脚Sw。响应于警示信号线332上的警示信号，电子开关326撤销激活电子开关330以抑制由LDO调节器224产生的电压去往引脚Sw。取决于互连控制器337的配置，来自LDO调节器224的电压从电子开关312或电子开关306被施加或被抑制，这允许电流从电池110流动到负载112或防止电流从电池110流动到负载112。

电子保险丝300不直接连接到电池110的负极端子122，即电子保险丝300与电池110的负极端子122断开电连接。因此，电流监测器302、能量采集器320、接口电路308、电子开关312及306与电池110的负极端子122断开电连接。举例来说，电子保险丝300可为汽车保险丝。电子保险丝300的此配置允许电子保险丝300在耦合到仅两个引脚而不直接连接到电池110的负极端子122时工作，这允许电子保险丝300在不对接纳电子保险丝300的保险丝盒进行修改的情况下替换汽车应用中的常规保险丝。因此，电子保险丝300可在不需要对其中利用电子保险丝300的汽车电系统进行任何修改的情况下代替典型一次性保险丝而使用。

图4图解说明实例性双向电子保险丝300耦合到的保险丝盒400。保险丝盒400耦合到正极端子120。保险丝盒400包含将电池110的正极端子120耦合到多个保险丝插座420a-420n中的每一者的总线412。多个保险丝插座420a-420n中的每一者耦合到多个负载，为使阐释简单化，图解说明单个负载112。

保险丝壳体416包含双向电子保险丝300。保险丝壳体416包含一保险丝端子402及另一保险丝端子404。保险丝壳体416可插入到保险丝插座420a-420n中的任一者中。保险丝壳体416可插入到保险丝插座420a-420n中以将保险丝端子402耦合到总线412且将保险丝端子404耦合到负载112。保险丝壳体416还可插入到保险丝插座420a-420n中以将保险丝端子402耦合到负载112且将保险丝端子404耦合到总线412。因此，包含双向电子保险丝300的保险丝壳体416不管插入方向如何均可插入到保险丝插座420a-420n中，从而允许在用户不必知晓保险丝壳体416将被插入到保险丝盒400中的方向的情况下将双向电子保险丝300电耦合到保险丝盒400。

图5图解说明包含电子保险丝510的系统500的另一实例，所述电子保险丝包含用以选择性地将电池110与负载112耦合及解耦的电子开关504。电子保险丝510图解说明在负载112首先耦合到开关504时或在电子保险丝510耗尽电力时用以开始电池110与负载112之间的电流流动的解决方案。为使阐释简单化，图1-3是在不包含图5中所图解说明的启动解决方案的情况下被图解说明。通常，串联在电池110与负载112之间的背对背MOSFET在负载112首先耦合到电池110时不允许电流在电池110与负载112之间流动。包含电容器C10的电子保险丝510克服了此缺陷。

电子保险丝510包含耦合到电子开关502的漏极及源极的二极管D9，二极管D9的阳极耦合到电子开关502的源极，且二极管D9的阴极耦合到电子开关502的漏极。二极管D9支持能量采集器104/204/320。电子保险丝510进一步包含耦合到电子开关504的漏极及源极的二极管D10，二极管D10的阳极耦合到电子开关504的源极，且二极管D10的阴极耦合到电子开关504的漏极。因此，二极管D10防止电流穿过其朝向电子开关504的源极流动。

电子保险丝510包含电阻器R6，所述电阻器耦合到电池110的正极端子且进一步耦合到电子开关502及控制电路550两者。控制电路550包含电容器C9以存储来自电池110的能量。二极管D10耦合在电子开关504的源极与漏极之间。电子开关502耦合到电子开关504，其中电子开关502及504的漏极被耦合。电子开关502及504的漏极还耦合到虚拟接地节点335。电子开关504的源极耦合到负载112。为便于图解，电子电路550包含上文所描述的电路，所述电路用以采集并存储来自电池110的能量，以在负载112选择性地与电池110断开连接时产生电压来给电子保险丝510供电，以选择性地重新配置电子开关502及504，且响应于警示信号而将开关502及504中的任一者接通及关断。

当电子开关504最初闭合时或当电子保险丝510耦合到电池110时，涌入电流跨越二极管D9、电容器C10及负载112而流动。峰值涌入电流的振幅是电容器C10与负载112的负载电容CL的函数。电容器C10的电容经选择以控制涌入电流流动的持续时间，其中所述持续时间经配置以接通电子开关504。峰值涌入电流小于典型保险丝，这是因为电子开关504最初是关断的。

此外，在跨越负载112到电池110的负极端子122短路的情况中或在电子保险丝510的超载状况中，控制电路550将监测且控制电子开关504的接通/关断状态。在此事件中，控制电路550将关断电子开关504，且电子保险丝510在时间周期之后最终将耗尽电力。电容器C10允许电子开关504频繁地进行双态切换以给控制电路550供电，以允许控制电路550检查电子保险丝510的故障状态，且如果故障状态不再存在，那么自动地将电子保险丝510复位。

图6图解说明包含电子保险丝610的另一系统600的另一实例，所述电子保险丝包含用以选择性地将电池110与负载112耦合及解耦的电子开关504。电子保险丝610类似于电子保险丝510而配置，其中相似组件被通用地图解说明。代替将系统500中的电容器C10耦合到电子开关504的源极及漏极，电子保险丝610替代地包含耦合到电子开关504的源极及漏极且与二极管D10并联的电阻器R7。在一实施例中，电子开关504可包含由R7表示的内部电阻。在替代实施例中，电阻器R7是不同于电子开关504的电元件。在一实例中，电阻器R7具有大于10,000欧姆的电阻。为使阐释简单化，图1-3是在不包含图6中所图解说明的启动解决方案的情况下被图解说明。通常，串联在电池110与负载112之间的背对背MOSFET在负载112首先耦合到电池110时不允许电流在电池110与负载112之间流动。包含电阻器R7的电子保险丝610克服了此缺陷。

在此实例中，在跨越负载112短路或由负载112所汲取的电流超过阈值的情况中，当电子开关504关断时，控制电路550将在电子开关504关断时监测且控制电子开关504。当电子开关504关断时，电子开关502将经由电阻器R7把电池110耦合到负载112。因此，当电子开关504关断时，少量的电流将跨越电阻器R7流动。此少量的电流允许控制电路550继续操作以按一频率将电子开关504双态切换为接通及关断且经由分流电阻器R6而检查短路或超过阈值的电流。

鉴于上文所描述的前述结构及功能特征，参考图7将更好地了解根据本发明的各种方面的方法。虽然出于使阐释简单化的目的而将图7的方法展示及描述为连续执行，但应理解及了解，本发明不限于所图解说明次序，因为根据本发明，一些方面可以不同于本文中所展示及描述的次序的次序发生及/或与其它方面同时发生。此外，可并非需要所有所图解说明特征来实施根据本发明的方面的方法。

图7图解说明选择性地将电池110与负载112耦合及解耦的实例性方法700。所述方法可通过电子保险丝(例如，图1-6中所图解说明的电子保险丝105/205/300/510/610)而执行。在702处，监测由负载112所汲取的电流。电流监测器102/202/302监测跨越电阻器R2/R4/R6的电流来作为用以监测由耦合到电子保险丝105/200/300的负载112所汲取的电流的基础。

在704处，通过能量采集器104/204/320及/或其它电容器而将来自电池110的能量存储在系统中。来自电池110的能量在负载112从电池110汲取电流的同时被存储。所存储能量给电流监测器102/202/302供电。

在706处，产生警示信号。电流监测器102/202/302响应于由电流监测器102/202/302监测到的电流超过预定义阈值而产生警示信号。

在708处，电子开关106/212/312/306/502响应于警示信号而选择性地将电池110与负载112解耦。此解耦是响应于响应于来自702的由负载112所汲取的所监测电流超过预定义阈值而产生的警示信号而执行。如上文所论述，电子保险丝105/205/300/510/610与电池110的负极端子122断开电连接。

在710处，从706处的所存储能量产生电压。负载控制器108及LDO调节器224从706处的所存储能量产生此电压来给电流监测器102/202/302供电。对电流监测器102/202/302的此供电允许将警示信号复位。电流监测器102/202/302此后重新开始监测由负载112从电池110所汲取的电流。

上文已描述本发明的实例。当然出于描述本发明的目的，不可能描述组件或方法的每一可设想组合，但所属领域的技术人员将认识到，许多其它组合及置换是可能的。因此，本发明打算囊括归属于此申请案(包含所附权利要求书)的范围内的所有此类更改、修改及变化形式。

Claims

1.一种装置，其包括：

电流监测器，其用以监测由耦合到所述装置的负载所汲取的电流，且响应于所述所监测电流超过预定义阈值而产生警示信号；

电子开关，其用以响应于所述警示信号而将电池与所述负载解耦，所述电子开关与耦合到所述装置的所述电池的负极端子断开电连接；

能量采集器，其用以在所述负载从所述电池汲取电流的同时存储来自所述电池的能量；及

负载控制器，其用以从所述能量采集器接收来自所述能量采集器的所述所存储能量，且在所述电池与所述负载解耦时产生电压来给所述电流监测器供电以将所述警示信号复位。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置进一步包含所述在电池与所述负载之间的分流电阻器，其中所述电流监测器监测跨越所述分流电阻器的电流来作为用以产生所述警示信号的基础。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电流监测器由比较器构成以将跨越所述分流电阻器的所述电流与所述预定义阈值进行比较，所述电流监测器响应于跨越所述分流电阻器的所述电流超过所述预定义阈值而产生所述警示信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量采集器包含电荷泵以在所述负载从耦合到所述装置的所述电池汲取电流的同时存储来自所述电池的所述能量。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量采集器包含电容器以在所述负载从耦合到所述装置的所述电池汲取电流的同时存储来自所述电池的所述能量。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述电子开关是第一晶体管，所述装置进一步包括：

第二晶体管；及

互连控制器，其用以在第一配置中选择性地将所述第一晶体管耦合到所述能量采集器且将所述第二晶体管配置为所述电子开关，且在第二配置中选择性地将所述第二晶体管耦合到所述能量采集器且将所述第一晶体管配置为所述电子开关。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一晶体管及所述第二晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述负载控制器由低压降LDO调节器构成以响应于所述电子开关选择性地将所述负载与所述装置解耦而产生用于给所述电流监测器及所述电子开关供电的所述电压。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是汽车保险丝。

10.一种方法，其包括：

利用电流监测器来监测由耦合到装置的负载所汲取的电流；

利用能量采集器在所述负载从耦合到所述装置的电池汲取电流的同时存储来自所述电池的能量；

利用所述电流监测器响应于所述所监测电流超过预定义阈值而产生警示信号；

利用与电池的负极端子断开电连接的电子开关响应于所述警示信号而选择性地将所述电池与所述负载解耦；及

利用所述负载控制器在所述电池与所述负载解耦时从所述所存储能量产生电压来给所述电流监测器供电以将所述警示信号复位。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述监测包括：

监测跨越所述电池与所述负载之间的分流电阻器的电流；及

响应于跨越所述分流电阻器的所述所监测电流超过所述预定义阈值而产生所述警示信号；及

响应于所述警示信号而将所述电池与所述负载解耦。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括将跨越所述分流电阻器的所述电流与所述预定义阈值进行比较来作为用以产生所述警示信号的基础。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述存储是利用电荷泵而执行。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述存储是由电容器执行。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述电子开关是第一晶体管，所述方法进一步包括：

在第一配置中，选择性地将所述第一晶体管耦合到所述能量采集器；

在所述第一配置中，选择性地配置第二晶体管以选择性地将所述电池与所述负载耦合及解耦；

在第二配置中，选择性地将所述第二晶体管耦合到所述能量采集器；及

在所述第二配置中，选择性地配置所述第一晶体管以选择性地将所述电池与所述负载耦合及解耦。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一晶体管及所述第二晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述产生所述电压是由低压降LDO调节器执行。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述装置是汽车保险丝。

19.一种装置，其包括：

第一电子开关，其串联在电池与所述负载之间；

第二电子开关，其串联在所述电池与所述负载之间；

能量采集器，其用以在所述负载从所述电池汲取电流的同时存储来自所述电池的能量；

负载控制器，其用以从所述能量采集器接收所述所存储能量，且在所述电池与所述负载解耦时产生电压来给所述电流监测器供电以将所述警示信号复位；及

互连控制器，其用以在第一配置中选择性地将所述第一电子开关耦合到所述能量采集器且将所述第二电子开关配置成响应于所述警示信号而选择性地将所述电池与所述负载解耦，且在第二配置中选择性地将所述第二电子开关耦合到所述能量采集器且将所述第一电子开关配置成响应于所述警示信号而选择性地将所述电池与所述负载解耦。

20.根据权利要求19所述的装置，其进一步包括在所述电池与所述负载之间的分流电阻器，其中所述电流监测器监测跨越所述分流电阻器的电流来作为用以产生所述警示信号的基础。

21.一种电子保险丝，其包括：

能量采集器，其包含：

输入，其用以在负载通过所述电子保险丝从电池汲取电流的同时接受及存储来自所述电池的能量；

输出，其用以在所述电池与负载断开连接时提供所述所存储能量；及

虚拟接地连接，其用以为所述能量采集器充当所述电池的接地端子。

22.根据权利要求21所述的电子保险丝，其中所述能量采集器由电荷泵构成以在所述负载从所述电池汲取电流的同时存储来自所述电池的所述能量。

23.根据权利要求21所述的电子保险丝，其中所述能量采集器的所述输出耦合到低压降调节器以输入所述所存储能量，且基于所述所存储能量而输出共同电流电压。

24.根据权利要求21所述的电子保险丝，其中所述能量采集器的所述输入耦合到互连控制器，所述互连控制器在第一配置中将第一电子开关耦合到所述能量采集器且在第二配置中将第二电子开关耦合到所述能量采集器。

25.根据权利要求21所述的电子保险丝，其中所述能量采集器的所述输出将所述所存储能量提供到电子开关以可切换地将所述电池与所述负载耦合及解耦。

26.一种装置，其包括：

电流监测器，其包含第一输入及第二输入、第一输出及第二输出以及到虚拟接地节点的连接，所述电流监测器的所述第一输入耦合到所述装置的输入端子；

能量采集器，其包含输入、第一输出及第二输出以及到所述虚拟接地的连接，所述能量采集器的所述输入耦合到所述电流监测器的所述第一输出；

电子开关，其包含第一输入及第二输入、输出及所述虚拟接地节点，所述电子开关的所述第一输入耦合到所述能量采集器的所述第一输出，且所述电子开关的所述输出耦合到所述装置的输出端子；及

负载控制器，其包含第一输入及第二输入、第一输出及第二输出以及到所述虚拟接地节点的连接，所述负载控制器的所述第一输入耦合到所述电流监测器的所述第二输出，所述负载控制器的所述第二输入耦合到所述能量采集器的所述第二输出，所述负载控制器的所述第一输出耦合到所述电流监测器的所述第二输入，且所述负载控制器的所述第二输出耦合到所述电子开关的所述第二输入。

27.根据权利要求26所述的装置，其中所述电子开关将电池与所述负载耦合及解耦，所述电子开关与耦合到所述装置的所述电池的负极端子断开电连接。

28.根据权利要求26所述的装置，其中所述装置的所述输入端子耦合到电池的正极端子。

29.根据权利要求26所述的装置，其中所述虚拟接地节点是所述电流监测器的所述第一输出。

30.根据权利要求26所述的装置，其中所述虚拟接地节点是所述电子开关的端子。