CN109390903A - 具有电源电压下降安全性的数字线路保护 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有电源电压下降安全性的数字线路保护。线路保护装置包括电流传感器、数字滤波器电路、开关控制电路和非易失性存储器电路。电流传感器适于感测通过电线的电流值。数字滤波器电路适于对电流值执行数字滤波。开关控制电路适于取决于经数字滤波的电流值来控制开关以中断流过电线的电流的流动。非易失性存储器电路适于存储数字滤波器电路的状态。

Description

具有电源电压下降安全性的数字线路保护
技术领域
本申请涉及线路保护装置并且涉及线路保护的方法。
背景技术
为了保护电线，例如导线、电缆、导体条或连接器，已知使用熔丝，熔丝防止电线被过大的电流损坏。
通常，选择特性与要保护的电线的最弱元件匹配的熔丝。在这方面，需要考虑的是，电线的发热通常将取决于流过电线的电流的大小以及电流流过电线的持续时间。也就是说，线路的损坏可能是由相对较高的电流流过相对短的持续时间或较低的电流流过较长的持续时间所引起的。该行为可以用时间-电流特性来表示，例如，由电流的持续时间作为电流的大小的函数给出，该电流的大小导致电线的最大允许温度增加。例如，在电缆的情况下，关键的方面是电缆的绝缘体的温度稳定性。作为一般规则，电线的灵敏度取决于各种参数，诸如线路几何形状、导体材料和绝缘体材料。此外，灵敏度通常还取决于电线的环境温度。鉴于上述情况，存在各种类型的熔丝，使得可以选择适合于要保护的电线的特性的熔丝。
此外，已知使用电子熔丝。电子熔丝可以在半导体开关的基础上实现，该半导体开关取决于流过受保护的电线的电流而打开。作为示例，US2016/0109212 A1描述了一种电子熔丝装置，其还支持通过模拟电路或通过软件模型对熔丝特性的建模。然而，设计模拟电路以实现某种熔丝特性可能是一项复杂的任务。此外，实现熔丝的软件模型可能导致电子熔丝装置的复杂性增加。
因此，存在对于允许有效地保护电线的技术的需要。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种线路保护装置。该线路保护装置包括电流传感器、数字滤波器电路、开关控制电路和非易失性存储器电路。电流传感器适于感测通过电线的电流值。数字滤波器电路适于对电流值执行数字滤波。开关控制电路适于取决于经数字滤波的电流值来控制开关以中断流过电线的电流的流动。非易失性存储器电路适于存储数字滤波器电路的状态。线路保护装置还可以包括开关。然而，开关也可以与线路保护装置分开提供，并且由来自线路保护装置的信号控制。
根据另一个实施例，提供了一种线路保护方法。该方法包括感测通过电线的电流值。数字滤波器电路对电流值执行数字滤波。取决于经数字滤波的电流值，对开关进行控制以中断流过电线的电流的流动。数字滤波器电路的状态由非易失性存储器电路存储。
根据本发明的其他实施例，可以提供其他装置、系统或方法。从以下结合附图的详细描述中，这些实施例将是显而易见的。
附图说明
图1A示意性地图示出了根据本发明实施例的线路保护装置。
图1B示意性地图示出了根据本发明另一个实施例的线路保护装置。
图2A、图2B、图2C和图2D示意性地图示出了根据本发明实施例的保护电线的各种场景。
图3示意性地图示出了对其可以应用根据本发明实施例的保护的电线。
图4示出了电线的示例性时间-电流特性。
图5示意性地图示出了根据本发明实施例的线路保护装置的可配置时间-电流特性。
图6图示出了电线的热模型。
图7A还图示出了线路保护装置的数字滤波器电路和开关控制电路。
图7B图示出了线路保护装置的数字滤波器电路和开关控制电路的另一示例。
图8示出了具有图7B的数字滤波器电路和开关控制电路的线路保护装置的整体图。
图9图示出了数字滤波器电路的数字低通滤波器的示例。
图10图示出了数字滤波器电路的非易失性存储器元件的示例。
图11图示出了数字滤波器电路的非易失性存储器元件的另一示例。
图12图示出了数字滤波器电路的非易失性存储器元件的另一示例。
图13图示出了数字滤波器电路的非易失性存储器元件的另一示例。
图14图示出了数字滤波器电路的非易失性存储器元件的另一示例。
图15图示出了用于避免由数字滤波器电路的非易失性存储器元件存储的值的错误更改的逻辑电路的示例。
图16图示出了根据本发明实施例的延迟元件的示例。
图17示出了用于示意性地图示出根据本发明实施例的线路保护方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。应当注意，这些实施例仅用作示例，而不应被解释为限制。例如，虽然实施例具有多个特征，但是其他实施例可以包括较少的特征和/或替代的特征。此外，除非另外特别指出，否则来自不同实施例的特征可以彼此组合。
如下所图示的实施例涉及电线的保护，特别是保护电线免受过度电流损坏。电线可以例如是导线、电缆、导体条或连接器。在所图示的示例中，通过使用开关来保护电线，以在电线的损坏发生之前中断通过电线的电流流动。取决于通过电线的电流的经数字滤波的值来控制开关。开关和用于控制开关的电子器件可以是线路保护装置的一部分，例如以电子熔丝的形式或者以补充有线路保护功能的开关装置的形式。
图1A示意性地图示出了根据实施例的线路保护装置100。如所图示，线路保护装置100具有被用来将线路保护装置与要保护的电线10串联连接的两个端子101、102。电线10可以例如是或包括导线、电缆、导体条、连接器或其组合。在所图示的示例中，电线10连接到负载RL。负载RL可以例如包括电动机、电照明装置、电加热或制冷装置等或者是其一部分。
线路保护装置100包括开关110、电流传感器120、数字滤波器电路130和开关控制电路140。如进一步所图示的，线路保护装置100还可以包括参数存储器160和/或接口170。
电流传感器120被用来感测流过电线10的电流I的值。电流传感器120将感测的电流I的值提供给数字滤波器电路130。数字滤波器电路130对表示电流I的值的信号执行数字滤波，并将经数字滤波的电流I的值提供给开关控制电路140。开关控制电路140取决于经数字滤波的电流I的值来控制开关110。取决于经数字滤波的电流I的值，例如，如果经数字滤波的电流I的值超过阈值，则开关控制电路140可以控制开关110以中断流过电线10的电流I的流动。对电流I的值进行数字滤波允许根据适合要保护的电线10的时间-电流特性来触发电流I的流动的中断。
如进一步所图示的，开关控制电路140还可以接收一个或多个附加输入信号，并且还取决于(一个或多个)附加输入信号来控制开关110。在所图示的示例中，附加输入信号包括来自电流传感器120的未经滤波的电流I的值和通过线路保护装置103的控制输入103提供的输入信号IN。基于未经滤波的电流I的值，如果电流I的值超过阈值，则开关控制电路140可以例如中断流过电线10的电流I的流动。取决于输入信号IN，开关控制电路140可以例如在经数字滤波的电流I的值或未经滤波的电流I的值都不会触发流过电线10的电流I的流动中断的状态下打开或关闭开关110。以这种方式，线路保护装置100也可以用作外部可控开关。
在图1A的示例中，电源电路150被用来为线路保护装置100的组件供电。图1A中的虚线示意性地图示出了组件的供电。为了给组件供电，电源电路150可以从端子101、102中的至少一个端子导出电力，端子101、102被用来将线路保护装置100与电线10串联连接。在所图示的示例中，电源电路150从在端子101处施加的电压和从线路保护装置100的接地端子104导出电力。然而，应当注意，电源电路150也可以以类似的方式从在端子102处施加的电压和/或从在端子101处施加的电压和在端子102处施加的电压导出电力。通过使用(一个或多个)端子101、102来导出电力，由于避免了对于提供专用外部电源电压的需要，所以可以以有效的方式实现线路保护装置100。此外，可以减少用于实现线路保护电路100的芯片或电子封装的引脚的数目。
在图1A的示例中，电源电路150被图示为：为线路保护装置100的基本上所有组件供电。然而，应当注意，在其他场景下，一些所示组件可能不需要由电源电路150供电。例如，一些组件可以由无源电路元件实现，并且因此不需要任何供电。另一方面，至少假设数字滤波器电路130基于有源电路元件来实现并且因此由电源电路150供电。
如所图示，数字滤波器电路130包括非易失性存储器电路135。非易失性存储器电路135被用来在电源电压下降期间存储数字滤波器电路130的状态。这里，术语“非易失性”意味着当存储器电路135不再被供电时，状态被存储一定的持续时间。该持续时间可以在几秒或甚至更长的范围内。电源电压下降可以例如是由于电线10上的短路引起的。数字滤波器电路130的状态可以特别地包括数字滤波器电路130的一个或多个延迟元件的状态。由于这样的(一个或多个)延迟元件，数字滤波器电路130的输出，即经数字滤波的电流I的值，不仅取决于最近感测到的电流I的值，而且还取决于过去感测到的电流I的一个或多个值。这允许有效地实现期望的时间-电流特性。
通过以非易失性的方式存储数字滤波器电路130的状态，可以避免用于触发电流I的流动的中断的时间-电流特性被电源电压下降更改。具体地，可以避免由于在数字滤波器电路130没有适当考虑电源电压下降之前感测到的电流I的值而过度延迟触发电流I的流动的中断。因此，鉴于电源电压下降，非易失性存储器电路135为线路保护装置100、100’提供附加的安全性。
如图1A中所指示，非易失性存储器电路135可以电容性地存储数字滤波器电路130的状态。例如，非易失性存储器电路135可以包括一个或多个缓冲电容器，并且存储在(一个或多个)缓冲电容器中的电荷可以被用来维持一个或多个锁存电路的状态。以这种方式，可以将数字滤波器电路130的状态有效地存储例如由短路引起的典型电源电压下降的时间间隔。这样的时间间隔可以在少于1秒的范围内。然而，应当注意，可以附加地或备选地使用其他类型的非易失性存储器电路，例如，闪存单元、MRAM(磁性随机存取存储器)或NRAM(基于纳米管的随机存取存储器)。
参数存储器160可以被用于存储数字滤波器电路130的一个或多个滤波器参数和/或开关控制电路140的一个或多个控制参数。例如，由数字滤波器电路130执行的数字滤波可以涉及多项式函数的计算，并且滤波器参数可以限定多项式函数的至少一个多项式系数。此外，由数字滤波器电路130执行的数字滤波可以涉及低通滤波，并且滤波器参数可以限定所述低通滤波的截止频率。此外，由数字滤波器电路130执行的数字滤波可以涉及高通滤波，并且滤波器参数可以限定所述高通滤波的截止频率。开关控制电路140的控制参数可以例如限定上述阈值中的一个或多个。
可以在参数存储器160中预先配置(一个或多个)滤波器参数和/或(一个或多个)控制参数的至少一部分，例如作为制造商设置的一部分。然而，还可以利用接口170来配置(一个或多个)滤波器参数和/或(一个或多个)控制参数。例如，接口170可以被用来在存储器中存储的不同参数集之间进行选择。
在所图示的示例中，接口170被提供有用于连接外部配置电阻器RC的端子，并且外部配置电阻器RC的值被用于指示要选择哪个参数集。
作为使用外部配置电阻器RC的替代或补充，还可以为接口170提供一个或多个机械开关元件并使用开关设置来指示要选择哪个参数集。此外，可以为接口170提供一个或多个数据线，并使用数据线来指示要选择哪个参数集和/或传送(一个或多个)滤波器参数和/或(一个或多个)控制参数到参数存储器160。在这方面，还应当注意，为了实现数据线，接口可以配备有一个或多个专用数据线端子。然而，还可以重用线路保护装置100的一个或多个其他端子以实现数据线，例如，端子101、102、103中的一个或多个。在后一种情况下，可以将经由数据线传送的数据信号调制到在重用的(一个或多个)端子101、102、103处施加的其他信号上。
在图1A的示例中，假设开关110是线路保护装置100的一部分。然而，开关110也可以是外部组件。图1B图示出了线路保护装置100’的对应实施例。
线路保护装置100’大体上类似于线路保护装置100，并且与线路保护装置100的组件相对应的线路保护装置100’的组件已由相同的附图标记标示。关于这些组件的进一步细节，参考关于图1A的描述。
在线路保护装置100’的情况下，开关控制电路140向外部开关110’提供控制信号。线路保护装置100’和外部开关110’可以是同一电子器件封装的一部分。备选地，线路保护装置100’和外部开关110’可以作为分离的电子封装而被提供。
在图1B的示例中，使用线路保护装置100’的端子101、102将线路保护装置100’和外部开关110’与要保护的电线10串联连接。以这种方式，通过电线10的电流I可以由线路保护装置100’的电流传感器120感测。
为了向外部开关110’提供控制信号，线路保护装置100’包括输出端子105。线路保护装置100的开关控制电路140以与上面对于线路保护装置100的开关110所述的相同方式来控制开关110’。也就是说，取决于经数字滤波的电流I的值来控制开关110。
图2A、图2B、图2C和图2D示意性地图示出了将线路保护装置100耦合到电线10的各种布置。正如可以看出的，在这些布置中的每一个布置中，线路保护装置100与电线10串联连接。在图2A的布置中，线路保护装置100连接到电线10的一端，并且在图2B的布置中，线路保护装置100连接到电线10的另一端。在图2C的布置中，线路保护装置100连接在电线10的两个区段之间。在图2D的布置中，线路保护装置100经由中间导体元件20而间接地连接到电线10。在这些布置中的每一个布置中，通过从用于将线路保护装置100与电线10串联连接的端子101、102中的至少一个导出电力，线路保护装置100可以如上所述地被供电。在这些布置中的每一个布置中，线路保护装置100可以用作传统熔丝的替代物。
线路保护装置100’可以以与图2A、图2B、图2C和图2D中所图示的类似布置而被使用。然而，应当注意，在这种情况下，线路保护装置100’和外部开关110’可以被布置在不同的位置处。例如，线路保护装置100’可以被布置在电线10的一端，如图2A或图2B所示，而外部开关110’被布置在电线10的另一端处或被插入在电线10的两个区段之间。
如上所述，由数字滤波器电路130执行的数字滤波可以被用来根据适合电线10的时间-电流特性来触发电流I的流动的中断。这将被进一步解释如下。
图3进一步图示出了电线10的示例性属性。在所图示的示例中，假设电线10是具有圆柱几何形状的绝缘导线，其中内部导体12被绝缘体层14覆盖。内部导体12可以由绞合导线或实心导线形成，内部导体12具有直径d1。导线的总体直径为d2。绝缘体层14的厚度s由s表示。电线10的鲁棒性取决于这些几何属性并且也取决于电线10的构成材料，诸如导体12的材料和绝缘体层14的(一种或多种)材料。可以为电线10限定温度限制TL，例如限定为为了防止电线10的损坏而不应被超过的温度。
当电流I流过电线10时，在电线10中产生热。电线10的结果温度取决于各种参数，诸如电线10的上述几何属性。此外，结果温度还取决于电线10的构成材料。此外，结果温度还取决于电流I的值、流过电线10的电流的持续时间以及环境温度。作为一般规则，电流I的较高值导致较高的结果温度。类似地，较高的电流持续时间将导致较高的结果温度。这可以通过用时间-电流特性表示电线10的鲁棒性来考虑，对于给定的环境温度，该时间-电流特性示出了到达电线10的温度限制TL的时间t作为流过电线10的电流I的值的函数。图4示出了这种时间-电流特性的示例。正如可以看出的，随着电流I的值增加，在达到温度限制TL之前电流流过电线10的允许时间更短。对于电流I的较低值，电流实际上可以流动无限时间而不会达到温度限制TL。
为了有效地保护电线10，期望根据适合电线10的时间-电流特性的特性触发流过电线10的电流I的中断。具体地，根据与电线10的时间-电流特性相类似但是向更低电流和更短时间偏移一余量的时间-电流特性，通过触发流过电线10的电流I的中断，可以实现有效的保护。这具有如下效果：流过电线10的电流I的流动将在电线10发生损坏之前就已经被中断。另外，当电流I的值超过特定最大阈值时，还期望通过中断流过电线10的电流I的流动来添加过电流保护。
在线路保护装置100、100’中，通过由数字滤波器电路130执行的数字滤波来实现用于触发电流I的流动的中断的时间-电流特性。响应于超过最大电流阈值的中断可以由开关控制电路140实现。图5示意性地图示出了用于流过电线10的电流I的流动中断的结果组合特性。为了比较，图5用虚线图示出了电线10的时间-电流特性。正如可以看出的，由线路保护装置100、100’提供的时间-电流特性可被视为具有三个分支：由下限电流I1限定的第一基本上垂直的分支、由上限电流I2限定的第二基本上垂直的分支和连接两个基本垂直的分支的基本上水平的分支。低于下限电流I1，也被称为最大永久电流，电流I可以流动无限时间，而不会触发电流I的流动的中断。高于上限电流I2，也被称为“跳闸电流”，不管电流流动的持续时间如何，都立即触发电流I的流动的中断。基本上水平的分支的时间位置表示触发速度或延迟，由τP表示。
图6图示出了电线10的热模型。基于该热模型，可以看出：通过电线10的电流值的数字滤波可以被用来根据电流I的值而有效地估计电线10的温度，并从而实现如结合图5所解释的时间-电流特性。
在电线10的横截面图中，图6示出了可以通过限定热阻Rth和热容Cth来对电线10的发热进行建模。热阻Rth描述了将热量从内部导体12传导到围绕电线10的环境介质、例如传导到环境空气的能力。热阻Rth通常取决于绝缘体层14的厚度、取决于导体12中和绝缘体层14中使用的(一种或多种)材料、并且还取决于导体12的直径d1和电线的直径d2。热容Cth将在电线10中存储热的能力参数化。热容Cth也取决于绝缘体层14的厚度、取决于导体12中和绝缘体层中使用的(一种或多种)材料、并且还取决于导体12的直径d1和电线10的直径d2。
此外，图6还示出了等效热回路，其可以被用来对由于流过电线10的电流而引起的电线10的发热进行建模。正如可以看出的，电线10的发热可以用电路对其进行建模，其中在导体12中产生的散热功率被施加到由热阻Rth和热容Cth限定的低通滤波器电路。电线10响应于等于第一电流限制I1的电流的静态行为可以通过以下等式描述：
PDm＝k3ΔT＝k3(TL-TA) (2)，
其中TL表示为电线10所限定的温度限制，TA表示电线10的环境温度。系数k1、k2、k3取决于电线10的属性。
响应于高于第一电流限制I1的电流，电线10的动态行为继而可以通过以下等式描述：
τL＝RthCth (3)
tS＝-τLn(1-k3ΔT/(k1I+k2I2)) (4)，
其中，tS表示用于将电线10从环境温度TA发热到温度限制TL所需的时间。
因此，电线10的热行为可以用两个参数来描述：在静态条件下引起电线10的最大发热的电流I1，以及由热阻Rth和热容Cth限定的时间常数τP。更具体地，响应于流过电线10的电流I的、电线10的热行为可以通过计算电流I的多项式函数并利用时间常数τL对多项式函数的值进行低通滤波来进行建模。在线路保护装置100、100’中，通过在数字滤波器电路130中执行数字滤波，用于触发流过电线10的电流I的流动中断的时间-电流特性可以被配置用于模仿该热行为，所述数字滤波包括根据以下等式计算电流I的多项式函数：
P＝k1I+k2I2 (5)
然后利用时间常数τP对多项式函数的输出进行低通滤波。低通滤波的输出表示相对于环境温度TA的温度增加。时间常数τP可以选择为略低于为电线10估计的时间常数τL，以确保在电线10会达到温度限制TL之前触发电流的流动的中断。
假设环境温度TA不可用作测量的输入参数，通过假设在典型的操作条件下不会被超过的最坏情况环境温度TWC，可以在最坏情况考虑的情况下考虑环境温度TA。然后，最大永久电流，即下限电流I1，可以被用作估计在稳定条件下电线10的最高温度TLS的基础。例如，电线10在稳定条件下的最高温度TLS可以被估计为
鉴于上述情况，数字滤波器电路130对电流I的值的数字滤波，以及开关控制电路140对经数字滤波的电流I的值的逻辑评估可以如图7A中所图示的那样被实现。
图7A示出了用于说明在通过电线10的电流I的数字化值D(I)的基础上由数字滤波器电路130执行的数字滤波操作的示例的框图。此外，图7A示出了由开关控制电路140执行的逻辑操作的示例。
在图7A的示例中，数字滤波操作包括滤波器块710中的多项式函数的计算和滤波器块720中的低通滤波。逻辑操作包括逻辑块730中的比较、逻辑块740中的比较、以及逻辑块750中的逻辑或操作。
滤波器块710接收电流I的数字化值D(I)，并根据等式(5)数字地计算多项式函数。如等式(5)所示，多项式函数可以是二阶多项式函数，其具有针对多项式函数的线性部分和二次部分的非零系数k1和k2。然而，在一些实现中，也将可以忽略线性部分并且仅针对二次部分具有非零系数k2。然而，针对线性部分也具有非零系数k1可以允许取决于温度而更精确地建模电线10的导体12的导电率。
多项式函数的输出作为数字值D(P)被提供给滤波器块720。滤波器块720对多项式函数的输出D(P)执行数字低通滤波。为此目的，滤波器块720可以例如包括一阶数字低通滤波器。然而，使用更高阶的数字低通滤波器例如二阶或三阶也是可能的。滤波器块720的输出表示电线10的估计温度增加ΔT乘以系数k3。滤波器块720的输出作为数字值D(k3ΔT)而被提供给逻辑块730。
逻辑块730接收滤波器块720的输出D(k3ΔT)，即经数字滤波的电流I的值，并将输出D(k3ΔT)与第一阈值进行比较以判定电线10的估计温度是否超过温度限制TL。因此，第一阈值取决于温度限制TL。另外，第一阈值可以取决于环境温度TA，例如，根据从温度限制TL的偏移。如结合等式(6)所解释的，还可以在通过电线10的最大永久电流的最坏情况考虑的基础上来估计该偏移。
如果逻辑块730判定电线10的估计温度超过温度限制TL，则逻辑块730将过温信号OT设置为数字值“1”。如果逻辑块730判定电线10的估计温度没有超过温度限制TL，则逻辑块730将过温信号OT设置为数字值“0”。
逻辑块740接收电流I的数字化值D(I)，即电流I的未经滤波的值，并将电流I的值与第二阈值进行比较，以判定电流I的值是否为电流I超过电流上限I2，即跳闸电流。例如，可以鉴于保护线路保护装置100、100’本身免于耗散太多能量而设置第二电流限制I2。此外，可以还鉴于保护耦合到电线10的其他装置免受过高电流峰值或者鉴于避免由这种过度电流峰值引起的电源电压击穿来设置第二电流限制I2。
如果逻辑块740判定通过电线10的电流I的值超过电流上限I2，则逻辑块740将过电流信号OC设置为数字值“1”。如果逻辑块740判定通过电线10的电流I的值未超过电流上限I2，则逻辑块740将过电流信号OC设置为数字值“0”。
逻辑块750接收过温信号OT和过电流信号OC，并通过逻辑或操作组合这两个信号。也就是说，如果过温信号OT和过电流信号OC中的至少一个具有数字值“1”，则逻辑块750将切断信号SO设置为数字值“1”。如果过温信号OT和过电流信号OC都不具有数字值“1”，则逻辑块750将切断信号SO设置为数字值“0”。断开信号SO然后被用于触发电流I流过电线10的中断。具体地，如果切断信号SO被设置为数字值“1”，则开关控制电路140通过断开开关110而中断电流I的流动。如果切断信号SO被设置为数字值“0”，则开关控制电路140可以保持开关110闭合。然而，取决于其他准则，开关控制电路140也可以在开关信号SO被设置为数字值“0”时，例如，如果上述外部输入信号IN指示开关110要被打开，则断开开关。
在图7A的示例中，由数字滤波器电路130执行的数字滤波操作包括多项式函数的计算和低通滤波。然而，应当注意，数字滤波器电路130还可以实现其他类型的数字滤波操作。图7B示出了用于说明由数字滤波器电路130执行的数字滤波操作还包括高通滤波的相应示例的框图。此外，图7B示出了由开关控制电路140执行的其他逻辑操作的示例。
同样在图7B的示例中，数字滤波操作包括滤波器块710中的多项式函数的计算和滤波器块720中的低通滤波。逻辑操作包括逻辑块730中的比较、逻辑块740中的比较、以及逻辑块750中的逻辑或操作。关于滤波器块710和720以及逻辑块730、740和750的操作的细节可以从以上结合图7A的描述中获得。在图7B的示例中，数字滤波操作附加地包括滤波器块760中的高通滤波，并且逻辑运算附加地包括逻辑块770中的比较。
滤波器块760接收电流I的数字化值D(I)并执行值D(I)的数字高通滤波。为此目的，滤波器块760可以例如包括一阶数字高通滤波器。然而，使用更高阶的数字高通滤波器例如二阶或三阶也是可能的。滤波器块760的输出表示通过电线10的电流I的值的时间导数dI/dt的估计乘以系数k4。滤波器块760的输出作为数字值D(k4dI/dt)而被提供给逻辑块770。
逻辑块770接收滤波器块760的输出D(k4dI/dt)，即电流I的值的时间导数的估计，并且将输出D(k4dI/dt)与第三阈值(k4dI/dt)max进行比较以判定是否存在通过电线10的电流I的过度增加。电流I的过度增加可能表示电线10上的短路。
如果逻辑块770判定存在通过电线10的电流I的过度增加，则逻辑块770将短路信号SC设置为数字值“1”。否则，逻辑块770将短路信号SC设置为数字值“0”。
在图7B的示例中，逻辑块750接收过温信号OT、过电流信号OC和短路信号SC，并通过逻辑或操作组合这三个信号。也就是说，如果过温信号OT、过电流信号OC和短路信号SC中的至少一个具有数字值“1”，则逻辑块750将切断信号SO设置为数字值“1”。如果过温信号OT、过电流信号OC和短路信号SC都不具有数字值“1”，则逻辑块750将切断信号SO设置为数字值“0”。类似于图7A的示例，切断信号SO然后被用于触发流过电线10的电流I的流动的中断。具体地，如果切断信号SO被设置为数字值“1”。开关控制电路140通过断开开关110而中断电流I的流动。如果切断信号SO被设置为数字值“0”，则开关控制电路140可以保持开关110闭合。然而，取决于其他准则，开关控制电路140也可以在切断信号SO被设置为数字值“0”时，例如，如果上述外部输入信号IN指示开关110要被断开，则断开开关。
在图7B的示例中，通过滤波器块760中的高通滤波对数字值D(I)的处理以及逻辑块770中的与阈值的比较，也允许当电线10上的短路引起电流I的值的突然增加时中断通过电线10的电流I的流动。在这种情况下，早在电线10存在显著发热之前和在达到电流上限I2之前，可以提前触发电流I的流动的中断。以这种方式，可以进一步改善在短路场景下对电线10的保护。
应当注意，在图7B的示例的变型中，可以使用滤波器块710的输出D(P)代替数字值D(I)作为滤波器块760中的高通滤波的输入。在另一个变型中，滤波器块720的低通滤波和滤波器块760的高通滤波可以由同一滤波器块实现，例如，通过为滤波器块720提供带阻滤波器特性。在后一种情况下，滤波器块720的输出可以被提供给逻辑块730和逻辑块770二者。
图8示出了用于说明如何通过电子电路元件实现线路保护装置100、100’的上述功能性的整体框图。类似于图1，图8使用虚线来示意性地图示出线路保护装置100、100’的组件的供电。
在图8的示例中，线路保护装置100、100’和要保护的线路10由电压源800(例如电池)供电。线路保护装置100、100’包括晶体管810。晶体管可以实现图1A的内部开关110或图1B的外部开关110。晶体管810可以例如是MOSFET(金属氧化物半导体场效应)晶体管，例如基于DMOS技术(双扩散金属氧化物)或VMOS(V型槽金属氧化物半导体)技术的功率MOSFET。但是，也可以使用其他晶体管类型。电压源820、晶体管810、要保护的电线10和负载RL串联连接。因此，如果晶体管810处于导通状态，则通过电线10的电流I也将流过晶体管810。通过使晶体管810进入非导通状态，可以中断电流I通过电线10的流动。
此外，线路保护装置100、100’包括栅极驱动器820，栅极驱动器820产生用于控制晶体管810以在导通状态和非导通状态之间变化的栅极信号VG。栅极驱动器820由电压源800提供的输入电压供电。因此，被用来将晶体管与电压源800串联连接的相同端子也可以被用来为栅极驱动器820供电。
如虚线所图示，栅极驱动器820还向线路保护装置100、100’的其他组件供电。例如，栅极驱动器820可以从电压源820提供的输入电压导出一个或多个电源电压VS，并且将(一个或多个)电源电压VS分配给其他组件，如虚线所图示。
在所图示的示例中，假设晶体管810是“常关”类型。也就是说，需要以高于晶体管810的阈值电压的特定电压电平主动地产生栅极信号VG，以使晶体管810进入导通状态。以这种方式，通过确保在线路保护装置100、100’由于缺乏电力而未激活的情况下晶体管810处于非导通状态并且这里可以没有电流I通过要保护的电线10，线路保护装置100、100’可以以故障安全方式操作。
在图8的示例中，线路保护装置100、100’进一步包括分流电阻器RS和电压传感器830。分流电阻器RS串联连接在晶体管810和电线10之间。电压传感器830感测分流电阻器RS的每个端子上的电压电平，并且通过电平移位器840将这些电压电平提供给测量放大器850。测量放大器850提供单端输出电压，该单端输出电压表示跨越分流电阻器RS的电压并因此表示通过电线10的电流I的值。
测量放大器850的输出电压被馈送到抗混叠滤波器860。抗混叠滤波器860可以例如具有低通特性。抗混叠滤波器860的输出被供给到加法器870，加法器870将半信号范围偏移加到其输入信号上。然后，加法器870的输出信号被供给到模数转换器880以用于模数转换。然后将模数转换器880的数字输出供给到另一加法器890，该加法器890从模数转换器880的数字输出中数字地减去半范围信号偏移。通过在模数转换之前加上半信号范围偏移并在模数转换之后减去半信号范围偏移，对于电流I的两个极性，均可以支持电流I的值到数字值的转换。
另外，在模数转换之后减去偏移也可以用于校正其他偏移。例如，由于制造公差，电压传感器830、电平移位器840、测量放大器850、抗混叠滤波器860或加法器870可以向模数转换器880的输出引入偏移。可以通过将电压传感器830的输入短路并根据模数转换器880的结果数字输出测量偏移来估计该偏移。在线路保护装置100、100’的正常操作期间，然后，加法器890可以附加地减去测量到的偏移。
组合地，分流电阻器RS、电压传感器830、电平移位器840、测量放大器850、抗混叠滤波器860、加法器870、模数转换器880和加法器890可以实现电流传感器120。在所图示的示例中，电流传感器120因此将被配置为感测通过电线10的电流I的值并输出表示电流I的值的数字值，诸如上述数字值D(I)。然而，应当注意，也可以使用电流传感器120的其他实现。例如，也可以完全在模拟电路的基础上实现电流传感器120，并且可以由数字滤波器电路140的输入级执行模数转换。
在图8的示例中，假设然后如结合图7B所解释的那样处理表示电流I的值的数字值D(I)以产生切断信号SO。也就是说，数字值D(I)由滤波器块710、720和760以及逻辑块730、740、750和770处理。然而，应当注意，也可以省略滤波器块760和逻辑块770，并且可以如结合图7A所解释的那样产生切断信号SO。
当切断信号SO被设置为数字值“1”时，切断信号SO被供给到栅极驱动器820并被用来触发电流I的流动的中断。在图8的示例中，这意味着响应于具有数字值“1”的切断信号SO，栅极驱动器820将停止产生具有所需电压电平以使晶体管810进入导电状态的栅极信号VG。
在图8的示例中，栅极驱动器820还接收外部输入信号IN。当切断信号SO具有数字值“0”时，栅极驱动器820可以产生栅极信号VG以在导通状态和非导通状态之间切换晶体管810，使得线路保护装置100也可以被用于实现外部可控开关。这里，应当注意，当切断信号SO具有数字值“1”时，栅极驱动器820将始终使晶体管810进入非导通状态并中断电流I的流动。以这种方式，可以避免在电线10充分冷却之前使晶体管810返回导通状态。在通过切断信号SO触发电流I的流动的中断之后，切断信号SO可以被栅极驱动器820锁存，使得晶体管810保持在非导通状态，直到线路保护装置100、100’被复位。线路保护装置100、100’的复位可以例如需要将特定信号序列施加到外部输入信号IN或者将线路保护装置100、100’与电压源800断开。在一些情况下，也可以通过锁存切断信号SO仅有限时间后自动复位线路保护装置100、100’。
上述参数存储器160可以包括用于配置线路保护装置100、100’的操作的各种参数，如结合图7和图8所解释的。这些参数可以作为制造商设置的一部分、例如在线路保护设备100、100’的最终测试期间而被存储。然而，这些参数中的至少一些参数由线路保护设备100、100’的用户例如使用上述接口170进行配置也是可能的。
参数存储器160可以包括用于系数k1、k2、k3、k4的值、滤波器块720中的低通滤波的时间常数τP、和/或滤波器块760中的高通滤波的时间常数τH。此外，参数存储器160可以限定要由逻辑块730和740使用的阈值。在逻辑块730的情况下，第一阈值可以例如根据最大允许温度增加ΔTm、根据k3ΔTm或根据k3(TL-TA)来限定。然而，第一阈值也可以基于最大永久电流I1而根据温度限制TL和环境温度TA的最坏情况估计来限定。更进一步地，参数存储器160还可以包括用于第一阈值的不同选项，其可以根据环境温度TA的测量或根据环境温度TA的估计范围来选择。
在一些场景中，可以忽略由滤波器块710实现的多项式函数的线性项。在这种情况下，可以简化由滤波器块710和720执行的数字处理。特别地，滤波器块710然后可以被配置为仅执行数字值D(I)的平方，并且剩余系数k2和k2可以被组合成单个系数k＝k3/k2。然后可以根据kΔTm或根据k(TL-TA)来限定第一阈值。
如上所述，数字滤波器电路130可以包括一个或多个延迟元件。这在图9中图示出，图9示出了数字低通滤波器900的示例。数字低通滤波器900可以例如被使用在上述滤波器块720中。
如所图示，数字低通滤波器900以时间离散值序列xn的形式接收输入信号，并以时间离散值序列yn的形式提供输出信号。这里，n表示序列中值xn、yn的索引，该索引随每个时间步长(例如，随每个时钟周期)递增。当在滤波器块720中被使用时，输入信号将包括由多项式函数输出的数字值D(P)，并且输出信号将包括表示估计的温度增加ΔT的数字值D(k3ΔT)。
数字低通滤波器900包括第一加法器元件910、乘法器元件920、第二加法器元件930和延迟元件940。正如可以看出的，输出信号的值yn被延迟元件940延迟，然后被反馈到第一加法器元件910和第二加法器元件930。第一加法器元件910从输入值xn中减去延迟的输出值yn-1。第一加法器的输出值被供给到乘法器元件920，乘法器元件920以因子1/α完成缩放。乘法器元件920的输出值被供给到第二加法器元件930，第二加法器元件930通过将延迟的输出值yn-1与乘法器元件920的输出值相加来产生输出值yn。
在图9的示例中，数字低通滤波器900实现一阶低通滤波器。然而，应当注意，也可以使用更复杂的数字滤波器实现，例如更高阶的低通滤波器，并且这种其他数字滤波器实现可以使用多个延迟元件。
如上所述，数字滤波器电路130由需要在操作期间供电的有源电路元件实现。这也适用于数字滤波器电路130中使用的(一个或多个)延迟元件，诸如延迟元件940。在线路保护装置100、100’中，非易失性存储器电路135被用来存储数字滤波器电路130的状态，特别是数字滤波器电路130的一个或多个延迟元件(诸如延迟元件940)的状态。以这种方式，数字滤波器电路130可以从电源电压下降之前它的状态开始继续操作，由此当估计温度增加ΔT时，使得数字滤波器电路130能够考虑在电源电压下降之前感测的电流I的值。因此，当发生电源电压下降时，也可以观察到用于中断通过电线10的电流I的流动的期望时间-电流特性。
图10至图14图示出了可以被用来实现非易失性存储器电路135的非易失性存储器元件的示例。这里，还应当注意，根据不同示例的非易失性存储器元件可以被组合在非易失性存储器电路135中。在每个示例中，非易失性存储器元件基于锁存电路。锁存电路可以例如具有存储诸如延迟元件940的延迟元件的输入值的一位的目的。也就是说，锁存电路可以是数字滤波器电路130的延迟元件的一部分。
在图10的示例中，非易失性存储器元件1000包括第一输入端子1011和第二输入端子1012。此外，非易失性存储器元件1000包括第一输出端子1021和第二输出端子1022。此外，非易失性存储器元件1000包括第一逻辑门元件1030和第二逻辑门元件1040。在第一输入端1011处施加的输入信号被提供给第一逻辑门元件1030的第一输入。在第二输入端子1012处施加的输入信号被提供给第二逻辑门元件1040的第一输入。第一逻辑门元件1030的输出信号被提供给第二逻辑门元件1040的第二输入，并且第二逻辑门元件1040的输出信号提供给第一逻辑门元件1030的第二输入。第一逻辑门元件1030的输出信号也被提供给第一输出端子1021，并且第二逻辑门元件1040的输出信号也被提供给第二输出端子1022。
在图10的示例中，第一逻辑门元件1030和第二逻辑门元件1040是与非门(NAND)并形成RS(“复位设置”)锁存电路，其中第一输入端子1011对应于RS锁存电路的SN(反相设置)输入，第二输入端子1012对应于RS锁存电路的RN(反相复位)输入，第一输出端子1021对应于RS锁存电路的Q(数据)输出，第二输出端子1022对应于RS锁存电路的QN(反相数据)输出。
如所图示，非易失性存储器元件1000进一步包括缓冲电容器1050。缓冲电容器1050耦合在第一逻辑门元件1030的第二输入与第二逻辑门元件1040的第二输入之间。在数字滤波器电路130的操作期间，RS锁存电路可以被用来存储由数字滤波器电路130处理的值，其涉及使用施加到输入端子1011、1021的信号来改变RS锁存电路的状态。根据RS锁存电路的输出的状态对缓冲电容器1050充电。在电源电压下降的情况下，缓冲电容器1050将仅缓慢放电，并且存储在缓冲电容器1050中的电荷保持RS锁存电路的状态。
在图11的示例中，非易失性存储器元件1100包括第一输入端子1111和第二输入端子1112。此外，非易失性存储器元件1100包括第一输出端子1121和第二输出端子1122。此外，非易失性存储器元件1100包括第一逻辑门元件1130和第二逻辑门元件1140。在第一输入端1111施加的输入信号被提供给第一逻辑门元件1130的第一输入。在第二输入端子1112处施加的输入信号被提供给第二逻辑门元件1140的第一输入。第一逻辑门元件1130的输出信号被提供给第二逻辑门元件1140的第二输入，并且第二逻辑门元件1140的输出信号被提供给第一逻辑门元件1130的第二输入。第一逻辑门元件1130的输出信号也被提供给第一输出端子1121，并且第二逻辑门元件1140的输出信号也被提供给第二输出端子1122。
在图11的示例中，第一逻辑门元件1130和第二逻辑门元件1140是或非门(NOR)并且形成RS锁存电路，其中第一输入端子1111对应于RS锁存电路的S(设置)输入，第二输入端子1112对应于RS锁存电路的R(复位)输入，第一输出端子1121对应于RS锁存电路的QN(反相数据)输出，并且第二输出端子1122对应于RS锁存电路的Q(数据)输出。
类似于非易失性存储器元件1000，非易失性存储器元件1100也包括缓冲电容器1150。缓冲电容器1150耦合在第一逻辑门元件1130的第二输入与第二逻辑门元件1140的第二输入之间。在数字滤波器电路130的操作期间，RS锁存器电路可以被用来存储由数字滤波器电路130处理的值，其涉及使用施加到输入端子1111、1121的信号来改变RS锁存器电路的状态。根据RS锁存电路的输出的状态来对缓冲电容器1150充电。在电源电压下降的情况下，缓冲电容器1150将仅缓慢放电，并且存储在缓冲电容器1150中的电荷保持RS锁存电路的状态。
图12图示了非易失性存储器元件1200的另一示例的晶体管级表示。非易失性存储器元件1200包括第一输入端子1211和第二输入端子1212。此外，非易失性存储器元件1200包括第一输出端子1221和第二输出端子1222。如所图示，非易失性存储器元件1200包括MOS(金属氧化物半导体)型晶体管1201、1231、1232、1233、1241、1242、1243，它们耦合在高电源电压线Vdd和低电源电压线Vss之间。晶体管1201操作为电流镜的初级，用于镜像由电流源1202提供的电流I1。晶体管1231将电流I1镜像到第一电流路径，该第一电流路径包括由晶体管1232和1233形成的并联电路。晶体管1241将电流I1镜像到第二电流路径，该第二电流路径包括由晶体管1242和1243形成的并联电路。晶体管1232的栅极由施加在第一输入端子1211处的输入信号控制。晶体管1242的栅极由施加在第二输入端子1212处的输入信号控制。晶体管1233的栅极由从位于晶体管1241和由晶体管1242和1243形成的并联电路之间的节点1244中导出的信号控制。该信号还被提供给第一输出端子1221。晶体管1243的栅极由从位于晶体管1231和由晶体管1232和1233形成的并联电路之间的节点1234中导出的信号控制。该信号也被提供给第二输出端子1222。
在图12的示例中，晶体管1231、1232和1233形成第一或非门，并且晶体管1241、1242和1243形成第二或非门。这些或非门连接以形成RS锁存电路。在该RS锁存电路中，第一输入端子1211对应于S(设置)输入，第二输入端子1212对应于R(复位)输入，第一输出端子1221对应于Q(数据)输出，并且第二输入端子1222对应于QN(反相数据)输出。
如进一步所图示，非易失性存储器元件1200包括缓冲电容器1250。缓冲电容器1250耦合在晶体管1233的栅极与晶体管1243的栅极之间。在数字滤波器电路130的操作期间，RS锁存电路可以被用来存储由数字滤波器电路130处理的值，其涉及使用施加到输入端子1211、1221的信号来改变RS锁存电路的状态。根据RS锁存电路的输出的状态来对缓冲电容器1250充电。在电源电压下降的情况下，缓冲电容器1250将仅缓慢放电，并且存储在缓冲电容器1250中的电荷保持RS锁存电路的状态。
如进一步所图示，非易失性存储器元件1200包括二极管1261和二极管1262，二极管1261耦合在晶体管1231与由晶体管1232和1233形成的并联电路之间的节点1234之间，二极管1262耦合在晶体管1241与由晶体管1242和1243形成的并联电路之间的节点1244之间。在电源电压下降期间，二极管1261和1262防止缓冲电容器向高电源电压线Vdd放电。以这种方式，可以延长非易失性存储的持续时间。
图13图示了非易失性存储器元件1300的另一示例的晶体管级表示。非易失性存储器元件1300包括第一输入端子1311和第二输入端子1312。此外，非易失性存储器元件1300包括第一输出端子1321和第二输出端子1322。如所图示，非易失性存储器元件1300包括MOS型晶体管1331、1332、1333、1341、1342、1343，它们耦合在高电源电压线Vdd和低电源电压线Vss之间。晶体管1332的栅极由施加在第一输入端子1311处的输入信号控制。晶体管1342的栅极由施加在第二输入端子1312处的输入信号控制。晶体管1331的栅极和晶体管1333的栅极由从位于晶体管1341和由晶体管1342和1343形成的并联电路之间的节点1344中导出的信号控制。该信号也被提供给第一输出端子1321。晶体管1341的栅极和晶体管1343的栅极由从位于晶体管1331和由晶体管1332和1333形成的并联电路之间的节点1334中导出的信号控制。该信号也被提供给第二输出端子1322。
在图13的示例中，晶体管1331、1332和1333形成第一或非门，并且晶体管1341、1342和1343形成第二或非门。由晶体管1331、1332、1333、1341、1342和1343形成的或非门连接以形成RS锁存电路。在该RS锁存电路中，第一输入端子1211对应于S(设置)输入，第二输入端子1212对应于R(复位)输入，第一输出端子1221对应于Q(数据)输出，并且第二输入端子1222对应于QN(反相数据)输出。此外，晶体管1331和晶体管1333形成第一反相器结构。类似地，晶体管1341和晶体管1343形成反相器结构。由于这些反相器结构，当切换RS锁存电路的状态时，可以将非易失性元件1300的电流消耗最小化以仅在非静态条件下发生。
如进一步所图示的，非易失性存储器元件1300包括缓冲电容器1350。缓冲电容器1350耦合在晶体管1333的栅极与晶体管1343的栅极之间，并且因此也耦合在晶体管1331和1341的栅极之间。在数字滤波器电路130的操作期间，RS锁存器电路可以被用来存储由数字滤波器电路130处理的值，其涉及使用施加到输入端子1311、1321的信号来改变RS锁存器电路的状态。根据RS锁存电路的输出的状态来对缓冲电容器1350充电。在电源电压下降的情况下，缓冲电容器1350将仅缓慢放电，并且存储在缓冲电容器1350中的电荷保持RS锁存电路的状态。
如进一步所图示的，非易失性存储器元件1300包括双极晶体管1361和双极晶体管1362，该双极晶体管1361耦合在晶体管1331与由晶体管1332和1333形成的并联电路之间的节点1334之间，该双极晶体管1362耦合在晶体管1341与由晶体管1342和1343形成的并联电路之间的节点1344之间。双极晶体管1361和1362操作为二极管。在电源电压下降期间，晶体管1361和1362防止缓冲电容器向高电源电压线Vdd的放电。以这种方式，可以延长非易失性存储的持续时间。
应当注意，可以相对于所利用的电路元件类型和电路技术来修改图12和图13的示例。例如，代替双极晶体管1361和1362来实现二极管，存储器元件1300还可以包括MOS型晶体管，例如具有有源开关MOS晶体管的栅极和源极相连的P型MOS晶体管。此外，如上所解释，非易失性存储器元件1200的二极管1261和1262可以由双极晶体管或MOS型晶体管代替。可以根据在给定电路技术中的可用性或根据在低电源电压或甚至反相电源电压的条件下可能发生的这种电路元件的寄生效应来选择所利用的电路元件。举例来说，可能优选的是选择在低电源电压条件下提供最小漏电流的电路元件，从而使缓冲电容器1250、1350的放电最小化。
从图10、图11、图12和图13的示例中可以看出，通过包括缓冲电容器1050、1150、1250和1350，可以利用非易失性存储能力来增强非易失性存储器元件1000、1100、1200、1300的RS锁存电路。可以取决于期望的非易失性存储的持续时间来选择电容器1050、1150、1250、1350的电容C。作为一般规则，较高电容C可以允许实现更高持续时间的非易失性存储。此外，在选择电容C时也可以考虑RS锁存电路所需的响应性，因为随着电容C的增加，RS锁存电路的输入信号也需要被施加更长的时间，以便改变RS锁存电路的状态。数字滤波器电路130的操作频率可以限定用于电容C的上限。
图14图示出了非易失性存储器元件1400，其包括第一输入端子1411和第二输入端子1412。此外，非易失性存储器元件1400包括输出端子1421和第二输出端子1422。此外，非易失性存储器元件1400包括RS锁存器1430和包括二极管1440、缓冲电容器1450、电阻器1460、施密特触发器1470和或门1480的附加电路。
在第一输入端子1411处施加的输入信号被提供给RS锁存器1430的R(复位)输入。在第二输入端子1412处施加的输入信号被提供给或门的第一输入。RS锁存器1430的Q(数据)输出的输出信号被提供给第一输出端子1421。此外，RS锁存器1430的QN(反相数据)输出的输出信号被提供给第二输出端子1421。如所图示，RS锁存器1430的Q输出还经由二极管1440和由缓冲电容器1450和电阻器1460形成的并联电路而连接到地。此外，施密特触发器1470的输入信号从二极管1440与由缓冲电容器1450和电阻器1460形成的并联电路之间的节点1445导出。施密特触发器1470的输出信号被提供给逻辑或门1480的第二输入。或门1480的输出信号被提供给RS锁存器1430的S(设置)输入。
在存储器元件1400中，由二极管1440、缓冲电容器1450、电阻器1460、施密特触发器1470和逻辑或门1480形成的附加电路在电源电压下降期间保持RS锁存器1430的状态。如果锁存电路的Q输出处于高状态，则缓冲电容器1450被充电到Q输出处的信号电平。如果发生电源电压下降，则缓冲电容器1450开始通过电阻器1460缓慢放电。当电源电压返回时，缓冲电容器1450中存储的电荷引起节点1445处足以将施密特触发器的输出信号设置为高状态的电压电平。因此，RS锁存器1430也在其S输入处接收到高输入信号，并且通过将Q输出设置为高状态，RS锁存器1430在电源电压下降之前恢复到其状态。如果锁存电路的Q输出处于低状态，则缓冲电容器1450不被充电，并且当电源电压返回时，RS锁存器1430保持Q输出的低状态。
应当注意，在存储器元件1400中，缓冲电容器1450还可以限定RS锁存器1430的偏好状态，因为缓冲电容器1450首先需要被充电以使RS锁存器1430的Q输出进入高状态。因此，当电源电压返回时，RS锁存器1430的Q输出通常将处于低状态，除非缓冲电容器1450由于在电源电压下降时Q输出处于高状态而仍然被充电。附加地或备选地，当电源电压返回时，还可以通过向RS锁存器1430的R输入提供短时加电复位信号来实现RS锁存器1430的该偏好状态。
应当注意，在非易失性存储器元件1400的一些实现中，施密特触发器1470还可由另一类型的比较器替换或者甚至被省略。例如，如果当电源电压返回时在节点1445处的电压电平足够高以直接被用作或门1480的输入。这可取决于缓冲电容器1450的电容C、电阻器R的电阻R、逻辑门1480的输入灵敏度以及RS锁存器的状态的非易失性存储的期望持续时间。
在图10至图14的示例中，非易失性存储器元件1000、1100、1200、1300、1400被描述为基于RS锁存电路。然而，应该理解，也可以使用其他类型的锁存电路来实现类似的非易失性存储器元件，例如D(“数据”)锁存器、T(“翻转”)锁存器或JK(“跳转”)锁存器。由于这些锁存器类型可以被认为是基于RS锁存器，因此上述解释也可以直接应用于用非易失性存储能力增强这些其他锁存器类型。
此外，应当注意，当复位RS锁存器时，即，当将Q输出的输出信号从高状态改变为低状态时，缓冲电容器1450需要通过将第一输入端子上的输入信号的高状态保持足够长的时间段以被放电。类似于存储器元件1000、1100、1200、1300，这意味着数字滤波器电路130的操作频率可以限定用于电容C的上限。
在一些情况下，电源电压下降还可导致非易失性存储器电路135的非易失性存储器元件的未限定的输入信号。例如，在电源电压下降之后，线路保护电路100、100’的电源电压可能首先返回到对于数字滤波器电路130的逻辑电路的正确操作而言太低的一个值。这可能引起非易失性存储器元件的暂时错误的输入信号。错误的输入信号可能继而导致由非易失性存储器元件存储的状态的重写。为了解决该问题，非易失性存储器元件的输入信号可以通过逻辑电路，该逻辑电路在电源电压低于阈值时选择性地阻止输入信号。图15图示出了这种逻辑电路1500的示例。逻辑电路1500可以例如被用于选择性地阻止非易失性存储器元件的输入信号，如图10、图11、图12、图13或图14所图示。
在所图示的示例中，逻辑电路1500包括第一输入端子1511、第二输入端子1512和第三输入端子1513。此外，逻辑电路1500包括第一输出端子1521和第二输出端子1522。此外，逻辑电路1500包括第一逻辑门1520和第二逻辑门1530。在所图示的示例中，第一逻辑门1520和第二逻辑门1530是或非门。
将第一输入信号施加在逻辑电路1500的第一输入端子1511处，将第二输入信号施加在逻辑电路1500的第二输入端子1512处。在所图示的示例中，假设第一输入信号是用于非易失性存储器元件的RS锁存电路的SN(反相设置)信号，第二输入信号是用于RS锁存电路的RN(反相复位)信号。此外，在逻辑电路1500的第三输入端子1513处施加欠压信号UV。欠压信号UV由电源电压监视器1510提供。电源电压监视器1510例如可以是上述电源电路150的一部分。如果线路保护电路100、100’的电源电压低于阈值，则电源电压监视器1510将欠压信号UV设置为高状态。否则，电源电压监视器1510将欠压信号UV设置为低状态。阈值可以对应于数字滤波器电路130的无错误操作所需的最小电压电平。
逻辑电路1500的第一输入信号被提供给第一逻辑门1520的第一输入，并且逻辑电路1500的第二输入信号被提供给第二逻辑门1530的第一输入。欠压信号UV被提供给第一逻辑门1520的第二输入和第二逻辑门1530的第二输入。第一逻辑门1520的输出信号被提供给第一输出端子1521，并且第二逻辑门1520的输出信号被提供给第二输出端子1522。
如果欠压信号UV被设置为高状态，则逻辑门1520、1530的输出信号被强制为低状态，而不管在第一输入端子1511和第二输入端子1521处施加的信号的状态如何。如果欠压信号UV被设置为低状态，则第一逻辑门1520的输出信号对应于第一输入信号的反相，并且第二逻辑门1530的输出信号对应于第二输入信号的反相。在所图示的示例中，当欠压信号UV处于低状态时提供给第一输出端子1521和第二输出端子1522的输出信号因此将对应于RS锁存电路的S(设置)信号和R(复位)信号。这里，应当注意，如果由逻辑电路1500传递到输出端子的输入信号的反相是不期望的，则逻辑电路1500还可以被提供有用于输入信号或用于输出信号的附加反相器级。此外，也将可以使欠压信号UV反相并使用与门作为第一逻辑门1520和第二逻辑门1530。
在电源电压下降期间，还可能存在非易失性存储器电路135错误地存储数字滤波器电路130的状态的风险。例如，如果在将数字值传送到数字滤波器电路130的延迟元件中时发生电源电压下降，存储的数字值可能是错误的。为了解决该问题，数字滤波器电路130可以被提供有包括第一寄存器和第二寄存器的一个或多个延迟元件，所述第一寄存器和第二寄存器以交替的方式被使用以存储要被延迟的数字值。图16图示出了数字滤波器电路130的延迟元件1600的对应示例。
如所图示，延迟元件1600包括第一寄存器1610和第二寄存器1620。在所图示的示例中，第一寄存器1610和第二寄存器1620是多位寄存器。具体地，第一寄存器1610和第二寄存器1620具有由B0至B11表示的十二位。然而，应当注意，所图示的位数仅仅是示例性的，并且也可以使用更高或更低数量的位。第一寄存器1610和第二寄存器1620均可以基于如上所述的非易失性存储器元件。也就是说，第一寄存器1610和第二寄存器的每一位都可以由结合图10至图14所描述的基于锁存器的非易失性存储器元件来实现，并且每个这样的非易失性存储器元件可以包括如结合图15所描述的逻辑电路。
如进一步所图示，第一寄存器1610和第二寄存器1620由时钟信号CLK控制。时钟信号CLK以这样的方式控制第一寄存器1610和第二寄存器1620，以使得要被延迟的数字输入值DI首先被存储在第一寄存器1620中，然后被存储在第二寄存器1620中。也就是说，寄存器1610、1620被用来以顺序的方式存储数字输入值DI。例如，在时钟信号CLK的上升斜率的情况下，当前施加的数字输入值DI可以被存储在第一寄存器1610中，并且在时钟信号的下降斜率的情况下，当前施加的数字输入值然后被存储在第二寄存器中。因为两个寄存器中的数字输入值DI的存储不是同时发生的，所以电源电压下降不太可能影响两个存储操作。因此，通常两个寄存器1610、1620中的至少一个正确地存储最后接收的数字输入值DI。
在电源电压下降之后，延迟元件1600首先检查第一寄存器1610。如果发现第一寄存器1610中的数字值被正确存储，即无错误，则延迟元件1600选择第一寄存器1610以用于将存储的值提供作为延迟元件1600的延迟数字输出值DO。否则，如果发现第一寄存器1610中的数字值被错误地存储，则延迟元件1600选择第二寄存器1620以用于将存储的值提供作为延迟元件1600的延迟数字输出值DO。该选择由延迟元件1600的寄存器选择器1630执行。
在所图示的示例中，检查第一寄存器1610中的数字值是否被正确地存储是基于所存储的数字输入值DI的错误检测编码。延迟元件1600的错误检测编码器1640接收数字输入值DI并计算数字输入值DI的错误检测码。错误检测码可以例如是数字输入值的校验和或循环冗余校验码。然后将错误检测码与数字输入值DI一起存储在第一寄存器1610中。在所图示的示例中，错误检测码然后也与数字输入值DI一起存储在第二寄存器1620中。在所图示的示例中，寄存器1610、1620的位B8、B9、B10和B11被用于存储错误检测码。这里，应当注意，虽然在所图示的示例中，用于存储错误检测码的位数是4，但是用于存储错误检测码的位数可以根据所使用的错误检测码的类型而变化。例如，错误检测码也可以对应于数字输入值DI的奇偶校验位，这意味着仅仅一位就将足以用于存储错误检测码。此外，应当注意，错误检测码还可以允许校正存储的值的错误，即，是纠错码。在那种情况下，如果存储在第一寄存器1610中的值包括不能通过纠错码纠正的错误，则该值将被认为是错误的。在第二寄存器1620的情况下，纠错码的存储提供了存储的值的附加完整性。
使用存储在寄存器1610中的错误检测码，寄存器选择器1630确定第一寄存器1610中的数字值是否被正确地存储。这可以涉及：寄存器选择器1630从第一寄存器1610读取存储的数字值和存储的错误检测码，从存储的数字值计算比较错误检测码，并将存储的错误检测码与比较错误检测码进行比较。如果存储的错误检测码等于比较错误检测码，则寄存器选择器1630认为数字值被正确存储并使用存储的数字值作为延迟元件1600的延迟数字输出值DO。否则，寄存器选择器1630选择第二寄存器1620并使用存储在第二寄存器1620中的数字值作为延迟元件1600的延迟数字输出值DO。当使用纠错码时，寄存器选择器1630还可以通过解码存储的值和纠错码来纠正存储在第一寄存器1610或第二寄存器1620中的值的错误。
图17示出了用于图示可以被用于实现如前所述的概念的方法的流程图。该方法可以例如利用上述线路保护装置100或100’来执行。
在1710处，感测通过电线的电流的值。电线可以例如对应于上述电线10。电流可以由电流传感器感测，诸如线路保护装置100、100’的上述电流传感器。线路保护装置可以与电线串联连接。
在1720处，数字滤波器电路执行电流的值的数字滤波。由数字滤波器电路执行的数字滤波可以涉及低通滤波，诸如结合滤波器块720所解释的。备选地或附加地，由数字滤波器电路执行的数字滤波可以涉及高通滤波，诸如结合滤波器块760所解释的。此外，由数字滤波器电路执行的数字滤波可以涉及计算电流的值的多项式函数，诸如结合滤波器块710所解释的。由数字滤波器电路执行的数字滤波然后可以涉及对计算出的多项式函数的低通滤波。多项式函数可以是二阶多项式函数。在二阶多项式函数可以具有非零线性部分和非零二次部分。但是，在某些情况下，二阶多项式函数可以只具有非零二次部分。
数字滤波器电路可以在一个或多个可配置滤波器参数的基础上来执行数字滤波。这样的滤波器参数可以例如包括多项式函数的一个或多个系数诸如上述系数k1或k2、低通滤波的时间常数诸如上述时间常数τP、或高通滤波的时间常数诸如上述时间常数τH。滤波器参数可以通过线路保护装置的接口诸如上述接口170来配置。
在1730处，对开关进行控制以取决于经数字滤波的电流的值来中断通过电线的电流的流动。开关可以是线路保护装置的内部开关，诸如上述开关110。备选地，开关可以是外部开关，诸如上述开关110’。在后一种情况下，外部开关可以由从线路保护装置输出的控制信号来控制。取决于经数字滤波的电流的值，对开关进行控制以中断通过电线的电流的流动。
可以取决于经数字滤波的电流的值与第一阈值的比较来控制开关，诸如例如结合逻辑块730或逻辑块770所解释的。此外，可以取决于经数字滤波的电流的值与第二阈值的比较来控制开关，诸如例如结合逻辑块740所解释的。此外，可以取决于输入信号来控制开关，以独立于电流的值来中断电流，诸如例如结合上述外部输入信号IN所解释的。
可以在一个或多个可配置控制参数的基础上来控制开关。这样的控制参数可以例如限定上述第一阈值和/或上述第二阈值。控制参数可以通过线路保护装置的接口诸如上述接口170来配置。
在图17的方法中，至少数字滤波器电路可以从用于将线路保护装置与电线串联连接的至少一个端子供电。然而，线路保护装置的其他组件也可以从该至少一个端子供电，诸如电流传感器或被配置成实现在1740处执行的控制操作的开关控制电路。
在1740处，数字滤波器电路的状态由非易失性存储器电路存储。具体地，数字滤波器电路可以包括至少一个延迟元件，并且非易失性存储器电路可以存储至少一个延迟元件的状态。
非易失性存储器电路可以电容性地存储数字滤波器电路的状态。例如，非易失性存储器电路可以通过对非易失性存储器电路的一个或多个缓冲电容器充电来存储状态，所述一个或多个缓冲电容器诸如结合图10到图14所解释的缓冲电容器。
在一些场景中，可以将存储数字滤波器电路的延迟元件的输入值顺序地存储在延迟元件的第一寄存器中，然后存储在延迟元件的第二寄存器中。然后，非易失性存储器电路可以存储第一寄存器和第二寄存器的状态。结合图16解释对应场景的示例。
使用两个寄存器来交替存储输入值可以进一步涉及：针对每个输入值计算对应的错误检测码。然后，每个输入值可以与对应的错误检测码一起被存储在第一寄存器中。取决于所存储的错误检测码，可以选择存储在两个寄存器之一中的输入值作为延迟元件的输出值。如果错误检测码指示存储在第一寄存器中的输入值没有错误，则可以选择存储在第一寄存器中的输入值作为延迟元件的输出值。如果错误检测码指示存储在第一寄存器中的输入值是错误的，则可以选择存储在第二寄存器中的输入值作为延迟元件的输出值。
在一些场景中，响应于指示线路保护装置的电源电压低于阈值的信号，可以阻止非易失性存储器电路的输入信号。这可以例如通过如结合图15所解释的逻辑电路来实现。
应该理解，上述概念和实施例易于进行各种修改。例如，所图示的线路保护装置可以在各种类型的电路技术的基础上来实现。此外，所图示的线路保护装置和线路保护方法可以应用于各种应用环境中，例如应用在汽车领域、工业生产系统、家用电器或家用电子设备中。
根据以下示例提供了一些非限制性实施例。
示例1.一种线路保护装置，包括：
-电流传感器，适于感测通过电线的电流的值；
-数字滤波器电路，适于对所述电流的值执行数字滤波；
-开关控制电路，适于取决于经数字滤波的所述电流的值来控制开关以中断通过所述电线的电流的流动；和
-非易失性存储器电路，适于存储所述数字滤波器电路的状态。
示例2.根据示例1的线路保护装置，
其中，所述非易失性存储器电路包括适于电容性地存储所述数字滤波器电路的状态的至少一个电容器。
示例3.根据示例1或2的线路保护装置，
其中，所述数字滤波器电路包括至少一个延迟元件，和
其中，所述非易失性存储器电路适于存储所述至少一个延迟元件的状态。
示例4.根据前述示例中任一项的线路保护装置，
其中，所述数字滤波器电路包括具有第一寄存器和第二寄存器的延迟元件，
其中，所述延迟元件适于将所述延迟元件的输入值顺序地存储在所述第一寄存器中、然后存储在所述第二寄存器中，和
其中，所述非易失性存储电路适于存储所述第一寄存器的状态和所述第二寄存器的状态。
示例5.根据示例4的线路保护装置，
其中，所述延迟元件还包括适于针对每个输入值计算对应的错误检测码的编码器，
其中，所述延迟元件适于将每个具有对应的错误检测码的所述输入值存储在所述第一寄存器中，和
其中，所述延迟元件包括选择器，所述选择器适于取决于存储的错误检测码来选择存储在所述第一寄存器和所述第二寄存器之一中的输入值作为所述延迟元件的输出值。
示例6.根据示例5的线路保护装置，
其中，所述选择器适于：
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值没有错误，则选择该输入值作为所述延迟元件的输出值；和
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值是错误的，则选择存储在所述第二寄存器中的输入值作为所述延迟元件的输出值。
示例7.根据前述示例中任一项的线路保护装置，
其中，所述非易失性存储电路包括逻辑电路，所述逻辑电路适于响应于指示所述线路保护装置的电源电压低于阈值的信号而阻止所述非易失性存储器电路的输入信号。
示例8.根据前述示例中任一项的线路保护装置，
其中，所述数字滤波包括计算所述电流的值的多项式函数和对所计算的多项式函数的低通滤波。
示例9.根据前述示例中任一项的线路保护装置，
其中，所述开关控制电路适于取决于经数字滤波的所述电流的值与第一阈值的比较来控制所述开关。
示例10.根据前述示例中任一项的线路保护装置，
其中，所述开关控制电路适于取决于所述电流值与第二阈值的比较来控制所述开关。
示例11.根据前述示例中任一项的线路保护装置，
其中，所述线路保护装置包括所述开关。
示例12.一种线路保护方法，包括：
-感测通过电线的电流的值；
-通过数字滤波器电路对所述电流的值进行数字滤波；
–取决于经数字滤波的所述电流的值来控制开关以中断通过所述电线的电流的流动；和
-通过非易失性存储器电路存储所述数字滤波器电路的状态。
示例13.根据示例12的方法，包括：
-通过所述非易失性存储器电路电容性地存储数字滤波器电路的状态。
示例14.根据示例12或13的方法，包括：
-通过所述非易失性存储器电路存储所述数字滤波器电路的至少一个延迟元件的状态。
示例15.根据示例12-14中任一项的方法，包括：
-将所述数字滤波器电路的延迟元件的输入值顺序存储在所述延迟元件的第一寄存器中、然后存储在所述延迟元件的第二寄存器中；和
-通过所述非易失性存储器电路存储所述第一寄存器的状态和所述第二寄存器的状态。
示例16.根据示例15的方法，包括：
-针对每个输入值计算对应的错误检测码，
-将每个具有对应的错误检测码的所述输入值存储在所述第一寄存器中，以及
-取决于存储的错误检测码，选择存储在所述第一寄存器和所述第二寄存器之一中的输入值作为所述延迟元件的输出值。
示例17.根据示例16的方法，包括：
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值没有错误，则选择存储在所述第一寄存器中的输入值作为所述延迟元件的输出值；和
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值是错误的，则选择存储在所述第二寄存器中的输入值作为所述延迟元件的输出值。
示例18.根据示例12-17中任一项的方法，包括：
-响应于指示所述线路保护装置的供电压低于阈值的信号，阻止所述非易失性存储器电路的输入信号。
示例19.根据示例12-18中任一项的方法，
其中，所述数字滤波包括计算所述电流的值的多项式函数和对所计算的多项式函数的低通滤波。
示例20.根据示例12-19中任一项的方法，包括：
–取决于经数字滤波的所述电流的值与第一阈值的比较来控制所述开关。
示例21.根据示例12-20中任一项的方法，包括：
–取决于所述电流的值与第二阈值的比较来控制所述开关。
鉴于上面讨论的许多变型和修改，很显然，实施例不应被解释为以任何方式限制本申请的范围。

Claims (21)

1.一种线路保护装置，包括：
-电流传感器，适于感测通过电线的电流的值；
-数字滤波器电路，适于对所述电流的值执行数字滤波；
-开关控制电路，适于取决于经数字滤波的所述电流的值来控制开关，以中断流过所述电线的所述电流的流动；和
-非易失性存储器电路，适于存储所述数字滤波器电路的状态。
2.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述非易失性存储器电路包括：至少一个电容器，适于电容性地存储所述数字滤波器电路的所述状态。
3.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述数字滤波器电路包括至少一个延迟元件，以及
其中，所述非易失性存储器电路适于存储所述至少一个延迟元件的状态。
4.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述数字滤波器电路包括具有第一寄存器和第二寄存器的延迟元件，
其中，所述延迟元件适于将所述延迟元件的输入值顺序地存储在所述第一寄存器中、然后存储在所述第二寄存器中，以及
其中，所述非易失性存储电路适于存储所述第一寄存器的状态和所述第二寄存器的状态。
5.根据权利要求4所述的线路保护装置，
其中，所述延迟元件还包括编码器，所述编码器适于针对每个所述输入值计算对应的错误检测码，
其中，所述延迟元件适于将每个具有对应的错误检测码的所述输入值存储在所述第一寄存器中，以及
其中，所述延迟元件包括选择器，所述选择器适于取决于存储的所述错误检测码来选择存储在所述第一寄存器和所述第二寄存器之一中的所述输入值作为所述延迟元件的输出值。
6.根据权利要求5所述的线路保护装置，
其中，所述选择器适于：
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值没有错误，则选择该输入值作为所述延迟元件的输出值；并且
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值是错误的，则选择存储在所述第二寄存器中的输入值作为所述延迟元件的输出值。
7.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述非易失性存储器电路包括逻辑电路，所述逻辑电路适于响应于指示所述线路保护装置的电源电压低于阈值的信号而阻止所述非易失性存储器电路的输入信号。
8.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述数字滤波包括计算所述电流的值的多项式函数和对所计算的多项式函数进行低通滤波。
9.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述开关控制电路适于取决于经数字滤波的所述电流的值与第一阈值的比较来控制所述开关。
10.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述开关控制电路适于取决于所述电流的值与第二阈值的比较来控制所述开关。
11.根据权利要求1所述的线路保护装置，
其中，所述线路保护装置包括所述开关。
12.一种线路保护方法，包括：
-感测通过电线的电流的值；
-通过数字滤波器电路对所述电流的值进行数字滤波；
-取决于经数字滤波的所述电流的值来控制开关，以中断流过所述电线的所述电流的流动；和
-通过非易失性存储器电路存储所述数字滤波器电路的状态。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：
-通过所述非易失性存储器电路电容性地存储所述数字滤波器电路的状态。
14.根据权利要求12所述的方法，包括：
-通过所述非易失性存储器电路存储所述数字滤波器电路的至少一个延迟元件的状态。
15.根据权利要求12所述的方法，包括：
-将所述数字滤波器电路的延迟元件的输入值顺序地存储在所述延迟元件的第一寄存器中，并且然后存储在所述延迟元件的第二寄存器中；和
-通过所述非易失性存储器电路存储所述第一寄存器的状态和所述第二寄存器的状态。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：
-针对每个所述输入值计算对应的错误检测码，
-将每个具有对应的错误检测码的所述输入值存储在所述第一寄存器中，以及
-取决于存储的所述错误检测码，选择存储在所述第一寄存器和所述第二寄存器之一中的所述输入值作为所述延迟元件的输出值。
17.根据权利要求16所述的方法，包括：
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值没有错误，则选择存储在所述第一寄存器中的输入值作为所述延迟元件的输出值；并且
-如果所述错误检测码指示存储在所述第一寄存器中的输入值是错误的，则选择存储在所述第二寄存器中的输入值作为所述延迟元件的输出值。
18.根据权利要求12所述的方法，包括：
-响应于指示所述线路保护装置的电源电压低于阈值的信号，阻止所述非易失性存储器电路的输入信号。
19.根据权利要求12所述的方法，
其中，所述数字滤波包括计算所述电流的值的多项式函数和对所计算的多项式函数进行低通滤波。
20.根据权利要求12所述的方法，包括：
-取决于经数字滤波的所述电流的值与第一阈值的比较来控制所述开关。
21.根据权利要求12所述的方法，包括：
-取决于所述电流的值与第二阈值的比较来控制所述开关。
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