CN111149267A - 电子保护开关及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子保护开关(2)，其具有接入电压输入端(4)与负载输出端(6)之间的电流路径(3)中的第一半导体开关(Q3)，并且具有与第一半导体开关(Q3)的控制输入端(8)连接的控制设备(10)，其中，第一半导体开关(Q3)依赖于输送给控制设备(10)的负载电流(I_负载)的实际值(I_实际)来驱控，并且其中，控制设备(10)被设立成用于对第一半导体开关(Q3)的电流限制以及切断。此外，本发明还涉及一种用于运行该电子保护开关的方法。

Description

电子保护开关及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种电子保护开关及其运行方法。

背景技术

限制电流的电子保护开关典型地具有MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为半导体开关，即具有可变电阻的元件，以便在发生故障(例如短路或过载)时使得流过消耗器的电流(消耗电流)保持恒定。

在此，尤其地，MOSFET与较快接入的电流限制电路耦合，以便实现恒定电流源。尤其地，电流限制电路将下文又称为消耗电流的负载电流、尤其是其电流强度与预定的额定值进行比较，并相应地改变MOSFET的栅极电压，以便使通过电流、尤其是消耗电流保持恒定。

典型地，消耗电流的电流强度小于预定的额定值。基于此，栅极电压增大，从而使得MOSFET饱和。在发生故障时，借助电流限制电路限制消耗电流。例如，图1示出了根据该现有技术的消耗电流的时间变化曲线，其中，在时刻t＝0时发生短路。在此，用I_d标记消耗电流/负载电流。在此，尤其是由于电流限制电路的结构类型所导致地，在尤其是负载中开始发生故障到输出开关信号或控制信号之间经过有限的(反应)时间。开始发生故障时，这种延迟作为消耗电流中的电流峰值表现。在此，在发生短路情况下，消耗电流例如具有几百安培的电流强度，其中，电流峰值的持续时间尤其依赖于电流限制电路的反应时间。例如，MOSFET在电流限制电路的反应时间相对较慢的情况下失效，如图2所示，对电流源的供电电压或输入电压(这在图2中称为“输入电压”)造成额外的干扰。

尤其地，改善电流限制电路的反应速度关系到使用成本相对较高的部件，并降低了调节回路(电流限制电路)的稳定性。基于此，例如尤其不希望从电流限制电路出发输出的信号发生振荡，进而是在负载条件变化下的负载电流发生振荡。

为了在相对不同的负载条件下能够使用限制电流的电子保护开关，典型地使用尤其是具有充分反应时间的电流限制电路以及充分考虑到电流峰值的MOSFET。然而，尤其是调节回路中仍然出现不稳定性。此外，MOSFET可能被超规格，这又会不利地提高成本。

发明内容

本发明的任务是说明一种合适的电子保护开关，借助该电子保护开关保护负载免遭过载或短路。此外，本发明还说明一种用于运行该电子保护开关的方法。

根据本发明，关于电子保护开关，该任务通过权利要求1的特征来解决。根据本发明，关于方法，该任务通过权利要求11的特征来解决。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。与电子保护开关相关的实施方案按意义地也适用于方法，并且反之亦然。

为此，保护开关包括接入电压输入端与负载输出端之间的电流路径中的第一半导体开关以及与第一半导体开关的控制输入端连接的控制设备。在此，第一半导体开关依赖于输送给控制设备的负载电流的实际值来驱控。此外，控制设备被设立成用于对第一半导体开关进行电流限制以及用于切断，也就是被设立成用于将半导体开关切换成电流截止态(进行电流截止)。

优选地，电子保护开关具有电流传感器，其用于检测负载电流，尤其是其电流强度，并用于提供负载电流的实际值，该电流传感器接入电流路径中。适当地，电流传感器在此与第一半导体开关串联地接到电流路径中。优选地，电流传感器将尤其是代表负载电流的实际值作为电压或电压值给予控制设备。

换而言之，控制设备具有用于对第一半导体开关进行电流限制的装置和/或电路以及用于对第一半导体开关切断或电流截止的装置和/或电路。换而言之，尤其是借助用于进行电流限制的装置和/或电路尤其是主动地、也就是说借助控制过程来约束(限制)负载电流。此外，尤其地，在发生故障情况下视需要借助用于切断和/或用于截止负载电流的装置和/或电路来截止负载电流，也就是说，中断电流回路，从而借助切断和/或截止电流来阻止电流。

因此，第一半导体开关依赖于代表负载电流的实际值来驱控，尤其地，该实际值由电流传感器确定和输出。在此，将实际值输送给控制设备、用于进行电流限制的装置或电路和/或用于切断的装置或电路。在此适宜地，用于进行电流限制的装置或电路和/或用于切断的装置或电路在输出侧与第一半导体开关的控制输入端连接。

根据一个适宜的改进方案，控制设备具有控制单元。例如，该控制单元实施为用于进行电流限制的装置或电路以及用于切断共同的构件的装置或电路。替选地，用于进行电流限制的装置或电路以及用于切断的装置或电路分别具有控制单元。例如，控制单元是微控制器，优选是微处理器。

优选地，控制设备或控制单元将输送给它的实际值与预定的、可预定的、经调设的和/或可调设的最大值进行比较。根据有利的改进方案，当实际值超过最大值时，控制设备或控制单元将信号、尤其是切断信号输出给用于切断第一半导体开关的装置或电路，下文简称为“切断电路”，并替选地或优选附加地，输出给用于对第一半导体开关进行电流限制的装置或电路，下文简称为“电流限制电路”。最大值在此尤其是代表阈值，在超过该阈值时认为或存在短路情况。换而言之，最大值代表了短路电流。

在有利的实施方案中，在输入侧向控制设备或电流限制电路输送实际值。附加地，尤其是由控制单元在输入侧向电流限制电路输送标称额定值，该标称额定值由控制设备、尤其是控制单元预定、可预定，并且/或者在控制设备或控制单元处调设和/或可调设。标称额定值在此尤其代表了在电流限制时将负载电流限制到的电流强度的量值。

在适当的改进方案中，第一半导体开关尤其是借助电流限制电路依赖于实际值和标称额定值以限制电流的方式被驱控或处于驱控中。尤其地，当实际值超过标称额定值时，即使未超过最大值I_短路，也以限制电流的方式驱控第一半导体开关。

为此，电流限制电路具有调设环节。在此，尤其是由控制设备、优选由控制单元在调设环节的输入侧输送和/或可输送标称额定值。此外，在调设环节的输出侧输出额定值。换而言之，这里借助调设环节输出由标称额定值得出的额定值。尤其地，依赖于该额定值和实际值、尤其是额定值与实际值的差，以限制电流的方式驱控第一半导体开关。

在适宜的设计方案中，调设环节具有电容器，其中，例如将施加于该电容器上的电压用作调设环节的输出信号。该电容器经由开关在第一切换位置中与控制设备耦合，尤其是用于输送标称额定值或代表该标称额定值的电压值。在第二切换位置中，电容器被放电或处于放电中，为此，电容器借助开关在第二切换位置中例如被置于参考电势，例如接地。

概括而言，借助开关，相应地改变或可改变施加于电容器的电压，将该电压用作调设环节的输出信号。

此外，在有利的改进方案中，电流限制电路具有运算放大器。在此，用于输送额定值的调设环节与该运算放大器的第一输入端联接，并且将实际值输送给该运算放大器的第二输入端，例如其反相输入端。替选地，尤其是如果用于进行电流限制的装置或电路不具有调设环节，则将标称额定值输送给第二输入端。在适当的设计方案中，借助运算放大器，形成用于驱控半导体开关的控制信号，尤其是形成额定值与实际值的差，该差尤其是用于电流限制。附加地，例如可以以将反耦合的电容器接到运算放大器上以形成积分器(积分电路)，然后，尤其是由该差随时间变化的积分形成控制信号。

优选地，向控制设备或控制单元输送施加于负载上的电压(负载电压)，或替选地，输送代表负载电压的负载电压信号。例如，借助负载电压或负载电压信号以及输送给控制设备或控制单元的实际值，可以确定输送给负载的功率。

优选地，控制设备、电流限制电路和/或切断电路具有第二半导体开关。例如，第二半导体开关构造为电流限制电路和切断电路共同的构件。在此，该第二半导体开关优选实施为pnp双极晶体管。

此外，第二半导体开关优选布置在控制设备的、电流限制电路的和/或切断电路的输出侧，并与第一半导体开关的控制输入端联接。例如，第二半导体开关在发射极侧(输出侧)与第一半导体开关的控制输入端联接。尤其地，第二半导体开关的输出端因此形成电流限制电路的或切断电路的输出端。如果第二半导体开关构造为电流限制电路和/或切断电路共同的构件，则第二半导体开关优选既用于以切断或截止电流方式驱控第一半导体开关，又用于以限制电流的方式驱控第一半导体开关。

优选地，在此其基极、也就是说在第二半导体开关的输入侧与用于进行电流限制的装置或电路的另外的部件联接，并与用于切断的装置或电路联接，其中，用于进行电流限制的装置或电路以及用于切断的装置或电路例如与基极并联。

优选地，第一半导体开关优选是N沟道MOS晶体管(NMOS，NMOSFET)。优选地，该第一半导体开关在此在漏极侧与电压输入端联接，在源极侧与负载输出端联接，并在栅极侧以其控制输入端与控制设备联接。尤其地，第一半导体开关被互连成以用于形成受电压控制的电流源，即被集成到相应的受电压控制的电流源电路中，其中，借助控制设备调设其输出电流(负载电流)。

如果负载与保护开关联接，则负载以其第一接口与负载接口连接，其中，负载的第二接口例如引向参考电势，例如接地(GND)。

根据本发明，在用于运行根据上述变型方案之一来实施的、并相应地具有接入电压输入端与负载输出端之间的第一半导体开关的电子保护开关的方法中，检测负载电流的实际值或将负载电流作为实际值检测。此外，在短路情况下，或当实际值超过最大值时，尤其是借助切断电路(用于切断或截止电流的装置或电路)将半导体开关切断或切换成电流截止态。在过载情况下，或当实际值超过额定值时，尤其是借助电流限制电路(用于进行电流限制的装置或电路)将半导体开关切换成电流限制态。

根据一个有利的改进方案，在发生短路情况下，将负载电流的额定值调设到最小值，尤其是零。为此，例如将调设环节的电容器放电，并随后尤其是借助对该电容器充电而优选使其连续地(逐渐地)提高到标称额定值。为此，例如考虑使用调设环节。

在该方法的一个有利的设计方案中，形成实际值与额定值的差。尤其是在过载情况下，使用该差作为用于以限制电流的方式驱控第一半导体开关的控制信号。为此适宜地，考虑使用运算放大器。

优选地，在经过预定的持续时间或预定的时间段之后，将以限制电流的方式控制的第一半导体开关切换成电流截止态或切断，并且/或者相应地控制。换而言之，当从开始以限制电流的方式进行驱控时，电流限制尤其是无间断地延续了预定持续时间或时间段时，优选将第一半导体开关切换成电流截止态和/或以截止电流的方式驱控第一半导体开关。

概括而言，本发明的优点尤其在于：在发生短路情况下，电子保护开关借助控制设备、尤其是借助其切断电路相对较快地进行。以这种方式，在发生短路情况下，使得负载电流的电流峰值仅相对较小，也就是说具有相对较低的最大电流强度，从而避免损伤与电流路径联接的负载和/或电压源或电流源。此外，由于在发生短路情况下电流峰值有利地相对较小，使得不必使用超规格的MOSFET，这样就能节省成本。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明的实施例。其中：

图1以电流时间图表示出根据现有技术的电子保护开关在短路情况下的输出电流(负载电流)时间变化曲线；

图2以与图1相对应的电压时间图表示出根据现有技术在短路情况下的电流源的供电电压的变化曲线；

图3示意性示出接入电压输入端与负载输出端之间的电子保护开关，该电子保护开关在其控制输入端与控制设备连接，其中，控制设备具有用于切断的装置和用于进行电流限制的装置；

图4以框图示出电子保护开关，该电子保护开关具有接入电流路径中的可控的半导体开关以及被设置且设立成用于控制该电子保护开关的控制设备；

图5以流程图表示出用于运行电子保护开关的方法的方法过程；

图6以电流时间图表示出根据本发明构造的电子保护开关所接入的电流路径中在短路情况下的输出电流(负载电流)时间变化曲线，其中，借助根据本发明的电子保护开关首先将负载电流切换成电流截止态，随后切换成电流限制态；

图7以与图6相对应的电压时间图表示出电流源的供电电压的变化曲线，其中，根据本发明的电子保护开关首先被切换成电流截止态，并随后切换成电流限制态；以及

图8以电流时间图表示出根据本发明构造的电子保护开关针对该电子保护开关的不同构造的调设环节在短路情况下的电流路径中的输出电流(负载电流)时间的变化曲线，其中，在切断电子半导体开关之后，以限制电流的方式驱控负载电流，使得负载电流连续提高。

具体实施方式

图3示出电子保护开关2，其具有第一半导体开关Q3，该第一半导体开关接入电压输入端4与负载输出端6之间的电流路径3中。第一半导体开关Q3在其控制输入端8处与控制设备10连接，其中，该控制设备10具有切断电路12(又称为用于切断的装置12)和电流限制电路14(又称为用于电流限制(英文：Current limiting)的装置14)。在此，尤其是在短路情况下或视需要，切断电路12切断实施为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，MOS晶体管)的第一半导体开关Q3，其中，该切断相比常规的电流限制电路的反应时间，相对较快地进行。

此外，电流限制电路14例如由相对节省成本的部件制成，并具有对负载电流相对稳定的调节。尤其是从图6和图8中可以看出，由于相对较快地切断第一半导体开关Q3，仅出现相对较小的电流峰值。因此，基于控制设备10使得使用这样的MOSFET成为可能，该MOSFEF仅需考虑相对较小的电流峰值，由此降低成本并提高例如关于调节稳定性的可靠性。

在此，一旦第一半导体开关Q3的负载电流(输出电流)超过尤其是代表短路电流的最大值，便将该第一半导体开关切断(切换成电流限制态)。随后，第一半导体开关Q3以限制电流的方式运行，其中，电流限制电路14以如下方式限制负载电流I_负载，尤其是其电流强度，即，使负载电流I_负载、尤其是其电流强度从最小值I_最小、尤其是零逐渐(连续地，相对较慢地升高地)提高到直至标称额定值I_{设定,最大}的电流强度(图6)。在此，图6中将负载电流I_负载标记为I_d。

如图6和图7所示，与使用根据现有技术的电子保护开关的情况下的供电电压的干扰和电流峰值(图1和2)相比，在使用根据本发明的电子保护开关2的情况下的对供电电压、进而尤其是输入电压(在图7中标记为输入电压)的干扰以及电流峰值相对较小。

图4中示出电子保护开关2的框图。借助接到电流路径3中的电流传感器H1检测负载电流I_负载，并将代表该负载电流I_负载的实际值I_实际输出给控制设备10，尤其是输出给控制设备10的控制单元μC的第一输入端(引脚)16。实际值I_实际在此构造为电压或电压信号。在此，电流传感器H1适宜地具有切换速度，使得检测到(分辨出)借助该电流传感器检测到的电流例如在短路情况下的相对快速的变化。在发生短路时，实际值I_实际超过尤其是被输送给控制单元μC的第二输入端(引脚)18的最大值I_短路，并且从而例如触发控制单元μC中的中断，并且从而使构造为微控制器的控制单元μC在其第一输出端20处输出例如电压是是信号“关”(关闭)，该信号优选在输出端处保持输出(施加)，直到信号“关”切断为止。

替选地，在未示出的变型方案中，将实际值I_实际输送给构造为比较器的第二运算放大器的第一输入端，并且将最大值I_短路输送给第二运算放大器的第二输入端。然后，第二运算放大器的输出端与控制单元μC的输入端连接。因此，在实际值I_实际超过最大值I_短路时，将相应的(控制或电压)信号发送给控制单元μC的该输入端。

第一输出端20经由第四半导体开关Q4与第二半导体开关Q2连接，并同时连接到调设环节22的开关S1上。调设环节22在此具有电容器C2，该电容器在开关S1的第一切换位置中经由电阻器R9与控制单元μC的输出标称额定值I_{设定,最大}的第二输出端24联接，而在开关S2的第二切换位置中经由电阻器R10引向参考电势。

此外，电压输入端V_栅极经由电阻器R7和R3连接到第一半导体开关Q3的控制输入端8(栅极)上。借助施加于该电压输入端V_栅极的电压以及电阻器R7和R3，调设第一半导体开关Q3的工作点。

借助连接到在第一半导体开关Q3的栅极(控制输入端8)与源极之间延伸的电流路径中的二极管D1，限制第一半导体开关Q3的栅极与源极之间的电压。当电流回路中未施加电压时，借助与二极管D1并联的电阻器R12，使第一半导体开关Q3的栅极放电。

基于信号“关”，第二半导体开关Q2被切换成导通，其输出端26与第一半导体开关Q3的控制输入端8耦合，从而因此使第一半导体开关Q3的构造为栅极的控制输入端8放电。负载电流I_负载借助第一半导体开关Q3中断。在典型为1～10μs的相对较短的持续时间内实现该过程(图6)。附加地，尤其是同时将信号输出给开关S1。因此，该开关被切换，使得电容器C2经由电阻器R10放电。

概括而言，第一半导体开关Q3借助第二半导体开关Q2驱控。电阻器R3、R5、R7、R11和R12在此用于调设施加于第一半导体开关Q3的控制输入端8的电压的量值。

根据电子保护开关2的替选实施方案，附加地，该电子保护开关还具有在第二半导体开关Q2的电压输入端V_栅极与控制输入端(基极)之间的电流路径。电阻器R13接到该电流路径中。图4中以点划线示出该电流路径。当输出信号“关”时，第四半导体开关Q4尤其被切换成导通，使得第一半导体开关Q3被切换成截止。尤其地，为此，第四半导体开关Q4被切换成导通，从而相应地减小施加于第一半导体开关Q3的控制输入端8的电压。

经过预定的持续时间之后(该持续时间优选被构造成使得电容器C2刚好全部(完全)放电，即相应于电容器C2经由电阻器R10放电的放电时间)，切断信号“关”，从而使开关S1再次处于第一切换位置中，并且因此使电容器C2经由电阻器R9充电。

调设环节22接到运算放大器OP1的第一输入端28上，并向该第一输入端28输出额定值I_设定，该额定值表示借助施加于电容器C2的电压。向运算放大器的尤其是反相的第二输入端30输送实际值I_实际。

在此，借助运算放大器OP1形成实际值I_实际与额定值I_设定的差。该差由运算放大器OP1作为控制信号D输出。借助第三半导体开关Q1以及借助电阻器R4和R8，形成用于从运算放大器OP1输出的(电压)信号D的放大器。以这种方式，将信号D的幅度(量值)改变或匹配(放大)到适合用于运行第二半导体开关Q2并因此适合用于驱控第一半导体开关Q3的幅度。

当电容器C2经由电阻器R10充电时，根据电容器C2的充电状态改变被引向第一输入端28的额定值I_设定。这引起了相应地、尤其是逐渐地改变信号D。借此以如下方式尤其是逐渐地以减少导通(电流截止)的方式驱控第二半导体开关Q2，即，逐渐地(连续地)将第一半导体开关Q3切换成导通。以这种方式，使得负载电流I_负载逐渐提升，直到输送给控制单元μC的第一输入端16的实际值I_实际相应于标称额定值I_{设定,最大}。如图8中所示，借助适当地选择电阻器R9的电阻值(电阻的量值)和电容器C2的电容量，即通过适当地构造调设环节22，能够确定(预定)让负载电流I_负载提升的持续时间。在此，用I_d标记负载电流。

另外，电容器C1接入运算放大器OP1的第二输入端30与其输出端之间延伸的电流路径中。电容器C1在此具有适用于防止运算放大器OP1的输出信号振荡并因此防止电流路径3中发生振荡的电容量。

根据图4，概括而言，切断电路12包括电阻器R1和电阻器R10、第四半导体开关Q4、开关S1、控制单元μC以及如需要的第二运算放大器。尤其地，负载电流I_负载有利地在电流路径3上施加有电压的情况下借助电阻器R2至R5以及电阻器R7至R9、R11和R12、借助电容器C1和C2、借助运算放大器OP1、借助半导体开关Q1、Q2和Q3、借助二极管D1以及借助电流传感器H1被调节、尤其是保持恒定以形成恒定电流源。

附加地，将运算放大器OP1的实施为控制信号D的输出信号(其尤其是构造为输出电压)输送给控制单元μC的第三输入端32，从而使控制单元μC借助该信号来确认是否仍借助第一半导体开关Q3发生对负载电流I_负载的电流限制。为了防止尤其是对第一半导体开关Q3造成热损伤，当电流限制尤其是无间断地延续了预定的从开始以限制电流的方式进行驱控以来的持续时间时，第一半导体开关Q3被切换成电流截止态(切断)。

此外，施加于负载(Load)的电压V_负载被输送给控制单元μC的第四输入端34。

在图5的流程图表中概括地示出上述的用于运行电子保护开关2的方法的方法过程。此外，可以看出，当实际值I_实际超过标称额定值I_{设定,最大}而未超过最大值I_短路时，第一半导体开关Q3同样以限制电流的方式被驱控。

概括而言，电子保护开关2具有接入电压输入端4与负载输出端6之间的电流路径3中的第一半导体开关Q3，优选是N沟道MOS晶体管。此外，电子保护开关2具有与第一半导体开关Q3的控制输入端8连接的控制设备10，其中，第一半导体开关Q3依赖于输送给控制设备10的负载电流I_负载的实际值I_实际来驱控。根据适宜的改进方案，控制设备10具有控制单元μC。

在适宜的实施方案中，电子保护开关还具有优选接到电流路径3中的电流传感器H1。

在有利的设计方案中，控制设备10具有用于对第一半导体开关Q3进行电流限制的装置或电路14以及用于对第一半导体开关进行切断或进行电流截止的装置或电路12。

在另外有利的设计方案中，第一半导体开关Q3依赖于控制设备10、用于对所输送的负载电流I_负载的实际值I_实际进行电流限制的装置或电路14和/或用于切断所输送的负载电流的实际值的装置或电路12之一来驱控。

根据电子保护开关的一个适当的设计方案，在发生短路情况下，并且/或者当实际值I_实际超过最大值I_短路时，控制设备10或控制单元μC将信号“关”、尤其是切断信号输出给用于进行电流限制的装置或电路14并且/或者优选输出给用于切断的装置或电路12，以用于截止和/或切断第一半导体开关Q3。

在电子保护开关的另外有利的设计方案中，在控制设备10或用于进行电流限制的装置或电路14的输入侧输送实际值I_实际，并且/或者尤其是由控制单元μC在用于进行电流限制的装置或电路14的输入侧输送标称额定值I_{设定,最大}。

在另外有利的设计方案中，第一半导体开关Q3依赖于实际值I_实际和/或标称额定值I_{设定,最大}以限制电流的方式被驱控或处于驱控中。

根据一个适当的改进方案，控制设备10或用于进行电流限制的装置或电路14具有调设环节22。以适当方式在调设环节22的输入侧输送标称额定值I_{设定,最大}，并在其输出侧输出额定值I_设定。

在适当的设计方案中，控制设备10或调设环节22具有电容器C2。适宜地，电容器C2借助开关S1与控制设备10耦合，尤其是与控制单元μC耦合，或借助开关S1来放电。

在另外有利的设计方案中，控制设备10或用于进行电流限制的装置或电路14具有运算放大器OP1。适宜地，调设环节22与运算放大器OP1的第一输入端28连接以用于输送额定值I_设定，并在运算放大器OP1的第二输入端输送实际值I_实际。有利地，借助运算放大器OP1形成用于驱控第一半导体开关Q3的控制信号D，尤其是额定值I_设定与实际值I_实际的差。此外，以适当方式将负载电压V_负载输送给控制设备10或控制单元μC。

在适宜的设计方案中，控制设备10、用于进行电流限制的装置或电路14和/或用于切断的装置或电路12具有第二半导体开关Q2，优选是pnp双极晶体管。在适宜的设计方案中，第二半导体开关Q2与第一半导体开关Q3的控制输入端8联接。在另外适当的设计方案中，第二半导体开关Q2的输出端26优选形成用于进行电流限制的装置或电路14的和/或用于切断的装置或电路12的输出端。

在适当的设计方案中，第一半导体开关Q3在漏极侧优选位于电压输入端4上，在源极侧优选位于负载输出端6上，而在栅极侧位于控制设备10上。

在上述变型方案之一的利用接入电压输入端4与负载输出端6之间的第一半导体开关Q3进行的用于运行电子保护开关2的方法中，根据该方法，检测负载电流I_负载的实际值I_实际或将其作为实际值I_实际检测，在实际值I_实际超过最大值I_短路的短路情况下，第一半导体开关Q3被切换成电流截止态，并且/或者在实际值I_实际超过额定值I_设定时的过载情况下，第一半导体开关Q3被切换成电流限制态。

在该方法的有利的设计方案中，在短路情况下，将负载电流I_负载的额定值I_设定调设到最小值I_最小，并且随后连续提高到标称额定值I_{设定,最大}。适宜地，形成实际值I_实际与额定值I_设定的差(差值)。有利地，考虑使用该差(差值)作为控制信号D，以用于以限制电流的方式驱控第一半导体开关Q3。以适当方式，在经过预定的持续时间和/或预定的时间段之后，将以限制电流的方式被控制的第一半导体开关Q3切换成电流截止态和/或以截止电流方式来控制。

本发明不局限于前文描述的实施例。而是在不脱离本发明主题的情况下，本领域技术人员也能由此推导出本发明的其他变型方案。尤其地，在不脱离本发明主题的情况下，所有结合实施例描述的单个特征也能以其他方式相互组合。

附图标记列表

2 电子保护开关

3 电流路径

4 电压输入端

6 负载输出端

8 控制输入端

10 控制设备

12 用于切断的装置

14 用于进行电流限制的装置

16 控制单元的第一输入端

18 控制单元的第二输入端

20 控制单元的第一输出端

22 调设环节

24 控制单元的第二输出端

26 第二半导体开关的输出端

28 运算放大器的第一输入端

30 运算放大器的第二输入端

32 控制单元的第三输入端

34 控制单元的第四输入端

C1 电容器

C2 电容器

D 控制信号/差

D1 二极管

H1 电流传感器

I_实际 实际值

I_负载 负载电流

I_最小 最小值

I_设定 额定值

I_{设定,最大} 标称额定值

I_短路 最大值

μC 控制单元

“关” 用于切断的信号

OP1 运算放大器

Q1 第三半导体开关

Q2 第二半导体开关

Q3 第一半导体开关

Q4 第四半导体开关

R1至R13 电阻器

V_负载 负载电压

V_栅极 电压输入端

Claims (14)

1.电子保护开关(2)，所述电子保护开关具有：

-第一半导体开关(Q3)，所述第一半导体开关接入电压输入端(4)与负载输出端(6)之间的电流路径(3)中；以及

-与所述第一半导体开关(Q3)的控制输入端(8)连接的控制设备(10)，

-其中，所述第一半导体开关(Q3)依赖于输送给所述控制设备(10)的负载电流(I_负载)的实际值(I_实际)来驱控，并且

-其中，所述控制设备(10)被设立成用于对所述第一半导体开关(Q3)的电流限制以及切断。

2.根据权利要求1所述的电子保护开关(2)，其中，所述控制设备(10)具有控制单元(μC)。

3.根据权利要求1或2所述的电子保护开关(2)，其中，当所述实际值(I_实际)超过最大值(I_短路)时，所述控制设备(10)或所述控制单元(μC)向电流限制电路(14)和/或切断电路(12)产生信号(“关”)、尤其是切断信号，用于切断所述第一半导体开关(Q3)。

4.根据权利要求3所述的电子保护开关(2)，其中，在输入侧向所述电流限制电路(14)输送所述实际值(I_实际)和尤其是由所述控制单元(μC)输送的标称额定值(I_{设定,最大})。

5.根据权利要求4所述的电子保护开关(2)，其中，所述第一半导体开关(Q3)依赖于所述实际值(I_实际)和所述标称额定值(I_设定,_最大)以限制电流的方式被驱控或处于受驱控中。

6.根据权利要求4或5所述的电子保护开关(2)，其中，所述电流限制电路(14)具有调设环节(22)，在输入侧向所述调设环节输送所述标称额定值(I_{设定,最大})，并且在输出侧从所述调设环节输出额定值(I_设定)。

7.根据权利要求6所述的电子保护开关(2)，其中，所述调设环节(22)具有电容器(C2)，所述电容器借助开关(S1)与所述控制单元(μC)耦合或借助所述开关(S1)放电。

8.根据权利要求7所述的电子保护开关(2)，其中，所述电流限制电路(14)具有运算放大器(OP1)，所述调设环节(22)与所述运算放大器的第一输入端(28)联接用以输送所述额定值(I_设定)，并且所述实际值(I_实际)输送向所述运算放大器的第二输入端(30)。

9.根据权利要求8所述的电子保护开关(2)，其中，所述运算放大器(OP1)提供用于驱控所述第一半导体开关(Q3)的控制信号(D)，尤其是额定值(I_设定)与实际值(I_实际)的差。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电子保护开关(2)，其中，所述控制设备(10)、所述电流限制电路(14)和/或所述切断电路(12)具有与所述第一半导体开关(Q3)的控制输入端(8)联接的第二半导体开关(Q2)。

11.用于运行根据权利要求1至10中任一项所述的电子保护开关(2)的方法，所述电子保护开关具有接入电压输入端(4)与负载输出端(6)之间的第一半导体开关(Q3)，

-其中，检测负载电流(I_负载)的实际值(I_实际)或检测负载电流来作为实际值(I_实际)，

-其中，在所述实际值(I_实际)超过最大值(I_短路)的短路情况下，将所述第一半导体开关(Q3)切换成电流截止态，并且

-其中，在所述实际值(I_实际)超过额定值(I_设定)的过载情况下，将所述第一半导体开关(Q3)切换成电流限制态。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在短路情况下，将所述负载电流(I_负载)的额定值(I_设定)调设到最小值(I_最小)并紧接着连续提高到标称额定值(I_{设定,最大})。

13.根据权利要求11或12所述的方法，

-其中，形成所述实际值(I_实际)与所述额定值(I_设定)的差，并且

-其中，使用所述差来作为用于以限制电流的方式驱控所述第一半导体开关(Q3)的控制信号(D)。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，在经过预定的持续时间或预定的时间段之后，将以限制电流的方式控制的第一半导体开关(Q3)切换成电流截止态或以截止电流的方式来控制。

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