DE10034063C2 - Elektrische Heizvorrichtung mit Schutzschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvor­ richtung gemäss den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentan­ spruchs 1.

Für Heizzwecke, beispielsweise zum Heizen der Luftzufuhr für den Innenraum oder des Kühlwassers eines Kraftfahrzeugs, ist es bekannt, Halbleiterbauelemente, beispielsweise Leistungs- MOSFET einzusetzen, die dabei gleichzeitig als Schalter und als Heizelement dienen. In der deutschen Patentschrift DE 197 33 045 C1 ist eine derartige Heizvorrichtung beschrieben, bei der mehrere Reihenschaltungen aus jeweils zwei Leistungs- MOSFET parallel an eine Versorgungsspannung angeschlossen sind. In Reihe zu den zwei Leistungs-MOSFET eines jeden Zwei­ ges ist dabei ein Sicherung geschaltet. Um einen Stromfluss und damit eine Erwärmung in einem der Zweige der bekannten Heizvorrichtung zu bewirken, müssen beide in dem jeweiligen Zweig in Reihe geschaltete Leistungs-MOSFET leiten. Kommt es dabei zu einem Defekt oder zu einem Kurzschluss eines der beiden Leistungshalbleiter in einem Zweig, so wird der je­ weils andere Leistungshalbleiter abgeschaltet, um einen wei­ teren Stromfluss zu verhindern.

Bei allen Heizvorrichtungen besteht grundsätzlich die Gefahr, dass eines oder mehrere der verwendeten Heizelemente defekt werden und es so zu einer unkontrollierten Erwärmung kommt, die im ungünstigsten Fall die Umgebung in Brand setzen kann. Bei der bekannten Heizvorrichtung gemäss der DE 197 33 045 C1 kann eine durch einen defekten Leistungshalbleiter hervorge­ rufene unkontrollierte Erhitzung dadurch verhindert werden, dass der andere Leistungshalbleiter in dem jeweiligen Zweig abgeschaltet wird. Dies setzt voraus, dass stets einer der beiden Leistungshalbleiter noch funktionsfähig ist und dass durch den Defekt eines der beiden Leistungshalbleiter in ei­ nem Zweig nicht auch der andere Leistungshalbleiter in diesem Zweig zerstört wird.

Die DE 197 44 765 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einem stromdurchflossenen Leiter, insbesondere einem Heizdraht und einem in dem stromdurchflossenen Leiter angeordneten Siche­ rungselement. Dieses Sicherungselement ist eine Schmelzsiche­ rung wobei eine Auslöseeinheit abhängig von der Temperatur des Sicherungselements und der über dem Sicherungselement an­ liegenden Spannung die Schmelzsicherung auslöst. Das Auslöse­ element ist als Heizelement ausgebildet und erwärmt bei Vor­ liegen der Auslösebedingungen die Schmelzsicherung derart, dass diese durchschmilzt. Das Heizelement ist über Transisto­ ren die durch eine Spannungsauswertungsschaltung und eine Temperaturauswerteschaltung angesteuert sind, an eine Versor­ gungsspannung angeschlossen, wobei die Transistoren bei Vor­ liegen der Auslösebedingungen durchschalten, um über das Heizelement die Schmelzsicherungen durchzuschmoren.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche im Falle des Defekts bzw. der Überhitzung, eines der verwendeten Schalt- und Heizele­ mente sicher abschaltet.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung gemäß den Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach weist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung wenigstens zwei Schalt- und Heizelemente auf, die jeweils eine Ansteuer­ klemme und eine Laststrecke aufweisen, wobei die Laststrecken der Schalt- und Heizelemente parallel geschaltet sind. In Reihe zu der Parallelschaltung der Laststrecken der Schalt- und Heizelemente ist eine Sicherung geschaltet, wobei die Reihenschaltung der Sicherung und der Schalt- und Heizelemen­ te an eine Versorgungsspannung angeschlossen ist. Die erfin­ dungsgemäße Heizvorrichtung weist weiterhin eine Schutzschal­ tung auf, die an den Steueranschluss wenigstens eines der Schaltelemente angeschlossen ist, und wobei die Schutzschal­ tung dazu ausgebildet ist, das angeschlossene Schaltelement nach Maßgabe der Temperatur an wenigstens einem der anderen Schaltelemente einzuschalten.

Wird bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung eines der Schalt- und Heizelemente defekt, so wird angesteuert durch die Schutzschaltung wenigstens eines der anderen Schalt- und Heizelemente leitend.

Als Schalt- und Heizelemente finden bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung vorzugsweise Halbleiterbauelemente, wie bei­ spielsweise MOSFET, Anwendung. Zum Heizen können diese Halb­ leiterbauelemente über ihren jeweiligen Steueranschluss (Ga­ te-Anschluss) derart angesteuert werden, dass sie einen va­ riablen, mittel- bis hochohmigen, Einschaltwiderstand besit­ zen, so dass über deren Laststrecke (Drain-Source-Strecke) auch bei entsprechend großen Spannungen ein variabler Strom fließt und so eine steuerbare Erwärmung des Bauelements auf­ tritt, die erwünscht ist und zur Erwärmung von Luft oder Flüssigkeiten, beispielsweise dem Kühlwasser eines Autos, ge­ nutzt wird. Der Bereich, in dem der Einschaltwiderstand durch eine geeignete Ansteuerung während des Heizens variiert wer­ den kann, ist von der gewünschten Heizleistung und der Dimen­ sionierung des Halbleiterbauelements abhängig. Zudem können derartige Halbleiterbauelemente auch derart angesteuert wer­ den, dass sie nur einen geringen Einschaltwiderstand besitzen und so einen großen Strom über ihre Laststrecke ermöglichen. Dies macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, indem bei dem Defekt eines der Schalt- und Heizelemente in den anderen Schalt- und Heizelementen, angesteuert durch die Schutzschal­ tung, ein großer Stromfluss hervorgerufen wird, welcher die Sicherung auslöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Je nach Anwendungszwecke können bei der vorliegenden Erfin­ dung alle parallel geschalteten Schalt- und Heizelemente an die Schutzschaltung angeschlossen sein, um bei dem Defekt we­ nigstens eines der Schalt- und Heizelemente angesteuert zu werden. Oder es können nur einige der parallel geschalteten Schalt- und Heizelemente an die Schutzschaltung zur Ansteue­ rung angeschlossen sein. Dabei ist zu beachten, dass es aus Sicherheitsgründen zweckmäßig sein kann, im Fehlerfall so viele Schalt- und Heizelemente wie möglich anzusteuern, um einen möglichst großen Stromfluss durch die Sicherungsein­ heit, und damit ein sicheres Auslösen der Sicherung zu bewir­ ken.

In der Schutzschaltung der Heizvorrichtung ist wenigstens ein temperaturgesteuerter Schalter vorgesehen, der zwischen einem Knoten für ein Versorgungspotential und einem gemeinsamen Knoten verschaltet ist. Die Steueranschlüsse der durch die Schutzschaltung ansteuerbaren Schaltelemente sind dabei an den gemeinsamen Knoten gekoppelt. Der temperaturgesteuerte Schalter ist derart ausgebildet, dass er bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur an einem der Schalt- und Heize­ lemente, mit welchem der temperaturgesteuerte Schalter in thermischer Verbindung steht, den gemeinsamen Knoten der Schutzschaltung, an welchen die Steueranschlüsse der Heiz- und Schaltelemente gekoppelt sind, auf den Wert eines Versor­ gungspotentials legt, bei welchem sichergestellt ist, dass die angeschlossenen Schalt- und Heizelemente eine ausreichend hohe Stromaufnahme bewirken, bei welcher die Sicherung aus­ löst.

Aus Sicherheitsgründen ist es bevorzugt, jeweils einen tempe­ raturgesteuerten Schalter mit jedem der Heiz- und Schaltele­ mente thermisch zu koppeln, um sicherzustellen, dass bei ei­ nem Defekt eines jedes einzelnen der Heiz- und Schaltelemente die andere Schalt- und Heizelemente leitend werden und die Sicherung auslösen.

Die temperaturgesteuerten Schalter sind vorzugsweise Thyri­ storen, deren einer Anschluss an einen der Laststreckenan­ schlüsse des Schalt- und Heizelements angeschlossen ist und deren anderer Anschluss an den gemeinsamen Knoten angeschlos­ sen ist. Der vorzugsweise verwendete temperaturgesteuerte Thyristor zündet bei Erreichen einer bauartbedingten Tempera­ tur, wobei der Spannungsabfall über dem leitenden Thyristor gering ist, so dass die Steueranschlüsse der nicht defekten Schalt- und Heizelemente sicher angesteuert werden.

Der temperaturgesteuerte Schalter ist vorzugsweise in dem zu­ gehörigen Schalt- und Heizelement integriert, wobei bei einer monolithischen Integration das Schalt- und Heizelement und der temperaturgesteuerte Schalter in einem Halbleiterkörper ausgebildet sind. Der temperaturgesteuerte Schalter und das zugehörige Schalt- und Heizelement können auch als sogenannte Chip-On-Chip-Anordnung ausgebildet sein, bei der ein Chip mit dem Schalt- und Heizelement und ein Chip mit dem temperatur­ gesteuerten Schalter übereinander angeordnet und thermisch leitend verbunden sind. Bei beiden Lösungen erreicht man eine optimale und definierte Wärmekopplung.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Heizvorrichtung;

Fig. 2 Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Heizvorrichtung.

Fig. 3 Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Heizvorrichtung.

In den Figuren bezeichnen, sofern die nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile mit gleicher Bedeu­ tung.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird die Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nachfolgend unter Verwendung von Leistungs-MOSFET als Schalt- und Heizelemente beschrie­ ben. Der Gate-Anschluss eines MOSFET erfüllt dabei die Funk­ tion eines Steueranschlusses, die Drain-Source-Strecke des MOSFET stellt die Laststrecke des durch den MOSFET gebildeten Schalt- und Heizelements dar. In den Fig. 1 bis 3 sind n- Kanal-MOSFET als Schalt- und Heizelemente verwendet. Die Er­ findung ist selbstverständlich auch im Zusammenhang mit p- Kanal-MOSFET verwendbar, wobei dann Versorgungsspannungen verpolt und die Polung von polungsabhängigen Bauelemente, wie beispielsweise Dioden, vertauscht werden müssen.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Heizvorrichtung unter Verwendung von Leistungs-MOSFET T1, T2, Tn dargestellt. Die Drain-Source-Strecken D-S der MOSFET T1, T2, Tn sind parallel geschaltet, wobei diese Par­ allelschaltung in Reihe zu einer Sicherungseinheit Si, bei­ spielsweise einer Schmelzsicherung oder einer Magnetsiche­ rung, geschaltet ist. Die Reihenschaltung aus Sicherungsein­ heit Si und den parallel geschalteten MOSFET T1, T2, Tn ist über Anschlussklemmen AK1, AK2 an eine Versorgungsspannung V angeschlossen. Die MOSFET T1, T2, Tn sind üblicherweise räum­ lich verteilt in dem zu heizenden Medium angeordnet, um eine bessere Verteilung der durch die Heizvorrichtung abgegebenen Wärme, beispielsweise in einer Luftzuführung oder einem Flüs­ sigkeitsbehälter, zu bewirken. Es ist auch denkbar, dass die einzelnen MOSFET unabhängig voneinander zur Beheizung ver­ schiedener Medien betrieben werden.

Zur Ansteuerung für den Heizbetrieb sind Gate-Anschlüsse G der MOSFET T1, T2, Tn an eine Ansteuerschaltung AS angeschlos­ sen. Die Funktionsweise und die Verbindung der einzelnen MOSFET T1, T2, Tn an die Ansteuerschaltung AS ist für die vorliegende Erfindung unerheblich. Die Ansteuerschaltung AS und deren Verbindung zu den MOSFET T1, T2, Tn ist in den Fig. 1 und 2 daher gestrichelt dargestellt. Die wesentliche Anforderung an die Ansteuerschaltung AS ist, dass sie die MOSFET T1, T2, Tn für den Heizbetrieb derart ansteuert, dass sie einen mittleren bis großen Einschaltwiderstand aufweisen, so dass bei Anlegen einer Spannung über deren Drain-Source- Strecken D-S ein mittlerer bis geringer Strom fließt und ein großer Teil der bereitgestellten elektrischen Leistung an den durch die Ansteuerschaltung AS angesteuerten MOSFET T1, T2, Tn in Wärme umgesetzt wird. Eine derartige Ansteuerung kann durch Anlegen einer Gate-Spannung erfolgen, bei denen die MOSFET nicht durchschalten. Ob durch die Ansteuerschaltung AS dabei alle MOSFET T1, T2, Tn gleichzeitig oder unabhängig voneinan­ der angesteuert werden, ist vom jeweiligen Anwendungsfall ab­ hängig. So kann es zweckmäßig sein, wenn nur ein Medium zu beheizen ist, alle MOSFET T1, T2, Tn gleichzeitig und gleich­ verteilt anzusteuern, während es bei der Beheizung voneinan­ der unabhängiger Medien, beispielsweise der Luftzufuhr und des Kühlwassers in eine Kraftfahrzeug, zweckmäßig ist, die einzelnen MOSFET T1, T2, Tn unabhängig voneinander anzusteu­ ern.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung weist eine Schutzvor­ richtung SC auf, wobei Ausgangsklemmen A1, A2, A3 der Schutz­ vorrichtung jeweils an den Gate-Anschluss G eines der MOSFET T1, T2, Tn angeschlossen ist. Die Schutzschaltung SC weist ferner eine der Anzahl der MOSFET T1, T2, Tn entsprechende Anzahl temperaturgesteuerter Schalter S1, S2, Sn auf, die thermisch mit jeweils einem der MOSFET T1, T2, Tn gekoppelt ist. Die temperaturgesteuerten Schalter S1, S2, Sn sind in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 als temperaturgesteu­ erte Thyristoren ausgebildet, die jeweils zwischen einem Kno­ ten N11 für Versorgungspotential und einem gemeinsamen Knoten N2 der Schutzschaltung SC verschaltet sind. Der Knoten N11 für Versorgungspotential ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 der Knoten, welcher der Sicherungseinheit Si und den Drain-Anschlüssen D aller MOSFET T1, T2, Tn gemeinsam ist und an welchem ein Versorgungspotential anliegt, welches der Ver­ sorgungsspannung V abzüglich der über der Sicherungseinheit Si abfallenden Spannung Vsi entspricht. Zwischen dem gemein­ samen Knoten N2 und jedem der Ausgänge A1, A2, An der Schutz­ schaltung Sc ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R1, R2, Rn und einer Diode D1, D2, Dn geschaltet, welche die Aufgabe erfüllen, die Gate-Anschlüsse G der MOSFET T1, T2, Tn vor zu hohen Ansteuerpegeln zu schützen.

Zu Zwecken der Erläuterung der Funktionsweise der erfindungs­ gemäßen Heizvorrichtung gemäß Fig. 1 wird nun angenommen, dass der MOSFET T1 durch die Ansteuerschaltung AS angesteuert ist, um ein Medium, in welchem er untergebracht ist, zu hei­ zen, wobei weiter angenommen wird, dass in dem MOSFET T1 ein Defekt auftritt, der zu einer starken Erhitzung dieses Halb­ leiterbauelements führt. Wird dabei eine durch die Bauart be­ dingte Temperaturschwelle des temperaturgesteuerten Thyristor S1 erreicht, so zündet dieser Thyristor S1 und legt den ge­ meinsamen Knoten N2 annäherungsweise auf den Wert des an dem Knoten N11 anliegenden Versorgungspotentials. Die MOSFET T2, Tn werden dabei über die Reihenschaltung der Diode D2 und dem Widerstand R2, bzw. der Diode Dn und dem Widerstand Rn, ange­ steuert, wobei die Widerstände R2, Rn unter Berücksichtigung des an dem gemeinsamen Knoten N2 anliegenden Potentials der­ art gewählt sind, dass an den Gate-Anschlüssen T2, Tn ein ausreichend hohes Potential anliegt, um über den Laststrecken D-S dieser MOSFET T2, Tn einen großen Stromfluss hervorzuru­ fen, bzw. die Laststrecken der MOSFET T2, Tn durchzuschalten. Gleiches gilt selbstverständlich auch für den Widerstand R1 des MOSFET T2 im Falle des Defekts eines der beiden anderen MOSFET T2, Tn.

Die Sicherungseinheit Si ist dazu ausgebildet, den Stromfluss zwischen den Anschlussklemmen AK1, AK1 der Versorgungsspan­ nungsquelle zu begrenzen. Steigt dieser Strom über einen durch die Bauart der Sicherungseinheit Si bedingten Wert an, so löst die Sicherungseinheit Si aus und unterbricht die Stromzufuhr zu dem MOSFET T1, T2, Tn. Bei der erfindungsgemä­ ßen Heizvorrichtung löst die Sicherungseinheit Si in dem ge­ nannten Anwendungsfall aus, wenn die MOSFET T2, Tn angesteu­ ert durch den temperaturgesteuerten Thyristor S2 gut leiten und so einen großen Stromfluss durch die Sicherungseinheit Si hervorrufen. Dies ist unabhängig davon, ob die beiden nicht defekten MOSFET T2, Tn vor dem Defekt des MOSFET T1 durch die Ansteuerschaltung AS ebenfalls angesteuert waren, um zu Hei­ zen, oder ob sie abgeschaltet waren. Bei der erfindungsgemä­ ßen Heizvorrichtung macht man sich zunutze, dass die Lei­ stungs-MOSFET T1, T2, Tn mit verschiedenen Stromaufnahmen be­ trieben werden können. Zum Heizen werden die Leistungs-MOSFET T1, T2, Tn über die Ansteuerschaltung AS derart angesteuert, dass sie eine geringe Stromaufnahme besitzen, wobei der maxi­ mal durch die Sicherungseinheit Si zulässige Strom und die durch die MOSFET T1, T2, Tn während des Heizbetriebs aufge­ nommenen Ströme derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Sicherungseinheit Si auch dann nicht auslöst, wenn alle par­ allel geschalteten MOSFET T1, T2, Tn durch die Ansteuerschal­ tung AS für den Heizbetrieb angesteuert sind.

Für die Schutzschaltung macht man sich zunutze, dass die Lei­ stungs-MOSFET T1, T2, Tn auch so angesteuert werden können, dass sie ein große Stromaufnahme besitzen, um die Sicherungs­ einheit Si auszulösen. Die Leistungs-MOSFET T1, T2, Tn sind vorzugsweise so dimensioniert, dass bereits ein durch die Schutzschaltung SC angesteuerter leitender MOSFET T1; T2; Tn genügt, um die Sicherungseinheit Si auszulösen.

Als temperaturgesteuerte Schalter S1, S2, Sn sind neben tem­ peraturgesteuerten Thyristoren selbstverständlich beliebige weitere temperaturgesteuerte Schalter einsetzbar, welche bei Überschreiten einer vorgebbaren Temperatur schalten bzw. ei­ nen geringen Leitungswiderstand aufweisen, um nicht defekte MOSFET anzusteuern. Ferner muss die Ansteuerschaltung AS so ausgebildet sein, dass sie im Fehlerfall eine Anhebung der Potentiale an den Gate-Anschlüssen der Leistungs-MOSFET durch die Schutzschaltung SC erlaubt, um es zu ermöglichen, dass die Leistungs-MOSFET gut leiten und die Sicherung Si auslö­ sen.

Wie bereits in Fig. 1 durch die Punkte angedeutet ist, ist die Anzahl der einsetzbaren MOSFET T1, T2, Tn selbstverständ­ lich nicht auf die drei in Fig. 1 dargestellten Halbleiter­ bauelemente beschränkt. Es können nahezu beliebig viele wei­ tere Leistungs-MOSFET mit thermisch gekoppelten temperaturge­ steuerten Schaltern vorgesehen werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Heizvorrichtung, bei welcher die Schutzschaltung SC le­ diglich eine Ausgangsklemme A aufweist, an welche alle MOSFET T1, T2, Tn gemeinsam angeschlossen sind. Zwischen dem gemein­ samen Knoten N2 und der Ausgangsklemme A ist dabei in ent­ sprechender Weise wie in Fig. 1 eine Reihenschaltung einer Diode D4 und eines Widerstands R4 geschaltet, um die Gate- Anschlüsse G der Leistungs-MOSFET T1, T2, Tn vor zu hohen An­ steuerpotentialen zu schützen. Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Heizvorrichtung entspricht der in Fig. 1 dar­ gestellten und oben beschriebenen Heizvorrichtung.

Fig. 3 Zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Heizvorrichtung, welche sich von denen in den Fig. 1 und 2 dargestellten Heizvorrichtungen dadurch unterscheidet, dass nicht für jeden der parallel geschalteten Leistungs- MOSFET T1, T4, T5, Tn ein thermisch gekoppelter temperaturge­ steuerter Schalter S1, S4, Sn vorgesehen ist. Lediglich die Leistungs-MOSFET T1, T4, Tn weisen einen derartigen tempera­ turgesteuerten Schalter S1, S4, Sn auf, während für den MOSFET T5 kein derartiges Sicherheitselement vorgesehen ist. Des weiteren ist in Fig. 3 nicht jeder der Leistungs-MOSFET durch die Schutzschaltung ansteuerbar. So ist der Leistungs- MOSFET T4 zwar an die Ansteuerschaltung AS für den Heizbe­ trieb jedoch nicht an die Schutzschaltung angeschlossen. Im Hinblick auf die bereits oben beschriebene Funktionsweise der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung bedeutet dies für das Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 3, dass im Falle eines Defekts des Leistungs-MOSFET T4 zwar der Leistungs-MOSFET T5 (und auch die MOSFET T1 und Tn) angesteuert werden, um das Siche­ rungselement Si auszulösen, dass aber im Falle eines Defekts des MOSFET T5 keiner der verbleibenden MOSFET T1, T4, Tn an­ gesteuert wird, da mit dem MOSFET T5 kein temperaturgesteuer­ ter Schalter thermisch gekoppelt ist.

Das Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 3 soll veranschaulichen, dass abhängig von den Anwendungszwecken nicht für alle Schalt- und Heizeinheiten Temperaturschutzeinheiten vorgese­ hen werden müssen und dass auch nicht alle Schalt- und Hei­ zeinheiten durch die Schutzschaltung angesteuert werden müs­ sen, um die Sicherungseinheit Si auszulösen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 sind die tempera­ turgesteuerten Thyristoren S1, S4, Sn anders als bei dem Aus­ führungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 nicht an die Drain-Anschlüsse D der Leistungs-MOSFET T1, T4, T5, Tn son­ dern an einen weiteren Knoten N12 an dem ein Ansteuerpotenti­ al Va anliegt, angeschlossen.

Bezugszeichenliste

A Ausgangsklemme
A1, A2, An Ausgangsklemmen
AK1, AK2 Anschlussklemmen
AS Ansteuerschaltung
D Drain-Anschluss
D1, D2, Dn Dioden
D4, D5 Dioden
G Gate-Anschluss
N11, N12 Knoten für Ansteuerpotential
N2 Gemeinsamer Knoten
R1, R2, Rn Widerstände
R4, R5 Widerstände
S Source-Anschluss
S1, S2, S4 Temperaturgesteuerte Schalter
Sn Temperaturgesteuerte Schalter
Si Sicherungseinheit
T1, T2, Tn Leistungs-MOSFET
T4, T5 Leistungs-MOSFET
V Versorgungsspannung
Vsi Spannung über der Sicherungseinheit

Claims (9)

1. Elektrische Heizvorrichtung, die folgende Merkmale auf­ weist:

• - wenigstens zwei Halbleiterschalt- und -heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T4, T5, Tn), die jeweils einen Steueranschluss (G) und eine Laststrecke (D-S) aufweisen, wobei die Laststre­ cken (D-S) der wenigstens zwei Halbleiterschalt- und -heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T4, T5, Tn) parallel geschal­ tet sind,
• - eine Sicherungseinheit (Si), die in Reihe zu den Laststre­ cken (D-S) der Halbleiterschalt- und -heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T4, T5, Tn) geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung an eine Versorgungsspannung (V) angeschlossen ist,

gekennzeichnet, durch folgendes weiteres Merk­ mal:
eine an den Steueranschluss (G) wenigstens eines der Halb­ leiterschalt- und -heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T5, Tn) an­ geschlossene Schutzschaltung (SC) zum Durchschalten dieses wenigstens einen Halbleiterschalt- und heizelements (T1, T2, Tn; T1, T5, Tn) bei Überschreiten einer vorgegebenen Tempera­ tur an wenigstens einem anderen der Halbleiterschalt- und -heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T4, Tn), wobei das wenigstens eine an die Schutzschaltung (SC) angeschlossene Halbleier­ schalt- und -heizelement (T1, T2, Tn; T1, T5, Tn) dazu ausge­ bildet ist, im durchgeschalteten Zustand die Sicherung (Si) auszulösen.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schutzschal­ tung (SC) an die Steueranschlüsse (G) aller Schalt- und Hei­ zelemente (T1, T2, Tn) angeschlossen ist.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Tempe­ raturen an allen Schalt- und Heizelementen (T1, T2, Tn) bei der Durchschaltung des mindestens einen an die Schutzschaltung (SC) angeschlosse­ nen Schalt- und Heizelements (T1, T2, Tn) berücksichtigt wer­ den.

4. Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche bei der die Schutzschaltung wenigstens einen temperaturge­ steuerten Schalter (S1, S2, Sn; S1, S4, Sn) aufweist, der zwischen einem Knoten (N1; N11) für ein Versorgungspotential und einem gemeinsamen Knoten (N2), an den der Steueranschluss (G) des durch die Schutzschaltung angesteuerten wenigstens einen Schalt- und Heizelements (T1, T2, Tn; T1, T4, T5, Tn) gekoppelt ist, verschal­ tet ist und der an wenigstens einen der anderen Schalt- und Heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T4, Tn) thermisch gekoppelt ist.

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 4, bei der an jedes der Schalt- und Heizelemente (T1, T2, Tn) ein temperaturgesteuer­ ter Schalter thermisch gekoppelt ist.

6. Heizvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Steu­ eranschlüsse (G) der durch die Schutzschaltung (SC) ansteuer­ baren Schalt- und Heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T5, Tn) über Dioden (D1, D2, Dn; D1, D5, Dn) an den gemeinsamen Knoten (N2) gekoppelt sind.

7. Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Schalt- und Heizelemente (T1, T2, Tn; T1, T4, T5, Tn) Halbleiterschaltelemente, insbesondere Transistoren sind.

8. Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die temperaturgesteuerten Schalter (S1, S2, Sn; S1, S4, Sn) jeweils an einen Anschluss (D) der Laststrecke (D-S) eines Schalt- und Heizelements (T1, T2, Tn; T1, T4, Tn) ange­ schlossen sind.

9. Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der temperaturgesteuerte Schalter (S1, S2, Sn; S1, S4, Sn) ein Thyristor ist.