DE102006052135A1 - Rücksetzbare Schaltkreisschutz-Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Schaltkreisschutz-Einrichtung umfasst eine rücksetzbare Festkörper-Schaltung, ein erstes Terminal in elektrischer Verbindung mit einem ersten Bereich der Schaltung, wobei das erste Terminal ausgestaltet ist, um mit einem Verbraucher verbunden zu sein. Ein zweites Terminal ist in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Bereich der Schaltung angeordnet, wobei das zweite Terminal ausgestaltet ist, mit einer Stromquelle verbunden zu sein. Ein Controller ist ausgestaltet, dass die Schaltung geöffnet wird, wenn eine kumulierte Energie eine bestimmte Nenn-I·2·t erreicht oder übersteigt, wobei die akkumulierte Energie auf einem Strom basiert, der an einem elektrischen Punkt erfasst wird zwischen einem von (i) de, Verbraucher und Schaltung, oder (ii) der Spannungsquelle und dem Verbraucher.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltkreisschutz uns insbesondere einen rücksetzbaren Schaltkreisschutz.
  • Automobil-Sicherungen, wie Sicherungen vom Blatttyp, sind im Stand der Technik bekannt. Moderne elektrische Blatt-Sicherungen wurden von Littelfuse. Inc., der Begünstigte der vorliegenden Erfindung hergestellt. Blatt-Sicherungen schützen elektrische Automobil-Schaltkreise vor Strom-Überbelastungen. Der Schutz geht auf eine Öffnung eines Sicherungselementes zurück, welches sich in der Sicherung befindet und welches den Stromfluss zu dem durch die Sicherung geschützten Schaltkreis unterbricht. Bei einer Strom-Überlastung einer bestimmten Größenordnung und für eine bestimmte Zeitspanne bricht oder öffnet das Sicherungselement oder die Sicherungsverbindung.
  • Automobilhersteller ergänzen Kraftfahrzeuge fortgesetzt mit zusätzlichen elektrischen Einrichtungen und Zusatzeinrichtungen. In Folge dessen, weisen Automobil-Schaltkreise immer höhere Betriebsspannungen auf, wobei beispielsweise 60 V bis über 700 V in Betracht gezogen werden und zum Einsatz kommen. Höhere Auslegungen erfordern robustere Leiterelemente und verstärkte Isolierung. Der Trend nach geringeren Kosten steht daher mit dem Trend nach einer höheren Auslegung in Konkurrenz.
  • Bei bekannten Blatt-Sicherungen kommen zum Einsatz: (i) ein isolierendes Gehäuse, (ii) leitfähige, vorstehende Enden, welche in aufnehmende Enden passen und sich von dem Sicherungsblock des Kraftfahrzeugs erstrecken, und (iii) ein Sicherungselement, über das die vorstehenden Enden verbunden werden. Die vorstehenden Enden erstreckten sich gewöhnlich unter das isolierende Gehäuse. Bei Installation in dem Sicherungsblock sitzt das Gehäuse der Sicherungen oberhalb der aufnehmenden Enden. Das Gehäuse liefert in einem derartigen Aufbau und einer derartigen Anordnung eine zweckmäßige Vorrichtung oder Stelle der Sicherung, um ergriffen und gezogen oder gedrückt zu werden, um die Sicherung zu entfernen beziehungsweise zu ersetzen.
  • Ein Problem aller Sicherungen vom Blatttyp tritt dann auf, wenn das Sicherungselement öffnet. Die Öffnung des Sicherungselementes tritt gleichzeitig mit einer Energie-Freisetzung, insbesondere Wärme-Energie, auf. Sicherungen sind thermisch aktivierte Einrichtungen, welche auf der am Element zur Öffnung des Schaltkreises erzeugten Hitze basieren. So wird insbesondere bei geringen Überlastungen (beispielsweise 110% bis 200% des Nennstroms (rated current) der Sicherung) eine erhebliche Wärmemenge erzeugt, welche auf die unmittelbare Umgebung der Sicherung Auswirkungen haben kann. Es ist daher wünschenswert, mögliche schädliche Energieableitungs-Auswirkungen, welche bei der Öffnung von Blatt-Sicherungen auftreten, zu verringern oder zu eliminieren.
  • Ein weiteres Problem bei Blatt-Sicherungen ist darin zu sehen, dass diese nicht rücksetzbar sind. Nach deren Öffnung, muss eine Blatt-Sicherung ersetzt werden. Die meisten Blatt-Sicherungen weisen Diagnose- oder Integritäts-Kontakte auf, so dass jede Sicherung untersucht werden kann, ohne dass die Sicherung aus dem Sicherungsblock herausgezogen werden muss. Nichtsdestotrotz kann eine Untersuchung der Integrität verschiedener Blatt-Sicherungen zur Bestimmung, welche geöffnet wurde, zeitraubend sein. Wenn die Sicherung gefunden wurde, kann nicht festgestellt werden, warum oder wann diese sich öffnete. Darüber hinaus kann die Last/der Verbraucher, die/der geschützt wurde, bis zur Ersetzung teilweise oder vollständig geschädigt worden sein. Es ist daher auch wünschenswert, eine rücksetzbare Überstrom-Schutzeinrichtung für Kraftfahrzeuge bereitzustellen.
  • Sicherungen, wie Blatt-Sicherungen, werden aufgrund ihrer Stromauslegung (Belastbarkeit) als auch ihrem I2t-Wert (oder der Durchlass-Energie; let-through energy) gewählt. In vielen Anwendungen erfolgt während des normalen Betriebs einer Ausrüstung ein akuter Anstieg, wobei die Sicherung einen derartigen Betrieb ermöglichen muss. Für Überbelastungen von mehr als ein paar Minuten wird die Sicherung in vielen Fällen hauptsächlich auf der Basis ihres Dauer-Nennstroms gewählt, wobei ein derartiger Nennstrom größer ist als der Überlastungsstrom über längere Zeit.
  • Für normale, selten auftretende Überlastungen kann eine Wahl der Sicherungen auf der Basis einer Über(be-)lastungskurve (I2t-Kurve) erfolgen, wobei die Sicherung auf der Grundlage von beispielsweise 75% ihrer bekannten Zeit – Stromkurve, gewählt wird. Für wiederholte Über(be-)lastungen, wie als ein Motorantrieb oder Weicherstarter (Softstarter) kann eine Wahl der Sicherungen auf der Basis der Über(be-)lastungskurve (I2t-Kurve) erfolgen, wobei die Sicherung auf der Grundlage von beispielsweise 60% ihrer bekannten Zeit – Stromkurve gewählt werden kann. Sicherungen weisen gewöhnlich tatsächlich zwei I2t-Auslegungen auf. Einen Klärungs-Auslegung und eine Schmelz-Auslegung. Die Klärungs-I2t-Auslegung ist die gesamte I2t, welche durch die Sicherung gelangt, wenn die Sicherung einen Fehler behebt. Die Schmelz-I2t-Auslegung ist die minimale I2t, die zum Schmelzen des Sicherungs-elements erforderlich ist. Es ist daher weiter wünschenswert, eine verbesserte Überstromschutz-Einrichtung der Kraftfahrzeuge bereitzustellen, welche bekannte und steuerbare I2t-Auslegungen aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Hier werden Beispiele von Einrichtungen beschrieben, bei denen ein oder mehrere Festkörperschaltungs-Einrichtungen zum Einsatz kommen, welche mit einer Steuerung/einem Controller, wie einer auf einer Software basierenden Steuerung/Controller, einem Applikations-spezifischen Schaltkreis ("ASIC") oder einer Kombination davon betrieben wird. Die Schaltungseinrichtung ist in einer Ausführungsform ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor ("MOSFET"), welcher an das Gate des MOSFET gesteuerte Spannungsoutputs von der Steuerung/dem Controller erhält, um einen Stromfluss von einer Stromquelle, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, zu ermöglichen oder nicht zu ermöglichen, um den MOSFET abzuleiten (drain off), und von der Quelle des MOSFETs zu einer Last/einem Verbraucher, beispielsweise einer Last/einem Verbraucher in dem Fahrzeug. Der MOSFET kann jeder MOSFET vom n-Typ sein, für den die an dem Gate angelegte Spannung positiv ist, oder ein MOSFET vom p-Typ, für den die an dem Gate angelegte Spannung negativ ist.
  • Die Steuerung/der Controller legt Spannung an dem Gate an oder entfernt Spannung davon (unterbricht die Spannung) in Abhängigkeit von dem Zweck der Anwendung. Eine hauptsächliche Verwendung für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist Schaltkreis-Schutz, wie Schutz vor Überstrom oder Überspannung. Diesbezüglich wird ein Stromsensor mit dem MOSFET in Reihe angeordnet. Der erfasste Strom wird digitalisiert, so dass für einen bestimmten Zeitpunkt ein diskreter/bestimmter und momentaner Strom It bekannt ist. Der diskrete und bekannte Strom It kann auf mindestens drei Arten und Weisen dazu verwendet werden, festzustellen, ob ein Ausfall oder Fehler auftrat. In einer Art und Weise wird der diskrete Strom It mit einem Peak-Strom Imax verglichen. Wenn It größer ist als Imax, dann entfernt der Controller die positive Spannung von dem Gate des MOSFET, wodurch der Stromfluss zu der Last/dem Verbraucher gestoppt wird.
  • Anders gesagt, It wird zusammen mit einem zuvor bekannten Strom It-1 verwendet, eine sofortige Änderungsrate dI/dt zu berechnen, welche gleich (It–It-1)/t ist. Wenn der Wert größer ist als eine bestimmte maximale Änderungsrate dI/dtmax, dann entfernt der Controller die positive Spannung von dem Gate des MOSFET, wodurch der Stromfluss zu der Last/dem Verbraucher gestoppt wird. Anders ausgedrückt, It wird in einer Energiegleichung dazu verwendet, eine momentane Durchlaß-Energie zu bestimmen, welche mit allen vergangenen momentanen Durchlaß-Energien integriert wird, um eine Gesamtstromenergie Etotal zu bestimmen, welche durch den den Schaltkreis schützenden MOSFET gelangt ist. Wenn Etotal größer wird als eine bestimmte/eingestellte Gesamtenergie EI 2 t, dann entfernt der Controller die Spannung von dem Gate des MOSFET, wodurch der Stromfluss zu der last gestoppt wird.
  • Die Vorrichtung liefert weiterhin einen Überhitzungs-Schutz. Eine Temperatur am MOSFET oder eine Temperatur an der Anschlußstelle wird erfasst. Die erfasste Temperatur wird digitalisiert, so dass für einen bestimmten Zeitpunkt eine diskrete/bestimmte und momentane Temperatur Tt bekannt ist. Die diskrete und bekannte Temperatur Tt wird mit einer bestimmten festgelegten maximalen Temperatur Tmax verglichen. Wenn Tt über Tmax steigt, dann entfernt der Controller die Spannung von dem Gate des MOSFET, wodurch der Strom fluss zu dem Verbraucher gestoppt wird. In gleicher Art und Weise kann mit der Vorrichtung die sofortige Änderungsrate der Temperatur überwacht und gegen eine maximale Änderungsrate der Temperatur verglichen werden. Ist die maximale Änderungsrate der Temperatur überschritten, dann entfernt der Controller die Spannung von dem Gate des MOSFET, wodurch der Stromfluss zu dem Verbraucher unterbrochen wird.
  • Die Einrichtung kann darüber hinaus, oder alternativ, einen Schutz gegen Überspannung bereitstellen. Eine Spannung über den MOSFET oder am Verbraucher angelegt wird erfasst. Die erfasste Spannung wird digitalisiert, so dass so dass für einen bestimmten Zeitpunkt eine diskrete/bestimmte und momentane Spannung Vt bekannt ist. Die diskrete und momentane Spannung Vt wird mit einer bestimmten/eingestellten maximalen Spannung Vmax verglichen. Wenn Vt über Vmax steigt, dann entfernt der Controller die positive Spannung von dem Gate des MOSFET, wodurch ein Stromfluss zu dem Verbraucher unterbrochen wird. Spannungs-Fehler für eine Änderungsrate der Spannung wie dV/dt und eine integrierte Energie unter Verwendung von Vt vergleichbar zu DI/dt und Etotal vorstehend beschrieben, können ebenfalls überwacht werden und führt zu einer Entfernung/Unterbrechung der Spannung an dem Gate des MOSFET.
  • Hier ist eine logische Flussdiagramm-Einstellung für ein Beispiel, wie mindestens einige der vorstehend beschriebenen Parameter überwacht, berechnet und implementiert werden können, gezeigt. Darüber hinaus sind Pläne von Strom und Energie für verschiedene Überstrom-Fehlermodi gezeigt. So sind insbesondere ein geringer Überstrom-Fehler-Modus, ein Kurzschluss-Fehler-Modus und ein transienter Zyklisierungs (Wechsel; Pendel)-Fehler-Modus (transient cycling failure mode) dargestellt. In jedem Fall wird dann, wenn der momentane Strom für ein bestimmtes Zeitsegment unter einem nominalen oder erwarteten Strom liegt, die entsprechende momentane Energie It von Etotal abgezogen wird. Wenn der momentane Strom für ein bestimmtes Zeitsegment über einem nominalen oder erwarteten Strom liegt, dann wird die entsprechende momentane Energie It zu Etotal hinzugefügt. Wenn Etotal oder die kumulative EI 2 tt-Energie für den Verbraucher bei jedem der drei Überstrom-Fehlmodi die bestimmte oder bewertete Gesamtdurchlassenergie EI 2 t erreicht, dann wird die Spannung an dem Gate des MOSFET entfernt, wodurch der Stromfluss zum Verbraucher unterbrochen und der Verbraucher vor Schädigungen aufgrund des bestimmten Fehler-Modus geschützt wird.
  • Da die Nenn-Gesamt-Durchlassenergie EI 2 t (Peak- oder di/dt-Auslegung) für den Verbraucher spezifisch und von dem erwartetem oder nominalen Stromverbrauch des Verbraucher abhängig ist, ist die so erhaltene Überstrom-Schutzeinrichtung für den Verbraucher perfekt angepaßt. D.h. Standard-Ersatzsicherungen werden mit einer bestimmten Auslegung; bereitgestellt, beispielsweise 1 Amp, 2 Amp, 10 Amp usw.. Die Sicherung, welche für den Verbraucher am besten paßt, wird gewählt, sogar dann, wenn dieser nicht perfekt zur Sicherung passt. In dem vorliegenden Fall ist die "Auslegung" ("rating") der Festkörper-Schutzeinrichtung vielmehr an die Erfordernisse des Verbrauchers angepasst. Im Fall einer Kraftfahrzeug-Kabelbaum-Anwendung kann die "Auslegung" der vorliegenden Festkörper-Schutzeinrichtung an die exakten Eigenschaften der Verdrahtung, welche geschützt werden soll, eingestellt werden.
  • In vergleichbarer Art und Weise werden bestimmte Ersatz-Sicherungen gewählt, so dass sie eine gewünschte Unterbrechungs-/Öffnungs-Eigenschaft aufweisen, beispielsweise eine langsam unterbrechende/öffnende Sicherung, eine Sicherung mit schneller Antwort usw.. So erzeugt beispielsweise ein Motor beim Starten einen anfänglichen plötzlichen Anstieg. Eine den Motor schützende Sicherung muss einen derartigen plötzlichen Anstieg auffangen. Halbleitereinrichtungen benötigen auf der anderen Seite Antwortzeiten, welche gewöhnlich durch Standarderatzsicherungen vom Blatttyp nicht erfüllt werden können. Die hier beschriebenen Überstrom-Schutzeinrichtungen, die auf Halbleiter basieren, weisen eine Antwortzeit auf, welche ausreichend ist, im Wesentlichen jede Last zu schützen, die in einem Kraftfahrzeug oder einer anderen Anwendung unter Verwendung der Einrichtungen auftreten kann.
  • Neben dem Schutz des Schaltkreises, wie einem Überstrom- oder Überspannungs-Schutz, kann die Einrichtung alternativ oder darüber hinaus ausgestaltet sein, die zu einer Last mit variablem Strom geliefert Strommenge, wie einem Motor oder einer Dimmer-Lampe, steuerbar zu variieren. In diesem Fall pulsiert der Controller absichtlich und gesteuert die Spannung an dem Gate des MOSFET in einem Verhältnis von AN gegenüber AUS ent sprechend einen gewünschten Output des Verbrauchers, beispielsweise der Motorgeschwindigkeit oder Lichtintensität. Diese Technik, die als Pulsweidenmodulation ("PWM") bekannt ist, kann mit einer geeigneten Rückkoppelung, beispielsweise einem Drehzahlmesser-Signal von der Motorwelle zur genauen Steuerung eines variablen Verbrauchers, betrieben werden.
  • Der Controller der Einrichtung kann jede der mehreren unterschiedlichen, in Betracht gezogenen Hardware-Konfigurationen aufweisen, bei denen unterschiedliche Steuerfunktionen auf ein oder mehrere Halbleiter-Matritzen oder- Chips angeordnet sind. In einer Ausführungsform wird ein Mikrocomputerchip mit einem integrierten Schaltkreischip ("IC") betrieben. Der Mikrocomputerchip beinhaltet einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher (read only memory; "ROM") und einen Speicher mit zufälligem Zugriff (random access memory; "RAM"). In einer anderen Ausführungsform können einer oder mehrere oder alle des Mikroprozessors, ROM und RAM in/auf unterschiedlichen Chips bereitgestellt werden, welche elektrisch miteinander in Verbindung stehen, beispielsweise über Spuren einer gedruckten Schaltkreisplatte ("PCB"), mit einem separaten "IC" Chip. In einer weiteren Ausführungsform kann einer oder mehrere oder alle des Mikroprozessors, ROM und RAM auf einem einzigen Chip mit dem IC-Chip bereitgestellt werden. Jede dieser Ausführungsformen kann mit mindestens einem MOSFET betrieben werden, welcher entweder auf einem separaten Chip oder integral mit einem der anderen Chips wie dem IC-Chip oder dem das IC und den Mikrocomputer enthaltenen Chip bereitgestellt werden.
  • Für die vorliegende Erfindung kann der Controller jede geeignete Kombination von Software und/oder einer mit einem Gate versehenen Hardware in Form eines Anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises ("ASIC"), worin die logischen Routinen, die Datenspeicherung und die hier beschriebenen assoziierten Schaltkreise über Gates des ASIC bereitgestellt werden. Wie hier beschrieben, liefert das ASIC hinsichtlich Geschwindigkeit und Robustheit Vorteile, während die Software Flexibilität bereitstellt. Bestimmte Merkmale sind daher für ein ASIC besser geeignet, während andere sich einer Software-Implementierung andienen. Es wird auch daran gedacht, dass der Controller einen ASIC beinhaltet, welcher auf dem gleichen Chip oder einem PCB mit dem MOSFET bereitgestellt ist, während eine andere Funktionalität auf einem entfernten PCB, beispielsweise dem Motherboard oder dem Hauptboard (brainboard) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
  • Im Hinblick auf die bevorstehende Zusammenfassung wird in einer Ausführungsform eine Schaltkreis-Schutzeinrichtung bereitgestellt. Die Einrichtung beinhaltet eine rücksetzbare Festkörper-Schaltung. Ein erstes Terminal wird in elektrischer Verbindung mit einem ersten Bereich der Schaltung gesetzt. Das erste Terminal ist so ausgestaltet, dass es mit einem Verbraucher verbunden ist. Ein zweites Terminal wird in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Bereich der Schaltung gesetzt. Das zweite Terminal ist so ausgestaltet, dass es mit einer Stromquelle verbunden ist. Die Einrichtung beinhaltet weiter einen Controller, der ausgestaltet ist, die Schaltung zu öffnen, wenn eine kumulierte Energie die vareingestellte/bestimmte (den Wert der) I2t-Auslegung erreicht oder übersteigt. Die akkumuliert Energie geht auf einen Strom zurück, welcher von einem elektrischen Punkt erfasst wird zwischen einem von: (i) dem Verbraucher Last und der Schaltung, oder (ii) der Spannungsquelle und der Schaltung. Der elektrische Punkt kann zwischen dem ersten Terminal und der Schaltung oder dem zweiten Terminal und der Schaltung angeordnet sein.
  • Die rücksetzbare Festkörper-Schaltung kann ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Tramsistor ("MOSFET") sein. In einem Wechselstromsystem kann ein Silizium gesteuerter Gleichrichter ("SCR") (Gleichrichter auf Siliziumbasis) eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Anwendung eine Festkörper-Anwendung sein oder nicht. So könnte beispielsweise die Einrichtung dazu verwendet werden, ein mechanisches Relais zu steuern.
  • Die Einrichtung umfasst ein Gehäuse, worin mindestens einer von: (i) die ersten und zweiten Terminale außerhalb des Gehäuses zugänglich sind, (ii) das Gehäuse weiter mindestens eine ersetzbare Sicherung aufnimmt, (iii) das Gehäuse mehrere Schaltkreis-Schutzeinrichtung aufnimmt, (iv) das Gehäuse mindestens eine Überspannungs-Einrichtung aufnimmt, und (v) das Gehäuse ein Gehäuse einer Kraftfahrzeug-Anschlussbox (junction box) ist. In anderen Worten in einer Automobil- oder Kraftfahrzeug-Anwendung kann die Einrichtung mit der Anschlussbox des Kraftfahrzeuges betrieben werden, innerhalb der Kraftfahrzeugs-Anschlussbox konfiguriert sein, oder die Kraftfahrzeugs-Anschlussbox selbst darstellen.
  • Der Controller beinhaltet mindestens eines von: (i) einem Mikroprozessor, (ii) einem Speicher, (iii) einem integrierten Schaltkreis, (iv) einem Analog-zu-Digital-Konverter, (v) einer Zeiterfassungseinrichtung, (vi) einem Anwendungs-spezifischen Schaltkreis, (vii) einem Spannungsregulator, (viii) auf einer gedruckten Schaltkreisplatte ("PCB") angeordnete Software, welche von der PCB, auf dem die Schaltung angeordnet ist, verschieden ist, und (ix) einem programmierbaren logischen Controller (PLC) mit einem oder mehreren von einem Mikroprozessor, einem Random Access Memory ("RAM") oder einem Read Only Memory ("ROM"). In einer Ausführungsform können diese Komponenten in ein Paket integriert werden.
  • Der Controller kann mit einem oder mehreren MOSFET(s) betrieben werden und in der Lage sein, eine an das Gate des MOSFET angelegte Spannung auf im Wesentlichen 0 zu reduzieren, wenn die akkumulierte Energie die voreingestellte (den Wert der) I2t-Auslegung erreicht oder überschreitet. Darüber hinaus kann der Controller konfiguriert sein, um: (i) einen nominalen Stromwert zu speichern und einen erfassten Strom für ein Zeitsegment zu lesen, (ii) eine akkumulierte Energie für das Zeitsegment hinzuzufügen, wenn der erfasste Strom größer ist als der nominale Strom, und (iii) von der akkumulierten Energie für das Zeitsegment abzuziehen, wenn der erfasste Strom größer ist als der nominale Strom.
  • Der nominale Strom ist der Strom, welcher für einen bestimmten Verbraucher erwartet wird. Der bestimmte Wert der I2t-Auslegung ist eine akkumulierte Energie-Auslegung für den Verbraucher (manchmal als Durchlassenergie bezeichnet).
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst die Schaltkreis-Schutzeinrichtung eine rücksetzbare Schaltung und eine mit der rücksetzbaren Schaltung betreibbare logische Ausführeinrichtung (Implementer). Der logische Implementer ist ausgestaltet, die Schaltung zu öffnen, wenn eine Gesamtenergie-Menge, welche durch die Schaltung zu einem mit der Schaltung verbundenen Verbraucher gelangt, über eine Zeitspanne die bestimmte Energiemenge für die Zeitspanne erreicht oder übersteigt. Der logische Implementer ist ausgestaltet, die Schaltung darüber hinaus in einem geschlossenen Zustand zu halten, wenn die gesamte Energiemenge, welche durch die Schaltung gelangt, weniger ist als die bestimmte Energiemenge für die Zeitspanne. Der logische Implementer kann ausgestaltet sein, die Gesamtenergie-Menge, welche gemäß der Gleichung I2t durchgeht, zu bestimmen, worin I eine Strommenge, welche durch die Schaltung gelangt und t die Zeitspanne ist.
  • Der logische Implementer kann ausgestaltet sein, die Schaltung weiter aufgrund einer der folgenden Vorfälle zu öffnen: (i) einer Strommenge, welche durch die Schaltung gelangt und eine Peak-Strom-Auslegung erreicht oder übersteigt, (ii) einer Änderungsrate an Strom, welche durch die Schaltung gelangt und eine maximale Änderungsraten-Auslegung erreicht oder übersteigt und (iii) einen an der Einrichtung gemessene Temperatur, welche eine maximale Temperatur Auslegung erreicht oder übersteigt.
  • Der logische Implementer kann eine der folgenden Einrichtungen umfassen: (i) einen Mikroprozessor, (ii) einem Speicher, (iii) einem integrierten Schaltkreis, (iv) einen Analog-zu-Digital-Konverter, (v) einen Zeitgeber, (vi) einem Anwendungs-spezifischen, integrierten Schaltkreis ("ASIC"), (vii) einen Spannungsregulator, (viii) eine auf einer gedruckten Schaltkreisplatte ("PCB") angeordnete/vorhandene Software, welche von der PCB auf dem die Schaltung angeordnet ist, verschieden ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Schaltkreis-Schutzeinrichtung eine rücksetzbare Schaltung und einen logischen Implementer, welcher mit der rücksetzbaren Schaltung betrieben werden kann. In diesem Fall ist der logische Implementer so konfiguriert dass: (i) ein Energiewert aufgrund eines über einem nominalen Stromniveau liegenden Stromniveaus zu einem Gesamtenergiewert hinzugefügt wird, der durch die Schaltung durch eine Zeitspanne geleitet wird, (ii) ein Energiewert aufgrund eines unterhalb eines nominalen Stromniveaus liegenden Stromniveaus vom Gesamtenergiewert, der durch die Schaltung gelangt, abgezogen wird und (iii) die Schaltung geöffnet wird, wenn der erfasste Gesamtenergiewert, welcher durch die Schaltung geleitet wird, einen bestimmten Energiewert für die Einrichtung erreicht oder überschreitet. Der logische Implementer kann konfiguriert sein, um die gesamte durchgeleitete Energiemenge über die Gleichung I2t zu bestimmen, worin I eine Strommenge ist, welche durch die Schaltung gelangt und t die Zeitspanne ist.
  • Es ist daher ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine rücksetzbare Überstrom-Vorrichtung bereitzustellen.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Überstrom-Vorrichtung bereitzustellen, welche genauere Schaltkreis-Eigenschaften aufweist.
  • Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung den Stromfluss in Kraftfahrzeugs-Anschlussboxen zu vereinfachen.
  • Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung das Erfordernis von Kraftfahrzeugs-Anschlussboxen nach Zugänglichkeit und Ersatzsicherungen zu verringern.
  • Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche ein oder mehrere liefert von, Überstrom-Schutz, Schaltungs- und Puls-Weiten-Modulation ("PWM") für Motorsteuerung mit variabler Geschwindigkeit und Lichtdimmung.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine Benachrichtigungsfähigkeit (flagging capability) für ein Motherboard oder Haupt-Board (brainboard) eines Kraftfahrzeugs aufweist.
  • Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Überstrom-Vorrichtung bereitzustellen, welche externe manuelle Inputs akzeptiert.
  • Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung eine Überstrom-Vorrichtung bereitzustellen, welche gegenüber thermischer Unterbelastung weniger empfindlich ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden hier beschrieben und werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Figuren offensichtlich.
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  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels einer Vorrichtung mit einem Controller und einer rücksetzbaren Festkörper-Schaltung.
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels einer Vorrichtung mit einem Controller und einer rücksetzbaren Festkörper-Schaltung.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung, bei der ein Controller und eine Rücksetzbare-Schaltung eingesetzt werden.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung, bei der unterschiedliche Controller, rücksetzbare Festkörper-Schaltungen und Standard-Automobil-Sicherungen eingesetzt werden.
  • 5 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung, welche einen Controller umfasst, der ausgestaltet ist, mehrere rücksetzbare Festkörper-Schaltungen zu tragen.
  • 6 ist ein schematisches Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform von mindestens einigen der logischen Ausgestaltungen durch den Controller zeigt, welcher mit der rücksetzbaren Schaltung betrieben werden kann.
  • 7 ist eine Energiekurve für einen Fehler-Modus mit geringer Überlastung, welche durch die rücksetzbare Schaltung geschützt ist.
  • 8 ist eine Energiekurve für einen Kurzschluss-Fehler-Modus welche durch die rücksetzbare Schaltung geschützt ist.
  • 9 ist eine Energiekurve für einen transienten Zyklus-Schaltkreis-Fehler-Modus, welcher durch die rücksetzbare Schaltung geschützt ist.
  • Die 10A bis 10C zeigen drei unterschiedliche Arbeitszyklen, welche zusammen mit dem Controller und einer rücksetzbaren Festkörper-Schaltung Pulsweitenmodulation ("PWM") an einen mit variablem Strom liefern kann.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In den Zeichnungen und insbesondere in den 1 und 2 sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Vorrichtungen 10 bzw. 100 dargestellt. In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung 10, 100 als eine Komponente einer Anschlussbox eines Kraftfahrzeugs, wie eines Automobils, eines Lastwagens, eines Vans, eines Motorrads, eines Mopeds oder dergleichen installiert sein. Die Vorrichtung 10, 100 ersetzt (für einen gegebenen Abnehmer) zumindest das Erfordernis nach einer Sicherung, einem Relais und einer separaten diagnostischen Komponente.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Vorrichtung 10, 100 ausgestaltet sein, die Anschlussbox eines derartigen Fahrzeugs selbst darzustellen, worin die Anschlussbox 10, 100 andere Komponente umfasst, wie gegebenenfalls Standard-Anschlussbox-Sicherungen (beispielsweise Blattsicherungen oder aufnehmende Einsatzsicherungen) zusammen mit der hier beschriebenen Festkörper- Hardware.
  • Die Vorrichtung 10, 100 umfasst einen Controller 20. Die Komponenten des Controllers 20 sind in einer Ausführungsform auf einer einzigen gedruckten Schaltkreisplatte ("PCB") angeordnet. In einer anderen Ausführungsform sind die Komponenten des Controllers 20 auf einem Chip mit integriertem Schaltkreis ("IC") integriert. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Controller 20 einen Mikrocomputer 30 und einen integrierten Schaltkreis 40. Der Mikrocomputer 30 umfasst eine Mikroprozessor ("CPU") 32, ein Random Access Memory ("RAM") 34, und ein Read Only Memory 36 ("ROM"). Der Mikrocomputer 30 wird mit einer Zeiterfassungseinrichtung 38 betrieben. Alternativ ist die Zeiterfassungseinrichtung 38 in die CPU 32 integriert. Der integrierte Schaltkreis ("IC") 40 wird mit Analog-zu-Digital-Konverter ("A/D-Konverter") 42 und 44 betrieben. In einer alternativen Ausführungsform ist einer oder beide A/D- Konverter 42 und 44 in dem IC 40 integriert. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist einer oder beide A/D-Konverter 42 und 44 in das CPU 32 integriert. Der IC 40 wird mit einer Metalloxid- Halbleiterfeldeffekt Transistor ("MOSFET") 50 betrieben.
  • In der gezeigten Ausführungsform liefert IC 40 einen Puffer zwischen elektrischen Einrichtungen, wie einem Temperatursensor 46 und MOSFET 50, und logischen Einrichtungen, wie einem Mikrocomputer 30. Es sollte jedoch klar sei, dass jede oder die gesamte der hier beschriebenen Logik für den Controller 30 alternativ über Gates in einem Anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis ("ASIC") bereitgestellt werden können. Der ASIC ist ein Halbleiter-Chip, welcher angeordnet ist, um eine oder mehrere logische Aufgaben für ein oder mehrerer Anwendungen durchzuführen, welcher abhängig ist von dem mit dem MOSFET 50 verbundenen Verbraucher und dem Zweck des MOSFET 50. So kann beispielsweise, wie nachstehend beschrieben, eine Sicherungs-Routine unter Verwendung eines MOSFET 50 für einen Verbraucher gegenüber einem Anderen verschieden sein (beispielsweise für eine unterschiedliche I2t-Auslegung oder einem unterschiedlichen Nominalstrom). Für einen bestimmten Verbraucher kann die Routine und der MOSFET 50 für einen bestimmten Zweck oder einen anderen eingesetzt werden (beispielsweise für eine Lampe, der MOSFET 50 wird als eine Überstrom-Schutzeinrichtung eingesetzt, oder als ein Dimmer durch Ändern des Stroms zur Lampe).
  • Das ASIC kann ausgestaltet sein, die Arbeit vieler Chips (beispielsweise ein einziger Chip für jedes MOSFET) in eine einzige, kleinere Packung unter Verringerung der Herstellungs- und Trägerkosten zu konsolidieren, während die Geschwindigkeit des Controllers 20 und der Vorrichtung 10, 100 gesteigert wird. Bei dem ASIC wird in einer Ausführungsform eine 0,25 μ Technologie eingesetzt, welche mehr als 5 Millionen Gates auf einem einzigen 150 MHz Chip aufnehmen kann. Geeignete ASIC Chips werden von beispielsweise IBM angeboten.
  • Eine Festverdrahtung der logischen Routinen über den ASIC reduziert die Anzahl von Verarbeitungszyklen, welche mit einer mehr auf Software basierenden Version der des Controllers 20 assoziiert ist, wodurch die Performanz und Zuverlässlichkeit erhöht ist. Das ASIC kann das ROM 36 möglicherweise unnötig machen. Der RAM 34 speichert Betriebsdaten, wie die Temperatur der Einrichtung 10, 100 den Strom I2t, die Leistung, die Motorgeschwindigkeit etc.. Alternativ können digitalisierte Informationen, welche derartige Daten darstellen markiert und an ein woanders angeordnetes RAM übermittelt werden, beispielsweise am Motherboard des Kraftfahrzeugs. In einem derartigen Fall kann auch das RAM 34 unnötig werden. Das ASIC basiert alternativ auf einem zentralen Mikroprozessor, der irgendwo in dem Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Hier umfasst das ASIC mindestens ein Input oder Output, um mit dem zentralen Mirkoprozessor in Verbindung zu stehen, was ein Teil einer Anschlussbox oder des Motherboards des Kraftfahrzeugs sein könnte.
  • Es sollte jedoch klar sein, dass eine voll verdrahtete Ausführungsform des Controllers 20 zu unflexibel sein könnte. Bestimmte Anwendungen oder Verbraucher können sich verändernden Standards, beispielsweise Sicherheitsstandards oder unterschiedlichen Standards in unterschiedlichen Ländern unterworfen sein. Bestimmte logische Routinen können darüber hinaus der Gegenstand weiterführender Forschung oder Verbesserungen sein. In derartigen Fällen kann es angeraten sein, die Geschwindigkeit und Einfachheit für Flexibilität durch Speichern dieser Routinen in Software aufzugeben. Generelle Funktionen, wie das Puffer-Management, Ablaufmanagement, Adressennachschlagung und Flußklassifikation für den Controller 20 der Einrichtung 10, 100 können jedoch durch das ASIC – Silizium ohne Risiko ausgeführt werden. Der Controller 20 umfasst jede Kombination von festverdrahteten ASIC – Routinen und Software – Routinen.
  • Der Controller 20 der Vorrichtung 10, 100 führt in jedem der vorstehend aufgeführten Konfigurationen mindestens die folgenden Funktionen aus: (i) liefert ein Zähl-Zeiterfassungseinrichtung zur Abfragung des Stroms von der Verzweigung 22 (neben dem Sicherheitselement 28 und der Ableitung 54 des MOSFET 50 wie gezeigt angeordnet, oder alternativ zwischen dem MOSFET 50 und der Last 80 angeordnet) in regelmäßigen Intervallen oder Segmenten zur Integration, wie nachstehen beschrieben, (ii) erfaßt den Strom für ein gegebenes Zeitsegment, welches über den A/D-Konverter 42 zu dem Verbraucher strömt (beispielsweise unter Verwendung eines Präzisions-Resistors oder einer Spannungs-Erfassungseinrichtung), welche ermöglicht, dass ein bestimmter Stromwert, wie nachstehend beschrieben, in einem Stromenergiealgorithmus angeschlossen werden kann, (iii) verwendet den bestimmten Stromwert in einem abgeleiteten, nachstehend gezeigten, Algorithmus, um den di/dt zu bestimmen, und (iv) erfaßt die Temperatur der Einrichtung 10, 100 für ein bestimmtes Zeitsegment über den A/D-Konverter 44, welcher ermöglicht, dass ein bestimmter Temperaturwert in mindestens einen Temperaturalgorithmus, wie nachstehend beschrieben, eingebracht werden kann.
  • Die Vorrichtung 100 weist zusätzliche Funktonalität auf. Hier ist der Controller 20 darüber hinaus konfiguriert, um einen manuellen Input von einer externen Schaltung 24 anzunehmen. Die Schaltung 24 kann anfänglich die Einrichtung 100 mit Strom versorgen, wobei die Integrations-Routine wie nachstehend beschrieben, rückversetzt werden. So könnte beispielsweise die Schaltung 24 durch den Zündschalter des Kraftfahrzeugs betrieben werden, wobei die Einrichtung 100 mit Leistung versehen wird, wenn der Motor angelassen wird. Alternativ könnte die Schaltung 24 den fortgesetzten Betrieb der Einrichtung 100 unterbrechen. So könnte beispielsweise die Schaltung 24 beim Einschalten des Kraftfahrzeugslichts durch den Betreiber geschlossen werden, wodurch der Controller 20 eine zusätzliche Routine für das Fahrzeuglicht durchläuft. Die Einrichtung 100 kann angepaßt werden, um Inputs für mehrere Schaltungen 24 anzunehmen und einen separaten MOSFET 50 für jede Schaltung 24 und dessen assoziierten Verbraucher bereitzustellen. Hier wird eine separate Stromüberwachung für jeden MOSFET geliefert, wobei der Controller 20 Kenntnis hat, welchen Schaltkreis er öffnen muss und wann.
  • Wie erläutert ist der Controller 20 der Vorrichtung 100 konfiguriert, um bei einem Vorfall, wie einem Fehler in dem Verbraucher oder in der Einrichtung 100, ein Markierungszeichen/eine Benachrichtigung (Flag) 26 zu senden. Die Benachrichtigung (Flag) 26 wird in einer Ausführungsform zu einem Motherboard oder Hauptplatine des Kraftfahrzeugs gesendet. Die Benachrichtigung (Flag) 26 kann ein Paket an Informationen enthalten, wie den Zeitpunkt, zu dem der Fehler auftrat, den Fehlertyp, die Größe des Fehlers (beispielsweise Strom-Peak, Gesamtenergie, di/dt) und anderen relevante Informationen, wie die Temperatur der Einrichtung 10, 100, den Stromarbeits-Zyklus des Verbrauchers wenn zweckmäßig, die Zeitmenge, zu der der Verbraucher kontinuierlich betrieben wurde, usw..
  • Das Markierungszeichen (Flag) 26 kann jede geeignete Antwort hervorrufen, wie ein Abschalten eines Teils oder der gesamten Vorrichtung 100. Alternativ oder zusätzlich löst die Benachrichtigung 26 einen Alarm für den Betreiber des Kraftfahrzeugs aus oder eine Korrekturwirkung, wie das Aufleuchten einer Warnleuchte auf dem Armaturenbrett, die Ausgabe eines flüssigen Kühlmittels, des Starten eines Kühllüfters, das öffnen eines Ventils usw.
  • Die Vorrichtung 10, 100 liefert für ein oder mehrere Verbraucher über ein oder mehrere MOSFET(s) 50 ein Schutz vor Überstrom oder eine andere elektrische Funktion. Der MOSFET 50 umfasst eine Quelle 52, eine Ableitung 54 und ein Gate 56. In der gezeigten Ausführungsform steht die Quelle 52 mit einer Last 80 in elektrischer Verbindung, welche wiederum elektrisch mit einer Erdung 12 verbunden ist. Die Erdung 12 kann auf der Außenseite eines Gehäuses der Einrichtung, 10, 100, wie nachstehend in 3 gezeigt, bereitgestellt sein. Die Erdung 12 ist ausgestaltet einen Draht, ein Band, einen Verbinder oder eine andere elektrische Verbindungseinrichtung, welche sich von dem Verbraucher 80 erstreckt, aufzunehmen. Wie gezeigt steht die Ableitung 54 mit einer Stromquelle oder einem Batteriekontakt 14 elektrisch in Verbindung, welcher auch auf der Außenseite eines Gehäuses auf der Einrichtung 10, 100, wie nachstehend in Verbindung mit 3 gezeigt, bereitgestellt sein kann. Der Stromquellen-Kontakt 14 ist gleichermaßen aufgebaut, um einen Draht, ein Kabel, einen Verbinder oder eine andere geeignete elektrische Verbindungseinrichtung, die sich von der Stromquelle, der Batterie eines Kraftfahrzeugs, erstreckt, aufzunehmen.
  • In einer Ausführungsform wird ein Sicherheitselement mit dem Batteriekontakt 14 und dem MOSFET 50 in Reihe angeordnet, um das System im Fall eines katastrophalen Fehlers des MOSFET 50 zu schützen. Das Sicherungselement 28 wird innerhalb der Einrichtung 10, 100 in einer Ausführungsform separat aufgeführt. Alternativ ist das Element 28 als Teil des Führungsrahmens für den Silizium- Chip hergestellt.
  • In der Vorrichtung 10, 100 steht das ASIC oder der IC 40 des Controllers 20 elektrich mit dem Gate 56 des MOSFET 50 in Verbindung. Bei einem Transistor vom n-Typ, sind, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist, sowohl die Quelle 52 als auch die Ableitung 54 negativ geladen und ruhen auf einem positiv geladenen Kissen von p-Silizium. Wenn der Controller 20 eine positive Ladung an das Gate 56 anlegt, dann werden die Elektronen in dem p- Silizium zu dem Bereich unter dem Gate 56 angezogen, wodurch zwischen der Quelle 52 und der Ableitung 54 ein Elektronenkanal gebildet wird. Wenn die Spannungsquelle oder die Batterie eine positive Spannung an die Ableitung 54 anlegt, dann werden die Elektronen der Quelle 52 zu der Ableitung 54 gezogen. In diesem Zustand ist der Transistor 50 auf AN. Wenn der Controller 20 die Spannung am Gate 56 entfernt/unterbricht, dann werden die Elektronen nicht in den Bereich zwischen der Quelle 52 und der Ableitung 54 gezogen, wodurch der Stromweg unterbrochen und der Transistor 50 ausgeschaltet wird.
  • Der MOSFET 50 ist alternativ vom p-Typ, für den die am Gate 56 angelegte Spannung negativ ist. Zur einfachen Erläuterung werden die hier beschriebenen Beispiele mit einem MOSFET vom n-Typ gegeben.
  • Die elektrischen Systeme vieler Kraftfahrzeuge werden durch 12 VDC (V Gleichstrom) Bleistrombatterien betrieben. Ein Spannungs-Regulator kann bereitgestellt sein, beispielsweise in IC 40, um eine reduzierte (beispielsweise 4 bis 10 VDC) gleichbleibende Spannung an das Gate 56 des MOSFET 50 abzugeben. Der MOSFET 50 ist in einer Ausführungsform ein IR IPS0551T MOSFET, welcher in einem Super TO220 Packet geliefert wird, und einen kontinuierlichen Ableitstrom von 8 Ampere, 6,0 mOhm Rds(an) 2 Watt maximale Leistungsstreuung aufweist. Der MOSFET 50 ist in einer Ausführungsform vo1l geschützt und ausgestaltet, zu öffnen oder abzuschalten, wenn seine Temperatur 165°C übersteigt oder wenn der Ableitstrom 100 Ampere erreicht.
  • In der 3 wird einer Ausführungsform die Einrichtung 10, 100 als eine diskrete Packung bereitgestellt, welche an beispielsweise eine gedruckte Schaltkreisplatte gelötet oder geklemmt oder auf andere Art und Weise an eine Anschlussbox eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. In diesem Fall umfasst die Einrichtung 10, 100 ein Gehäuse 16, welches in einer Ausführungsform eine Umhüllung aus Kunststoff oder aus einem anderweitig elektrisch isolierendem Material ist, welches über einen Leitungsrahmen der die unterschiedlichen Komponenten trät, gegossen werden kann. Wie gezeigt steht das ASIC 40 des Controllers 20 in elektrischer Verbindung mit: (i) dem Gate 56 des MOSFET 50 über den Bindungsdraht 18d und (ii) der Quelle 52 des MOSFET 50 über den Bindungsdraht 18c. Die Ableitung 54 (nicht ersichtlich) des MOSFET 50 ist unter der Quelle 52 und dem Gate 56 angeordnet. Die Ableitung 54 ist auf der Bodenseite des Chips angeordnet. Die Ableitung 54 steht mit dem Ableitungsterminal 48b in Verbindung. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 16 derart ausgebildet, dass sich ein End-Ableitungsterminal 48b durch das Gehäuse 16 erstreckt und mindestens in wesentlichen mit dem Gehäuse abgeglichen vorliegt.
  • Der ASIC 40 des Controllers 20 steht in elektrischer Verbindung mit: (i) dem Input-Terminal 48c über den Bindungsdraht 18e, und (ii) dem Flag-Terminal 48d über Bindungsdraht 18f. Das Gehäuse 16 kann ausgestaltet sein, so dass sich die entsprechenden Enden des Input-Terminals 48c und des Benachrichtiguns-Terminals 48d durch das Gehäuse 16 erstrecken und mindestens im wesentlichen mit dem Gehäuse abgeglichen sind. Das Input-Terminal 48c ermöglicht, dass das ASIC 40 mit einem Input von einer manuellen Schaltung 24, welche vorstehend in Verbindung einer Einrichtung 100 in 2 erläutert wurde, in elekrischer Verbindung steht. Die Benachrichtigung 48d ermöglicht, dass das ASIC 40 eine Benachrichtigung 26 elektronisch zu einem anderen Controller oder PCB in dem Kraftfahrzeug senden kann.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist der Temperatursensor 46 in das MOSFET 50 integriert oder auf diesem befestigt, so dass an dem MOSFET 50 eine genaue Temperatur abgelesen werden kann. Der Temperatursensor 46 kann von jedem geeigneten Typ sein, wie eine Temperatur erfassende Diode, die auf der MOSFET-Matrize ausgebildet wurde. Der Temperatursensor 46 steht mit ASIC 40 über dem Bindungsdraht 18c in elektrischer Verbindung.
  • Der Stromsensor 22 steht mit ASIC 40 über den Bindungsdraht 18a in elektrischer Verbindung. Darüber hinaus ist ein Jumper 58 bereitgestellt, um die Quelle 52 des MOSFET 50 mit dem Stromsensor 22 und dem Quellen-Terminal 48a elektrisch zu verbinden. Der Stromsensor 22 kann von jedem geeigneten Typ sein, wie ein Spannungssensor, welcher mit einem Präzisions-Resistor betrieben wird, der in einer einzigen Packung bereitgestellt werden kann. Die 1 und 2 zeigen die Verzweigung 22, welche mit der Ableitung 54 betrieben wird. Die 3 zeigt den Sensor 22, welcher alternativ mit dem Quellen-Terminal 48a elektrisch verbunden ist. Alternativ ist der Sensor 22 mit dem Ableitungs-Terminal 48b elektrisch verbunden. Das Quellen-Terminal 48a ermöglicht, dass die Einrichtung 10, 100 elektrisch mit einem Verbraucher verbunden ist, welcher wiederum elektrisch mit der Erdung 12 verbunden ist. In vergleichbarer An und Weise ermöglicht die Ableitung 54 des MOSFET 50, dass die Einrichtung 10, 100 mit einer Stromquelle 14 elektrisch verbunden ist.
  • In der Einrichtung 10, 100 in der 3a sind die vorstehend in Verbindung mit den 1 und 2 erläuterten A/D-Konverter 42 in das ASIC 40 integriert und daher nicht separat in 3 aufgeführt. In vergleichbarer Art und Weise ist in der Einrichtung 10, 100 von 3 die Zeiterfassungseinrichtung 38 in das ASIC 40 integriert und daher in 3 nicht separat aufgeführt. Darüber hinaus kann das Sicherungselement 28 über Ausdünnen eines Bereichs des Leiter-Rahmens auf eine gewünschte Dicke und eines gewünschten Querschnittshereich zur Bereitstellung der gewünschten Bewertung ausgebildet werden. Die Führung der Quelle 52 oder die Führung der Ableitung 54 kann ausgedünnt werden, um das Sicherungselement 28 auszubilden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sicherung 28 so nah wie möglich an der Stromquelle 14 angeordnet, wodurch die Führung der Ableitung 54 gemäß den in 1, 2 und 5 gezeigten Anordnungen wahrscheinlich dünner ausgestaltet werden kann. Ein verschiedenes Material, wie Zinn oder Nickel, kann auf einen Bereich oder das gesamte Sicherungselement 28 angeordnet werden, um einen "hot spot" auszubilden, bei dem das Sicherungselement öffnen soll.
  • Die Verwendung einer einzelnen Matrize oder eines einzelnen Schaltkreis-Chips 1 für das ASIC 40 und dem MOSFET 50 wird explizit in Betracht gezogen. Andere Komponenten der Einrichtung 10, 100, welche auf der gleichen Matrize angeordnet werden können, umfassen den Stromsensor 22, die A/D-Konverter 42 und die Zeiterfassungseinrichtungen 38. Diese Konfiguration liefert eine effiziente, zweckmäßige, kompakte und kostenwirksame Herstellung der Einrichtung 10, 100. Alternativ werden jeder oder mehrere des ASIC 40, MOSFET 50 und der anderen, vorstehend aufgeführten Komponenten auf einer oder mehreren separaten Matrizen oder Schaltkreis-Chips angeordnet.
  • In der 4 ist eine weitere Konfiguration der Einrichtung 10, 100 gezeigt. Hier sind die vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen Komponenten mit einem anderen Schaltkreis-Schutz und Anschlussbox verwandten Punkten integriert. Darüber hinaus sind unterschiedliche Ausführungsformen für den Controller 20 gezeigt.
  • In der 4 umfasst eine Einrichtung 10, 100 ein Gehäuse 60. Das Gehäuse 60 umfasst eine Bedeckung 62 und ein Substrat 64. Das Substrat 64 ist in einer Ausführungsform eine gedruckte Schaltkreis-Platte ("PCB") welche aus einem Material hergestellt ist, wie FR-4-Material, Keramik, Glas, Polyimid, usw.. Die Bedeckung 62 ist in einer Ausführungsform ein gegossenes, elektrisch isolierendes Material, wie Kunststoff, einschließlich Polyamid, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyethylen. Die Bedeckung 62 kann durch Einspritzen gegossen, durch Blasen gegossen oder auf andere Art und Weise mit jedem geeigneten Verfahren gebildet werden. In einer alternativen Ausführungsform ist mindestens ein Bereich der Bedeckung 62, welcher oberhalb PCB 64 angeordnet ist, ein Epoxydharz oder ein anderer Typ an elektrisch isolierender, schützender Bedeckung. Die Bedeckung 62 kann das PCB 64 vollständig umfassen, mit der Maßgabe der Verbindungen 66a bis 66c, welche sich durch die Öffnungen der Bedeckung 62 erstrecken,. Andernfalls kann eine Seite des PCB 64 als mindestens ein Bereich einer Wandung des Gehäuses 60 dienen.
  • In der gezeigten Ausführungsform sind die vorstehend in Verbindung mit den 1 und 2 beschriebenen Komponenten auf der Oberfläche des PCB 64 angebracht. Es sollte jedoch klar sein, dass eine oder mehrere derartiger Komponenten axial angebracht werden können, über eine Buchse befestigt oder auf andere Weise innerhalb der Einrichtung 10,100 befestigt werden.
  • Das PCB 64 von 4 zeigt drei unterschiedliche Hardwarekonfigurationen für die Vorrichtung 10,100, welche in Blockdiagrammen der 1 und 2 gezeigt sind. 4 entspricht dem mit IC 40a als betreibbar gezeigten Mikrocomputer 30a der Konfiguration des Blockdiagramms der 1 und 2. In diesem Fall wird bei dem Mikrocomputer 30a ein Mikroprozessor 32, RAM 34 und ROM 34, wie vorstehend in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben, eingesetzt. Der Mikrocomputer 30a wird in einem von IC 40a separaten Chip bereitgestellt. IC 40a liefert die vorstehend in Verbindung mit IC 40 beschriebene Funktionalität welche A/D-Konverter 42 und 44, einen Spannungsregulator für das MOSFET und die zur Erfassung der Temperatur, des Stroms, der Spannung usw. und zur elektrischen Störung des MOSFET 50 erforderlichen Schaltkreise integrieren kann.
  • Wie gezeigt steuern IC 40a und der Mikrocomputer 30a beispielsweise vier MOSFETs 50a bis 50d. Die elektrische Steuerung eines jeden MOSFET ist die gleiche, wie vorstehend in Verbindung mit dem MOSFET 50 in den 1 und 2 beschrieben. So ist IC 40a insbesondere in der Lage, eine gesteuerte und konstante Spannung mit einem gewünschten direkten Stromwert an die Gates 56a eines jeden MOSFETs 50a bis 50b zu liefern. Wird eine Spannung an diese Gates angelegt, dann kann Strom von einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) zu der Ableitung eines jeden MOSFET 50a bis 50d strömen und von der Quelle eines jeden MOSFETs zu dessen entsprechenden Verbraucher. Der Mikrocomputer 30a und IC 40a sind daher in der Lage, jeden Verbraucher unabhängig voneinander zu steuern. Jedes MOSFET kann für die Zwecke des Schaltkreis-Schutzes bereitgestellt werden, einschließlich eines Schutzes vor Überstrom und Überspannung. Alternativ können ein oder mehrere oder alle MOSFETs 50a bis 50d eine Pulsweitenmodulation ("PWM")-Steuerung der Gate-Spannung an einen Verbraucher mit variablem Strom bereitstellen, um einen gewünschten Output von dem Verbraucher zu erreichen. Obwohl nicht gezeigt wird eine separate Stromverzweigung 42 für jedes MOSFET 50a bis 50d bereitgestellt.
  • Zwei oder mehrere MOSFETs 50a bis 50d können an dem gleichen Verbraucher betrieben werden. So kann beispielsweise eine der MOSFETs Schutz von Überstrom bereitstellen, beispielsweise eine Dimmerlampe, während ein zweites MOSFET unter Verwendung von PWM zur Steuerung der Helligkeit der Lampe eingesetzt wird. Der Controller (Mikro computer 30a und IC 40a) kann beide Funktionen gleichzeitig steuern. Alternativ sind die MOSFETs 50a bis 50d und der Controller 30a und IC 40a ausgestaltet, für den gleichen Verbraucher zwei Funktionen auszuführen. So kann beispielsweise das gleiche MOSFET dazu eingesetzt werden, Einschalten (AN/AUS), PWM (Dimmen) und Schaltkreis-Schutz für ein Kraftfahrzeug Innen- oder Außen- Licht bereitzustellen. Eine weitere Anwendung umfasst Scheibenwischer, welche einen Steuerung AN/AUS und Geschwindigkeit (PWM) und Schaltkreis-Schutz benötigen (beispielsweise der Betreiber schaltet wiederholt ein, obwohl die Scheibenwischer an die Scheibe festgefroren sind). Eine weitere Anwendung umfasst automatische Fenster, welche ein Richtungs- AN/AUS, möglicherweise Geschwindigkeit und Schaltkreis-Schutz benötigen (beispielsweise ein Fenster bleibt stecken oder ein Kind spielt mit dem Knopf und drückt den Knopf sogar dann noch weiter nach unten., wenn das Fenster den ganzen Weg rauf oder heruntergefahren wurde).
  • Unter Berücksichtigung nun im Uhrzeigersinn des Mikrocomputers 30a und IC 40a, so wird der Computer und die elektrischen Schaltkreis-Funktionen des Controllers auf einem einzigen Chip, welcher mit 30b, 40b bezeichnet wird, kombiniert. Der Chip 30b, 40b liefert die gleichen Funktionen wie die separaten Chips 30a und 40a. Wie zuvor steuert der einzelne Chip 30b und 40b mehrere MOSFETs 50e bis 50g, welche jeweils jede der hier beschriebenen Funktionen ausführen kann.
  • Unter Berücksichtigung weiter im Uhrzeigersinn Chip 30b, 40b, kann die Einrichtung 10,100 alternativ oder zusätzlich einen einzelnen Chip mit Computerfunktionalitäten 30c, integrierter Schaltkreis-Funktionalität 40c und MOSFET-Schalt-Fähigkeit 50h bis 50k bereitstellen. Wie hier beschrieben ist der MOSFET 40 eine auf einem Halbleiter basierende Einrichtung. Es ist daher möglich und in Betracht gezogen, jede der Computer-, Schaltkreissteuerungs- und MOSFET-Funktionen auf einer einzigen Matrix eines einzelnen Chips 30c, 40c, 50h bis 50k anzuordnen.
  • Es sollte klar sein, dass jede der Konfigurationen (30a, 40a), (30b, 40b) oder (30c, 40c, 50h bis 50k) jede Kombination von auf vorstehend beschriebener Software basierender oder ASIC-Gate basierender Logik einsetzen kann. Darüber hinaus kann jede der erläuterten Chipkonfigurationen mit einem Temperatursensor 46a bis 4c betrieben werden. Temperatursensoren 46a bis 46c erfassen die Temperatur der Einrichtung 10,100, welche als die Anschlussbox-Temperatur bezeichnet werden kann. Die Temperatursensoren 46a bis 46c sind in einer Ausführungsform Thermistor und können, wie erläutert, auf der Oberfläche angebracht oder auf andere Art und Weise in der Bedeckung 62 gesichert werden. Eine Erfassung der Temperatur kann darüber hinaus mit Temperatursensoren erfolgen, die in das MOSFET integriert sind. So können beispielsweise Temperatur-sensitive Dioden in das Silizium des MOSFETs eingebettet sein.
  • Jede der in 4 gezeigten Chip-Konfigurationen geben einen Output an einen Verbinder 66a bis 66c. Die Verbinder 66a bis 66c ermöglichen, dass die Drähte oder Verbindungen zu und von den entsprechenden Verbrauchern, welche mit den MOSFETs 50a bis 50k betrieben werden können, an der Einrichtung 10, 100 entfernbar verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die Verbinder 66a bis 66c Durchgangslöcher, welche mit dem PCB 64 verbunden sind. Jedes weist eine Oberfläche auf, welche sich durch eine die Abdeckung 62 definierte Öffnung erstreckt, und ermöglicht, dass die Drähte oder Führungen mit den Verbindern 66a bis 66c entfernbar verbunden werden können. Die Verbinder 66a bis 66c werden alternativ an die Bedeckung 62 befestigt und elektrisch mit dem assoziierten MOSFET 50 fest verdrahtet oder über Drähte elektrisch gebunden.
  • Zur Vereinfachung der Erläuterung wird in 4 die Erdung und die Zufuhrspuren auf dem PCB 64 nicht gezeigt. Die Einrichtung 10, 100 liefert einen derartigen Schaltkreis, wie dem Durchschnittsfachmann im Allgemeinen bekannt ist.
  • Die Einrichtung 10, 100 kann als eine Komponente in einer Anschlussbox eines Kraftfahrzeuges, wie eines Automobils, eines Lasters, eines Vans, eines Motorrads, eines Mopeds und dergleichen bereitgestellt werden. Eine derartige Anschlussbox kann zusätzlich zu dem durch die MOSFETs 50a bis 50k bereitgestellten Schaltkreisschutz weiter Standardsicherungen wie Blattsicherungen 72 und aufnehmende Einsatzsicherungen 74 enthalten. Alternativ kann die Einrichtung 10, 100, wie gezeigt, selbst die Anschlussbox für das Kraftfahrzeug sein und einen Sicherungsbereich 70 aufweisen, welche Ersatzsicherung 72 und 74 aufnimmt. Das heißt, die Bereitstellung von Standardersatz-Sicherungen in Kombination mit der hier beschriebenen MOSFET-Schaltung wird explizit als umfasst angesehen. Eine geeignete Blattsicherung 72 wird durch den Inhaber der folgenden Erfindung bereitgestellt und unter dem Handelsnamen Mini®-Sicherung vertrieben. Eine geeignete Einsatzsicherung wird durch den Inhaber der vorliegenden Erfindung bereitgestellt und unter dem Handelsnamen Jcase®-Sicherung vertrieben.
  • Darüber hinaus ist, wie auch auf dem PCB 64 gezeigt, die hier beschriebene Chip-Schaltung alternativ mit anderen Typen bestimmter Schaltkreis-Schutzeinrichtungen betreibbar, wie die Überspannung-Schutzeinrichtung 76. Eine geeignete Überspannung-Schutzeinrichtung wird von den Inhabern der vorliegenden Erfindung bereitgestellt und unter dem Handelsnamen PulseGuard® vertrieben. Bei dieser Einrichtung wird ein auf Polymer basierendes Spannungs-variables Material eingesetzt. Andere Typen an Überspannungs-Einrichtungen wie auf Keramik basierende Varistoren können alternativ oder zusätzlich bereitgestellt werden.
  • In 5 ist eine Ausführungsform der Einrichtung 10, 100 gezeigt. In diesem Fall steuert oder unterstützt der Controller 20 mehrere rücksetzbare Festkörper-Schaltungen 50a bis 50c. Die Einrichtung 10, 100 umfasst in einer Ausführungsform ein Gehäuse (nicht gezeigt), welches jedes geeignete isolierende Gehäuse sein kann. Die Einrichtung 10, 100 von 5 kann jede der in 4 gezeigten Hardwarekonfigurationen aufweisen, beispielsweise kann der Chip für den Controller 20 jede geeignete Kombination von Mikrocomputer 30 IC oder ASIC 40 und rücksetzbare Schaltung oder MOSFET 50 umfassen.
  • In der gezeigten Ausführungsform steuert oder unterstützt der Controller 20 drei rücksetzbare Schaltungen oder MOSFETs 50a bis 50c. Alternativ sind die rücksetzbaren Schaltungen 50a bis 50c Gleichrichter auf Siliziumbasis, mechanische Relais oder jede Kombination davon. Mehr oder weniger MOSFETs können gesteuert werden. Das Gate 56a von MOSFET 50a ist mit dem Gate 1 der Verbindung oder Verknüpfung von Controller 20 verbunden. Die Quelle 52a von MOSFET 50a ist elektrisch mit dem Verbraucher 80a verbunden, welcher wiederum elektrisch mit der Erdung 12 verbunden ist. Die Ableitung 54a ist elektrisch mit der Strom verzweigung oder dem Sensor 22a verbunden. Doppelführungen von dem Stromsensor oder der Verzweigung 22a sind mit den Strom-Erfassungs 1+ und Strom-Erfassung 1- -Knoten oder -Verknüpfungen des Controllers 20 elektrisch verbunden. Die Sicherung 28a ist mit dem Stromsensor oder der Verzweigung 22a elektrisch verbunden. Die zwischen dem Stromsensor 22a und der Batteriequelle 14 angeordnete Sicherung 28a schützt den Schaltkreis des MOSFET 50a vor übermäßigen Überstrom-Bedingungen.
  • Das Gate 56b von MOSFET 50b ist mit dem Gate 2 der Verknüpfung oder Verbindung des Controllers 20 verbunden. Die Quelle 52b von MOSFET 50b ist mit dem Verbraucher 80b elektrisch verknüpft, welcher wiederum mit der Erdung 12 verbunden ist. Die Ableitung 54b ist elektrisch mit der Stromverzweigung oder dem Sensor 22b verknüpft. Doppelte Führungen von dem Stromsensor oder der Verzweigung 22b werden elektrisch mit der Strom-Erfassung 2+ und der Strom-Erfassung 2- -Verknüpfungen oder -Verbindungen des Controller 20 verbunden. Die Sicherung 28b ist mit dem Stromsensor oder der Verzweigung 22b elektrisch verbunden. Die zwischen dem Stromsensor 22b und der Quelle 14b angeordnete Sicherung 28b schützt den Schaltkreis des MOSFET 50b vor übermäßigen Überstrom-Bedingungen.
  • Das Gate 56c von MOSFET 50c ist mit dem Gate 3 der Verknüpfung oder Verbindung des Controllers 20 verbunden. Die Quelle 52c von MOSFET 50c ist elektrisch mit der Führung 80c verbunden, welche wiederum mit der Erdung 12 verbunden ist. In der Ableitung 54c ist elektrisch mit der Stromverzweigung oder dem Sensor 22c verbunden. Zwei Führungen von dem Stromsensor oder der Verzweigung 22c sind elektrisch mit der Strom-Erfassung 3+ und Strom-Erfassung 3- der Verknüpfungen oder Verbindungen des Controllers 20 verbunden. Die Sicherung 28c ist elektrisch mit dem Stromsensor oder der Verzweigung 22c verbunden. Die Sicherung 28c welche zwischen dem Stromsensor 22c und der Quelle 14b angeordnet ist, schützt den Schaltkreis des MOSFET 50b vor übermäßigen Überstrombedingungen.
  • Wie in 5 ersichtlich liefert der Controller 20 die erforderlichen Verbindungen für alle der elektronischen Komponenten der Einrichtung 10,100. Die assoziierten Analog-zu-Digital-Umwandlungen und Zeiterfassungs-Funktionen können darüber hinaus in den Schaltkreis des Chips des Controllers integriert werden. Assoziierte Temperatur-Sensoren 46, einer für jedes MOSFET 50a bis 50c, können ebenfalls in den Chip des Controllers 20 integriert werden. Darüber hinaus kann, wie vorstehend beschrieben, das Sicherungselement 28 als ein beispielsweise ausgedünnter Teil des Trägerstreifens für die Siliziummatrix ausgebildet werden.
  • In der 6 ist eine Ausführungsform von mindestens einem Bereich der Logik, das der Controller 20 einsetzt (über Software oder ASIC-Technologie), um die rücksetzbare Festkörper-Schaltung 50, zu steuern, über die Sequenz 110 gezeigt. Die in Sequenz 110 gezeigte Logik ist für eine Schaltkreis-Schutzanwendung. Es sollte klar sein, das der Controller 20 alternativ oder zusätzlich eine unterschiedliche Logik für eine unterschiedliche Anwendung für die rücksetzbare-Schaltung einsetzt, wie eine Schaltung oder ein PWM. die hier erläutert wurde.
  • Beim Starten der logischen Sequenz 110, wie durch das Oval 112 gezeigt, setzt oder initialisiert die logische Sequenz 110 bestimmte Parameter wie durch den Block 114 gezeigt. Der Block 114 erläutert neun derartige Parameter. Wie in Verbindung mit Block 114 erläutert, wird der Strom für eine Zeitspanne t-1, It-1 anfänglich auf 0 gesetzt. Ein Wert für It-1 ist erforderlich, um eine anfängliche Änderungsrate des Stroms, oder dI/dt wie nachstehend in Verbindung mit Block 124 beschrieben, zu berechnen. Darüber hinaus ist auch ein Wert für Tt-1 erforderlich, um eine anfängliche Änderungsrate der Temperatur, oder dT/dt wie nachstehend in Verbindung mit Block 124 beschrieben, zu berechnen. Tt-1 wird auf die anfänglich erfasste Temperatur Tt (in Verbindung mit Block 122) gesetzt. Eine Gesamtmergie zum Zeitpunkt t-1, Etotal-1 wird ebenfalls auf 0 gesetzt. Ein Wert für Etotal-1 ist erforderlich, um eine anfängliche Gesamtstromenergie Etotal, wie in Verbindung mit Block 126 gezeigt, zu berechnen.
  • Eine Zykluszeit oder momentane Zeitperiode tstep (tSchritt) ist ebenfalls erforderlich und wird in diesem Beispiel auf eine Mikrosekunde ("μs") gesetzt. Es kann sein, dass tstep einfach als die Zyklusfrequenzzeit des Mikroprozessors oder des ASIC des Controllers 20 genommen wird. Der Wert für die Zyklusfrequenz zeit kann dann an Stelle der variablen tstep in der relevanten Gleichung welche in vergleich mit Block 126 gezeigt ist, inseriert werden. In der erläuterten Ausführungsform kann jedoch die Schrittzeit (Step-time) oder Zykluszeit durch den Verwender programmiert werden.
  • In Verbindung mit Block 114 wird eine Zählung auf 0 initialisiert. Die in 1 und 2 gezeigte Zelleinrichtung 38 ist in einer Ausführungsform eine Zähl-Zeiterfassungseinrichtung. Die Zeiterfassungseinrichtung 38 liefert nicht nur eine Zeitspanne für die Zirkulation der logischen Schleife, sie zählt auch die Anzahl von Zeiten, mit der die Schleife zirkuliert wurde. Die gesamte vergangene Zeit, welche gleich der Zeitspanne multipliziert durch die Anzahl ist, kann dann gespeichert werden. Eine anfängliche Zählung für die logische Schleife wird dann auf 0 gesetzt.
  • Wie in Verbindung mit Block 114 ersichtlich, sind verschiedenen Maximalwerte oder Auslegungen am Beginn der Sequenz 110 ebenfalls bekannt. So wird beispielsweise der maximale oder Peak-Strom Tmax, die maximale Stromänderungsrate oder dI/dt, die maximale Temperatur Tmax, die maximale Temperatur Änderungsrate oder dT/dt und die Durchlaß-Energie-Rate EI 2t ebenfalls gesetzt oder initialisiert. Die Bewertungen sind für einen bestimmten Verbraucher oder ein Betriebslimit spezifisch.
  • Der Nominalstrom In wird ebenfalls in Verbindung mit Block 114 gesetzt. Der Nominalstrom In ist in einer Ausführungsform der Stromwert, welcher erwartetermaßen für einen bestimmten Verbraucher gezogen wird, multipliziert mit einem Faktor. So kann beispielsweise der Nominalstrom In derart gesetzt werden, dass der erwartete Zug gewöhnlich weniger als 75% des Nominalstroms In ist. In einer Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Nominalstrom für einen spezifischen Verbaucher in einer spezifischen Anwendung konstant ist. Sogar in einem Fall, bei dem ein Start-Strom oder eine transiente Zyklisierung erwartet wird, wird der Nominalstrom In als konstant gesetzt (siehe beispielsweise 9 für transiente Zyklisierung). Ein hoher Start- oder ein Schaltstoß-Strom tritt beispielsweise bei Vorderlampen auf. Eine kalte Lampe besitzt einen hohen Einschaltstoßstrom, bis ihr Filament erhitzt und deren Widerstand steigt. Der Nominalstrom In wird hier daher als ein konstanter Wert gesetzt, welcher beispielsweise 25% höher ist als der erwartete Strom, welcher von dem Vorderlicht abgezogen wird, nachdem es eine gleich bleibende Temperatur erreicht hat.
  • Es sollte klar sein, dass die initialisierten oder gesetzten Parameter in Verbindung mit Block 114 bei jeder Implementierung der Sequenz 110 vorgesetzt oder rückgesetzt werden können.
  • Wie vorstehend in Verbindung mit der Einrichtung 100 von 2 beschrieben, erhält in einer Ausführungsform der Controller 20 einen Input von einer manuellen Schaltung 24. Die manuelle Schaltung 24 kann beispielsweise eine Zündung oder eine Schaltung vom Starttyp sein, welche die logische Sequenz 110 initiiert. Alternativ ist ein manueller Input 24 eine Unterbrechung zur Last, wofür die logische Sequenz 110 durchlaufen wird. In diesem Fall wird eine anfängliche Anfrage gemacht, um zu bestimmen, ob ein manueller Input erfolgte, wie durch den Diamanten 116 gezeigt ist. Wurde ein derartiger Input durchgeführt, dann wirkt die logische Sequenz 110 auf den Input, wie in Block 118 gezeigt ist.
  • So könnte beispielsweise eine Übertemperatur-Bedingung intern gekennzeichnet werden, was einen Input von der manuellen Schaltung 24 zu der entfernten Einrichtung 10, 100 bewirkt. Der Input könnte ein manueller Input sein, wie von einem Lichtschalter oder einem Scheibenheber-Schalter. Der Input könnte alternativ autonom durch einen anderen Conntroller erzeugt werden, wie einem Thermostat, um eine Kühllüftung zu starten.
  • Unter der Annahme, dass die in Verbindung mit Block 118 erfolgte Aktion die Gate-Spannung nicht auf 0 schaltet, oder wenn kein manueller oder automatischer Input vorhanden ist, wie in Verbindung mit dem Diamanten 116 bestimmt, dann erhält die Sequenz 110 über ein oder mehrere Sensoren, welche mit einem A/D-Konverter kooperieren, zeitgleich bestimmte Parameter. Wie in Verbindung mit Block 120 ersichtlich, erhält beispielsweise die Sequenz 110 einen Stromwert It, beispielsweise von der Stromverzweigung 22, welche durch den A/D-Konverter 52 gelangt, wie in Verbindung mit 1 und 2 gezeigt ist. Der Strom It stellt den momentanen Strom für Tstep dar, welche zu der Last wandert, beispielsweise on der Stromquelle (verbunden mit dem Kontakt 14 in den 1 und 2) durch den MOSFET 50 zu der Last 80, welche elektrisch mit der Erdung 12, (wie in den 1 und 2 gezeigt) verbunden ist).
  • In vergleichbarer Weise, wie in Verbindung mit Block 122 ersichtlich, erhält die Sequenz 110 eine erfasste Temperatur Tt, welche von dem Sensor 46 in den 1 und 2. erfasst, und durch einen A/D-Konverter 44 gesendet wird, welcher für die Temperatur Tt für den Strom tstep einen bestimmten Wert erzeugt. Es sollte klar sein, dass der Fachmann bestimmte Schritte der Sequenz 110 umstellen kann. So können beispielsweise die Erfassungsschritte der Blöcke 120 und 122 umgestellt oder gleichzeitig durchgeführt werden. Die in Verbindung mit den Blöcken 124 und 126 gezeigten Berechnungsschritte können ebenfalls umgestellt oder gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Wie durch Block 124 gezeigt, berechnet die Sequenz 110 die momentane Stromrate dI/dt durch Substrahieren des momentanen Stroms für die vorhergehende Zeitspanne It-1 von dem momentanen Strom It für das Strom-Zeitsegment tstep. It-1 wird auf Null initialisiert. Diese Änderung des Stroms (It–It-1) wird dann durch den Uhrzyklus oder die Zeitspanne zwischen den Strom-Ablesungen tstep, oder in diesem Beispiel 1 μs, geteilt. Wie ebenfalls in Verbindung mit Block 124 ersichtlich, berechnet die Sequenz 110 die momentane Temperaturänderungsrate dT/dt durch Substrahieren der momentanen Temperatur für die vorhergehende Zeitspanne Tt-1 von der momentanen Temperatur Tt für das Strom-Zeitsegment tstep. Tt-1 wird initialisiert, so dass es die erste erfasste Temperatur Tt ist, was die anfängliche Änderungsrate zu Null macht. Diese Temperaturänderung (Tt–Tt-1) wird dann durch den Uhrzyklus oder die Zeitspanne zwischen den Stromablesungen tstep, oder in diesem Beispiel 1 μs, geteilt.
  • Wie durch Block 126 gezeigt, führt die Sequenz 110 eine Anzahl an Berechnungen durch, um eine Gesamtenergiemenge endgültig zu bestimmen, welche von der Spannungsquelle durch den MOSFET 50 zu dem Verbraucher gelangte. Die Gesamtgleichung für die Gesamtenergie ist Etotal = Etotal + Et·Etotal-1 ist der Wert für Etotal, bestimmt in dem vorhergehenden Zyklus oder Null, wie initialisiert. Et wird über die Gleichung Et = (It–In)2 tstep bestimmt. In der Tat ist Et der momentane Durchlaßstrom für den bestimmten Zyklus oder die bestimmte Zeitspanne tstep.
  • Die Gleichung für Et bestimmt, ob der momentane Strom It zu der Gesamtenergie Etotal zusätzlich Energie liefert oder Energie davon abzieht. Der nominale Strom In ist vorstehend beschrieben. Ist der erfasste Strom It größer als der nominale Strom In, dann ist die assoziierte Durchlassenergie I2t für It–In additiv. Alternativ ist, wenn der erfasste Strom It weniger ist als der durchschnittliche oder erwartete Strom In die entsprechende Energie I2t abziehend. Et addiert Energie zu der Gesamtenergie Etotal welche in Verbindung mit Block 126 errechnet wurde, oder zieht Energie davon ab. D.h., wie erläutert ist, wenn Et größer als oder gleich Null ist, Etotal = Etotal-1 + Et. Andererseits ist, wenn Et kleiner Null ist, Etotal – Etotal-1 – Et.
  • Durch die Sequenz 110 erfolgt eine Anzahl an Bestimmungen, welche in einer Direktive vom Controller 20 zu MOSFET 50 zu der Schaltung am Gate 56 (positive Spannung) oder Abschaltung am Gerät 56 (Null-Spannung) des MOSFET kulminieren. Wie durch den Diamanten 128 gezeigt ist, wenn die erfasste Temperatur Tt größer ist als Tmax, die ein dem Gate 56 des MOSFET 50 angelegte Spannung auf Null gesetzt, wie durch den Block 138 gezeigt ist. Wenn nicht, d. h. wenn Tt kleiner oder gleich Tmax ist, dann läuft die Sequenz 110 zu einer Bestimmung, ob der momentane Strom oberhalb eines Peaks ist. Es sollte weiter klar sein, dass die in Verbindung mit dem Diamanten 130 in einer Ausführungsform gemachte Bewertung die Verbindungstemperatur oder die mit dem Sensor 46, in den 1, 2 und 3 gezeigt, assoziierte Temperatur ist.
  • Wie durch den Diamanten 130 gezeigt ist, wenn der momentane Strom It größer ist als der Peakstrom Imax die an das Gate 56 von MOSFET 50 angelegte Spannung auf Null gestellt, wie durch den Block 138 gezeigt. Wenn der momentane Strom kleiner oder gleich dem maximalen Strom Imax ist, dann läuft die Sequenz 110 zu einer Bestimmung, ob die Änderungsrate des Stroms größer ist als eine maximal erlaubbare Änderungsrate des Stroms.
  • Wie durch den Diamanten 132 gezeigt ist, wenn die momentane Änderungsrate des Stroms dI/dt größer ist als die maximale erlaubbare Änderungsrate des Stroms dI/dtmax, die Gatespannung Vgate auf Null gesetzt, wie durch den Block 138 gezeigt. Wenn die momentane Änderungsrate des Stroms dI/dt kleiner oder gleich der maximalen Änderungsrate des Stroms dI/dtmax ist, dann läuft die Sequenz 110 zu einer Bestimmung, ob die Änderungsrate der Temperatur größer ist als die maximal erlaubbare Änderungsrate der Temperatur.
  • Wie durch den Diamanten 134 gezeigt ist, wenn die momentane Änderungsrate der Temperatur dT/dt größer ist als die maximal erlaubbare Änderungsrate der Temperatur dT/dtmax, die Gate-Spannung Vgate auf Null gesetzt, wie durch Block 138 gezeigt. Wenn die momentane Änderungsrate der Temperatur dT/dt kleiner oder gleich der maximalen Änderungsrate der Temperatur dT/dtmax ist, dann läuft die Sequenz 110 zu einer Bestimmung, ob die gesamte Durchlassenergie Etotal größer ist als ein erlaubbarer Nenndurchlassstrom EI 2 t.
  • Die mit I2 t assoziierte Durchlassenergie ist gewöhnlich ein Maß der in einem Schaltkreis während des Klärens einer Sicherung erzeugten Wärmeenergie. I2 t ist eine Bewertung, welche dem Fachmann für Sicherungen bekannt ist, und bei der Auswahl einer Sicherung hilft. I2 t kann als ein "Schmelz-I2t", ein "Lichtbogen I2t" oder als die Summe der beiden, welche als "Klärungs-I2t" bekannt ist, ausgedrückt werden. "I" ist der wirksame Durchlaßstrom (RMS), welcher im Quadrat genommen wird, wobei t die Zeit der Öffnung in Sekunden darstellt. In der Sequenz 110 ist die Zeit der Öffnung der Uhrzyklus oder tstep, welcher in dem vorliegenden Beispiel eine Mikrosekunde beträgt.
  • Wie durch den Diamanten 136 gezeigt ist, wenn die Gesamtenergie Etotal größer ist als die Nenndurchlassenergie I2t, die Spannung am Gate 56 des MOSFET 50 auf Null gesetzt, wie durch Block 138 gezeigt ist. Wenn Etotal kleiner als oder gleich EI 2 t ist, dann wird die Spannung am Gate 56 des MOSFET 50 auf eine positive Spannung gesetzt oder, in dem gezeigten Beispiels, auf 5VDC. In dem gezeigten Beispiel klärt der Controller vier Fehlerchecks, um eine positive Spannung am Gate 56 des MOSFET 50 aufrecht zu erhalten. Alternativ könnte jeder oder mehrere der vier Fehler-Modi untersucht werden. Weitere Fehler-Modi, wie eine momentan erfasste Spannung Vt gegen Vmax oder eine integrierte Energieberechnung basierend auf Vt könnten untersucht werden. Es sollte klar sein, dass jeder der Vergleiche in Verbindung mit den Diamanten 128, 130, 132, 134 und 136 anstelle dessen untersucht werden könnte, um nachzuprüfen, ob die erfaßten Parameter größer als oder gleich der Bewertung für diesen Parameter (Nenn-Parameter) ist (im Gegensatz zu nur größer als), so dass der erfasste Parameter weniger sein muss als die Bewertung, um den Fehlermodus zu klären.
  • Obwohl nicht erläutert, könnte die Gate-Spannung auf einen positiven Wert in Verbindung mit dem Block 114 initialisiert werden, so dass ein positiver Wert für einen momentanen Strom in Verbindung mit Block 122 erzeugt wird. Ein Null-Wert für den momentanen Strom würde jedoch nicht jeden der Fehlermodi, welche in Verbindung mit den Diamanten 130, 132 und 136 gezeigt werden, auslösen, so dass die Spannung an Gate 56 auf einen positiven Wert nach dem ersten Zyklus der Sequenz 110 gesetzt werden würde.
  • In dem nächsten Schritt, wie durch Block 142 gezeigt, wird Etotal-1 für die nächsten Zyklen als Etotal berechnet in Verbindung mit Block 126 für den gerade erledigten Zyklus gesetzt. Auf diese Art und Weise ist Etotal-1 für Block 126 in den nächsten Zyklus bekannt. In vergleichbarer Art und Weise wird der Strom It-1 für den nächsten Zyklus als der momentane Strom It für den gerade fertig gestellten Zyklus, erfaßt in Verbindung mit Block 120, gesetzt, so dass It-1 für die nächste Änderungsratenberechnung, in Verbindung mit Block 124, bekannt ist. Ebenfalls in Verbindung mit Block 142 ist gezeigt, dass die Zählung aktualisiert ist, so dass die Gesamtbetriebszeit durch Multiplizieren der Gesamtzahl durch die Zeitperiode tstep bekannt sein kann.
  • Die Sequenz 110 erläutert eine Ausführungsform, bei der MOSFET 50 automatisch rücksetzbar ist. D.h., wie in Verbindung mit dem Diamanten 144 bestimmt, wird, wenn der Strom nicht von der Einrichtung 10, 100 entfernt wird, der Sequenz 110 ermöglicht, die Zyklen weiter laufen zu lassen, so dass es für den Controller 20 möglich ist, die Gate-Spannung auf einen positiven Wert nach Entfernung oder Heilung des Fehlers zurückzusetzen, welcher bewirkt, dass Vgate auf Null eingestellt wurde. Auf diese Art und Weise wird der Verbraucher automatisch erneut mit Strom versorgt. So könnte beispielsweise, wenn die Temperatur an der Anschlussbox eine maximale Temperatur überschreitet (welche durch einen Zustand bewirkt wird, der nicht ein Fehler bei dem Verbraucher ist), ein Betrieb des Verbrauchers wieder aufgenommen werden, sobald die erfasste Verbindungstemperatur Tt–tmax gleich oder darunter abfällt. In vergleichbarer Art und Weise würde, wenn ein momentaner Strom It über einen maximalen Strom Imax ansteigt, der Controller 20 den Strom zum Verbraucher abschneiden, bis der Strom unterhalb des Peak-Stroms fällt oder diesem gleicht. Eine geeignete Zeitverzögerung könnte mit dem Auto-Reset-Merkmal kombiniert werden, um sicherzustellen, dass der Fehler in ausreichendem Maße abgenommen hat oder geheilt wurde.
  • Für einen Peak-Strom muss, damit die Stromänderungsrate oder der Etotal-Fehler der Einrichtung 10, 100 automatisch rücksetzbar ist, noch ein Strom zumindest in Abständen ermittelt werden, so dass der Controller 20 feststellen kann, ob der Fehler nachgelassen hat. Im Fall einer Übertemperatur kann der Temperatursensor 46 fortfahren, die Temperatur sogar dann noch zu erfassen, wenn Vgate auf Null gesetzt wurde. Es ist darüber hinaus daran gedacht, bestimmte Fehler-Modi automatisch rücksetzbar zu machen, beispielsweise eine Übertemperatur, während andere Fehlermodi, beispielsweise ein Peak-Strom, die Stromänderungsrate oder Etotal-Fehler manuell zurückgesetzt oder durch einen externen Vorfall zurückgesetzt werden müssen, beispielsweise nach einem Input von einem Schalter 24.
  • Wird Strom von der Einrichtung 10, 110 entfernt, dann endet die Sequenz 110 wie durch das Oval 146 gezeigt. Andernfalls folgt die Sequenz 110 zu einem Verbindungspunkt 18, welcher eine logische Schleife, wie vorstehend beschrieben, vervollständigt und erneut startet.
  • In einer alternativen Ausführungsform endet die Sequenz 110, wenn Vgate auf Null gesetzt wird und Strom von dem Verbraucher genommen wird. In einem derartigen Fall muss ein externes Vorkommnis, welches ein manueller oder automatischer Input sein kann, ablaufen, bevor die Sequenz 110 wiederholt wird. Hier kann jede der fünf Fehler-Modi (i) Übertemperatur, (ii) Peak-Strom, (iii) Stromänderungsrate, (iv) Temperaturänderungsrate oder (v) Etotal die Sequenz 110 beenden.
  • In den 7 bis 9 sind Diagramme des tatsächlichen Stroms (als Balken-Graphenform und als abgeglichene Kurve gezeigt) gegen den Nominalstrom für drei Fehler-Modi gezeigt, d. h. geringe Überlast, Kurzschluss und transiente Zyklisierung. Die Grafen zeigen darüber hinaus mit dem momentanen Strom assoziierte zugefügte nicht-substrahierte Energie. Ebenfalls für jeden Plot in den 7 bis 9 gezeigt ist eine entsprechende kumulative Etotal, welche die gesamte Durchlassenergie
    Figure 00340001
    für jeden Zeitpunkt darstellt.
  • Wie in 7 ersichtlich, ist der Prozentsatz des Nominalstroms für die ersten sechs Zeitperioden geringer als der Nominalstrom. Jene momentanen Ströme erzeugen substrahierende Energie, welche als Null-Energie gezeigt ist. Beginnend mit der Zeitperiode 7 erfolgt ein geringer Überlastungs-Fehler, beispielsweise aufgrund einer Widerstands-Verbindunng mit der Erdung, worauf der Strom II immer größer wird als der Nominalstrom In. Zu der Zeitperiode neun wird der Überstrom bei etwa 135% des Nominalstroms konstant. Die entsprechende momentane Durchlassenergie nach der Zeitperiode sechs ist additiv. Die Gesamtenergie Etotal wird nach der Zeitperiode sechs positiv und steigt in einer relativ konstanten Rate. Erreicht Etotal oder übersteigt Etotal die Nenndurchlassenergie für den Verbraucher, dann wird Vgate auf Null gesetzt und der Verbraucher ist geschützt.
  • In der 7 ist, da die Stromanstiegsrate relativ graduell ist und der Peak-Strom It nicht wesentlich über nominal liegt, der Fehlermodus, welcher den Controller 20 schließlich dazu bringt, die positive Spannung vom Gate 56 des MOSFET 50 zu entfernen (unter der Annahme, dass alle Fehlermodi überwacht werden) wahrscheinlich die Gesamtdurchlaßenergie Etotal. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass eine Verbindung der Verknüpfung oder Einrichtung 10, 100 die maximale Temperatur Tmax erreicht oder übersteigt.
  • In dem Kurzschluss-Graph von 8 liegt der momentane Strom It für die Anfang-Zeitsegmente, hier die ersten zehn Zeitsegmente, erneut unter dem Nominalstrom, wodurch eine substrahierende Energie erzeugt wird. Diese momentanen Ströme erzeugen substrahierende Energie, welche als Nullenergie gezeigt sind. Am Zeitsegment elf erfährt die Last einen Kurzschluss, welcher den tatsächlich abgezogenen Strom rapid erhöht und 1000% des Nominalstroms erreicht. Die entsprechende momentane Durchlassenergie nach der Zeitperiode zehn ist additiv. Die Gesamtenergie Etotal wird nach der Zeitperiode zehn positiv und steigt in einer exponentiellen Art und Weise an.
  • Wenn Etotal die Nenndurchlassenergie für die Last erreicht oder diese übersteigt, dann wird Vgate auf null gesetzt und die Last ist geschützt. Hier kann jedoch der abgezogene Strom It den bewerteten Peak-Strom Imax übersteigen oder die Änderungsrate des Stroms dI/dt kann die maximale Änderungsrate dI/dtmax übersteigen, was bewirkt, dass Vgate als null gesetzt wird, bevor Etotal den Nenndurchlaßstrom erreicht.
  • In der 9 ist ein transientes Fehler-Profil gezeigt. Wie vorstehend erläutert gibt es bestimmte Anwendungen, bei denen hohe Einschaltstoßströme als normal auftreten. Beispiele sind induktive Lasten, wie Motoren und Solenoide. Glühbirnen mit Filamenten weisen ebenfalls einen hohen Einschaltstoßstrom auf. Unter Verwendung von Glühbirnen mit Filamenten als ein Beispiel ist der Widerstand des Filaments eine Funktion der Temperatur. Am Anfang ist die Glühbirne kalt und der Widerstand ist gering. Die Temperatur der Glühbirne steigt unmittelbar an, sobald sich das Filament erhitzt. Der Strom erhöht sich jedes Mal stark, sobald die Glühbirne angeschaltet wird. Die Übergangszustände stellen normalerweise kein Problem für den Schutz des Schaltkreises dar. Eine Wiederholung kann jedoch die entsprechenden Drähte erhitzen und Schaden verursachen.
  • Wie in 9 ersichtlich, ist in den Zeitsegmenten 1 bis 5, 9 bis 12, 6 bis 18 und 22 bis 25 der momentane Strom geringer als der nominale Strom, was zu einer I2t-Energie führt, welche subtrahierend ist. Wie in den Zeitsegmenten 9 bis 12, 6 bis 18 und 22 bis 25 ersichtlich, nimmt Etotal leicht ab. Während der verbleibenden transienten Zeitspannen steigt jedoch der momentane Strom auf 300% des Nominalstroms an (beispielsweise aufgrund von Drahtvibrationen und einem Zwischen-Kurzschluß), was zu einem relativ graduellen Gesamtanstieg der Etotal führt.
  • Etotal erreicht schließlich die Nenndurchlassenergie
    Figure 00360001
    und bewirkt, dass die Gate-Spannung auf Null absinkt. Alternativ kann die Stromänderungsrate dI/dt die maximale Stromänderungsrate dI/dtmax übersteigen, was bewirkt, dass Vgate auf Null gesetzt wird, bevor Etotal die Nenndurchlassenergie erreicht. Die maximale Temperatur der Verknüpfung könnte auch der erste Fehlermodus sein, das MOSFET abzuschalten. Es erscheint hier nicht, dass der transiente Peak von 300% von nominal ausreichend ist, den maximalen Strom Imax auszulösen.
  • In den 10A bis 10C sind drei unterschiedliche Pulsweitenmodulationen ("PWM")-Arbeitszyklen erläutert. Die 0–12 Volts, welche entlang der y-Achse der Zeichnung gezeigt sind, entsprechend der an der Last über eine Spannungsquelle, beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie mit 12 VDC, angelegten Spannung, wenn die Spannung am Gate 56 des MOSFET 50 positiv ist. Wenn die Spannung an der Last 0 Volt beträgt, wie für unterschiedliche Zeiten in den 10A bis 10C gezeigt ist, dann ist die entsprechende Spannung an Gate 56 des MOSFET 50 Null.
  • Durch Steuern des Prozentsatzes der Zeit, zu dem Vgate Positiv ist, kann der Arbeitszyklus zu dem entsprechenden Verbraucher variiert werden. Das MOSFET wird unter Verwendung dieser PWM-Technik schnell AN- und AUS-geschaltet. Das MOSFET ist in der Tat ein Steuerungs-Gate, welches ermöglicht, dass eine genaue Strommenge zu einem Verbraucher mit variablem Strom, wie einem Motor, strömt. Wird der Controller 20 und das MOSFET 50 dazu eingesetzt, die Geschwindigkeit eines Motors zu steuern, dann ist der zwischen der Erdung 12 und der Quelle 52 des MOSFET 50 verbundene Verbraucher ein Motorantrieb. Der Motorantrieb überträgt die logischen Transistor-Transistor-("TTL") Pulse oder AN/AUS-Spannungs-Signale in entsprechenden Motorstrom. Da das Gate schnell AN und AUS-geschaltet wird, ist die von dem Antrieb des Motors strömende Strommenge abhängig von dem Verhältnis zwischen der AN- und AUS-Zeit. Je größer das Verhältnis, desto mehr Strom wird von dem Antrieb zu dem Motor strömen. Je geringer das Verhältnis, desto weniger Strom wird zu dem Motor strömen. Durch Rückkoppelungssysteme unter Erfassung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Motors kann der Controller 20 und das MOSFET 50 über PWM genau gesteuert werden.
  • Es ist auch daran gedacht, ein PWM gesteuertes MOSFET dazu zu verwenden, am Tag strahlende Lichter, Theaterlichter und Solenoide in beispielsweise einem Fahrzeug zu steuern. So kann beispielsweise ein Solenoid mit einem mit einer Feder vorgespanntem Ventil gekuppelt sein. Die Pulsweite steuert die Kraft, die das Solenoid auf die Feder ausübt. Je weiter der Puls, desto mehr wird das Ventil geöffnet.
  • Es sollte klar sein, dass zusätzlich zur Bereitstellung eines genauen Schaltkreis-Schutzes der Controller 20 und das MOSFET 50 alternativ zur Steuerung unterschiedlicher Strom-Input-Einrichtungen eingesetzt werden können, wie Motoren und Dimm-Lichtern welche in dem Fahrzeug zum Einsatz kommen. Auf diese Art und Weise kann ein einziger Controller mit einem oder mehreren MOSFET(s) betrieben werden, wie beispielsweise in Verbindung mit den 4 und 5 gezeigt, um die gleiche elektrische Funktion für unterschiedliche Verbraucher, unterschiedliche elektrische Funktionen für die gleiche Last oder unterschiedliche elektrische Funktionen für unterschiedliche Verbraucher bereitzustellen.
  • Es sollte klar sein, dass unterschiedliche Änderungen und Modifikationen zu den gegenwärtig bevorzugten, hier beschriebenen Ausführungsformen dem Fachmann offensichtlich sein werden. Derartige Änderungen und Modifikationen können ohne vom Geist und Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen und ohne deren beabsichtigten Vorteile zu verringern, durchgeführt werden. Es ist daher klar, dass derartige Änderungen und Modifikationen durch die anliegenden Ansprüche abgedeckt sind.

Claims (31)

  1. Schaltkreisschutz-Einrichtung umfassend: eine rücksetzbare Festkörper-Schaltung; ein erstes Terminal, welches mit einem ersten Bereich der Schaltung in elektrischer Verbindung steht, wobei das erste Terminal ausgestaltet ist mit einem Verbrraucher verbunden zu werden, ein zweites Terminal, das mit einem zweiten Bereich der Schaltungen in elekttrischer Verbindung steht, wobei das zweite Terminal ausgestaltet ist, mit einer Stromquelle verbunden zu werden, und einen Controller, der ausgestaltet ist, damit die Schaltung geöffnet werden kann, wenn eine akkumulierte Energie eine bestimmte Nenn-I2t erreicht oder übersteigt, wobei die akkumulierte Energie auf einem Strom basiert, welcher an einem elektrischen Punkt erfasst wird, der zwischen einem von (i) dem Verbraucher und der Schaltung oder (ii) der Stromquelle und der Schaltung liegt.
  2. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin die rücksetzbare Festkörper-Schaltung von einem Typ ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor, einem Gleichrichter auf Siliziumbasis und einem mechanischen Relais.
  3. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, welches ein Gehäuse umfasst und worin mindestens einer von: (i) des ersten und zweiten Terminals außerhalb des Gehäuses zugänglich sind, (ii) das Gehäuse weiter mindestens eine ersetzbare Sicherung aufnimmt, (iii) das Gehäuse mehrere Schaltkreis-Schutzeinrichtungen aufnimmt, (iv) das Gehäuse mindestens eine Überspannung-Einrichtung aufnimmt, und (v) das Gehäuse ein Gehäuse einer Kraftfahrzeug-Anschlussbox ist.
  4. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin der elektrische Punkt angeordnet ist zwischen einem von: (i) dem ersten Terminal und der Schaltung oder (ii) dem zweiten Terminal und der Schaltung.
  5. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin der Controller mindestens einen umfasst von: (i) einem Mikroprozessor, (ii) einem Speicher, (iii) einem integrierten Schaltkreis, (iv) einem Analog-zu-Digital-Konverter, (v) einer Zeiterfassungseinrichtung, (vi) einem Anwendungs-spezifischen, integrierten Schaltkreis, (vii) einem Spannungsregulierer, und (viii) einer auf der gedruckten Schaltkreisplatte ("PCB") angeordneten Software, welche unterschiedlich ist von einer PCB, auf der die Schaltung angeordnet ist.
  6. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin der Controller ausgestaltet ist, damit eine an das Gate eines Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor angelegte Spannung mindestens im wesentlichen Null werden kann, wenn die akkumulierte Energie die bestimmte Nenn-I2t erreicht oder übersteigt.
  7. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin der Controller ausgestaltet ist um: (i) einen nominalen Strom zu speichern und einen erfaßten Strom für ein Zeitsegment abzulesen; (ii) zu der akkumulierten Energie für das Zeitsegment hinzuzufügen, wenn der erfasste Strom größer ist als der Nominalstrom; und (iii) von der akkumulierten Energie für das Zeitsegment abzuziehen, wenn der erfasste Strom größer ist als der Nominalstrom.
  8. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 7, worin der Nominalstrom für einen Typ eines Fehler-Modus eingestellt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: geringer Überlastungs-Schutz, Kurzschluss-Schutz und transienter Zyklisierung.
  9. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 7, worin der Nominalstrom basierend auf mindestens einer Stromverwendungseigenschaft des Verbrauchers eingestellt ist.
  10. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin die rücksetzbare Festkörper-Schaltung und der Controller auf derselben Matrix bereitgestellt sind.
  11. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin einer des ersten und zweiten Terminals ausgedünnt ist, um ein nicht rücksetzbares Sicherungselement zu bilden.
  12. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, worin die rücksetzbare Schaltung eine erste Schaltung ist und welche mindestens eine weitere rücksetzbare Schaltung umfasst, welche ausgestaltet ist, einen Stromfluss zu einem Verbraucher mit variablem Stromfluss zu modulieren.
  13. Schaltkreisschutz-Einrichtung umfassend: eine rücksetzbare Schaltung, und einen logischen Implementer, welcher mit der rücksetzbaren Schaltung betrieben werden kann, wobei der logische Implementer ausgestaltet ist, die Schaltung zu öffnen, wenn eine Gesamtenergiemenge durch die Schaltung zu einem mit der Schaltung verbundenen Verbraucher über eine Zeitperiode gelangt, welche eine bestimmte Energiemenge für die Zeitperiode erreicht oder übersteigt.
  14. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin der logische Implementer ausgestaltet ist, die Schaltung weiter in einem geschlossenen Zustand zu halten, wenn die Gesamtmenge an Energie, welche durch die Schaltung gelangt, geringer ist als die Nennenergiemenge für die Zeitspanne.
  15. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin die Gesamtenergiemenge, welche durch die Schaltung gelangt, gleich I2t ist, worin I eine Strommenge ist, welche durch die Schaltung gelangt, und t die Zeitspanne ist.
  16. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin der logische Implementer ausgestaltet ist, die Schaltung bei mindestens einem der folgenden Vorfälle zu öffnen: (i) einer Strommenge, welche durch die Schaltung gelangt und welche eine Peak-Stromauslegung erreicht oder übersteigt, (ii) eine Änderungsrate des Stroms, welcher durch die Schaltung gelangt und welcher eine maximale Änderungsraten-Auslegung erreicht oder übersteigt und (iii) eine Temperatur, welche an der Einrichtung erfasst wird und welche eine maximale Temperatur-Auslegung erreicht oder übersteigt.
  17. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin der logische Implementer mindestens einen umfasst von: (i) einem Mikroprozessor, (ii) einem Speicher, (iii) einem integrierten Schaltkreis, (iv) einen Analog-zu-Digital-Konverter, (v) einer Zeiterfassungseinrichtung, (vi) einen Anwendungs-spezifischen integrierten Schaltkreis, (vii) einen Spannungsregulator, und (viii) auf einer gedruckten Schaltplatte ("PCB") angeordnete Software, welche verschieden ist von einer PCB, auf der die Schaltung angeordnet ist.
  18. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin die rücksetzbare Schaltung von einem Typ ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, einem Gleichrichter auf Siliziumbasis und einem mechanischen Relais.
  19. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 1, welches ein Terminal elektrischer Verbindung mit mindestens einem der rücksetzbaren Schaltung und des logischen Implementers umfasst, wobei das Terminal ausgedünnt ist, um ein nicht rücksetzbares Sicherungselement zu bilden.
  20. Schaltkreisschutz-Einrichtung umfassend: eine rücksetzbare Schaltung, und einen logischen Implementer, der mit der rücksetzbaren Schaltung betrieben werden kann, wobei der logische Implementer ausgestaltet ist, um (i) Energie aufgrund. eines Stromniveaus, welches oberhalb eines nominalen Stromniveaus liegt, zu einer Gesamtenergiemenge, welche durch die Schaltung über eine Zeitspanne gelangt, hinzuzufügen, (ii) Energie aufgrund eines Stromniveaus, welches unterhalb eines normalen Stromniveaus liegt, von der Gesamtenergiemenge, welche durch die Schaltung gelangt, abzuziehen, (iii) die Schaltung zu öffnen, wenn die Gesamtenergiemenge, welche durch die Schaltung gelangt, eine bestimmte Energiemenge für die Zeitspanne erreicht oder übersteigt.
  21. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 20, worin die Gesamtenergiernenge, welche durch die Schaltung gelangt, gleich I2t ist, worin I eine Strommenge, welche durch die Schaltung gelangt ist und t die Zeitspanne ist.
  22. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 20, worin der logische Implementer ausgestaltet ist, die Schaltung aufgrund mindestens einem der folgenden Vorfälle zu öffnen: (i) eine Strommenge, welche durch die Schaltung gelangt, erreicht oder übersteigt eine Peak-Strom-Auslegung Bewertung, (ii) eine Änderungsrate des Stroms, welches durch die Schaltung gelangt, erfüllt oder übersteigt eine maximale Änderungsrate-Bewertung, und (iii) eine Temperatur, welche an der Einrichtung erfasst wird, erreicht oder übersteigt eine maximale Temperaturrate.
  23. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 20, worin der logische Implementer mindestens einen umfasst von: (i) einem Mikroprozessor, (ii) einem Speicher, (iii) einem integrierten Schaltkreis, (iv) einem Analog-zu-Digital-Konverter, (v) eine Zeiterfassungseinrichtung, (vi) einen Anwendungs-spezifischen integrierten Schaltkreis, (vii) einen Spannungsregulator und (viii) auf einer gedruckten Schaltplatte („PCB") angeordnete Software, welche verschieden ist von einer PCB, auf der die Schaltung angeordnet ist.
  24. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 20, worin die rücksetzbare Schaltung von einem Typ ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor und einem siliziumgesteuerten Gleichrichter.
  25. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 20, welches einen Terminal in elektrischer Verbindung mit mindestens einem der rücksetzbaren Schaltung und dem logischen Implementer umfasst, wobei das Terminal ausgedünnt ist, um einen nicht rücksetzbares Sicherungselement zu bilden.
  26. Schaltkreisschutz-Einrichtung umfassend: mehrere rücksetzbare Schaltungen, und einen logischen Implementer, der mit den rücksetzbaren Schaltungen betrieben werden kann, wobei der logische Implementer ausgestaltet ist, jede der Schaltungen zu öffnen, wenn eine Gesamtenergiemenge, welche durch die jeweilige Schaltung über eine Zeitspanne gelangt, eine bestimmte Energiemenge für die bestimmte Zeitspanne erfüllt oder übersteigt.
  27. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 26, worin der logische Implementer ausgestaltet ist, weiter jede Schaltung in einem geschlossenen Zustand zu halten, wenn die Gesamtmenge an Energie, welche durch die Schaltung gelangt, unter der bestimmten Energiemenge für die Zeitspanne liegt.
  28. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 26, worin die Gesamtmenge an Energie, welche durch jede Schaltung gelangt, gleich I2t ist, worin I eine Strommenge ist, welche durch die Schaltung gelangt und t die Zeitspanne ist.
  29. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin der logische Implementer ausgestaltet ist, jede Schaltung bei mindestens einem der folgenden Vorfälle zu öffnen: (i) einer Strommenge, welche durch die Schaltung gelangt und welche eine Pik-Strombewertung erfüllt oder übersteigt, (ii) eine Änderungsrate des Stroms, welcher durch die Schaltung gelangt und welcher eine maximale Änderungsraten-Bewertung erfüllt oder übersteigt und (iii) eine Temperatur, welche an der Einrichtung erfasst wird und welche eine maximale Temperatur-Bewertung erfüllt oder übersteigt.
  30. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin der logische Implementer mindestens einen umfasst von (i) einem Microprozessor, (ii) einem Speicher, (iii) einem integrierten Schaltkreis, (iv) einen Analog-zu-Digital-Konverter, (v) eine Zeiterfassungseinrichtung, (vi) einen Anwendungs-spezifischen integrierten Schaltkreis, (vii) einen Spannungsregulator und (viii) auf einer gedruckten Schaltplatte ("PCB") angeordnete Software, welche verschieden ist von einer PCB, auf der die Schaltung angeordnet ist.
  31. Schaltkreisschutz-Einrichtung nach Anspruch 13, worin jede rücksetzbare Schaltung von einem Typ ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, einem Gleichrichter auf Siliziumbasis und einem mechanischen Relais.
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