DE102015015466B4

DE102015015466B4 - Elektronische Sicherungseinrichtung

Info

Publication number: DE102015015466B4
Application number: DE102015015466.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Maiwald
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-11-28
Filing date: 2015-11-28
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2035-11-29
Also published as: DE102015015466A1

Abstract

Elektronische Sicherungseinrichtung (10) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (12, 14) zum Anschließen an eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare und gegen Überstrom zu sichernde Leitung, wobei die elektronische Sicherungseinrichtung (10) umfasst:- ein über eine erste Steuerelektrode (18) steuerbares Schaltelement (16) mit einer Schaltstrecke, die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) elektrisch gekoppelt ist, und- eine an die erste Steuerelektrode (18) des Schaltelements (16) angeschlossene Steuereinheit (20) zum Steuern des Schaltelements (16), wobei die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, den elektrischen Strom zu erfassen, mit einem vorgebbaren Vergleichswert zu vergleichen und die erste Steuerelektrode (18) in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis mit einem ersten Steuersignal zu beaufschlagen, gekennzeichnet durch- eine Energieversorgungseinheit (22), die zur Aufnahme von Energie mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) gekoppelt ist und die ausgebildet ist, die elektronische Sicherungseinrichtung (10) für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie zu versorgen, und- einen über eine zweite Steuerelektrode (26) einstellbaren elektrischen Widerstand (24), der in Reihe zur Schaltstrecke des Schaltelements (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) geschaltet ist, wobei die zweite Steuerelektrode (26) an die Steuereinheit (20) angeschlossen ist und die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, die zweite Steuerelektrode (26) mit einem zweiten Steuersignal zu beaufschlagen, um eine elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) einzustellen, wobei die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, eine durch die Energieversorgungseinheit (22) bereitgestellte Versorgungsspannung auf einen vorgebbaren Spannungswert durch Einstellen eines Werts des elektrischen Widerstands (24) mittels des zweiten Steuersignals zu regeln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Sicherungseinrichtung mit einem ersten und einem zweitem Anschluss zum Anschließen an eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare und gegen Überstrom zu sichernde Leitung, wobei die elektronische Sicherungseinrichtung umfasst: Ein über eine erste Steuerelektrode steuerbares Schaltelement mit einer Schaltstrecke, die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss elektrisch gekoppelt ist, und eine an die erste Steuerelektrode des Schaltelements angeschlossene Steuereinheit zum Steuern des Schaltelements, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den elektrischen Strom zu erfassen, mit einem vorgebbaren Vergleichswert zu vergleichen und die erste Steuerelektrode in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis mit einem ersten Steuersignal zu beaufschlagen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Anlage. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Sicherungseinrichtung mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, mittels denen die elektronische Sicherungseinrichtung an eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare und gegen Überstrom zu sichernde Leitung angeschlossen wird, mit folgenden Schritten: Schalten des elektrischen Stroms mittels einer Schaltstrecke eines über eine erste Steuerelektrode steuerbaren Schaltelements, dessen Schaltstrecke mit dem ersten und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, und Steuern des Schaltelements mittels einer an die erste Steuerelektrode des Schaltelements angeschlossenen Steuereinheit, wobei die Steuereinheit den elektrischen Strom erfasst, mit einem vorgebbaren Vergleichswert vergleicht und die erste Steuerelektrode in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis mit einem ersten Steuersignal beaufschlagt.
Sicherungseinrichtungen der gattungsgemäßen Art dienen dem Schutz vor Überstrom, insbesondere bei Auftreten eines Kurzschlusses. Bei Erreichen eines vorgegebenen Überstroms lösen derartige Sicherungseinrichtungen aus und unterbrechen den elektrischen Stromkreis. Derartige Sicherungseinrichtungen sind dem Grunde nach als elektromechanische Bauelemente in Form von Schmelzsicherungen vielfach im Einsatz. Weiterhin gibt es solche Sicherungseinrichtungen auch in Form von Leitungsschutzschaltern, die ebenfalls elektromechanische Bauelemente darstellen, die jedoch nach einem Auslösen manuell wieder in einen leitfähigen Zustand überführt werden können. Darüber hinaus ist es ferner bekannt, elektronische Sicherungseinrichtungen bereitzustellen, insbesondere wenn eine hohe Auslösegeschwindigkeit und/oder Auslösegenauigkeit sowie auch gegebenenfalls eine spezielle Auslösecharakteristik erforderlich ist.
Die bekannten Sicherungseinrichtungen sind jedoch verbesserungsbedürftig. So haben Schmelzsicherungen beispielsweise den Nachteil, dass sie eine gewisse Zeitdauer des Überstroms benötigen, bis sie auslösen. Die Auslösezeit ist ferner von der Höhe des Überstroms abhängig. Bei empfindlichen angeschlossenen Schaltungen können bis zum Auslösen der Schmelzsicherung größere Schäden entstehen. Das Gleiche gilt dem Grunde nach auch für Leitungsschutzschalter, die insbesondere bei Gebäudeinstallationen im Wesentlichen dem Zweck dienen, die angeschlossene Leitung vor thermischer Überlastung zu schützen. Ein Schutz für ein angeschlossenes Gerät wird dadurch in der Regel nicht erreicht.
Elektronische Sicherungseinrichtungen vermeiden die Nachteile der elektromechanischen Sicherungseinrichtungen, sind jedoch häufig aufwändig in der Konstruktion und im Unterhalt, weil sie regelmäßig eine separate elektrische Energieversorgung benötigen. Darüber hinaus ist ihr Einsatz häufig mit erheblichem Montageaufwand verbunden. Insbesondere bei Einsatz von Sicherungseinrichtungen in Kraftfahrzeugen werden aufgrund des Aufwands überwiegend Schmelzsicherungen eingesetzt. Diese Schmelzsicherungen sind als Einsteckelemente in einem dafür vorgesehenen Sicherungshalter einer elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs eingesteckt. Löst eine derartige Sicherung während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftfahrzeugs aus, so ist es erforderlich, die ausgelöste Schmelzsicherung bei einer nächsten Wartung zu ersetzen. Dabei erweist sich die Bemessung der Schmelzsicherung bei Kraftfahrzeugen als problematisch, da neben den zuvor bereits genannten Nachteilen der Schmelzsicherung ergänzende Auslegungsprobleme aufgrund weiterer Randbedingungen, insbesondere hoher Temperaturschwankungen und dergleichen, zu berücksichtigen sind. Die Schutzfunktion der Schmelzsicherung ist bei Kraftfahrzeugen deshalb begrenzt. Zugleich erweist sich der Einsatz elektronischer Sicherungseinrichtungen als aufwändig und teuer bei Kraftfahrzeugen, weshalb sich derartige Sicherungseinrichtungen bei Kraftfahrzeugen bislang nicht durchgesetzt haben. In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2013 101 466 A1 eine elektrische Überstromsicherung ohne externe Spannungsversorgung.
Ein wesentlicher Nachteil stellt hierbei auch der Eigenenergieverbrauch der elektronischen Sicherungseinrichtung dar, der durch die elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs bereitzustellen ist. Bei längeren Standzeiten kann hierdurch eine unerwünschte Entladung eines Kraftfahrzeugenergiespeichers die Folge sein. Eine Fremdenergieversorgung für Gleichspannungsregler für höhere Eingangsspannungen offenbaren zum Beispiel die DE 24 37 463 A1 die DE 100 61 738 A1 und die DE 35 23 108 A1 . Die DE 40 15 351 A1 offenbart eine Stromversorgungseinrichtung für eine elektronische Rechenanlage in einem Kraftfahrzeug. Ferner offenbaren die US 2002 / 0 109 488 A1 und die US 2004 / 0 174 149 A1 eine Energieversorgungseinrichtung mit einer Parallelschaltung eines getakteten Energiewandlers mit einem Linearwandler.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Sicherungseinrichtung bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile reduziert und sich insbesondere für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen eignet sowie ein entsprechendes Verfahren zu deren Betrieb anzugeben.
Als Lösung wird mit der Erfindung eine elektronische Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
Kraftfahrzeugseitig wird ein Kraftfahrzeug gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 9 vorgeschlagen.
Verfahrensseitig wird schließlich ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Sicherungseinrichtung nach dem weiteren unabhängigen Anspruch 10 vorgeschlagen.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich anhand der Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Mit der Erfindung wird bei einer elektronischen Sicherungseinrichtung insbesondere vorgeschlagen, dass die elektronische Sicherungseinrichtung eine Energieversorgungseinheit, die zur Aufnahme von Energie mit dem ersten und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist und die ausgebildet ist, die elektronische Sicherungseinrichtung für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie zu versorgen, und einen über eine zweite Steuerelektrode einstellbaren elektrischen Widerstand aufweist, der in Reihe zur Schaltstrecke des Schaltelements zwischen dem ersten und dem zweitem Anschluss geschaltet ist, wobei die zweite Steuerelektrode an die Steuereinheit angeschlossen ist und die Steuereinheit ausgebildet ist, die zweite Steuerelektrode mit einem zweiten Steuersignal zu beaufschlagen, um eine elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss einzustellen.
Kraftfahrzeugseitig wird insbesondere vorgeschlagen, dass die elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs eine erfindungsgemäße elektronische Sicherungseinrichtung aufweist, die insbesondere als zweipoliges Einsteckelement ausgebildet ist.
Schließlich wird verfahrensseitig insbesondere vorgeschlagen, dass die elektronische Sicherungseinrichtung für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie durch eine Energieversorgungseinheit versorgt wird, die zur Aufnahme von Energie mit dem ersten und dem zweiten Anschluss elektrisch gekoppelt ist, und dass eine elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss durch Beaufschlagen einer zweiten Steuerelektrode eines einstellbaren elektrischen Widerstands, der in Reihe zur Schaltstrecke des Schaltelements zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss angeschlossen ist, mit einem zweiten Steuersignal durch die Steuereinheit eingestellt wird.
Mit der Erfindung kann somit erreicht werden, dass die elektronische Sicherungseinrichtung eine integrierte Energieversorgungseinheit aufweist. Separate Energieversorgungseinheiten können dadurch vermieden beziehungsweise eingespart werden. Insbesondere kann mit der Erfindung erreicht werden, dass die elektronische Sicherungseinrichtung als zweipoliges Bauteil ausgebildet werden kann, so dass sie dem Grunde nach als Einsteckelement anstelle einer Schmelzsicherung vorgesehen werden kann. Dies erlaubt es, eine bekannte Schmelzsicherung durch eine elektronische Sicherungseinrichtung gemäß der Erfindung zu ersetzen. Dadurch ist ein Nachrüsten mit der Erfindung bei bestehenden elektrischen Anlagen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen möglich. Die elektronische Sicherungseinrichtung der Erfindung benötigt deshalb nicht mehr als zwei Anschlüsse, durch die der zu überwachende Strom hindurchströmt. Sie kommt also mit genau zwei Anschlüssen aus, um die bestimmungsgemäße Funktion der Sicherungseinrichtung zu realisieren, so wie es von elektromechanischen Sicherungen, insbesondere den Schmelzsicherungen, her bekannt ist. Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff elektrisch gekoppelt auch elektrisch angeschlossen. Vorzugsweise ist die Energieversorgungseinheit am einstellbaren elektrischen Widerstand angeschlossen, insbesondere parallelgeschaltet zum einstellbaren elektrischen Widerstand.
Die elektronische Sicherungseinrichtung dient zum Anschließen an die mit elektrischem Strom beaufschlagbare Leitung, und zwar derart, dass sie in Reihe mit der Leitung geschaltet ist. Dies kann entweder dadurch gewährleistet werden, dass die Sicherungseinrichtung an einem Leitungsende der Leitung angeschlossen wird, oder dadurch, dass die Sicherungseinrichtung in die elektrische Leitung eingeschleift beziehungsweise zwischengeschaltet wird. Dadurch ist sichergestellt, dass vorzugsweise der gesamte Strom der Leitung auch die elektronische Sicherungseinrichtung durchströmt. Zum Anschließen dienen der erste und der zweite Anschluss, die entsprechend elektrisch leitfähige Kontakte bereitstellen, um eine elektrisch leitfähige Verbindung der elektronischen Sicherungseinrichtung mit der Leitung herstellen zu können.
Die Schaltfunktion wird bei der elektronischen Sicherungseinrichtung durch ein Schaltelement bewirkt, und zwar durch dessen Schaltstrecke, die mittels des ersten Steuersignals, welches auf die Steuerelektrode des Schaltelements einwirkt, zwischen einem ausgeschalteten und einem eingeschalteten Zustand umgeschaltet werden kann. Im eingeschalteten Zustand ist die Schaltstrecke sehr niederohmig, so dass auch bei einem großen Strom nur ein sehr geringer Spannungsabfall vorliegt, beispielsweise in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 V oder weniger. Dabei kann eine Strombelastbarkeit im eingeschalteten Zustand zum Beispiel im Bereich von etwa 5 A bis etwa 50 A gewährleistet werden, insbesondere in einem Bereich von etwa 7,5 A bis etwa 35 A. Dadurch kann mit der elektronischen Sicherungseinrichtung im eingeschalteten Zustand eine Wirkung erreicht werden, die einer nicht ausgelösten Schmelzsicherung dem Grunde nach gleichkommt oder sogar gegenüber dieser verbessert ist. Zugleich ermöglicht es die elektronische Sicherungseinrichtung, ein Auslöseverhalten erheblich genauer zu realisieren und zugleich ein Auswechseln nach dem Auslösen zu vermeiden, da die elektronische Sicherungseinrichtung - im Gegensatz zu einer Schmelzsicherung - reversibel aktivierbar ausgestaltet sein kann.
Die Steuereinheit steuert das Schaltelement über dessen Steuerelektrode. Zu diesem Zweck stellt die Steuereinheit ein entsprechendes erstes Steuersignal bereit. Die Steuereinheit erfasst den Strom, der die elektronische Sicherungseinrichtung vom ersten zum zweiten Anschluss beziehungsweise umgekehrt durchströmt. Hierzu kann ein geeignetes Strommesselement, beispielsweise ein Stromwandler, ein Shunt, eine Hall-Sonde und/oder dergleichen vorgesehen sein. Der erfasste elektrische Strom wird mit einem vorgebbaren Vergleichswert verglichen und die erste Steuerelektrode in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis mit dem ersten Steuersignal beaufschlagt. Der vorgebbare Vergleichswert kann werksseitig fest eingestellt sein, so dass eine Auslösung der elektronischen Sicherungseinrichtung, das heißt, ein Abschalten der Schaltstrecke, immer bei einem gleichen, voreingestellten Strom erfolgt. Daneben kann natürlich vorgesehen sein, dass der Vergleichswert einstellbar ausgebildet ist, so dass die elektronische Sicherungseinrichtung an vorgegebene Sicherungsanforderungen individuell angepasst werden kann. Der Vergleichswert ist vorzugsweise entsprechend des Überstroms angepasst gewählt, damit zum Beispiel bereits ein den Überstrom minimal erreichender erfasster Strom zuverlässig zum Abschalten der Schaltstrecke führen kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schaltstrecke permanent eingeschaltet ist, solange der Vergleichswert durch den erfassten Strom nicht erreicht worden ist. Zum Zwecke des Vergleichs kann die Steuereinheit eine Vergleichseinheit umfassen, die beispielsweise durch einen Komparator oder dergleichen in Form einer elektronischen Schaltung realisiert sein kann. Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Vergleichseinheit beispielsweise in Form einer Rechnereinheit auszubilden, die mittels eines geeigneten Rechnerprogramms gesteuert wird. Auch die weiteren, von der Steuereinheit bereitgestellten Funktionen können durch eine Rechnereinheit gebildet sein. Die Steuereinheit kann ferner zumindest teilweise als Hardware-Schaltung realisiert sein.
Ein wichtiger Aspekt ist durch die Energieversorgungseinheit gebildet, die von der elektronischen Sicherungseinrichtung umfasst ist. Sie ist insbesondere integriert in dieser angeordnet, ebenso sowie vorzugsweise auch die Steuereinheit sowie die weiteren Bauelemente beziehungsweise Einheiten.
Die Energieversorgungseinheit bezieht ihre Energie durch den bestimmungsgemäßen Betrieb der elektronischen Sicherungseinrichtung. Sie nutzt den geringfügigen Spannungsabfall zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss, insbesondere im eingeschalteten Zustand der Schaltstrecke, um daraus Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der elektronischen Sicherungseinrichtung zu gewinnen. Zu diesem Zweck ist die Energieversorgungseinheit mit dem ersten und dem zweiten Anschluss gekoppelt, insbesondere unmittelbar an diesen Anschlüssen angeschlossen. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass keine weitere Energieversorgungseinheit erforderlich ist, das heißt, dass die Energieversorgungseinheit der elektronischen Sicherungseinrichtung die vollständige Energieversorgung der elektronischen Sicherungseinrichtung gewährleisten kann. Es sind folglich keine weiteren Anschlüsse erforderlich, so dass die elektronische Sicherungseinrichtung - im Unterschied zum Stand der Technik - mit genau zwei Anschlüssen auskommt. Insbesondere ist auch kein Energiespeicher wie beispielsweise eine Batterie oder dergleichen erforderlich. Dadurch kann die elektronische Sicherungseinrichtung mit hoher Integration gefertigt werden, so dass eine kompakte Einrichtung erreicht werden kann, die vorzugsweise die Abmessungen gewöhnlicher Schmelzsicherungen erreicht. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Funktionseinheiten der elektronischen Sicherungseinrichtung weitgehend auf einem gemeinsamen Halbleiter-Chip integriert sind.
Die Energieversorgungseinheit weist vorzugsweise einen getakteten Energiewandler auf, der die über den ersten und den zweiten Anschluss bezogene elektrische Energie in geeigneter Weise wandelt, so dass die weiteren Funktionseinheiten der elektronischen Sicherungseinrichtung in bestimmungsgemäßer Weise betrieben beziehungsweise mit ausreichend elektrischer Energie versorgt werden können.
Die Steuereinheit ist ausgebildet, eine durch die Energieversorgungseinheit bereitgestellte Versorgungsspannung auf einen vorgebbaren Spannungswert durch Einstellen eines Werts des elektrischen Widerstands mittels des zweiten Steuersignals zu regeln. Dadurch kann erreicht werden, dass einerseits eine Mindestspannung zur Verfügung steht, sodass die Energieversorgungseinheit zuverlässig die erforderliche Energie und Spannungshöhe für den bestimmungsgemäßen Betrieb der elektronischen Sicherungseinrichtung bereitzustellen vermag. Zugleich kann durch die Regelung erreicht werden, dass die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss so gering wie möglich gehalten wird, sodass die durch den Spannungsabfall zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss aufgrund des Stromflusses entstehende elektrische Verlustleistung möglichst gering gehalten wird. Insbesondere kann erreicht werden, dass der Spannungsabfall in Abhängigkeit der Qualität der Versorgungsspannung, die von der Energieversorgungseinheit für die Energieversorgung der elektronischen Sicherungseinrichtung bereitgestellt wird, eingestellt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass nur bei Energiebedarf für die elektronische Sicherungseinrichtung ein erforderlicher Spannungsabfall zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss eingestellt wird. Dadurch können ferner der Wirkungsgrad der elektronischen Sicherungseinrichtung verbessert sowie Auswirkungen auf die Leitung beziehungsweise eine daran angeschlossene elektrische Schaltung reduziert werden.
Das Schaltelement kann beispielsweise durch einen schaltbaren elektromechanischen Kontakt gebildet sein, wie er durch ein Relais, ein Schütz oder dergleichen bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise ist das Schaltelement jedoch durch ein Halbleiterschaltelement gebildet.
Das Halbleiterschaltelement kann beispielsweise ein MOSFET, ein IGBT, ein Thyristor, ein TRIAC, ein GTO oder dergleichen sein, so dass auch ein Einsatz bei hohen Spannungen realisert werden kann. Je nach Einsatzgebiet kann vorgesehen sein, dass das Halbleiterschaltelement als diskretes Bauteil in der elektronischen Sicherungseinrichtung vorgesehen ist oder auch gemeinsam mit den weiteren Funktionseinheiten auf einem Halbleiter-Chip integriert ist. So kann vorgesehen sein, dass bei hohen Spannungen im Auslösefall das Halbleiterschaltelement als diskretes Bauelement vorgesehen ist, um hierdurch Normanforderungen, beispielsweise in Bezug auf die elektrische Sicherheit oder dergleichen, besser erfüllen zu können.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit einen getakteten Energiewandler im Hochsetzbetrieb aufweist. Ein solcher Energiewandler, auch Hochsetzwandler oder Booster genannt, ermöglicht es, eine sehr geringe Eingangsspannung, hier nämlich die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss im eingeschalteten Zustand der Schaltstrecke des Schaltelements, in eine geeignete Spannung umzuwandeln, die es erlaubt, die Steuereinheit, das Schaltelement und die weiteren Einheiten der elektronischen Sicherungseinrichtung zuverlässig zu betreiben. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass die Höhe der durch die Energieversorgungseinheit bereitzustellenden Spannung durch Eigenschaften des Schaltelements bestimmt sein kann. So ist zum Beispiel für MOSFET's als Schaltelement das Überschreiten der Schwellwertspannung im Bereich zwischen 5 und 7 V erforderlich, um dessen Schaltstrecke in den eingeschalteten Zustand zu überführen. Durch weitere Erhöhung der Spannung kann jedoch ergänzend der Einschaltwiderstand des MOSFET's reduziert werden, so dass eine Spannung zwischen Gate und Source des MOSFET's im Bereich der oberen Spannungsgrenze gewünscht ist. Gerade bei hohen Strombelastungen kann hierdurch die Verlustleistung gering gehalten werden. So können beispielsweise Gate-Source-Spannungen im Bereich von 12 bis zu 20 V vorgesehen sein. Entsprechend ist es erforderlich, dass der Energiewandler im Hochsetzbetrieb aus der verfügbaren kleinen Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss eine entsprechend hohe Versorgungsspannung für die Steuereinheit bereitstellt. Es kann darüber hinaus aber auch vorgesehen sein, dass die Funktionseinheiten mit einer deutlich kleineren Spannung versorgt werden, weil mittlerweile Technologien verfügbar sind, die eine zuverlässige Funktion der Steuereinheit auch schon bei Spannungen von 1,5 V oder weniger erlauben. In diesem Fall wäre dann zum Beispiel lediglich ein Treiber, der die erste Steuerelektrode des Schaltelements unmittelbar treibt, mit einer entsprechend hohen Spannung zu versorgen.
Der einstellbare elektrische Widerstand kann durch ein Halbleiterbauelement gebildet sein, welches über eine Steuerelektrode, und zwar die zweite Steuerelektrode hinsichtlich seines Widerstandswerts einstellbar ist. Ein solcher elektrischer Widerstand kann beispielsweise durch einen Transistor, insbesondere einen bipolaren Transistor, aber auch einen Feldeffekttransistor (FET), beispielsweise einen Sperrschichtfeldeffekttransistor, ein MOSFET ein IGBT, oder dergleichen gebildet sein.
Mittels der Steuereinheit wird der elektrische Widerstand derart gesteuert, dass mittels der Energieversorgungseinheit zuverlässig die für den bestimmungsgemäßen Betrieb erforderliche elektrische Energie für die elektronische Sicherungseinrichtung in der erforderlichen Spannungshöhe bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise wird der Spannungsabfall zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss möglichst gering gehalten, um einerseits die Auswirkungen der elektronischen Sicherungseinrichtung auf den bestimmungsgemäßen Betrieb der daran angeschlossenen elektrischen Leitung beziehungsweise Schaltung insgesamt möglichst gering zu halten und andererseits eine Verlustleistung aufgrund des Stromflusses durch die elektronische Sicherungseinrichtung ebenfalls möglichst gering zu halten.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die elektronische Sicherungseinrichtung ein Temperaturmesselement aufweist, welches an die Steuereinheit angeschlossen ist und mittels welchem die Temperatur der elektronischen Sicherungseinrichtung, beispielsweise des Schaltelements und/oder des elektrischen Widerstands erfasst werden kann. So kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Vergleichstemperatur der elektrische Widerstand mittels des zweiten Steuersignals reduziert wird, um die Erzeugung von Wärme durch den elektrischen Widerstand zu reduzieren.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, den elektrischen Strom mittels des Schaltelements, insbesondere des Halbleiterschaltelements, und/oder des elektrischen Widerstands zu erfassen. Dadurch kann ein separates Bauteil zur Erfassung des Stroms eingespart werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem MOSFET als Halbleiterschaltelement oder auch als elektrischen Widerstand die Drain-Source-Spannung der Schaltstrecke im eingeschalteten Zustand erfasst wird. Erfahrungsgemäß verhält sich diese Strecke wie ein elektrischer Widerstand, sodass aus dem Spannungsabfall der Strom ermittelt werden kann, der die Schaltstrecke beziehungsweise den elektrischen Widerstand durchströmt. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass ein separater Ausgang für die Stromerfassung bei dem Halbleiterschaltelement und/oder bei dem elektrischen Widerstand vorgesehen ist, beispielsweise bei einem Sense-FET. Auch in diesem Fall ist ein separates Bauelement zur Stromerfassung entbehrlich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, bei ausgeschalteter Schaltstrecke einen Prüfimpuls als erstes Steuersignal bereitzustellen, mittels dem die Schaltstrecke kurzzeitig einschaltbar ist, und den hierbei erfassten Strom mit dem Vergleichswert zu vergleichen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Steuereinheit prüfen kann, ob ein Einschalten der Schaltstrecke bei angeschlossener elektrischer Leitung einen Überstrom zur Folge hat oder nicht. Vorzugsweise kann eine entsprechende Meldung erzeugt und ausgegeben werden. Beispielsweise kann diese Meldung an eine übergeordnete Steuerung übermittelt werden. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise Wartungs- beziehungsweise Reparaturmaßnahmen an entfernter Stelle vorzusehen und über das von der Steuereinheit übermittelte Signal festzustellen, ob die Wartung beziehungsweise Reparatur erfolgreich durchgeführt worden ist.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Schaltstrecke automatisch einzuschalten, wenn der erfasste Strom kleiner als der Vergleichswert ist. Diese Ausgestaltung erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die elektronische Sicherungseinrichtung nur schwer oder überhaupt nicht zugänglich ist, um ein Widereinschalten beispielsweise manuell oder dergleichen vorzusehen. Sobald die Steuereinheit feststellt, dass aufgrund des Prüfimpulses ein Überschreiten des Vergleichswerts durch den erfassten Strom nicht mehr vorliegt, das heißt, dass kein Überstrom mehr vorliegt, kann eine automatische Wiedereinschaltung vorgenommen werden. Es sind keine weiteren manuellen Maßnahmen erforderlich, um eine an die elektronische Sicherungseinrichtung angeschlossene elektrische Anlage wieder in Betrieb zu setzen.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Steuereinheit ausgebildet ist, den elektrischen Widerstand zumindest zeitweise intermittierend zu verändern. So kann vorgesehen sein, dass der elektrische Widerstand zeitlich überwiegend sehr gering eingestellt wird und nur bei einem Energiebedarf der elektronischen Sicherungseinrichtung vorübergehend auf einen höheren Wert eingestellt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit der Temperatur der elektrische Widerstand lediglich kurzzeitig auf einen höheren Wert eingestellt wird, um einen für die Energieversorgung erforderlichen Spannungsabfall bereitzustellen. Sobald genügend Energie zur Verfügung steht, kann der elektrische Widerstand wieder auf einen sehr niedrigen Wert zurückgestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der elektrische Widerstand mittels des zweiten Steuersignals nach Art von wellenförmigen Widerstandsänderungen eingestellt wird. Es kann aber auch ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass der elektrische Widerstand nach Art von Impulsen zwischen einem sehr niedrigem Widerstandswert und einem höheren Widerstandswert springt. Die Art der Änderung des Widerstandwerts kann darüber hinaus auch davon abhängig gewählt sein, um welche Art der Leitung beziehungsweise angeschlossenen Schaltung es sich handelt, um die Rückwirkungen auf den bestimmungsgemäßen Betrieb der an die elektronische Sicherungseinrichtung angeschlossenen Leitung beziehungsweise Schaltung möglichst gering zu halten. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass Frequenzen, Schaltflanken, Tastverhältnisse und/oder dergleichen in geeigneter Weise angepasst sein können. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit entsprechend eingerichtet ist, beispielsweise eine geeignete Programmierung aufweist. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass diese Einstellung vom Nutzer bedarfsgerecht verändert werden kann.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Energieversorgungseinheit eine Startschaltung aufweist. Die Startschaltung dient vorzugsweise dem Zweck, bei einer erstmaligen Inbetriebnahme und/oder auch bei einer Inbetriebnahme nach einer Auslösung, das heißt, nach einer Stromunterbrechung aufgrund einer Abschaltung der Schaltstrecke, die Energieversorgung der elektronischen Sicherungseinrichtung über den ersten und den zweiten Anschluss bereitzustellen, so dass eine bestimmungsgemäße Betriebsfunktion, insbesondere in Bezug auf den eingeschalteten Zustand wieder aufgenommen werden kann. Die Startschaltung kann beispielsweise durch eine Spannungskopplung der Energieversorgungseinheit mit dem ersten und dem zweiten Anschluss erfolgen, die nur dann aktiv ist, wenn die Schaltstrecke des Schaltelements im ausgeschalteten Zustand ist. Die Startschaltung kann beispielsweise eine Diode, eine Kombination aus einem oder mehreren Widerständen mit einer Diode oder dergleichen aufweisen.
Die Startschaltung kann beispielsweise auch einen Linearregler aufweisen, der erst dann eingreift, wenn die Schaltstrecke im Gesperrt-Zustand ist und zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss eine vorgegebene Mindestspannung anliegt. Sobald die Schaltstrecke eingeschaltet wird und die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss infolgedessen auf einen sehr niedrigen Wert reduziert wird, beispielsweise 0,2 V oder weniger, kann vorgesehen sein, dass die Startschaltung automatisch deaktiviert wird und die Energieversorgung durch die Energieversorgungseinheit, und zwar hier insbesondere den Energiewandler, übernommen wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, den intermittierenden Betrieb oder den Linearbetrieb für einen Zeitraum von 1 s bis 10s vorzusehen. Hierdurch können die Einwirkungen auf den bestimmungsgemä-ßen Betrieb der elektronischen Sicherungseinrichtung weitgehend gering gehalten werden. Zugleich kann eine zuverlässige Energieversorgung der elektronischen Sicherungseinrichtung durch die Energieversorgungseinheit gewährleistet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile und Funktionen.
Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild für eine elektronische Sicherungseinrichtung gemäß der Erfindung,
2 in schematischer Schnittansicht ein Sicherungselement für den Einsatz bei einem Sicherungshalter eines Kraftfahrzeugs mit einer elektronischen Sicherungseinrichtung gemäß 1 und
3 ein schematisches Übersichtsschaltbild in Blockschaltbilddarstellung der elektronischen Sicherungseinrichtung gemäß 1.

3 zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung ein Blockschaltbild für eine elektronische Sicherungseinrichtung 10 mit einem ersten und einem zweiten Anschluss 12, 14 zum Anschließen an eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare und gegenüber Strom zu sichernde Leitung, die vorliegend nicht dargestellt ist. Die elektronische Sicherungseinrichtung 10 umfasst ein über eine erste Steuerelektrode 18 steuerbares Schaltelement 16 mit einer Schaltstecke, die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss 12, 14 elektrisch gekoppelt ist. Vorliegend ist das Schaltelement als Halbleiterschaltelement 16 durch einen MOSFET gebildet, dessen Schaltstrecke durch seine Drain-Source-Strecke gebildet ist. Die erste Steuerelektrode 18 ist durch seinen Gate-Anschluss gebildet. Vorliegend ist vorgesehen, dass der Drain-Anschluss des MOSFET's 16 unmittelbar an den ersten Anschluss 12 angeschlossen ist.
Die elektronische Sicherungseinrichtung 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 20, die an die erste Steuerelektrode 18 des MOSFET's 16 angeschlossen ist, um den MOSFET 16 zu steuern. Die Steuereinheit 20 ist ausgebildet, den elektrischen Strom zu erfassen, mit einem vorgebbaren Vergleichswert zu vergleichen und die erste Steuerelektrode 18 in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis mit einem ersten Steuersignal zu beaufschlagen. Der Vergleichswert ist in Abhängigkeit des zu detektierenden Überstroms gewählt. Vorliegend ist ferner vorgesehen, dass das erste Steuersignal ein digitales Signal ist, mittels welchem die Schaltstrecke des MOSFET's 16 ein- beziehungsweise ausgeschaltet wird. Infolgedessen weist das erste Steuersignal lediglich zwei Signalpegel auf, nämlich einerseits einen ersten Pegel 0 V sowie einen zweiten Signalpegel, nämlich 10 V. Mit diesen beiden Signalpegeln können die beiden gewünschten Schaltzustände der Schaltstrecke des MOSET's 16 zuverlässig eingestellt werden (1).
Vorliegend ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 20 die elektrische Spannung an der Schaltstrecke des MOSFET's 16 erfasst und daraus den elektrischen Strom ermittelt beziehungsweise erfasst. Dazu nutzt die Steuereinheit 20 eine Eigenschaft des MOSFET's 16, nämlich den Durchlasswiderstand der Schaltstrecke im eingeschalteten Zustand. Ferner wird mittels eines nicht weiter dargestellten Temperatursensors die Temperatur des MOSFET's 16 erfasst.
Aus 3 ist ferner ersichtlich, dass die elektronische Sicherungseinrichtung 10 eine Energieversorgungseinheit 22 aufweist, die zum Zwecke der Energieversorgung der elektronischen Sicherungseinrichtung 10, insbesondere der Steuereinheit 20, eine Versorgungsspannung V_DD bereitstellt. Zu diesem Zweck weist die Energieversorgungseinheit 22 einen Hochsetzsteller 38 sowie eine Startschaltung 28 auf. Der Hochsetzsteller 38 ist durch einen getakteten Energiewandler gebildet.
Die Steuereinheit 20 ist ausgebildet, den elektrischen Strom, der vom ersten Anschluss 12 zum zweiten Anschluss 14 strömt, mittels des Halbleiterschaltelements 16 zu erfassen. Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass der elektrische Strom mittels eines elektrischen Widerstands 24 erfasst wird.
Ferner ist ein über eine zweite Steuerelektrode 26 einstellbarer elektrischer Widerstand 24, der in Reihe zur Schaltstrecke des MOSFET's 16 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 12, 14 geschaltet ist, vorgesehen. Die zweite Steuerelektrode 26 ist an die Steuereinheit 20 angeschlossen und die Steuereinheit 20 ist ausgebildet, die zweite Steuerelektrode 26 mit einem zweiten Steuersignal zu beaufschlagen, um eine elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 12, 14 einzustellen. Der einstellbare elektrische Widerstand 24 ist somit in Reihe zum MOSFET 16 geschaltet, wobei diese Reihenschaltung an den ersten und den zweiten Anschluss 12, 14 angeschlossen ist. Vorliegend ist vorgesehen, dass der Hochsetzsteller 38 der Energieversorgungseinheit 22 parallel zum einstellbaren elektrischen Widerstand 24 angeschlossen ist.
1 zeigt eine schematische Blockschaltbilddarstellung für die elektronische Sicherungseinrichtung 10 gemäß 3. Die elektronische Sicherungseinrichtung 10 zeigt den ersten Anschluss 12 und den zweiten Anschluss 14, die dem Anschließen an die nicht dargestellte, mit elektrischem Strom beaufschlagbare Leitung dienen, so dass der elektrische Strom der Leitung auch vollständig die elektronische Sicherungseinrichtung 10 durchströmt. Zu diesem Zweck umfassen der erste und der zweite Anschluss 12, 14 jeweils elektrisch leitfähige Kontaktfahnen (2), um eine elektrisch leitfähige Verbindung zur Leitung beziehungsweise zu weiteren Bauteilen, die an der Leitung angeschlossen sind, herzustellen.
Die Sicherungseinrichtung 10 umfasst ferner das über eine Steuerelektrode 18 steuerbare Halbleiterschaltelement 16 mit seiner Schaltstrecke. Das Halbleiterschaltelement 16 ist vorliegend als MOSFET ausgebildet. Die Steuerelektrode 18 des MOSFET's 16 ist an die Steuereinheit 20 angeschlossen. Ferner umfasst die Sicherungseinrichtung 10 den ebenfalls mittels der Steuereinheit 20 über die Steuerelektrode 26 steuerbaren einstellbaren elektrischen Widerstand 24, welcher ebenfalls als MOSFET ausgebildet ist, dessen Widerstandsstrecke durch seine Drain-Source-Strecke zur Schaltstrecke des ersten Halbleiterschaltelements 16 in Reihe geschaltet ist. Ferner ist der MOSFET 16 mit seinem Source-Anschluss elektrisch leitend mit dem Drain-Anschluss des MOSFET's 24 verbunden und diese Verbindung ist an ein Bezugspotential 36 angeschlossen. Die hierdurch gebildete Serienschaltung ist an dem ersten und dem zweiten Anschluss 12, 14 unmittelbar angeschlossen.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb, in dem beide MOSFET's 16, 24 elektrisch leitfähig geschaltet sind, ist die elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 12, 14 im Wesentlichen durch die Durchlassspannung des zweiten MOSFET's 24 bestimmt. Im ausgeschalteten Zustand ist dagegen zumindest die Schaltstrecke des MOSFET's 16 gesperrt, so dass der Stromfluss im Wesentlichen unterbrochen ist, das heißt, dass allenfalls vernachlässigbare Leckströme die elektronische Sicherungseinrichtung 10 durchströmen.
Die Steuereinheit 20 dient zum Steuern des ersten und des zweiten MOSFET's 16, 24. Zu diesem Zweck ist sie ausgebildet, den elektrischen Strom - wie oben ausgeführt - zu erfassen, der die elektronische Sicherungseinrichtung 10 vom ersten zum zweiten Anschluss 12, 14 durchströmt. Der erfasste Strom wird mit einem vorgegebenen Vergleichswert verglichen, der in dieser Ausgestaltung werksseitig fest eingestellt ist. Solange der erfasste elektrische Strom den Vergleichswert nicht erreicht, bleibt die Schaltstrecke des MOSFET's 16 eingeschaltet. Erst wenn der erfasste elektrische Strom den Vergleichswert erreicht beziehungsweise überschreitet, wird ein entsprechendes erstes Steuersignal auf die Steuerelektrode 18 des MOSFET's 16 gegeben, mittels dem dessen Schaltstrecke abgeschaltet wird. Der Stromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 12, 14 ist dadurch dann unterbrochen.
Zum Ansteuern der Steuerelektrode 18 ist ein Paar von MOSFET-Transistoren vorgesehen, und zwar eine Reihenschaltung aus einem P-Kanal-MOSFET 32 mit einem N-Kanal-MOSFET 34. Die Drain-Anschlüsse der MOSFET-Paare sind an die erste Steuerelektrode 18 geschaltet. Der Source-Anschluss des MOSFET's 32 ist auf die positive Versorgungsspannung V_DD geschaltet. Dagegen ist der Source-Anschluss des MOSFET's 34 mit dem Bezugspotential 36 elektrisch leitend verbunden. Die MOSFET's 32, 34 gehören zur Steuereinheit 20 und werden entsprechend des jeweiligen einzustellenden Schaltzustands der Schaltstrecke gesteuert. Die Steuereinheit 20 ist zwecks Energieversorgung ebenfalls an V_DD sowie an das Bezugspotential 36 angeschlossen. Dadurch ist es möglich, die Steuerelektrode 18 entweder über den jeweiligen MOSFET 32 auf V_DD zu schalten oder über den jeweiligen MOSFET 34 auf das Bezugspotential 36. Die zweite Steuerelektrode 26 ist unmittelbar an die Steuereinheit 20 angeschlossen und wird mit einem Analogsignal als zweites Steuersignal beaufschlagt. Dadurch wird der MOSFET 24 hinsichtlich seines elektrischen Widerstands eingestellt (1).
Zum Zwecke der Energieversorgung ist die Energieversorgungseinheit 22 vorgesehen, die den Hochsetzsteller 38 umfasst. Der Hochsetzsteller 38 umfasst seinerseits einen MOSFET 44, dessen Drain über eine Spule 40 an das Bezugspotential 36 angeschlossen ist. Am Verbindungspunkt der Spule 40 mit dem Drain des MOSFET 44 ist eine Anode einer Diode 42 angeschlossen, deren Kathode an V_DD angeschlossen ist. Das Gate des MOSFET 44 ist über einen elektrischen Widerstand an eine serielle Transistorschaltung aus einem bipolaren NPN-Transistor 48 mit einem bipolaren PNP-Transistor 50 angeschlossen, und zwar an deren miteinander verbundenen Emittoren. Der Kollektor des Transistors 48 ist an V_DD, und der Kollektor des Transistors 50 ist an den Source-Anschluss des MOSFET 44 angeschlossen, der seinerseits unmittelbar am zweiten Anschluss 14 angeschlossen ist. Die Basen der beiden Transistoren 48, 50 sind elektrisch miteinander verbunden und über einen elektrischen Widerstand 52 an eine Schaltreglersteuerung 58 angeschlossen. Die Schaltreglersteuerung 58 ist mit der Steuereinheit 20 verbunden und erfasst die Spannung von V_DD. Vorliegend ist vorgesehen, dass die Spannung von V_DD auf einen Wert im Bereich von etwa 15 V geregelt ist. Entsprechend wird der MOSFET 44 durch die Schaltreglersteuerung 58 gesteuert.
Um die elektronische Sicherungseinrichtung 10 in Betrieb zu setzen, beispielsweise bei einer erstmaligen Betriebsaufnahme beziehungsweise um nach einem Auslösen aufgrund von Überstrom die Stromversorgung über die Anschlüsse 12, 14 wiederherzustellen, weist die elektronische Sicherungseinrichtung 10 die Startschaltung 28 auf. Die Startschaltung 28 umfasst den Widerstand 60 sowie eine Kombination aus einem Widerstand 62 mit einer Diode 64. Im Startfall liegt V_DD auf dem Bezugspotential 36 und die MOSFET's 16, 24 sind in Bezug auf ihre Schaltstrecke gesperrt. Dadurch fällt an den Anschlüssen 12, 14 eine entsprechend hohe Spannung ab. Über die Widerstands-Dioden-Kombination 62, 64 kann V_DD auf eine Startspannung gebracht werden, wobei sich die Spannungshöhe durch das Teilerverhältnis der Widerstände 62, 60 einstellt. Sodann kann die Steuereinheit 20 ihre Funktion aufnehmen und, wenn kein unzulässig erhöhter Strom erfasst werden kann, die MOSFET's 16, 24 einschalten beziehungsweise auf den gewünschten Widerstandswert einstellen. Sodann kann die Energieversorgungseinheit 22 ihre bestimmungsgemäße Funktion aufnehmen, wodurch der Stromfluss über die Widerstands-Dioden-Kombination 62, 64 eingestellt wird.
Vorliegend ist ferner vorgesehen, dass die Energieversorgungseinheit 22 kondensatorlos ausgebildet ist. Zum Zwecke der Glättung ist die Steuereinheit 22 vorliegend derart ausgebildet, dass eine Gate-Source-Kapazität der ersten Steuerelektrode 18 zum Zwecke des Stützens von V_DD genutzt werden kann. Dadurch ist ein separater Kondensator entbehrlich.
Die Pufferung von V_DD erfolgt vorliegend ausschließlich über den eingeschalteten MOSFET 16. Tritt ein negativer Stromsprung oder eine kurzzeitige Unterbrechung auf, wird die elektronische Sicherungseinrichtung 10 aus der Gate-Ladung der Steuerelektrode 18 gespeist. Insgesamt kann mit dieser Ausgestaltung ein vollständig potentialfreier Aufbau erreicht werden.
2 zeigt ein zweipoliges Einsteckelement 30, wie es für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen geeignet ist. Das Einsteckelement 30 weist ein nicht bezeichnetes Gehäuse auf, welches zwei Anschlussfahnen aufweist, die den ersten und den zweiten Anschluss 12, 14 bilden. Die Anschlussfahnen sind in üblicher Weise wie bei vergleichbaren Schmelzsicherungen für Kraftfahrzeuge ausgebildet. In dem Gehäuse des Einsteckelements 30 ist eine elektronische Sicherungseinrichtung 10 gemäß 1 angeordnet und an die beiden Anschlüsse 12, 14 angeschlossen. Dadurch ist es möglich, eine bei einem Kraftfahrzeug vorhandene Schmelzsicherung durch ein zweipoliges Einsteckelement 30 gemäß 2 zu ersetzen.
Die Energieversorgungseinheit der elektronischen Sicherungseinrichtung 10 dient hier insbesondere zur Eigenversorgung. Es ist deshalb nicht erforderlich, weitere Energiequellen für die elektronische Sicherungseinrichtung 10, insbesondere auch keine Batterie vorzusehen. Dadurch kommt die elektronische Sicherungseinrichtung 10 mit genau zwei Anschlüssen, nämlich dem ersten und dem zweiten Anschluss 12, 14 aus. Weitere Anschlüsse werden nicht benötigt. Insbesondere benötigt die elektronische Sicherungseinrichtung 10 der Erfindung auch keinen separaten Energiespeicher für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb. Sollte die zwischen den Anschlussklemmen 12, 14 anliegende Spannung im nicht ausgelösten Zustand zu klein sein, um genügend Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der elektronischen Sicherungseinrichtung 10 bereitstellen zu können, kann durch gelegentliches Aufregeln des MOSFET's 24 ein Spannungsabfall zumindest zeitweise erzeugt werden, der es erlaubt, mittels der Energieversorgungseinheit 22 die erforderliche Energie erzeugen zu können. Dieses Verfahren nutzt den Vorteil, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Schaltvorgang nur sehr selten vorkommt, weil es sich hierbei in der Regel um einen gestörten Zustand handelt. Durch geeignete Auslegung der Steuereinheit 20 und der Energieversorgungseinheit 22 kann ein minimaler Energieverbrauch erreicht werden, so dass der Einfluss im bestimmungsgemäßen Betrieb weitgehend vernachlässigt werden kann. Mit der Erfindung lässt sich erreichen, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb die an den Anschlüssen 12, 14 anliegende Spannung kleiner als 1 V ist, insbesondere etwa im Bereich von 100 mV liegt.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Auslösecharakteristik einstellbar ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, die elektronische Sicherungseinrichtung 10 für eine Vielzahl von Anwendungen angepasst einstellen zu können.
Darüber hinaus kann ein Kalibrieren der Strommessung beim Aufregeln erfolgen. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 20 vorzugsweise ausgebildet, das zweite Halbleiterschaltelement 24 zumindest zeitweise intermittierend oder im Linearbetrieb zu betreiben. Das Aufregeln selbst kann beispielsweise in zeitlichen Abständen von 1 bis 10 s für einen Zeitraum etwa 100 µs erfolgen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass beim Aufregeln die Spannung an einer Schaltstrecke des aufgeregelten Halbleiterschaltelements 24 auf 0,2 V steigt.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Insbesondere kann die Erfindung auch für Wechselstromanwendungen entsprechend angepasst werden. Weiterhin können natürlich Merkmale der Ansprüche und der Beschreibung in nahezu beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um zu weiteren Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung zu gelangen. Darüber hinaus können natürlich Vorrichtungsmerkmale durch entsprechende Verfahrensschritte und umgekehrt realisiert sein.

Claims

Elektronische Sicherungseinrichtung (10) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (12, 14) zum Anschließen an eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare und gegen Überstrom zu sichernde Leitung, wobei die elektronische Sicherungseinrichtung (10) umfasst: - ein über eine erste Steuerelektrode (18) steuerbares Schaltelement (16) mit einer Schaltstrecke, die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) elektrisch gekoppelt ist, und - eine an die erste Steuerelektrode (18) des Schaltelements (16) angeschlossene Steuereinheit (20) zum Steuern des Schaltelements (16), wobei die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, den elektrischen Strom zu erfassen, mit einem vorgebbaren Vergleichswert zu vergleichen und die erste Steuerelektrode (18) in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis mit einem ersten Steuersignal zu beaufschlagen, gekennzeichnet durch - eine Energieversorgungseinheit (22), die zur Aufnahme von Energie mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) gekoppelt ist und die ausgebildet ist, die elektronische Sicherungseinrichtung (10) für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie zu versorgen, und - einen über eine zweite Steuerelektrode (26) einstellbaren elektrischen Widerstand (24), der in Reihe zur Schaltstrecke des Schaltelements (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) geschaltet ist, wobei die zweite Steuerelektrode (26) an die Steuereinheit (20) angeschlossen ist und die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, die zweite Steuerelektrode (26) mit einem zweiten Steuersignal zu beaufschlagen, um eine elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) einzustellen, wobei die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, eine durch die Energieversorgungseinheit (22) bereitgestellte Versorgungsspannung auf einen vorgebbaren Spannungswert durch Einstellen eines Werts des elektrischen Widerstands (24) mittels des zweiten Steuersignals zu regeln.
Elektronische Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (16) durch ein Halbleiterschaltelement gebildet ist.
Elektronische Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (22) einen getakteten Energiewandler (38) im Hochsetzbetrieb aufweist.
Elektronische Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, den elektrischen Strom mittels des Schaltelements (16) und/oder des elektrischen Widerstands (24) zu erfassen.
Elektronische Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, bei ausgeschalteter Schaltstrecke einen Prüfimpuls als erstes Steuersignal bereitzustellen, mittels dem die Schaltstrecke kurzzeitig einschaltbar ist, und den hierbei erfassten Strom mit dem Vergleichswert zu vergleichen.
Elektronische Sicherungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, die Schaltstrecke automatisch einzuschalten, wenn der erfasste Strom kleiner als der Vergleichswert ist.
Elektronische Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, den elektrischen Widerstand (24) zumindest zeitweise intermittierend zu verändern
Elektronische Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (22) eine Startschaltung (28) aufweist, die ausgebildet ist, die elektronische Sicherungseinrichtung (10) für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb bei ausgeschalteter Schaltstrecke mit elektrischer Energie zu versorgen.
Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anlage eine elektronische Sicherungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und die elektronische Sicherungseinrichtung (10) als Einsteckelement (30) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Sicherungseinrichtung (10) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (12, 14), mittels denen die elektronische Sicherungseinrichtung (10) an eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare und gegen Überstrom zu sichernde Leitung angeschlossen wird, mit folgenden Schritten: - Schalten des elektrischen Stroms mittels einer Schaltstrecke eines über eine erste Steuerelektrode (18) steuerbaren Schaltelements (16), dessen Schaltstrecke mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) gekoppelt ist, und - Steuern des Schaltelements (16) mittels einer an die erste Steuerelektrode (18) des Schaltelements (16) angeschlossenen Steuereinheit (20), wobei die Steuereinheit (20) den elektrischen Strom erfasst, mit einem vorgebbaren Vergleichswert vergleicht und die erste Steuerelektrode (18) in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis mit einem ersten Steuersignal beaufschlagt, gekennzeichnet durch die Schritte: - Versorgen der elektronischen Sicherungseinrichtung (10) für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie durch eine Energieversorgungseinheit (22), die zur Aufnahme von Energie mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) gekoppelt ist, und - Einstellen einer elektrischen Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) durch Beaufschlagen einer zweiten Steuerelektrode (26) eines einstellbaren elektrischen Widerstands (24), der in Reihe zur Schaltstrecke des Schaltelements (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (12, 14) angeschlossen ist, mit einem zweiten Steuersignal durch die Steuereinheit (20), wobei eine durch die Energieversorgungseinheit (22) bereitgestellte Versorgungsspannung auf einen vorgebbaren Spannungswert durch Einstellen eines Werts des elektrischen Widerstands (24) mittels des zweiten Steuersignals geregelt wird.