DE102017106896A1

DE102017106896A1 - Elektronischer Schalter für elektronische Sicherung

Info

Publication number: DE102017106896A1
Application number: DE102017106896.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Djelassi; Robert Illing; Cosimo Lamacchia; Mario Tripolt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: US10868418B2; CN108695819B; DE102017106896B4; US20180287365A1; CN108695819A

Abstract

Hierin wird eine elektronische Sicherungsschaltung beschrieben. Gemäß einem Beispiel weist der elektronische Schalter einen Laststrompfad, der im Betrieb über einen Draht mit einer Last gekoppelt ist, auf; der elektronische Schalter ist dazu ausgebildet, einen Laststromversorgungsknoten und die Last über den Draht abhängig von einem Steuersignal zu verbinden oder zu trennen. Weiterhin enthält die elektronische Sicherungsschaltung eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal, das den durch den Draht fließenden Laststrom repräsentiert, zu empfangen und ein erstes Schutzsignal basierend auf dem Stromerfassungssignal und zumindest einem Drahtparameter zu bestimmen. Das erste Schutzsignal lässt erkennen, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen ist. Darüber hinaus enthält die elektronische Sicherungsschaltung eine Logikschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu empfangen und das Steuersignal zu erzeugen, so dass es den elektronischen Schalter dazu veranlasst, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu sperren. Dabei ist die Logikschaltung weiterhin dazu ausgebildet, zumindest ein Auswahlsignal zu empfangen und den zumindest einen Drahtparameter basierend auf dem zumindest einen Auswahlsignal einzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein Aspekte einer elektronischen Schalt- und Schutzschaltung und insbesondere eine Steuerschaltung für einen elektronischen Schalter.
Nahezu jede elektrische Installation (z. B. in einem Automobil, in einem Haus, elektrische Sub-Systeme größerer Installationen) enthalten eine oder mehr Sicherungen, um einen Überstromschutz zu bieten. Standardsicherungen enthalten ein Stück Draht, das, wenn der durch die Sicherung fließende Strom unter einem Nominalstrom liegt, einen niederohmigen Strompfad bietet. Allerdings ist das Stück Draht so ausgelegt, dass es sich aufheizt und schmilzt oder verdampft, wenn der durch die Sicherung fließende Strom den Nominalstrom für eine bestimmte Zeit übersteigt. Sobald die Sicherung einmal ausgelöst wurde, muss sie durch eine neue ersetzt werden.
Sicherungen werden zunehmend durch Schaltkreisunterbrecher (circuit breaker) ersetzt. Bei einem Schaltkreisunterbrecher handelt es sich um einen automatisch betriebenen elektrischen Schalter, der dazu ausgebildet ist, eine elektrische Schaltung gegenüber einer Zerstörung, die durch Überstrom oder Überbelastung oder Kurzschluss erzeugt wird, zu schützen. Schaltkreisunterbrecher können elektromagnetische Relais enthalten, die ausgelöst werden, um die geschützte Schaltung, wenn ein Überstrom (d. h. ein Strom, der den Nominalstrom übersteigt) detektiert wird, von einer Versorgung zu trennen. Bei vielen Anwendungen (z. B. der bordeigenen Leistungsversorgung eines Automobils) können Schaltkreisunterbrecher unter Verwendung eines elektronischen Schalters (z. B. eines MOS-Transistors, eines IGBTs oder dergleichen) verwendet werden, um die geschützte Schaltung im Falle eines Überstromes von der Versorgung zu trennen. Derartige elektronische Schaltkreisunterbrecher können auch als elektronische Sicherungen (E-Sicherungen oder intelligente Sicherungen) bezeichnet werden. Neben ihrer Funktion als Schaltkreisunterbrecher kann eine elektronische Sicherung auch dazu verwendet werden, eine Last regulär ein- und auszuschalten. Üblicherweise wird der Schaltzustand (ein/aus) von elektronischen Schaltern wie beispielsweise einem MOS-Transistor unter Verwendung sogenannter Treiberschaltungen oder einfach Treiber (Gate-Treiber im Fall von MOS-Transistoren) gesteuert.
Allerdings können gewöhnliche Treiberschaltungen zumindest bei einigen elektronischen Schaltkreisunterbrechern (elektronischen Sicherungen oder E-Sicherungen) im Hinblick auf Fehlertoleranz und funktionale Sicherheit ungeeignet sein, was insbesondere bei Automotive-Anwendungen, in denen Standards betreffend die funktionale Sicherheit (z. B. ISO26262) erfüllt werden müssen, ein Thema sein.
ÜBERBLICK
Hierin wird eine elektronische Sicherung beschrieben. Gemäß einem Beispiel besitzt der elektronische Schalter einen Laststrompfad, der im Betrieb über einen Draht mit einer Last gekoppelt ist; der elektronische Schalter ist dazu ausgebildet, einen Laststrom-Versorgungsknoten und die Last über den Draht abhängig von einem Steuersignal zu verbinden oder zu trennen. Weiterhin enthält die elektronische Sicherung eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Strommesssignal, das den durch den Draht fließenden Strom repräsentiert, zu empfangen und basierend auf dem Strommesssignal und zumindest einem Drahtparameter ein erstes Schutzsignal zu bestimmen. Das erste Schutzsignal lässt erkennen, ob der Laststrom-Versorgungsknoten von der Last zu trennen ist. Darüber hinaus enthält die elektronische Sicherungsschaltung eine Logikschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu empfangen und das Steuersignal zu erzeugen, so dass es den elektronischen Schalter dazu veranlasst, den Laststrom-Versorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststrom-Versorgungsknoten von der Last zu sperren. Dabei ist die Logikschaltung weiterhin dazu ausgebildet, zumindest ein Auswahlsignal zu empfangen und den zumindest einen Drahtparameter basierend auf dem zumindest einen Auswahlsignal einzustellen.
Gemäß einem weiteren Beispiel besitzt der elektronische Schalter einen Laststrompfad, der im Betrieb über einen Draht mit einer Last gekoppelt ist; der elektronische Schalter ist dazu ausgebildet, einen Lastversorgungsstromknoten und die Last über den Draht abhängig von einem Steuersignal zu verbinden oder zu trennen. Weiterhin enthält die elektronische Sicherung eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal, das den durch den Draht fließenden Strom repräsentiert, zu empfangen und basierend auf dem Stromerfassungssignal ein erstes Schutzsignal zu bestimmen. Das erste Schutzsignal lässt erkennen, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last über den Draht zu trennen ist. Darüber hinaus enthält die elektronische Sicherung eine Logikschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu empfangen und das Steuersignal zu erzeugen, so dass es den elektronischen Schalter dazu veranlasst, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen. Ferner ist die Überwachungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet, ein Vorwarnsystem, das eine bevorstehende Trennung des Laststromversorgungsknotens von der Last erkennen zu lassen, bereitzustellen.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Schalters beschrieben. Gemäß einem Beispiel beinhaltet das Verfahren die Verwendung des elektronischen Schalters, um einer Last über einen Draht einen Strom von einem Laststromversorgungsknoten zuzuführen, das Empfangen zumindest eines Auswahlsignals und das Einstellen zumindest eines Drahtparameters basierend auf dem zumindest einen Auswahlsignal, und das Erfassen eines durch den Draht fließenden Stroms und das Bereitstellen eines entsprechenden Stromerfassungssignals. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Bestimmen eines ersten Schutzsignals basierend auf dem Strommesssignal und dem zumindest einen Drahtparameter. Das erste Schutzsignal lässt erkennen, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen ist. Wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wird ein Steuersignal für den elektronischen Schalter erzeugt, um den elektronischen Schalter dazu zu veranlassen, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen.
Gemäß einem weiteren Beispiel beinhaltet das Verfahren das Verwenden des elektronischen Schalters, um einer Last über einen Draht Strom von einem Laststromversorgungsknoten zuzuführen, das Erfassen eines durch den Draht fließenden Stroms und das Bereitstellen eines entsprechenden Strommesssignals, und das Bestimmen eines ersten Schutzsignals basierend auf dem Stromerfassungssignal. Das erste Schutzsignal lässt erkennen, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen ist. Des Weiteren wird ein Vorwarnsignal, das eine bevorstehende Trennung des Laststromversorgungsknotens von der Last erkennen lässt, bereitgestellt. Wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wird ein Steuersignal für den elektronischen Schalter erzeugt, um den elektronischen Schalter dazu zu veranlassen, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen.
Figurenliste
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen besser verstehen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich, vielmehr wurde Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Des Weiteren zeigen in den Bezugszeichen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. Zu den Zeichnungen:

1 zeigt schematisch ein Beispiel einer elektronischen Sicherungsschaltung, die einen elektronischen Schalter und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter zu steuern, enthält, und eine Beispiel-Anwendung der elektronischen Sicherungsschaltung.
2 zeigt ein Beispiel der Steuerschaltung von 1 ausführlicher.
3 zeigt ein Beispiel einer bei der Steuerschaltung von 2 verwendeten Logikschaltung.
4 enthält Zeitverlaufsdiagramme, die die Funktion der in 2 gezeigten Steuerschaltung veranschaulichen.
5A ist ein Diagramm, das eine Kennlinienfamilie (Zeit über Strom) für eine 0,35 mm²-Leitung für verschiedene maximale Leitungstemperaturen veranschaulicht.
5B ist ein Diagramm, das eine Kennlinienfamilie (Zeit über Strom) für eine maximale Leitungstemperatur von 25 Kelvin über der Umgebungstemperatur und für verschiedene Leitungsquerschnitte veranschaulicht.
6 zeigt ein Beispiel der bei dem Beispiel von 2 verwendeten Überwachungsschaltung.
7 zeigt ein erstes Beispiel einer E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die die Auswahl eines Drahtquerschnitts und einer maximalen Leitungstemperatur erlaubt.
8 zeigt ein zweites Beispiel einer E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die die Auswahl eines Drahtquerschnitts und einer maximalen Leitungstemperatur erlaubt.
9 zeigt ein erstes Beispiel einer Mehrkanal-E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die die Auswahl von Drahtquerschnitt und maximaler Leitungstemperatur erlaubt.
10 zeigt ein zweites Beispiel einer Mehrkanal-E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die die Auswahl von Drahtquerschnitt und maximaler Leitungstemperatur erlaubt.
11 zeigt ein Beispiel einer Mehrkanal-E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die die Auswahl von Drahtquerschnitt und maximaler Leitungstemperatur unter Verwendung von Widerständen erlaubt.
12 zeigt ein weiteres Beispiel einer Mehrkanal-E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die die Auswahl von Drahtquerschnitt und maximaler Leitungstemperatur unter Verwendung von veränderlichen Widerständen erlaubt.
13 zeigt ein erstes Beispiel einer weiteren E-Sicherungs-(„intelligente Sicherung“)-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Vorwarnsignal bereitzustellen.
14 zeigt ein zweites Beispiel einer weiteren E-Sicherungs-(„intelligente Sicherung“)-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Vorwarnsignal bereitzustellen.
15 zeigt ein drittes Beispiel einer weiteren E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Vorwarnsignal bereitzustellen.
16 zeigt ein viertes Beispiel einer weiteren E-Sicherungs-(„intelligenten Sicherungs“)-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Vorwarnsignal bereitzustellen.
17 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Betrieb eines elektronischen Schalters veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Schaltung, die als elektronische Sicherung betrieben werden kann. Deshalb wird die elektronische Schaltung weiterhin als elektronische Sicherungsschaltung F bezeichnet. Gemäß dem vorliegenden Beispiel enthält eine elektronische Sicherungsschaltung einen elektronischen Schalter 2 mit einem Steuerknoten 21 und einem Laststrompfad zwischen einem ersten Lastknoten 22 und einem zweiten Lastknoten 23. Die elektronische Schaltung enthält weiterhin eine Steuerschaltung 1, die mit dem Steuerknoten 21 des elektronischen Schalters 2 gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter 2 zu steuern. Die elektronische Sicherung F mit dem elektronischen Schalter 2 und der Steuerschaltung 1 kann in einem Halbleiter-Die (Chip) monolithisch integriert sein, oder sie kann in zwei Halbleiter-Dies, die in einem Integrierte-Schaltungs-Pack angeordnet sind, integriert sein. Die elektronische Sicherungsschaltung F ist dazu ausgebildet, eine Last Z (die Leitungen, die die Last anschließen, sind in 1 anhand gestrichelter Linien dargestellt), die mit dem Laststrompfad des elektronischen Schalters 2 in Reihe geschaltet sein kann, zu steuern. Dabei kann die Reihenschaltung des Laststrompfades des elektronischen Schalters 2 und der Last Z zwischen Versorgungsknoten, an denen ein positives Versorgungspotential und ein negatives Versorgungspotential oder Massepotential GND (null Volt) bereitgestellt werden können, angeschlossen sein. Im Folgenden wird eine Spannung zwischen den zwei Versorgungsknoten als Versorgungsspannung V_B bezeichnet. Der durch die Last Z fließende Laststrom i_L kann, zum Beispiel durch einen Mikrokontroller 8, entsprechend einem Eingangssignal S_IN, das der Steuerschaltung 1 zugeführt wird, ein- und ausgeschaltet werden. Allerdings kann das Eingangssignal S_IN abhängig von der Anwendung anstelle durch einen Mikrokontroller durch eine beliebige andere Schaltung erzeugt werden.
Bei einer Beispiel-Anwendung kann die elektronische Sicherungsschaltung F dazu verwendet werden, eine Last in einem Automobil anzusteuern. In diesem Fall handelt es sich bei einer Leistungsquelle, die die Versorgungsspannung V_B liefert, um eine Autobatterie. Allgemein kann „eine Last steuern“ das Ein- oder Ausschalten des durch die Last fließenden Stromes durch Ein- oder Ausschalten des elektronischen Schalters beinhalten. Die Last kann eine beliebige in einem Automobil verwendete Last sein. Beispiele für die Last Z beinhalten unter anderem verschiedene Arten von Lampen, verschiedene Arten von Motoren, Relais, ein Heizungssystem oder dergleichen. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind der elektronische Schalter 2 und die Last Z in einer High-Side-Konfiguration verbunden. Das heißt, die Last Z ist zwischen dem elektronischen Schalter 2 und dem Masseknoten GND angeschlossen. Dies stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar. Der elektronische Schalter 2 und die Last Z können ebenso gut auch in einer Low-Side-Konfiguration oder einer beliebigen anderen Konfiguration angeschlossen sein. Zum Beispiel ist der elektronische Schalter bei einer Low-Side-Konfiguration zwischen der Last Z und dem Masseknoten GND angeschlossen.
Gemäß dem Beispiel von 1 kann die Last Z über einen (z. B. in einer Leitung enthaltenen) elektrisch leitenden Draht an den elektronischen Schalter 2 angeschlossen sein. Abhängig davon, wo sich die die elektronische Schaltung und die betreffende Last Z innerhalb der elektrischen Installation eines Automobils befinden, kann der Draht eine beträchtliche Länge von einigen 10 cm oder sogar mehr (z. B. bis zu 10 m) besitzen. Ein modernes Automobil enthält eine Vielzahl elektrischer Lasten, so dass eine Vielzahl von Drähten erforderlich ist, um die einzelnen Lasten an ihre entsprechenden elektronischen Schalter anzuschließen. Um Kosten und Ressourcen zu sparen kann es wünschenswert sein, die einzelnen Drähte so zu dimensionieren, dass sie einem Nominalstrom der angeschlossenen Last langfristig standhalten. Wenn jedoch der Strom über den Nominalstrom ansteigt, kann der Draht aufgrund von Überhitzung beschädigt oder sogar zerstört werden. Gemäß einer Beispiel-Ausgestaltung kann die Steuerschaltung 1 deshalb eine Stromüberwachungsfunktion aufweisen, um den durch den elektronischen Schalter 2 (und die Last Z) fließenden Laststrom i_L zu überwachen. Die Überwachungsschaltung ermöglicht es, den elektronischen Schalter auszuschalten, um den Draht (und die Last Z) zu schützen, wenn ein Überlastszenario detektiert wird. Ein „Überlastszenario“ ist ein Szenario, das dazu führen kann, dass der Draht und die Last beschädigt oder zerstört würden, wenn der elektronische Schalter 2 (innerhalb einer bestimmten Zeit) nicht ausgeschaltet würde, um den Draht (und die Last Z) von der Leistungsquelle, die die Versorgungsspannung V_B liefert (z. B. die Autobatterie) zu trennen. Dieser Mechanismus wird unten ausführlicher erläutert. Da die elektronische Sicherungsschaltung F dazu ausgebildet ist, die Last Z ein- und auszuschalten und den Draht zu schützen, wird sie im Folgenden auch als Schalt- und Schutzschaltung bezeichnet.
Gemäß dem Beispiel von 1 ist der elektronische Schalter 2 schematisch als Schaltungsblock, der einen Schalter enthält, gezeichnet. Im Folgenden beinhaltet der Ausdruck „elektronischer Schalter“ einen beliebigen Typ von elektronischem Schalter oder elektronischer Schaltungstechnik, der/die einen Steuerknoten 21 und einen Laststrompfad zwischen dem ersten Lastknoten 22 und dem zweiten Lastknoten 23 aufweist und der/die dazu ausgebildet ist, abhängig von einem an dem Steuerknoten 21 empfangenen Steuersignal ein- und ausgeschaltet zu werden. „Eingeschaltet“ bedeutet, dass der elektronische Schalter 2 in einem Ein-Zustand, in dem der elektronische Schalter dazu in der Lage ist, einen Strom zwischen dem ersten Lastknoten 22 und dem zweiten Lastknoten 23 zu leiten, arbeitet. „Ausgeschaltet“ bedeutet, dass der elektronische Schalter 2 in einem Aus-Zustand, in dem der elektronische Schalter 2 dazu in der Lage ist, einen Stromfluss zwischen dem ersten Lastknoten 22 und dem zweiten Lastknoten 23 zu unterbinden, betrieben wird. Gemäß einem Beispiel enthält der elektronische Schalter 2 zumindest einen Transistor. Bei dem zumindest einen Transistor kann es sich zum Beispiel um einen MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor), einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), einen JFET (Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor), einem BJT (BipolarTransistor) oder einen HEMT (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) handeln
Im Folgenden werden Beispiele der Steuerschaltung 1 und ihrer Funktion unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Insbesondere wird die Funktion der Steuerschaltung 1 unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen gezeigte Funktionsblöcke erläutert. Es versteht sich, dass diese Funktionsblöcke die Funktion der Steuerschaltung 1 und nicht ihre konkrete Implementierung repräsentieren. Bei diesen Funktionsblöcken kann es sich um zugeordnete Schaltungsblöcke handeln, die dazu ausgebildet sind, die entsprechende, unten erläuterte Funktion auszuführen. Allerdings ist es möglich, dass die Funktionen der einzelnen Funktionsblöcke durch eine programmierbare Schaltung (Prozessor), die dazu ausgebildet ist, in einem Speicher gespeicherte Software auszuführen, ausgeführt werden.
2 zeigt eine Beispiel-Implementierung der Steuerschaltung 1. Bei diesem Beispiel enthält die Steuerschaltung 1 eine Überwachungsschaltung 4, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Schutzsignal OC basierend auf der Strom-Zeit-Kennlinie des Laststromes i_L zu erzeugen. Der Ausdruck „das erste Schutzsignal OC basierend auf der Strom-Zeit-Kennlinie des Laststroms i_L zu erzeugen“ kann beinhalten, dass die Überwachungsschaltung 4 einen Ist-Strom-Pegel des Laststroms i_L sowie vorangehende Strompegel verarbeitet, um das erste Schutzsignal OC zu erzeugen. Das heißt, die Überwachungsschaltung 4 wertet den Laststrom i_L über einen bestimmten Zeitraum aus, um das erste Schutzsignal OC zu erzeugen. Damit sie den Laststrom i_L auswerten kann, empfängt die Überwachungsschaltung 4 ein Stromerfassungssignal CS und erzeugt das erste Schutzsignal OC basierend auf dem Stromerfassungssignal CS. Das Stromerfassungssignal CS repräsentiert den Laststrom i_L und kann, gemäß einem Beispiel, proportional zum Laststrom i_L sein. Bei dem Beispiel von 2 steht das Stromerfassungssignal CS (das auch als Stromerfassungssignal bezeichnet werden kann) an einem Erfassungsausgang 24 des elektronischen Schalters 2 zur Verfügung. In diesem Fall kann eine Strommessschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Laststrom i_L zu messen und ein Stromerfassungssignal CS bereitzustellen, in den elektronischen Schalter 2 integriert sein. Allerdings stellt dies lediglich ein Beispiel dar. Eine von dem elektronischen Schalter 2 getrennte Strommessschaltung kann ebenso gut verwendet werden. Verschiedene Stromerfassungsschaltungen (z. B. Shunt-Widerstände, Sense-FET-Schaltungen etc.) sind bekannt und werden daher hierin nicht weiter ausführlich erläutert.
Die in 2 dargestellte Steuerschaltung 1 ist dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem ersten Schutzsignal OC und einem an einem ersten Eingangsknoten (z. B. einem Eingangspin) P_IN der elektronischen Sicherungsschaltung F empfangenen Eingangssignal S_IN zu steuern. Das erste Schutzsignal OC sowie das Eingangssignal S_IN werden einer Logikschaltung 3 zugeführt, die basierend auf dem ersten Schutzsignal OC und dem Eingangssignal S_IN ein Steuersignal S_ON erzeugt. Das Steuersignal S_ON wird dem Steuerknoten 21 des elektronischen Schalters 2 direkt oder (z. B. über eine Treiberschaltung 5) indirekt zugeführt, um den elektronischen Schalter 2 ein- oder auszuschalten. Gemäß einem Beispiel kann es sich bei dem Steuersignal S_ON um ein Logiksignal handeln, das einen Ein-Pegel, der anzeigt, dass es gewünscht ist, den elektronischen Schalter 2 einzuschalten, oder einen Aus-Pegel, der anzeigt, dass es gewünscht ist, den elektronischen Schalter 2 auszuschalten, aufweist. Die Treiberschaltung 5 (oder einfach der Treiber) ist dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem entsprechenden Signalpegel des Steuersignals S_ON zu steuern. Der elektronische Schalter 2 enthält zum Beispiel einen Transistor wie beispielsweise einen MOSFET (wie in 2 schematisch dargestellt). Bei einem MOSFET handelt es sich um eine spannungsgesteuerte Halbleitereinrichtung, die abhängig von einer zwischen einem Gateknoten und einem Sourceknoten angelegten Steuerspannung ein- oder ausschaltet. Bei diesem Beispiel ist der Treiber 5 dazu ausgebildet, eine Steuerspannung (Gatespannung) basierend auf dem Steuersignal S_ON zu erzeugen, um den MOSFET entsprechend dem Steuersignal ein- bzw. auszuschalten. Wenn MOSFETs verwendet werden, wird der Treiber 5 auch als Gatetreiber bezeichnet.
Die Schaltung von 3 zeigt eine Beispiel-Implementierung der Logikschaltung 3. Bei dem vorliegenden Beispiel enthält die Logikschaltung 3 ein SR-Latch 31 (Flip Flop) und ein UND-Gatter 32. Ein Rücksetzeingang R des SR-Latches 31 sowie ein erster Eingang des UND-Gatters 32 sind dazu ausgebildet, das Eingangssignal S_IN zu empfangen. Der Setz-Eingang S des SR-Latches 31 ist dazu ausgebildet, das erste Schutzsignal OC zu empfangen. Der invertierende Ausgang Q' des SR-Latches 31 ist mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 32 verbunden. Das Steuersignal S_ON wird an dem Ausgang des UND-Gatters 32 bereitgestellt.
Die Funktion der Logikschaltung 3 wird weiterhin durch die Zeitverlaufsdiagramme von 4 veranschaulicht. Wenn das Eingangssignal S_IN auf einen High-Pegel (der ein EinSchalten des elektronischen Schalters 2 anzeigt, siehe 4, Zeitpunkt t₀ und t₁) wechselt, wird das SR-Latch 31 zurückgesetzt, was zu einem High-Pegel an dem invertierenden Ausgang Q' des SR-Latches 31 führt. Entsprechend „sehen“ beide Eingänge des UND-Gatters 32 einen High-Pegel, und somit liefert der Ausgang des UND-Gatters 32 das Steuersignal S_ON mit einem High-Pegel. Wenn das Eingangssignal S_IN auf einen Low-Pegel (der ein Aus-Schalten des elektronischen Schalters 2 anzeigt, siehe 4, Zeitpunkt t₁ und t₂) wechselt, „sieht“ das UND-Gatter 32 an seinem ersten Eingang einen Low-Pegel, und somit liefert der Ausgang des UND-Gatters 32 das Steuersignal S_ON mit einem Low-Pegel. In anderen Worten, das Eingangssignal S_IN wird, unter der Voraussetzung, dass sich das SR-Latch 31 in seinem zurückgesetzten Zustand befindet, durch die Logikschaltung 3 geleitet (d. h. das Steuersignal S_ON ist gleich dem Eingangssignal S_IN). Sobald das SR-Latch 31 dadurch, dass das erste Schutzsignal OC auf einen High-Pegel wechselt, gesetzt wird, wird der invertierende Ausgang Q' des SR-Latches 31 auf einen Low-Pegel gesetzt (siehe 4, Zeitpunkt t₃). Entsprechend sieht das UND-Gatter 32 an seinem zweiten Eingang einen Low-Pegel, und somit wird das Steuersignal S_ON auf einen Low-Pegel gesetzt. In anderen Worten, das Eingangssignal S_IN wird durch das UND-Gatter 32 ausgetastet. Das Steuersignal S_ON bleibt auf einem Low-Pegel, bis das Eingangssignal S_IN auf einen Low-Pegel (der ein Ausschalten des elektronischen Schalters 2 anzeigt, siehe 4, Zeitpunkt t₄) und erneut auf einen High-Pegel (der ein Einschalten des elektronischen Schalters 2 anzeigt, siehe 4, Zeitpunkt t₅) gesetzt wird, was zu einem Zurücksetzen des SR-Latches 31 führt. Es wird erneut darauf hingewiesen, dass die Funktion der Beispiel-Implementierung von 3 auf verschiedene Arten implementiert werden kann.
Wie oben erwähnt kann der Draht, der die Last Z und die elektronische Sicherungsschaltung F verbindet, dazu ausgelegt sein, einem Nominalstrom der Last Z standzuhalten. Die Lebenszeit eines Drahts (oder einer Leitung) hängt von der Drahttemperatur ab. Bei den 5A und 5B handelt es sich um Diagramme, die eine Kennlinienfamilie enthalten, bei der jede Kennlinie einer bestimmten Kombination aus maximaler Temperaturdifferenz dT (maximale Temperatur über der Umgebungstemperatur) und Leitungsquerschnitt (Querschnittsfläche in mm²) zugeordnet ist. Jede Kennlinie repräsentiert den Zusammenhang zwischen dem Strom und dem maximal zulässigen Zeitraum, für den der Draht den Strom tragen kann, ohne die maximale Temperaturdifferenz zu überschreiten. 5A enthält Kennlinien für verschiedene Temperaturdifferenzen dT und eine feste Querschnittsfläche von 0,35 mm², während 5B Kennlinien für eine feste Temperaturdifferenz dT von 25 K (Kelvin) und verschiedene Querschnittsflächen enthält. Wie aus 5A und 5B zu sehen ist, kann ein Draht mit einer Querschnittsfläche von 0,25 mm² einen Strom von näherungsweise 9 A (Ampere) für eine praktisch unbegrenzte Zeit tragen, ohne eine Temperaturdifferenz dT von 25 K über der Umgebungstemperatur zu überschreiten. Wie aus 5B zu sehen ist, kann ein Draht mit einer Querschnittsfläche von 0,75 mm², bevor er eine Temperaturdifferenz dT von 25 K über der Umgebungstemperatur übersteigt, einen Strom von 10 A (Ampere) für näherungsweise 100 Sekunden tragen. Allgemein ist der zulässige Zeitraum für eine gegebene Querschnittsfläche und eine gegebene Temperaturdifferenz umso kürzer, je höher der Strom ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den Diagrammen von 5A und 5B gezeigten Kennlinien in einer doppelt-logarithmischen Darstellung einen linear fallenden Zweig aufweisen.
Wie aus 5A und 5B zu sehen ist, ist eine Temperaturdifferenz dT_x (z. B. Temperaturwerte dT₁, dT₂, dT₃, dT₄, dT₅, dT₆) mit einer gegebenen Integrationszeit t_x (z. B. Zeiten t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆) für einen gegebenen Strom (siehe Fig. 5A, Strom i_x) und einer bestimmten Querschnittsfläche (bei dem Beispiel von 5A z. B. 0,35 mm²) verbunden. Daher kann ein Temperaturwert dT für einen bestimmten Drahtquerschnitt durch Integrieren des durch den Draht fließenden Stromes ix über die Zeit bestimmt werden, und das erste Schutzsignal OC kann ein Ausschalten des elektronischen Schalters 2 anzeigen, wenn der Temperaturwert dT eine definierte erste Referenztemperaturdifferenz dT_x erreicht. Die erwähnte Integration kann unter Verwendung eines digitalen Filters, das in der Überwachungsschaltung 4 (siehe 2) enthalten sein kann, effizient implementiert werden. Eine Beispiel-Implementierung einer Überwachungsschaltung ist in 6 dargestellt.
Im Wesentlichen ist die Überwachungsschaltung von 6 dazu ausgebildet, das erste Schutzsignal OC basierend auf dem Stromerfassungssignal CS zu bestimmen. Wie erwähnt kann die Integration in einem digitalen Filter 42, das eine integrierende Charakteristik aufweist, erreicht werden. Gemäß dem gezeigten Beispiel wird das Stromerfassungssignal CS, bei dem es sich um eine zu dem Laststrom i_L proportionale Spannung handeln kann, dem Eingangsfilter 45, bei dem es sich um ein (optionales) analoges Tiefpassfilter handeln kann, zugeführt. Der Ausgang des Filters 45 kann mit dem Eingang des Analog-nach-Digital-Wandlers (ADC) 41, der dazu ausgebildet ist, das gefilterte Stromerfassungssignal CS zu digitalisieren, verbunden sein. Der ADC 41 kann eine logarithmische Charakteristik aufweisen, um den in 5A und 5B gezeigten logarithmischen Kennlinien Rechnung zu tragen. Das (logarithmierte) digitale Stromerfassungssignal CS_DIG wird dann durch ein digitales Filter 42 in einen Temperaturwert dT umgewandelt. Der resultierende Temperaturwert dT (der eine Temperaturdifferenz oberhalb der Umgebungstemperatur repräsentiert) wird dann einem digitalen Komparator 43, der dazu ausgebildet sein kann, das erste Schutzsignal OC auf einen High-Pegel zu setzen, wenn der an dem Ausgang des Digitalfilters 42 bereitgestellte Temperaturwert dT die für einen bestimmten Drahtquerschnitt erste spezifische Referenztemperaturdifferenz dT_x (z. B. 25 K) übersteigt, zugeführt.
Wie erwähnt ist das digitale Filter 42 dazu ausgebildet, den (durch das digitalisierte Stromerfassungssignal CS_DIG repräsentierten) Laststrom und eine zugehörige Integrationszeit, während der der Strom durch den Draht fließt, in einen Temperaturwert umzuwandeln. Bei dem vorliegenden Beispiel hängt die Filtercharakteristik 42 von der Querschnittsfläche des Drahts, der den Strom trägt, ab und kann durch die in dem Diagramm von 5A (für eine Beispiel-Querschnittsfläche von 0,35 mm²) repräsentiert werden. Bei einem konkreten Beispiel können die Kennlinien in einer Nachschlagtabelle, d. h. durch Speichern einer Vielzahl von Stützpunkten der Kennlinien in einem Speicher gespeichert werden. Werte zwischen zwei Stützpunkten können unter Verwendung von z. B. Interpolation bestimmt werden.
Herkömmliche Sicherungen werden für einen bestimmten Auslösestrom und mit einer bestimmten Auslösezeit (träge Sicherungen, mittelträge Sicherungen, flinke Sicherungen) erzeugt, wobei die Auslösezeit wie oben erläutert (siehe 5A und 5B) einer bestimmten Kombination von Referenztemperatur dT_x und Querschnitt entspricht. Es wäre jedoch wünschenswert, über eine konfigurierbare Sicherung zu verfügen, die für verschiedene Drahtparameter wie beispielsweise Drahtdurchmesser und maximale Temperaturwerte dT_x (maximale Temperatur über der Umgebungstemperatur) verwendet werden kann.
7 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Sicherungsschaltung, die weiterhin als intelligente Sicherungsschaltung 10 gezeichnet wird. Die Schaltung von 7 ist im Wesentlichen dieselbe wie die Schaltung von 2, und es wird Bezug genommen auf die entsprechende Beschreibung. Allerdings ist die Logikschaltung 3 ausgeklügelter als bei dem Beispiel von 2, und die Überwachungsschaltung 4 ist entsprechend 6, bei der das analoge Tiefpassfilter 45 weggelassen wurde (das Tiefpassfilter 45 ist optional), implementiert. Allerdings ist die Überwachungsschaltung 4 bei dem vorliegenden Beispiel, abweichend von dem Beispiel in 6, konfigurierbar, so dass ihre Charakteristik basierend auf zumindest einem Drahtparameter, der es zum Beispiel erlaubt, eine Kennlinie für einen bestimmten Drahtquerschnitt und eine gewünschte Referenztemperaturdifferenz dT_x auszuwählen, konfigurierbar. Bei den hierin beschriebenen Beispielen ist oder repräsentiert der zumindest eine Drahtparameter die Leitungsquerschnittsfläche oder den maximalen Temperaturwert über der Umgebungstemperatur, oder beides. Wie in den Diagrammen von 5 zu sehen ist, bestimmen diese zwei Drahtparameter eine bestimmte Kennlinie, die das gewünschte Verhalten der elektronischen Sicherungsschaltung für einen bestimmten Draht/für eine bestimmte Leitung repräsentiert. Es versteht sich, dass andere Parameter als ein Drahtdurchmesser oder eine absolute Temperatur (z. B. falls eine Umgebungstemperatur gemessen wird) als Drahtparameter verwendet werden können. Weiterhin muss ein Drahtparameter nicht notwendigerweise proportional zu einer physikalischen Größe (wie beispielsweise Querschnittsfläche oder Temperatur) sein, sondern er kann ein lediglich nummerischer Parameter sein, der die Bestimmung (z. B. Auswahl) der durch die Überwachungsschaltung verwendeten, gewünschten Kennlinie erlaubt. Wie in 7 gezeigt kann es sich bei der intelligenten Sicherungsschaltung um eine integrierte Schaltung handeln, die auf einem Chip-Pack angeordnet ist, wobei die elektronische Schaltung 2 und die verbleibenden Schaltungskomponenten (Treiber 5, Logikschaltung 3 und Überwachungsschaltung 4) in demselben Halbleiter-Die oder in zwei getrennte Halbleiter-Dies, die in dem Chip-Pack angeordnet sind, integriert sein können. Allerdings kann die intelligente Sicherungsschaltung 10 bei anderen Ausgestaltungen in zwei oder mehr getrennte Chip-Packs aufgeteilt sein.
Der Laststrompfad des elektronischen Schalters 2 kann zwischen einem Versorgungspin SUP und einem Ausgangspin OUT der intelligenten Sicherungsschaltung 10 angeschlossen sein. Grundsätzlich kann die Logikschaltung 3 dazu ausgebildet sein, von einem Mikrokontroller oder einer anderen Steuerungsschaltungstechnik zumindest einen Drahtparameter, der bei dem vorliegenden Beispiel eine Information über eine Drahtquerschnittsfläche A und eine Refereneztemperaturdifferenz dT_x enthält, zu empfangen. Wie in 6 gezeigt kann die Logikschaltung 3 dazu ausgebildet sein, über einen Eingangspin IN (Eingangssignal S_IN, siehe auch 2) und Eingangspins SEL_WIRE und SEL_dT (Auswahlsignale S_S1 und S_S2 repräsentieren eine Drahtquerschnittsfläche und eine Temperaturdifferenz) Signale von einem Controller zu empfangen und ein Steuersignal S_ON für den elektronischen Schalter 2 zu liefern. Der Treiber 5 kann dazu ausgebildet sein, das Signal S_ON, welches ein binäres Logiksignal ist, in eine Steuerspannung oder einen Steuerstrom, die/der geeignet ist, den elektronischen Schalter 2 ein- und auszuschalten, umzuwandeln. Wie bei dem Beispiel von 2 empfängt die Überwachungsschaltung 4 ein (analoges) Stromerfassungssignal CS und erzeugt basierend auf diesem Stromerfassungssignal CS das erste Schutzsignal OC, das zum Beispiel durch die Logikschaltung 3, wie bei dem Beispiel von 3 gezeigt, verarbeitet werden kann.
Basierend auf der Information, die in dem zumindest einen Drahtparameter enthalten ist und z. B. von dem Controller empfangen wird, kann die Steuerlogik 3 das digitale Filter 42 und/oder den Komparator 43 konfigurieren, so dass die Charakteristik der Überwachungsschaltung 4 einer bestimmten Kombination von Drahtquerschnittsfläche A und Referenztemperaturdifferenz dT_x entspricht. Bei dem vorliegenden Beispiel kann die Überwachungsschaltung 4 basierend auf den an den Eingangspins SEL_WIRE und SEL_dT empfangenen Auswahlsignalen S_S1 und S_S2 konfiguriert werden. Dabei kann das Auswahlsignal S_S1 als einen ersten Drahtparameter eine Referenztemperaturdifferenz dT_x (die in dem Komparator als Temperaturschwellenwert verwendet wird) repräsentieren, und das Auswahlsignal S_S2 kann als zweiten Drahtparameter eine Querschnittsfläche A des Drahts repräsentieren. Der in 4 gezeigte Massepin GND ist mit einem Referenzpotential, z. B. Massepotential, gekoppelt und mit der Logikschaltung 3 und anderen Schaltungskomponenten, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb ein Referenzpotential benötigen, verbunden. Es versteht sich, dass der erste und zweite Drahtparameter bei einer anderen Ausgestaltung auch in ein einziges (z. B. digitales) Auswahlsignal codiert werden kann.
Bei dem Auswahlsignalen S_S1 und S_S2 kann es sich um analoge Signale (z. B. eine Spannung oder einen Strom) handeln, und die Steuerlogik 3 kann dazu ausgebildet sein, die Auswahlsignale S_S1 und S_S2 zu digitalisieren. Zum Beispiel kann der Ist-Pegel der Auswahlsignale S_S1 und S_S2 durch Anschließen eines Widerstandes zwischen dem Eingangspin SEL_WIRE und einem Referenzpotential und eines weiteren Widerstands zwischen dem Eingangspin SEL_dT und einem Referenzpotential eingestellt werden. Die Widerstandswerte der Widerstände und das Referenzpotential bestimmen den Pegel der Auswahlsignale S_S1 und S_S2 (siehe auch 11 und 12). Das Beispiel von 8 zeigt eine Modifikation des vorangehenden Beispiels von 7, bei dem die Information über die Drahtquerschnittsfläche und die erste Referenztemperatur dT_x über eine digitale Kommunikationsschnittstelle 6 an die Logikschaltung 3 übertragen wird. Bei der Kommunikationsschnittstelle 6 kann es sich zum Beispiel um eine serielle Busschnittstelle wie beispielsweise eine serielle Peripherieschnittstelle (engl.: „serial peripheral interface“; SPI) oder eine Busschnittstelle zwischen integrierten Schaltungen (engl.: „Inter-Integrated-Circuit-(I²C)-bus interface“) oder ähnliches handeln. Allerdings kann anstelle eines seriellen Busses auch eine parallele Busübertragung verwendet werden. Der mit PIN bezeichnete Bus-Pin repräsentiert einen oder mehr Pins, die verwendet werden, um einen Controller über Busleitungen anzuschließen. Basierend auf dieser Information, die die Logikschaltung 3 über die Kommunikationsschnittstelle 6 empfängt, kann die Charakteristik des digitalen Filters 42 und des Komparators 43 so konfiguriert werden, dass die Gesamtcharakteristik der Überwachungsschaltung einem gewünschten Drahtquerschnitt und einer gewünschten Differenztemperaturdifferenz dT_x entspricht. Wie erwähnt kann die Filtercharakteristik des digitalen Filters 42 von der Drahtquerschnittsfläche A abhängen, und die Charakteristik des Komparators 43 (der Komparatorschwellenwert) kann von der gewünschten Referenztemperaturdifferenz dT_x abhängen.
Bei den Beispielen von 7 und 8 ist an die intelligente Sicherungsschaltung 10 nur eine einzige Last angeschlossen. Allerdings kann eine intelligente Sicherungsschaltung zwei oder mehr Ausgangskanäle besitzen, um zwei oder mehr Lasten anzusteuern, wobei eine Last zum Beispiel eine einfache elektrische Komponente wie eine Lampe oder ein komplexeres Elektronikmodul wie zum Beispiel ein Bordnetzsteuermodul (engl.: „body control module“; BCM) oder ein beliebiges anderes Elektroniksteuermodul (ECU) bei Automotive-Anwendungen sein kann. Andere Anwendungen (Nicht-Automotive) wurden auch bedacht. Das Beispiel von 9 zeigt eine intelligente Mehrkanalsicherungsschaltung 10, die eine Mehrzahl von Ausgangskanälen aufweist. Entsprechend weist die intelligente Sicherungsschaltung 10 einen Versorgungspin SUP und eine Mehrzahl von Ausgangspins OUT₁, OUT₂, ..., OUT_n auf. Der Versorgungspin SUP ist an einen Draht (eine Leitung) 61, die den Versorgungspin SUP mit einem Versorgungsanschluss (z. B. einem Batterieanschluss), der eine mit V_BAT bezeichnete Versorgungsspannung bereitstellt, verbunden. Zwischen jedem der Ausgangspins OUT₁, OUT₂, ..., OUT_n und ein Referenzpotential (z. B. Masse) kann eine Last angeschlossen sein. Um die Figur klar und einfach zu halten, ist in 9 nur eine Last Z gezeigt, und die Last Z ist über einen Draht (eine Leitung) 62 an den entsprechenden Ausgangspin OUT₁ angeschlossen. Bei der intelligenten Sicherungsschaltung 10 enthält jeder Ausgangskanal einen elektronischen Schalter, der (wenn er eingeschaltet ist) einen Strompfad zwischen dem Versorgungspin SUP und dem betreffenden Ausgangspin OUT₁, OUT₂, ..., OUT_n bereitstellt. Somit ist die intelligente Sicherungsschaltung 10 dazu ausgebildet, einen Draht 62 und einen Draht 61 zu verbinden und zu trennen. Weiterhin ist mit jedem elektronischen Schalter eine Überwachungsschaltung 4 gekoppelt, um für jeden Ausgangskanal ein Schutzsignal OC zu erzeugen. Die Logikschaltung 3 ist dazu ausgebildet, sämtliche Schutzsignale OC zu verarbeiten und für jeden Ausgangskanal ein Steuersignal S_ON bereitzustellen. Über Eingangspins IN₁, ..., IN_n werden der Logikschaltung 3 Eingangssignale S_IN,1, ..., S_IN,n zugeführt, wobei jedes Eingangssignal zu einem der Auslasskanäle gehört. Ähnlich werden der Logikschaltung 3 über Eingangspins SEL_WIRE,1, ..., SEL_WIRE,n und SEL_dT,1, ..., SEL_dT,n Auswahlsignale zuführt. Diese Auswahlsignale tragen eine Information betreffend die für die verschiedenen Ausgangskanäle verwendeten Drahtparameter. Die Überwachungsschaltung eines jeden Ausgangskanals kann, wie oben unter Bezugnahme auf 7 oder 8 erläutert, basierend auf dem Pegel der Ausgangssignale konfiguriert werden. Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Mikrocontroller 50 dazu ausgebildet, die Eingangssignale S_IN,1, ..., S_IN,n und die zugehörigen Auswahlsignale zu erzeugen.
10 zeigt ein weiteres Beispiel einer intelligenten Mehrkanalsicherungsschaltung 10, die im Wesentlichen eine Mehrkanalerweiterung des Grundbeispiels von 8 darstellt. Für jeden Kanal werden die Drahtparameter (z. B. eine Information betreffend die Drahtquerschnittsfläche und die Referenztemperaturdifferenz dT_x) durch einen Mikrocontroller 50 über einen digitalen Bus 70 (z. B. SPI-Bus, I²C-Bus etc.) an die intelligente Sicherungsschaltung 10 übertragen. Abgesehen von der digitalen Kommunikationsschnittstelle ist das Beispiel von 6 dasselbe oder sehr ähnlich zu dem Beispiel von 9, und es wird Bezug genommen auf die entsprechende Beschreibung oben.
11 zeigt ein Beispiel einer intelligenten (Einkanal)-Sicherungsschaltung, die es erlaubt, die Drahtquerschnittsfläche A und die gewünschte Referenztemperaturdifferenz dT_x über externe Widerstände (Widerstände, die extern an die intelligente Sicherungsschaltung 10 anschließbar sind) einzustellen. Dies ermöglicht eine sehr einfache Konfiguration der intelligenten Sicherungsschaltung durch passive elektronische Komponenten ohne das Erfordernis eines komplexen Mikrocontrollers. Bei dem vorliegenden Beispiel gehören die Pins SEL_dT,1, ..., SEL_dT,n nicht zu unterschiedlichen Ausgangskanälen, sondern zu unterschiedlichen bit-Positionen eines digitalen Auswahlsignals (z. B. ähnlich dem in 9 gezeigten Auswahlsignal S_S2). Im Fall n=4 erlauben es vier Pins SEL_dT,1, SEL_dT,2, SEL_dT,3, SEL_dT,4, ein Vier-Bit-Auswahlsignal S_S2 zu empfangen und 2⁴=16 unterschiedliche Referenztemperaturdifferenzen dT_x (Maximaltemperatur über der Umgebungstemperatur) zu unterscheiden. Analog sind die Pins SEL_WIRE,1, ..., SEL_WIRE,n verschiedenen Bit-Positionen eines digitalen Auswahlsignals S_S1 zugeordnet. Im Fall n=3 ermöglichen es drei Pins SEL_WIRE,1, SEL_WIRE,2, SEL_WIRE,3, ein Drei-Bit-Auswahlsignal S_S1 zu empfangen und 2³=8 verschiedene Querschnittsflächenwerte des angeschlossenen Drahts zu unterscheiden. Um die einzelnen Bits der Signale S_S1 und S_S2 einzustellen, kann jeder der Pins SEL_dT,1, ..., SEL_dT,n und SEL_WIRE,1, ..., SEL_WIRE,n entweder mit einem Schaltungsknoten, der eine definierte Spannung V_D bereitstellt, oder mit dem Referenzpotential (z. B. Masse GND) gekoppelt werden. Bei dem vorliegenden Beispiel können die Pins über Schalter S₁, ..., S_n bzw. Schalter S_W1, ..., S_Wn entweder mit dem Schaltungsknoten, der die Spannung V_D bereitstellt, oder mit Masse GND gekoppelt werden. Widerstände R1, ..., Rn bzw. R_W1, ..., R_Wn können zwischen die Eingangspins SEL_dT,1, ..., SEL_dT,n und SEL_WIRE,1, ..., SEL_WIRE,n und die Schalter S₁, ..., S_n bzw. S_W1, ..., S_Wn geschaltet werden, um den Strom während des Schaltens zu begrenzen, oder sie können Teil einer ESD-(Elektrostatische Entladungs)-Schutzstruktur sein. Abhängig von der Anwendung können die Widerstände auch weggelassen werden oder in der intelligenten Sicherungsschaltung 10 enthalten sein. Die Spannung V_D kann zum Beispiel durch einen Spannungsregler REG basierend auf der Batteriespannung V_BAT bereitgestellt werden. Die in der intelligenten Sicherungsschaltung 10 enthaltene Logikschaltung 3 kann die digitalen Auswahlsignale S_S1 und S_S2 ähnlich wie bei dem Beispiel von 8, bei dem eine Information betreffend die Drahtquerschnittsfläche A und die Referenztemperaturdifferenz dT_x über einen Bus übertragen wird, verarbeiten.
12 zeigt eine Modifikation des Beispiels von 11, bei der Drahtparameter (z. B. die Information über die Drahtquerschnittsfläche A und die Referenztemperaturdifferenz dT_x) über einstellbare Widerstände R₁ und R_W1 (z. B. Potentiometer), die zwischen einen Eingangsknoten, der eine (z. B. konstante) Spannung V_X bereitstellt, und einen Eingangspin SEL_dT bzw. einen Eingangspin SEL_WIRE gekoppelt sind, eingestellt werden. Die Spannung V_X kann eine geregelte Referenzspannung (wie beispielsweise bei dem Beispiel von 11 die Spannung V_D) sein, oder sie kann auch null sein (z. B. kann der Schaltungsknoten, der die Spannung V_X bereitstellt, ein Masseknoten sein). Der Widerstandwert der Widerstände R₁ und R_W1 bestimmt den Strom, der durch die Widerstände R₁ und R_W1 fließt und der durch die intelligente Sicherungsschaltung 10 über die Eingangspins SEL_WIRE und SEL_dT gespeist oder abgeleitet werden muss. Die durch die Widerstände R_W1 und R₁ fließenden Ströme können als Auswahlsignale S_S1 bzw. S_S2 angesehen werden, und die intelligente Sicherungsschaltung 10 kann dazu ausgebildet sein, den Strompegel dieser Auswahlsignale S_S1 und S_S2 auszuwerten und die Überwachungsschaltung 4, wie bereits weiter oben unter Bezugnahme auf die 7 bis 11 erörtert, konfigurieren. Zum Beispiel kann die Logikschaltung 3 (siehe 7) Analog-nach-Digital-Wandler enthalten, um die analogen Auswahlsignale S_S1 und S_S2 in digitale Signale umzuwandeln, und die Logikschaltung 3 kann die resultierenden digitalen Auswahlsignale auf eine ähnliche Weise wie bei dem vorangehenden Beispiel von 11 verarbeiten.
Bei den oben unter Bezugnahme auf die 7 bis 12 beschriebenen Beispiele kann die Drahtquerschnittsfläche A ebenso wie die Referenztemperaturdifferenz dT_x entweder durch einen Mikrocontroller (oder eine ähnliche Schaltungstechnik) oder durch passive Schaltungskomponenten wie Widerstände eingestellt werden. Bei jedem Beispiel ist die in der intelligenten Sicherungsschaltung 10 enthaltene Überwachungsschaltung 4 dazu ausgebildet, ein erstes Schutzsignal OC basierend auf dem Stromerfassungssignal CS, das den durch den elektronischen Schalter fließenden Strom repräsentiert, zu erzeugen. Insbesondere schätzt die Überwachungsschaltung 4 eine Drahttemperatur dT (Temperatur über der Umgebungstemperatur) basierend auf dem Stromerfassungssignal CS ab und vergleicht die geschätzte Drahttemperatur dT mit der ersten Referenztemperaturdifferenz dT_x. Wenn die geschätzte Drahttemperatur dT die erste Referenztemperaturdifferenz dT_x übersteigt, wird das erste Schutzsignal OC auf einen Logikpegel gesetzt, der ein Ausschalten des elektronischen Schalters anzeigt. Allerdings kann ein ledigliches Ausschalten einer Systemkomponente (d. h. einer Last) im Hinblick auf die funktionale Sicherheit eines (z. B. Automotive)-Systems oder -Subsystems problematisch sein. Wenn eine Systemkomponente plötzlich ausfällt und geschaltet wird, kann das ganze System versagen; der Schutz einer Systemkomponente kann somit zu einem Fehler des gesamten Systems führen. Abhängig von der Anwendung kann ein derartiges Szenario gefährlich sein und es kann erforderlich sein, derartige Szenarien zu verhindern.
Die folgenden Beispiele der 13 bis 16 stellen ein Merkmal bereit, das es erlaubt, einen Controller oder eine andere Steuerschaltungstechnik über ein bevorstehendes Ausschalten des in der intelligenten Sicherungsschaltung 10 enthaltenen elektronischen Schalters und damit über eine bevorstehende Trennung des Versorgungsknotens SUP und der Last „vorzuwarnen“. In anderen Worten, die intelligente Sicherung ist dazu in der Lage, ein Vorwarnsignal zu erzeugen, bevor die Sicherung tatsächlich „geblasen“ (d. h. ein Ausschalten des elektronischen Schalters ausgelöst) wird. Die Auswahl des Drahtquerschnitts und der Referenztemperatur wurde bei den folgenden Beispielen weggelassen. Es versteht sich jedoch, dass ein beliebiges der Beispiele der 13 bis 16 mit einem beliebigen der Beispiele der 7 bis 12 kombiniert werden kann; allerdings müssen sie nicht mit den Beispielen der 7 bis 12 kombiniert werden.
13 zeigt eine intelligente Sicherungsschaltung 10, die sehr ähnlich zu der Schaltung von 2 ist. Entsprechend enthält die intelligente Sicherungsschaltung 10 eine Logikschaltung 3, die dazu ausgebildet ist, z. B. über einen Eingangspin IN ein Eingangssignal S_IN zu empfangen. Die Logikschaltung 3 ist dazu ausgebildet, abhängig von dem Pegel des ersten Schutzsignals OC entweder das Eingangssignal S_IN durchzuleiten und es als Steuersignal S_ON bereitzustellen, oder das Eingangssignal S_IN auszutasten. Bei den Signalen S_IN und S_ON handelt es sich um binäre Logiksignale. Das Steuersignal S_ON wird einer Steuerelektrode eines elektronischen Schalters 2 entweder direkt zugeführt, oder über eine Treiberschaltung 5, die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Steuersignal S_ON Spannungs- oder Stromsignale, die geeignet sind, den elektronischen Schalter ein- und auszuschalten, zu erzeugen. Die intelligente Sicherungsschaltung enthält eine Stromerfassungsschaltung (nicht gezeigt), die in dem elektronischen Schalter 2 enthalten oder mit diesem gekoppelt sein kann. Die Stromerfassungsschaltung liefert ein Stromerfassungssignal CS, das den durch den elektronischen Schalter (und damit durch die Last und den Draht zwischen der intelligenten Sicherungsschaltung 10 und der Last) fließenden Laststrom i_L repräsentiert. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Überwachungsschaltung 4 im Wesentlichen dieselbe wie bei den Beispielen der 7 und 8, und es wird Bezug genommen auf die entsprechende Beschreibung. Wie erwähnt wird das Stromerfassungssignal CS durch den ADC 41, der eine logarithmische Übertragungscharakteristik aufweisen kann, digitalisiert. Das digitalisierte Stromerfassungssignal CS_DIG wird durch ein Digitalfilter 42, dessen Filtercharakteristik von einem Parameter, der die Drahtquerschnittsfläche repräsentiert, abhängen kann, gefiltert. Das Ausgangssignal des Digitalfilters 42 kann als abgeschätzte Temperaturdifferenz dT (bezüglich der Raumtemperatur) angesehen werden. Diese abgeschätzte Temperaturdifferenz dT wird durch einen Komparator 43 mit einer ersten Referenztemperaturdifferenz dT_x verglichen, und das Komparatorausgangssignal wird als erstes Schutzsignal OC, das ein Ausschalten des elektronischen Schalters anzeigt, wenn die abgeschätzte Temperaturdifferenz dT die erste Referenztemperaturdifferenz dT_x erreicht oder übersteigt, verwendet.
Um die oben erwähnte Vorwarnung zu erzeugen, wird durch einen weiteren Komparator 43' ein zweites Schutzsignal PRE erzeugt. Entsprechend empfängt der weitere Kmoparator 43' die durch das digitale Filter 42 bereitgestellte, abgeschätzte Temperaturdifferenz dT und setzt das zweite Schutzsignal PRE auf einen Logikpegel, der die Vorwarnung anzeigt, wenn die abgeschätzte Temperaturdifferenz dT eine zweite Referenztemperaturdifferenz dT_y erreicht oder übersteigt. Die zweite Referenztemperaturdifferenz dT_y kann geringer als die erste Referenztemperaturdifferenz dT_x sein. Die Differenz dT_x - dT_y kann entweder konstant oder auf eine ähnliche Weise gewählt sein wie der dT_x-Wert. Das zweite Schutzsignal PRE kann an einem Ausgangspin INT der intelligenten Sicherungsschaltung 10 bereitgestellt werden. Bei einer Ausgestaltung kann der Ausgangspin INT an einen Interrupt-Pin eines Mikrocontrollers angeschlossen sein, der somit in der Lage ist, auf einen durch das zweite Schutzsignal PRE ausgelösten Hardware-Interrupt zu reagieren. Im Hinblick auf die anderen Eingangs-, Versorgungs- und Ausgangspins IN, OUT, SUP, GND wird Bezug genommen auf die Beispiele von 7 und 8.
Das Beispiel von 14 stellt eine Modifikation des vorangehenden Beispiels von 13 dar. Im Gegensatz zu dem vorangehenden Beispiel ist das erste Schutzsignal OC lediglich eine verzögerte Version des zweiten Schutzsignals PRE, und es wird lediglich eine Referenztemperaturdifferenz dT_x verwendet, um die Signale PRE und OC zu erzeugen. Abgesehen von der Überwachungsschaltung 4 sind 13 und 14 im Wesentlichen gleich. Allerdings enthält die Überwachungsschaltung 4 im Vergleich zu dem vorangehenden Beispiel von 13 ein zusätzliches Verzögerungselement 44, das mit dem Ausgang des Komparators 43 gekoppelt ist, so dass das Verzögerungselement eine verzögerte Version des Komparatorausgangssignals liefert. Bei dem vorliegenden Beispiel wird das verzögerte Ausgangssignal des Komparators 43 als erstes Schutzsignal OC verwendet, und das unverzögerte Ausgangssignal des Komparators 43 wird als zweites Schutzsignal PRE verwendet. Wenn die durch das Filter 42 bereitgestellte, abgeschätzte Temperaturdifferenz dT die erste Referenztemperaturdifferenz dT_x erreicht, signalisiert das zweite Schutzsignal PRE an dem Ausgangspin INT eine Vorwarnung (die z. B. bei einem an dem Pin INT angeschlossenen Controller einen Interrupt auslösen kann). Eine definierte Verzögerungszeit später kann ein Ausschalten des elektronischen Schalters 2 initiiert werden. Die Verzögerungszeit kann fest oder auf eine ähnliche Weise wie andere Parameter wie der Drahtquerschnitt konfigurierbar sein.
Bei dem Beispiel von 15 wird ein Signal, das die abgeschätzte Drahttemperaturdifferenz dT, die durch das in der Überwachungsschaltung 4 enthaltene Filter 42 bereitgestellt wird, als zweites Schutzsignal (Vorwarnsignal) verwendet. Das Beispiel von 5 ist dasselbe wie das vorangehende Beispiel von 13 mit der Ausnahme, das der weitere Komparator 43' durch einen Digital-nach-Analog-Wandler (DAC) 46 ersetzt wurde. Dementsprechend empfängt der DAC 46 die an dem Ausgang des Filters 42 bereitgestellte, abgeschätzte Temperaturdifferenz dT und erzeugt ein entsprechendes analoges Temperatursignal, das an einem Ausgangspin IWT als zweites Schutzsignal PRE' bereitgestellt wird. Ein Mikrocontroller (wie beispielsweise der Mikrocontroller 50, siehe 9) oder eine beliebige andere an den Ausgangspin IWT angeschlossene Steuerschaltungstechnik kann das analoge Temperatursignal auswerten und Aktionen wie beispielsweise einen Alarm oder eine Notabschaltung von anderen Komponenten auslösen, wenn die durch das zweite Schutzsignal PRE' angezeigte Temperaturdifferenz einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Zum Beispiel kann die bei dem vorangehenden Beispiel von 13 erreichte Auswertung durch den Komparator 43' nun durch den externen Controller (der ebenfalls dazu ausgebildet sein kann, den Wert dT_x auszuwählen) erreicht werden. Für die weitere Beschreibung von 14 wird Bezug genommen auf die Beschreibung von 13.
Das Beispiel von 16 ist im Wesentlichen identisch zu dem vorangehenden Beispiel von 15 mit der Ausnahme, dass die an dem Ausgang des Filters 42 bereitgestellte, abgeschätzte Temperaturdifferenz dT nicht in ein Analogsignal umgewandelt wird, sondern vielmehr digital über eine digitale Busschnittstelle 6 an einen Controller oder an eine beliebige andere Steuerschaltungstechnik übertragen wird. Bei dem Bus kann es sich zum Beispiel um einen seriellen Bus wie beispielsweise einen SPI-Bus, einen I²C-Bus oder dergleichen handeln. Ein Mikrocontroller (wie beispielsweise der Mikrocontroller 50, siehe 9) oder eine beliebige andere an die digitale Busschnittstelle 6 angeschlossene Steuerschaltungstechnik kann die digitale Temperaturinformation auswerten und, wie oben erläutert, Aktionen wie beispielsweise einen Alarm oder eine Notabschaltung von anderen Komponenten auslösen.
17 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel-Verfahren für den Betrieb eines elektronischen Schalters als elektronische Sicherung veranschaulicht. Das Verfahren kann durch ein beliebiges der hierin beschriebenen Beispiele (siehe z. B. die 7-16) durchgeführt werden. Bei dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Verfahren die Verwendung des elektronischen Schalters (z. B. 7-8, elektronischer Schalter 2), um Strom von einem Laststromversorgungsknoten über einen Draht an eine Last zu liefern (siehe 17, Schritt 81). Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Empfangen zumindest eines Auswahlsignals (z. B. 7, Signale S_S1, S_S2) und das Einstellen zumindest eines Drahtparameters basierend auf dem zumindest einen Auswahlsignal (siehe 17, Schritt 82), und das Erfassen eines durch den Draht fließenden Laststroms, und das Bereitstellen eines entsprechenden Stromerfassungssignals (siehe 7, Schritt 83; 7-8 und 13-16, Stromerfassungssignal CS). Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Bestimmen eines ersten Schutzsignals basierend auf dem Stromerfassungssignal und dem zumindest einen Drahtparameter (siehe 17, Schritt 84), wobei das erste Schutzsignal erkennen lässt, ob eine Laststromversorgung an die Last über den Draht zu sperren ist (7-8 und 13-16, Schutzsignal OC). Wenn das erste Schutzsignal anzeigt, die Laststromversorgung über den Draht an die Last zu sperren (siehe 17, Schritt 85), wird ein Steuersignal (7-8 und 13-16, Signal S_ON) für den elektronischen Schalter erzeugt, um zu bewirken, dass der elektronische Schalter den Laststromversorgungsknoten von der Last trennt (siehe 17, Schritt 86). Verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Beispiel-Implementierungen des Verfahrens wurden bereits weiter oben unter Bezugnahme auf die 5 bis 16 beschrieben, und es wird somit Bezug genommen auf die entsprechenden Erläuterungen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine oder mehrere Ausführungen dargestellt und beschrieben wurde, sind Änderungen und/oder Modifizierungen an den dargestellten Beispielen möglich, ohne vom Wesen und Umfang der beiliegenden Ansprüche Abstand zu nehmen. In besonderem Hinblick auf verschiedene Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Einheiten, Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen, usw.) ausgeführt werden, ist beabsichtigt, dass die Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel“), die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendet werden - sofern nicht anders angegeben - jeder Komponente oder Struktur, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (die z. B. funktionell äquivalent ist), auch wenn sie nicht mit der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Ausführungen der Erfindung ausführt, strukturell äquivalent ist, entsprechen.
Zusätzlich kann, obwohl ein bestimmtes Merkmal der Erfindung nur in Bezug auf eine von mehreren Ausführungen offenbart sein mag, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Ausführungen kombiniert werden, falls dies gewünscht und für eine bestimmte oder besondere Anwendung vorteilhaft ist. Ferner sollen in dem Ausmaß, in dem die Begriffe „enthaltend“, „enthält“, „habend“, „hat“, „mit“ oder Varianten davon sowohl in der ausführlichen Beschreibung wie auch in den Ansprüchen verwendet werden, solche Begriffe in einer ähnlichen Weise wie der Begriff „aufweisend“ eingeschlossen sein.

Claims

Elektronische Sicherungsschaltung, die aufweist: einen elektronischen Schalter mit einem Laststrompfad, der im Betrieb über einen Draht mit einer Last gekoppelt und dazu ausgebildet ist, einen Laststromversorgungsknoten und die Last über den Draht abhängig von einem Steuersignal zu verbinden oder zu trennen; eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal, das den durch den Draht fließenden Strom repräsentiert, zu empfangen, und ein erstes Schutzsignal basierend auf dem Stromerfassungssignal und zumindest einem Drahtparameter zu bestimmen, wobei das erste Schutzsignal erkennen lässt, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last über den Draht zu trennen ist; eine Logikschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu empfangen und das Steuersignal zu erzeugen, so dass es den elektronischen Schalter dazu veranlasst, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen; wobei die Logikschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, zumindest ein Auswahlsignal zu empfangen und den zumindest einen Drahtparameter basierend auf dem zumindest einen Auswahlsignal einzustellen.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 1, wobei der zumindest eine Drahtparameter eine Querschnittsfläche des Drahts enthält.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine Drahtparameter eine Referenztemperatur enthält.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 3, wobei die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, die Drahttemperatur basierend auf dem Stromerfassungssignal abzuschätzen und das erste Schutzsignal zu erzeugen, so dass es anzeigt, den Lastversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn die abgeschätzte Drahttemperatur die Referenztemperatur erreicht oder übersteigt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 4, wobei die Referenztemperatur und die abgeschätzte Drahttemperatur eine Temperaturdifferenz des Drahts in Bezug auf die Umgebungstemperatur repräsentieren.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Überwachungsschaltung einen Analog-nach-Digital-Wandler, der dazu ausgebildet ist, das Stromerfassungssignal zu empfangen und ein entsprechendes digitales Stromerfassungssignal bereitzustellen, enthält.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 6, wobei der Analog-nach-Digital-Wandler eine logarithmische Charakteristik aufweist.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Überwachungsschaltung ein Filter, das dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Stromerfassungssignal ein Signal, das eine abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, zu erzeugen, enthält.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 8, wobei die Überwachungsschaltung einen Analog-nach-Digital-Wandler, der dazu ausgebildet ist, das Stromerfassungssignal zu empfangen und ein entsprechendes digitales Stromerfassungssignal bereitzustellen, enthält; und wobei das Filter ein digitales Filter und dazu ausgebildet ist, das digitale Stromerfassungssignal zu empfangen und das Signal, das die abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, abhängig von dem digitalen Stromerfassungssignal zu erzeugen.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Filtercharakteristik des Filters von dem zumindest einen Drahtparameter abhängt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Überwachungsschaltung einen Komparator enthält, der dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen, so dass es anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn die abgeschätzte Drahttemperatur eine Referenztemperatur erreicht oder übersteigt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Auswahlsignal eines von Folgendem ist: eine Spannung, ein Strom, ein Digitalsignal.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, die weiterhin aufweist: eine im Betrieb mit einem Bus gekoppelte digitale Kommunikationsschnittstelle; wobei die Logikschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, das zumindest eine Auswahlsignal über die digitale Kommunikationsschnittstelle zu empfangen.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, die weiterhin aufweist: zumindest einen Eingangspin, der dazu ausgebildet ist, das zumindest eine Auswahlsignal zu empfangen, wobei die Logikschaltung das zumindest eine Auswahlsignal über den zumindest einen Eingangspin empfängt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 14, die weiterhin aufweist: zumindest einen Widerstand, der zwischen den zumindest einen Eingangspin und einen Schaltungsknoten, der eine Referenzspannung bereitstellt, gekoppelt ist, wobei das zumindest eine Auswahlsignal ein durch den Widerstand fließender Strom ist.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, ein zweites Schutzsignal basierend auf dem Stromerfassungssignal und dem zumindest einen Drahtparameter zu bestimmen; und wobei die Überwachungsschaltung ein Verzögerungselement aufweist, das dazu ausgebildet ist, das zweite Schutzsignal zu empfangen und das erste Schutzsignal durch Verzögern des zweiten Schutzsignals zu erzeugen.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 16, die weiterhin aufweist: einen Ausgangspin, der das zweite Schutzsignal bereitstellt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 4, die weiterhin aufweist: einen Digital-nach-Analog-Wandler, der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das die abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, zu empfangen und ein entsprechendes analoges Temperatursignal zu erzeugen; und einen Ausgangspin, der das analoge Temperatursignal bereitstellt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 4, die weiterhin aufweist: eine digitale Kommunikationsschnittstelle, die ein Signal, das die abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, empfängt und dazu ausgebildet ist, eine Information betreffend die Drahttemperatur über einen Bus zu übertragen.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 4, die weiterhin aufweist: einen Komparator, der ein Signal, das die abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, empfängt und um ein zweites Schutzsignal, das anzeigt, ob die abgeschätzte Drahttemperatur eine weitere Referenztemperatur, die geringer als die Referenztemperatur ist, erreicht oder übersteigt, erzeugt; und einen Ausgangspin, der das zweite Schutzsignal bereitstellt.
Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Schalters, wobei das Verfahren aufweist: Verwenden des elektronischen Schalters, um einer Last über einen Draht einen Strom von einem Laststromversorgungsknoten zuzuführen; Empfangen zumindest eines Auswahlsignals und Einstellen zumindest eines Drahtparameters basierend auf dem zumindest einen Auswahlsignal; Erfassen eines durch den Draht fließenden Laststroms und Bereitstellen eines entsprechenden Stromerfassungssignals; Bestimmen eines ersten Schutzsignals basierend auf dem Stromerfassungssignal und dem zumindest einen Drahtparameter, wobei das erste Schutzsignal erkennen lässt, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen ist; und Erzeugen eines Steuersignals für den elektronischen Schalter, um den elektronischen Schalter zu veranlassen, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei der zumindest eine Drahtparameter eine Querschnittsfläche des Drahts enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, wobei der zumindest eine Drahtparameter eine Referenztemperatur enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das Bestimmen eines ersten Schutzsignals aufweist: Abschätzen einer Drahttemperatur basierend auf dem Stromerfassungssignal; Erzeugen des ersten Schutzsignals, so dass es anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn die abgeschätzte Drahttemperatur die Referenztemperatur erreicht oder übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei die Referenztemperatur und die abgeschätzte Drahttemperatur eine Temperaturdifferenz des Drahts in Bezug auf die Umgebungstemperatur repräsentieren.
Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, bei dem das Bestimmen des ersten Schutzsignals weiter aufweist: eine Analog-nach-Digital-Wandlung des Stromerfassungssignals, um ein entsprechendes digitales Stromerfassungssignal bereitzustellen, wobei die Analog-nach-Digital-Wandlung entsprechend einer logarithmischen Charakteristik erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei das Bestimmen eines ersten Schutzsignals ferner aufweist: digitales Filtern des digitalen Stromerfassungssignals, um das Signal, das eine abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei das Filtern des digitalen Stromerfassungssignals unter Verwendung einer digitalen Filtercharakteristik, die von dem zumindest einen Drahtparameter abhängt, erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 28, das weiterhin aufweist: Bestimmen eines zweiten Schutzsignals basierend auf dem Stromerfassungssignal und dem zumindest einen Drahtparameter, wobei das erste Schutzsignal durch Verzögern des zweiten Schutzsignals erzeugt wird; und Bereitstellen des zweiten Schutzsignals an einem Ausgangspin.
Verfahren gemäß Anspruch 24, das weiterhin aufweist: Umwandeln der abgeschätzten Drahttemperatur in ein analoges Temperatursignal; und Bereitstellen des analogen Temperatursignals an einem Ausgangspin.
Verfahren gemäß Anspruch 24, das weiterhin aufweist: Übertragen einer Information betreffend die Drahttemperatur über einen digitalen Bus.
Verfahren gemäß Anspruch 24, das weiterhin aufweist: Erzeugen eines zweiten Schutzsignals, das erkennen lässt, ob die abgeschätzte Drahttemperatur eine weitere Referenztemperatur, die geringer als die Referenztemperatur ist, erreicht oder übersteigt; und Bereitstellen des zweiten Schutzsignals an einem Ausgangspin.
Elektronische Sicherungsschaltung, die aufweist: einen elektronischen Schalter, der im Betrieb einen über einen Draht mit einer Last gekoppelten Laststrompfad aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Laststromversorgungsknoten und die Last über den Draht abhängig von einem Steuersignal zu verbinden oder trennen; eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal, das den durch den Draht fließenden Laststrom repräsentiert, zu empfangen und ein erstes Schutzsignal basierend auf dem Stromerfassungssignal zu bestimmen, wobei das erste Schutzsignal erkennen lässt, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last über den Draht zu trennen ist; und eine Logikschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu empfangen und das Steuersignal so zu erzeugen, dass es den elektronischen Schalter dazu veranlasst, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn das erste Schutzsignal signalisiert, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen; wobei die Überwachungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, ein Vorwarnsignal, das eine bevorstehende Trennung des Laststromversorgungsknotens von der Last erkennen lässt, bereitzustellen.
Elektronische Sicherung gemäß Anspruch 33, wobei die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, das Vorwarnsignal basierend auf dem Stromerfassungssignal zu bestimmen; und wobei die Überwachungsschaltung ein Verzögerungselement, das dazu ausgebildet ist, das Vorwarnsignal zu empfangen und das erste Schutzsignal durch Verzögern des zweiten Schutzsignals zu erzeugen, aufweist.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 34, die weiterhin aufweist: einen Ausgangspin, der das Vorwarnsignal bereitstellt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 33 bis 35, wobei die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, eine Drahttemperatur basierend auf dem Stromerfassungssignal abzuschätzen und das erste Schutzsignal zu erzeugen, so dass es anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn die abgeschätzte Drahttemperatur die Referenztemperatur erreicht oder übersteigt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 36, die weiterhin aufweist: einen Digital-nach-Analog-Wandler, der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das die abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, zu empfangen und ein entsprechendes analoges Temperatursignal zu erzeugen; und einen Ausgangspin, der das analoge Temperatursignal als Vorwarnsignal bereitstellt.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 36, die weiterhin aufweist: eine digitale Kommunikationsschnittstelle, die ein Signal, das die abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, empfängt und dazu ausgebildet ist, eine Information betreffend die Drahttemperatur als Vorwarnsignal über einen Bus zu übertragen.
Elektronische Sicherungsschaltung gemäß Anspruch 36, die weiterhin aufweist: einen Komparator, der ein Signal, das die abgeschätzte Drahttemperatur repräsentiert, empfängt und als Vorwarnsignal ein Signal, das anzeigt, ob die abgeschätzte Drahttemperatur eine weitere Referenztemperatur, die geringer als die Referenztemperatur ist, erreicht oder übersteigt, erzeugt; und einen Ausgangspin, der das Vorwarnsignal bereitstellt.
Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Schalters, wobei das Verfahren aufweist: Verwenden des elektronischen Schalters, um einer Last über einen Draht Strom von einem Laststromversorgungsknoten zuzuführen; Erfassen eines durch den Draht fließenden Laststroms und Bereitstellen eines entsprechenden Stromerfassungssignals; Bestimmen eines ersten Schutzsignals basierend auf dem Stromerfassungssignal, wobei das erste Schutzsignal erkennen lässt, ob der Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen ist; und Bereitstellen eines Vorwarnsignals, das eine bevorstehende Trennung des Laststromversorgungsknotens von der Last erkennen lässt; und Erzeugen eines Steuersignals für den elektronischen Schalter, um den elektronischen Schalter zu veranlassen, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen, wenn das erste Schutzsignal anzeigt, den Laststromversorgungsknoten von der Last zu trennen.