DE112010003777B4

DE112010003777B4 - Leistungsversorgungskontroller

Info

Publication number: DE112010003777B4
Application number: DE112010003777.9T
Authority: DE
Inventors: Seiji Takahashi; Yutaka Higuchi
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: JP5578380B2; JP2013150547A; JP5360222B2; DE112010003777T5; CN102549867B; WO2011037200A1; US20120146614A1; JPWO2011037200A1; US8730635B2; CN102549867A

Abstract

Leistungsversorgungskontroller (10), der zur Versorgung einer Last (50) zu mit einer Leistung von einer Leistungsquelle (Ba) mit einem Leistungsversorgungsweg (51) verbunden ist, wobei der Leistungsversorgungskontroller (10) dazu ausgelegt ist, die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle (Ba) zu der Last (50) zu regeln, und umfasst:
einen Schaltstromkreis (30), der zwischen der Leistungsquelle (Ba) und dem Leistungsversorgungsweg (51) angeordnet ist, wobei der Schaltstromkreis (30) dazu ausgelegt ist, die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle (Ba) zu der Last (50) zu zwischen ein und aus umzuschalten;
einen Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) zum Regeln der Schaltoperation des Schaltstromkreises (30) entsprechend einem Leistungsversorgungs-Befehlssignal (Stn), das den Start oder die Beendigung der Leistungsversorgung zu der Last (50) zu anweist und die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) verhindert, wenn sich der Leistungsversorgungsweg (51) in einem anomalen Zustand befindet, wodurch der Leistungsversorgungsweg (51) geschützt wird; und
einem Charakteristik-Einstellstromkreis (25) zum Einstellen einer Charakteristik einer Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr), wobei die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) dem Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) dazu dient, die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) zu verhindern, wobei die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) eine Beziehung zwischen einem Schutzstromwert, bei dem die Leistungsversorgung verhindert wird, und einer Umgebungstemperatur (To) repräsentiert, wobei:
zwischen der Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) und der Leistungsversorgungsweg-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie eine Beziehung besteht, wonach der Schutzstromwert gleich hoch wie oder niedriger als ein erlaubter Stromwert des Leistungsversorgungswegs bei einer identischen Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs, der sich bis höchstens einer angenommenen maximalen Umgebungstemperatur um den Leistungsversorgungsweg (51) erstreckt, wobei die Leistungsversorgungsweg-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie eine Beziehung zwischen einem erlaubten Stromwert des Leistungsversorgungswegs und einer Umgebungstemperatur repräsentiert;
der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) einen Umgebungstemperatur-Erfassungsstromkreis (24) und einen Stromerfassungsabschnitt (23, 32) umfasst, wobei der Umgebungstemperatur-Erfassungsstromkreis (24) dazu ausgelegt ist, eine Umgebungstemperatur (To) um den Leistungsversorgungskontroller (10) zu erfassen, wobei der Stromerfassungsabschnitt (23) dazu ausgelegt ist, einen in dem Leistungsversorgungsweg (51) fließenden Strom (I) zu erfassen; und
der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) zu der Last (50) zu verhindert, wenn ein Temperaturerhöhungswert (ΔTw) des Leistungsversorgungswegs gegenüber der Umgebungstemperatur (To) einen erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) überschreitet, wobei der Temperaturerhöhungswert aus dem fließenden Strom (I), einem elektrischen Widerstand des Leistungsversorgungswegs und einer Wärmestrahlungscharakteristik des Leistungsversorgungswegs berechnet wird, wobei der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) aus der Umgebungstemperatur (To) und einer maximalen Temperatur (Twmax) des Leistungsversorgungswegs berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass:
die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) eine Charakteristik besitzt, wonach der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur (To) konstant ist, oder eine negative Charakteristik besitzt, wonach sich der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur (To) verringert;
der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird:

Δ Twmax = Twmax - (a * T_{0} + b)

wobei ATwmax der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert, Twmax eine maximale Leistungsversorgungswegtemperatur, (a * T₀ + b) eine hypothetische Umgebungstemperatur, T₀ eine Umgebungstemperatur, „a“ ein Koeffizient und „b“ eine Konstante ist; und
die Konstante „b“ auf einen Wert eingestellt ist, so dass die hypothetische Umgebungstemperatur (a * T₀ + b) einen Wert annimmt, der gleich der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur bei der angenommenen maxi malen Umgebungstemperatur ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsversorgungskontroller. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Unterbrechen einer Leistungsversorgung zu einer Last unter Verwendung von einem Halbleiterelement als Sicherung.
STAND DER TECHNIK
Ein herkömmlicher Leistungsversorgungskontroller umfasst ein Hochleistungs-Halbleiterschaltelement (wie etwa einen Leistungs-MOSFET), der in einem Leistungsversorgungsweg zwischen einer Leistungsquelle und einer Last angeordnet ist. Der Leistungsversorgungskontroller regelt die Stromversorgung zu der Last durch Schließen und Öffnen des Halbleiterschaltelements. Ferner verwendet der Leistungsversorgungskontroller das Halbleiterschaltelement statt einer mechanischen Schmelzsicherung als eine Sicherung zum Schutz des Leistungsversorgungsweges zu der Last vor einem Überstrom etc. Wenn ein Überstrom fließt, regelt der Leistungsversorgungskontroller ein Potential an einem Steueranschluss des Halbleiterschaltelements mit Hilfe eines Steuerstromkreises, um so das Halbleiterschaltelement zu öffnen und dadurch die Leistungsversorgung zu unterbrechen (siehe die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2000 - 315 588 A ).
Aus der DE 11 2008 003 096 T5 ist ein Leistungsversorgungskontroller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 5 bekannt. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei ferner auf die US 2009 / 0 059 457 A1 , die US 2009 / 0 167 272 A1 und die DE 11 2010 001 323 T5 verwiesen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
(Durch die Erfindung zu lösendes Problem)
Allgemein besitzt in einem Fall, in dem eine mechanische Schmelzsicherung verwendet wird, um einen Leistungsversorgungsweg zu schützen, die mechanische Schmelzsicherung eine Schmelztemperatur, die von der Umgebungstemperatur abhängt. Zum Beispiel ist die Schmelztemperatur höher eingestellt, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist, während die Schmelztemperatur niedriger eingestellt ist, wenn die Umgebungstemperatur höher ist. Ferner weist die Schmelztemperatur der Schmelzsicherung, da die Umgebungstemperatur um die Schmelzsicherung von der Umgebungstemperatur um den Leistungsversorgungsweg abweichen sein kann, gegenüber der Umgebungstemperatur einen Spielraum auf. Daher benötigt auch das als Sicherung verwendete Halbleiterschaltelement für die Schmelztemperatur einen Spielraum ähnlich derjenigen der Schmelzsicherung. Jedoch ist die Anzahl der Komponenten der Vorrichtung erhöht, wenn in jedem Leistungsversorgungsweg ein Temperatursensor zur Erfassung des Unterschiedes zwischen den Umgebungstemperaturen vorgesehen ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leistungsversorgungskontroller bereitzustellen, der einfach aufgebaut ist und dennoch einen Schutzbereich besitzt, der demjenigen der mechanischen Schmelzsicherung entspricht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
(Mittel zum Lösen des Problems)
Ein Leistungsversorgungskontroller gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Leistungsversorgungsweg verbunden, um eine Leistung von einer Leistungsquelle zu einer Last zu liefern. Der Leistungsversorgungskontroller regelt die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle zu der Last und umfasst: Einen Schaltstromkreis, der zwischen der Leistungsquelle und dem Leistungsversorgungsweg angeordnet ist, den Schaltstromkreis zum Ein- und Ausschalten der Leistungsversorgung von der Leistungsquelle zu der Last einen Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis zum Steuern des Schaltens des Schaltstromkreises entsprechend einem LeistungsversorgungsBefehlssignal, das ein Starten oder Beenden der Leistungsversorgung zu der Last anweist und die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis verhindert, wenn sich der Leistungsversorgungsweg in einem anomalen Zustand befindet, um dadurch den Leistungsversorgungsweg zu schützen, und einen Charakteristik-Einstellstromkreis zum Einstellen einer Charakteristik einer Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie. Die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie dient dem Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis dazu, die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis zu verhindern. Die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie repräsentiert eine Beziehung zwischen einem Schutzstromwert, bei dem die Leistungsversorgung unterbrochen wird, und einer Umgebungstemperatur. Die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie weist eine Charakteristik auf, bei der der Schutzstromwert in Abhängigkeit von einer Zunahme der Umgebungstemperatur konstant ist, oder weist eine negative Charakteristik auf, bei der sich der Schutzstromwert in Abhängigkeit von einer Zunahme der Umgebungstemperatur verringert. Zwischen der Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie und der LeistungsversorgungswegtemperaturCharakteristik-Kennlinie besteht eine Beziehung, gemäß der der Schutzstromwert gleich hoch wie oder niedriger als ein erlaubter Stromwert des Leistungsversorgungswegs bei einer identischen Umgebungstemperatur innerhalb eines Bereichs ist, der sich höchstens bis zu einer angenommenen maximalen Umgebungstemperatur um den Leistungsversorgungsweg erstreckt. Die Leistungsversorgungsweg-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie repräsentiert eine Beziehung zwischen dem erlaubten Stromwert der Leistungsversorgungsweg und der Umgebungstemperatur.
Gemäß der obigen Konfiguration stellt der Charakteristik-Einstellstromkreis die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie ein. Daher kann mit einer Halbleitersicherung mit einem Halbleiterschalter wie der Schaltstromkreis eine Temperaturcharakteristik erreicht werden, die ähnlich der Temperaturcharakteristik einer herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung ist. Daher kann, ähnlich wie bei der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung die Abschaltcharakteristik bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur erhöht werden, so dass sie mit zunehmendem Laststrom bei niedrigen Temperaturen zunimmt, während die Abschalttemperatur bei einer höheren Temperatur verringert sein kann, so dass ein Leistungsabfall des Leistungsversorgungswegs bei einer hohen Temperatur verhindert werden kann. Ferner kann das Sicherungsgehäuse für die Sicherung kleiner sein. Ferner kann eine Temperaturdifferenz zwischen dem Leistungsversorgungsweg und dem Sicherungsgehäuse etwa gleich der der herkömmlichen Sicherung aufrecht erhalten werden.
Figurenliste

1 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines Leistungsversorgungskontrollers von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt ein Schaubild dar, das einen erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert einer ersten Ausführungsform zeigt;
3 stellt ein Schaubild einer Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie der ersten Ausführungsform dar;
4 stellt ein Schaubild dar, das einen erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
5 stellt ein Schaubild einer Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie der zweiten Ausführungsform dar.

Bezugszeichenliste

10: Leistungsversorgungskontroller
11: gedruckte Leiterplatine
20: Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis
21: Leistungsversorgungsbestimmungs-Steuerstromkreis
22: Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis
23: Stromerfassungsstromkreis (Stromerfassungsabschnitt)
24: Umgebungstemperatursensor (Temperaturerfassungsstromkreis)
25: Charakteristik-Einstellstromkreis
30: Schaltstromkreis
31: Hauptschalter (Schaltstromkreis)
32: Erfassungstransistor (Stromerfassungsabschnitt)
50: Gebläsemotor (Last)
51: Leistungsversorgungsweg
51A: gedruckter Verdrahtungsabschnitt (Leistungsversorgungsweg)
51B: Drahtabschnitt (Leistungsversorgungsweg)
I: fließender Strom
Lpr: Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr
Lw: Drahtcharakteristik-Kennlinie (Leistungsversorgungswegtemperatur-Charakteristik-Kennlinie)
T₀vi: hypothetische Umgebungstemperatur, hypothetische Temperaturfunktion.

BESTER MODUS ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUND
<Erste Ausführungsform>
Eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 stellt ein schematisches Diagramm eines Leistungsversorgungskontrollers 10 der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Stromkreiskonfiguration
Wie es in 1 dargestellt ist, ist der Leistungsversorgungskontroller 10 mit einem Leistungsversorgungsweg 51 zwischen einer Leistungsquelle Ba und einer Last 50 verbunden. Der Leistungsversorgungsweg 51 versorgt die Last 50 mit einer elektrischen Leistung von der Leistungsquelle Ba. Der Leistungsversorgungskontroller 10 regelt die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle Ba zu der Last 50.
Der Leistungsversorgungskontroller 10 umfasst einen Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20, einen Schaltstromkreis 30 und einen Schalter (SW) - Eingangs-Erfassungsstromkreis 40. Der Leistungsversorgungskontroller 10 ist auf einer gedruckten Leiterplatine 11 ausgebildet. Der Leistungsversorgungsweg 51 umfasst einen gedruckten Verdrahtungsabschnitt 51A und einen Drahtabschnitt (nachfolgend einfach als „Draht“ bezeichnet) 51B. Der gedruckte Verdrahtungsabschnitt 51A ist auf der gedruckten Leiterplatine 11 ausgebildet. Der Draht 51B verbindet den gedruckten Verdrahtungsabschnitt 51A mit der Last 50.
In der Ausführungsform 1 ist der Leistungsversorgungskontroller 10 beispielhaft in einem Motorraum eines Autos eingebaut. Die Leistungsquelle Ba ist eine Batterie. Als Last 50 ist ein Gebläse- oder Lüftermotor dargestellt. Der Leistungsversorgungskontroller 10 treibt über den Leistungsversorgungsweg 51 den Gebläsemotor steuernd an. An dem Schaltstromkreis 30 liegt direkt eine Batteriespannung Vb an, wie es in 1 dargestellt ist. Demgegenüber liegt an dem Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 und dem SW-Eingangs-Erfassungsstromkreis 40 die über einen Spannungswandler (nicht gezeigt) in eine vorbestimmte Spannung umgewandelte Batteriespannung Vb an.
Der Leistungsversorgungskontroller gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Leistungsversorgungskontroller 10 der ersten Ausführungsform begrenzt. Die vor liegende Erfindung ist vielmehr auf jeden Leistungsversorgungskontroller anwendbar, der sowohl zur Regelung der Leistungsversorgung zu einer Last als auch zum Schutz eines Leistungsversorgungsweges verwendet wird. Ferner ist die Last nicht auf den Motor begrenzt.
Der SW-Eingangs-Erfassungsstromkreis 40 ist mit einem Eingangsschalter SW verbunden. Wenn der Eingangsschalter SW geschlossen wird, empfängt der SW-Eingangs-Erfassungsstromkreis 40 ein Eingangssignal (ein Leistungsversorgungsbefehlssignal) Sin, das anweist, die Leistungsversorgung zu der Last 50 zu starten. Entsprechend dem Eingangssignal Sin erzeugt der SW-Eingangs-Erfassungsstromkreis 40 ein Ausgangsbefehlssignal (ein Leistungsversorgungsbefehlssignal) Stn. Mit anderen Worten, in dieser Ausführungsform wird der Start der Leistungsversorgung zu der Last 50 durch Schließen des Eingangsschalters SW angewiesen.
Mit anderen Worten, wenn der Eingangsschalter SW geöffnet wird, empfängt der SW-Eingangs-Erfassungsstromkreis 40 das Eingangssignal Sin, das die Beendigung der Leistungsversorgung zu der Last 50 anweist.
Der Schaltstromkreis 30 ist zwischen die Batterie Ba und den Leistungsversorgungsweg 51 geschaltet. Der Schaltstromkreis 30 schaltet die Leistungsversorgung von der Batterie Ba zu der Last 50 entsprechend einem Leistungsversorgungs-Steuerungssignal Scn von dem Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 zwischen geschlossen und offen. Der Schaltstromkreis 30 ist als Halbleiterschalter ausgelegt und umfasst einen Hauptschalter 31 und einen Erfassungstransistor (Stromerfassungsmittel) 32. Der Hauptschalter 31 versorgt die Last 50 mit Leistung. Der Erfassungstransistor 32 dient der Erfassung eines Laststroms (fließenden Stroms) I. Der Hauptschalter 31 und der Erfassungstransistor 32 sind jeweils zum Beispiel als N-Kanal-FET (Feldeffekttransistor) ausgebildet, wie es in 1 dargestellt ist.
Der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 umfasst einen Leistungsversorgungsbestimmungs-Steuerstromkreis 21, einen Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22, einen Stromerfassungsabschnitt, einen Umgebungstemperatursensor (einen Umgebungstemperatur-Erfassungsstromkreis) 24 und einen Charakteristik-Einstellstromkreis 25. Der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 steuert das Schalten des Schaltstromkreises 30 entsprechend dem Leistungsversorgungsbefehlssignal Stn, das den Start oder die Beendigung der Leistungsversorgung zu der Last 50 anweist. Ferner verhindert der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis 30, wenn sich der Leistungsversorgungsweg 51 in einem anomalen Zustand befindet, wodurch der Leistungsversorgungsweg 51 geschützt ist. Wie es weiter unten beschrieben ist, verhindert der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis 30, wenn ein Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ΔTw gegenüber einer Umgebungstemperatur T₀ einen erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax überschreitet. Der Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ΔTw wird aus dem fließenden Strom I, einem elektrischen Widerstand des Leistungsversorgungsweges 51 und einer Wärmeabstrahlungscharakteristik des Leistungsversorgungsweges 51 berechnet. Der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax wird aus der Umgebungstemperatur T₀ und einer maximalen Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax berechnet.
Der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 schützt wenigstens entweder den gedruckten Verdrahtungsabschnitt 51A oder den Draht 51B. In dieser Ausführungsform wird der Draht 51B geschützt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf begrenzt. Zum Beispiel kann der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 auch den gedruckten Verdrahtungsabschnitt 51A schützen. Ferner kann sowohl der gedruckte Verdrahtungsabschnitt 51A als auch der Draht 51B geschützt sein.
Der Charakteristik-Einstellstromkreis 25 stellt Steuerdaten ein, die der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 zur Steuerung des Schaltstromkreises 30 benötigt. Zum Beispiel stellt der Charakteristik-Einstellstromkreis 25 durch Speichern von Daten in einem nicht flüchtigen Speicher die Steuerdaten ein. Die Daten stehen in einer Beziehung zu einer Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr für den Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20, um die Leistungsversorgung des Schaltstromkreises 30 zu verhindern. Die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr repräsentiert eine Beziehung zwischen einem Schutzstromwert, bei dem eine Leistungsversorgung verhindert wird, und der Umgebungstemperatur T₀ . Die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr besitzt eine Charakteristik, wonach der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur T₀ konstant ist, oder eine negative Charakteristik, bei der sich der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur T₀ verringert. Ferner besteht in der ersten Ausführungsform zwischen der Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr und einer Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie Lwc in einem Temperaturbereich bis höchstens einer angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax um den Leistungsversorgungsweg 51 eine Beziehung, wonach der Schutzstromwert gleich hoch wie oder niedriger als der erlaubte Stromwert bei einer identischen Umgebungstemperatur ist (siehe 3). Die Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie (eine Drahtkennlinie) Lwc zeigt eine Beziehung zwischen einem erlaubten Stromwert des Leistungsversorgungsweges und einer Umgebungstemperatur.
Der Stromerfassungsabschnitt umfasst einen Stromerfassungsstromkreis 23 und den Erfassungstransistor 32. Der Stromerfassungsabschnitt erfasst den Laststrom I, der über den Schaltstromkreis 30 durch den Draht 51B fließt. Der Erfassungstransistor 32 erfasst einen Erfassungsstrom. Der Stromerfassungsstromkreis 23 multipliziert den Erfassungsstrom mit einer vorbestimmten Zahl, um so aus dem Erfassungsstrom den Laststrom (fließenden Strom) I zu erhalten. Die Information über den fließenden Strom I wird an den Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 übergeben.
Der Umgebungstemperatursensor 24 ist nahe bei dem Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 angeordnet. Der Umgebungstemperatursensor 24 erfasst die Umgebungstemperatur T₀ um den Leistungsversorgungskontroller 10. In dieser Ausführungsform erfasst der Umgebungstemperatursensor 24 die Umgebungstemperatur T₀ in dem Motorraum des Autos. Die Information über die erfasste Umgebungstemperatur T₀ wird an den Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 übergeben. Die Umgebungstemperatur T₀ ist jedoch nicht auf die Motorraum-Temperatur begrenzt.
Auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer durch den fließenden Strom I in dem Draht 51B erzeugten Wärme und einer von dem Draht 51B abgestrahlten Wärme führt der Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 eine schätzende Berechnung des Drahttemperatur-Erhöhungswerts ΔTw aus der Umgebungstemperatur T₀ durch. Anschließend addiert der Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 den berechneten Drahttemperatur-Erhöhungswert ΔTw zu der Umgebungstemperatur T₀ , um so eine Drahttemperatur Tw zu berechnen. Der Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 liefert die Information über den berechneten Drahttemperatur-Erhöhungswert ΔTw und die Information über die berechnete Drahttemperatur Tw an den Leistungsversorgungsbestimmungs-Steuerstromkreis 21. In der ersten Ausführungsform wird eine hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi als die Umgebungstemperatur T₀ verwendet. Dies ist weiter unten beschrieben.
Insbesondere tastet der Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 den fließenden Strom I zum Beispiel in jeder vorbestimmten Zeit Δt ab und setzt jeden Wert des fließenden Stroms I in die weiter unten angegebene Formel (1) ein, wodurch der Drahttemperatur-Erhöhungswert ΔTw berechnet wird. Der Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 berechnet den Drahttemperatur-Erhöhungswert ΔTw entsprechend zum Beispiel einem in einem nicht flüchtigen Speicher wie etwa einem ROM gespeicherten vorbestimmten Berechnungsprogramm. $Δ Tw (n) = Δ Tw (n-1) \times exp (- Δ t/ τ w) + Rthw \times Rw (n-1) \times l {(n-1)}^{2} \times (1 - exp (- Δ t/ τ w))$
worin:

I(n) ein erfasster Stromwert (A) bei einer n-ten Erfassung (n ist eine ganze Zahl gleich groß wie oder größer als 1 (Eins)) ist;
ΔTw(n) eine bei der n-ten Erfassung erfasste Drahttemperaturerhöhung (°C) ist;
Rw(n) = Rw(0) × (1 + KW × (Tw-Tb)) ein elektrisches Drahtwiderstand (Ω) bei der n-ten Erfassung ist;
Rw(0) ein elektrischer Drahtwiderstand (Ω) bei einer vorbestimmten Referenztemperatur Tb ist;
Rthw ein thermischer Widerstand des Drahtes (°C / W) ist;
τw eine thermische Zeitkonstante des Drahtes (s) ist; und
κw: ein Widerstandstemperaturkoeffizient des Drahtes (/°C) ist.

In Formel (1) enthält der erste Term nicht den fließenden Strom I. Der erste Term liefert die Strahlungswärme von dem Draht 51B. Der zweite Term enthält den fließenden Strom I. Der zweite Term liefert die aufgrund des fließenden Stroms I in dem Draht 51B erzeugte Wärme. Mit anderen Worten, wenn die Leistungsversorgung zu der Last 50 unterbrochen wird und kein fließender Strom I strömt, wird die Drahttemperatur Tw durch die von dem Draht 51B abgegebene Strahlungswärme bestimmt.
Der Leistungsversorgungsbestimmungs-Steuerstromkreis 21 steuert die Leistungsversorgung des Schaltstromkreises 30 entsprechend dem Leistungsversorgungsbefehlssignal Stn von dem SW-Eingangs-Erfassungsstromkreis 40 zwischen geschlossen und geöffnet. Ferner öffnet der Leistungsversorgungsbestimmungs-Steuerstromkreis 21 den Schaltstromkreis 30, wenn die Drahttemperatur Tw die vorbestimmte maximale Drahttemperatur Twmax erreicht. In dieser Ausführungsform ist die maximale Draht (Leistungsversorgungsweg) -temperatur Twmax auf eine Drahtdurchbrenntemperatur eingestellt. Das heißt, wenn die Drahttemperatur Tw die Drahtdurchbrenntemperatur Twmax erreicht, öffnet der Leistungsversorgungsbestimmungs-Steuerstromkreis 21 den Hauptschalter 31 des Schaltstromkreises 30, um die Leistungsversorgung der Last 50 über den Schaltstromkreis 30 zu unterbrechen, wodurch der Draht 51B geschützt wird.
Mit anderen Worten, der Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ΔTw gegenüber der Umgebungstemperatur T₀ wird aus dem fließenden Strom I, dem elektrischen Widerstand Rw des Leistungsversorgungswegs 51 und der Wärmestrahlungscharakteristik τw berechnet. Demgegenüber wird der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax aus der Umgebungstemperatur T₀ und der maximalen Drahttemperatur Twmax berechnet. Wenn der Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ΔTw den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax überschreitet, verhindert der Leistungsversorgungsbestimmungs-Steuerstromkreis 21 die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis 30. Aufgrund dessen ist der Draht 51B vor Durchbrennen geschützt, während die Leistungsversorgung nahe bei der Durchbrenntemperatur Twmax liegen kann.
Verfahren zum Einstellen einer Schutzstromtemperatur-Charakteristik-Kennlinie
Nachfolgend ist ein Verfahren zum Einstellen einer Schutzstromtemperatur-Charakteristik-Kennlinie der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. 2 stellt ein Schaubild dar, das den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert der ersten Ausführungsform anzeigt. 3 ist ein Schaubild von Schutzstromtemperatur-Charakteristik-Kennlinien der ersten Ausführungsform. Die schraffierte Fläche in 3 zeigt einen Schutzbereich PR an.
In der ersten Ausführungsform wird der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax mit Hilfe folgender Formel berechnet: $Δ Twmax = Twmax - (a * T_{0} + b)$
wobei:

Twmax die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur ist;
(a *T₀ + b) die hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi ist;
T₀ die Umgebungstemperatur ist;
„a“ ein Koeffizient ist; und
„b“ eine Konstante ist.

Die Konstante „b“ ist auf einen solchen Wert eingestellt, dass die hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi (= a * T₀ + b) einen Wert annimmt, der gleich der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax bei der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax ist. In 2 betragen die angenommene maximale Umgebungstemperatur T₀sumax und die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax beispielhaft erläuternd 80°C bzw. 165°C.
In der ersten Ausführungsform wird die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr durch Ändern des Koeffizienten „a“ und der Konstanten „b“ der hypothetischen Umgebungstemperatur T₀vi, die durch die lineare Funktion der Umgebungstemperatur T₀ repräsentiert ist, eingestellt. Ferner verläuft die Kennlinie der hypothetischen Umgebungstemperatur T₀vi (die lineare Funktion) aufgrund der Bedingung der Konstanten „b“ notwendigerweise durch den Punkt (T₀sumax, T₀sumax), wie es in 2 dargestellt ist. Mit unterschiedlichen Werten des Koeffizienten „a“ und der Konstanten „b“ erhält man unterschiedliche Verläufe der Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr. Dies ist nachfolgend beschrieben.
Für den Fall „0 < a < 1“
Die hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi mit dem Koeffizienten „a“ in einem Bereich von 0 < a < 1 ist in 2 als durchgezogene, gerade Linie T₀vi1 dargestellt. In diesem Fall kann die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr mit dem Koeffizienten „a“, der bei einem vorbestimmten Wert innerhalb des Bereichs 0 < a < 1 eingestellt ist, wie es durch die durchgezogene Linie (Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr1) in 3 dargestellt ist, eingestellt werden. Inner halb eines Temperaturbereichs, der sich höchstens bis zu der angenommenen maxi malen Umgebungstemperatur T₀sumax erstreckt, entspricht die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr1 einer Kennlinie Lf einer Charakteristik einer herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung. Demzufolge erhält man, zum Beispiel mit dem auf 0,25 eingestellten Koeffizienten „a“ und der auf 60 eingestellten Konstanten „b“ einen Schutzbereich, der mit demjenigen der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung identisch ist.
Für den Fall „a = 0“
Die hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi mit dem auf Null eingestellten Koeffizienten „a“ ist in 2 durch die gerade Strich-Zweipunkt-Linie T₀vi2 dargestellt. Die Konstante „b“ ist in diesem Fall gleich der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax. In diesem Fall ergibt sich die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr so, wie es durch die Strich-Zweipunkt-Linie (Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr2) in 3 dargestellt ist. Innerhalb des Temperaturbereichs, der sich höchstens bis zu der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax erstreckt, ist die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr2 konstant und unabhängig von der Umgebungstemperatur. Daher wird der Draht 51B bei jeder angenommenen Umgebungstemperatur T₀ zuverlässig geschützt. Zum Beispiel wird der Draht 51B selbst dann zuverlässig geschützt, wenn der Leistungsversorgungskontroller 10 einer angenommenen minimalen Temperatur ausgesetzt wird, während der Draht (Leistungsversorgungsweg) 51B einer angenommenen maximalen Temperatur ausgesetzt wird. Im Vergleich hierzu variiert der Schmelzstrom der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung physikalisch in Abhängigkeit von der Temperatur. Daher kann die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr2 mit der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung nicht erreicht werden.
In diesem Fall verhindert der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20, wenn der Temperaturerhöhungswert ΔTw den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax (der aus der maximalen Umgebungstemperatur um den Draht (den Leistungsversorgungsweg) 51B oder der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax und der maximalen Temperatur Twmax des Drahts 51B bestimmt wird) des Drahts 51B überschreitet, die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis 30, wodurch Draht 51B geschützt wird.
Für den Fall „a = 1“
Die hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi mit dem auf 1 (Eins) gesetzten Wert des Koeffizienten „a“ ist in 2 durch eine gerade Strich-Punkt-Linie T₀vi3 dargestellt. In diesem Fall nimmt die Konstante „b“ aufgrund der Bedingung der Konstanten „b“ den Wert Null an. In diesem Fall ist die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr so wie durch die Strich-Punkt-Linie (hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi3) dargestellt eingestellt. Innerhalb des Temperaturbereichs, der sich bis höchstens zu der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax erstreckt, erstreckt sich die hypothetische Umgebungstemperatur T₀vi3 entlang der Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie Lw, d. h. im Wesentlichen gleich wie die Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie Lw. Daher ist in einem Fall, in dem zum Beispiel der Leistungsversorgungskontroller 10 und der Draht (Leistungsversorgungsweg) 51B einer identischen Umgebungstemperatur T₀ ausgesetzt sind, der Draht 51B in jeder angenommenen Umgebungstemperatur T₀ zuverlässig geschützt. Ferner kann der Draht 51B, während ein Leistungsversorgungsgrenzwert des Drahts 51B im Allgemeinen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur T₀ variiert, bei jeder Umgebungstemperatur T₀ eine Leistung bis zu dem Leistungsversorgungsgrenzwert liefern. Daher ist ein Extraspielraum des Drahtes 51B nicht erforderlich, so dass der Draht 51B kleiner (dünner) ausgelegt werden kann. Im Vergleich hierzu hat der Schmelzstrom der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung eine individuelle und physikalische Temperaturcharakteristik. Daher kann die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr3 mit der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung nicht erreicht werden.
In diesem Fall verhindert der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis, wenn der Temperaturerhöhungswert ΔTw den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ΔTwmax (der aus der Umgebungstemperatur T₀ des Drahtes (Leistungsversorgungswegs) 51B und der maximalen Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax bestimmt wird) des Drahtes 51B überschreitet, wodurch der Draht 51B geschützt wird. Dieser Fall entspricht einem Fall, in dem der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax unter Verwendung einer aktuellen Umgebungstemperatur T₀ (eines festen Werts) berechnet wird.
In der ersten Ausführungsform berechnet der Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax entsprechend zum Beispiel einem in einem nicht flüchtigen Speicher wie etwa einem ROM gespeicherten vorbestimmten Berechnungsprogramm. Die Werte des Koeffizienten „a“ und der Konstanten „b“ werden im Voraus in Abhängigkeit von dem zu schützenden Leistungsversorgungsweg 51 experimentell etc. bestimmt und in einem nicht flüchtigen Speicher wie etwa einem ROM gespeichert. Die Umgebungstemperatur T₀ wird durch den Umgebungstemperatursensor 24 ermittelt, wenn es erforderlich ist. In dem Fall von zum Beispiel (2-2.) oben ist die Ermittlung der Umgebungstemperatur T₀ nicht erforderlich. Ferner ist es möglich, dass der Charakteristik-Einstellstromkreis 25 den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax berechnet. Der Charakteristik-Einstellstromkreis 25 stellt die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinien (Lpr1 bis Lpr3) auf der Grundlage von Berechnungsdaten wie etwa dem erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax etc. ein.
Effekte der Ausführungsform 1
Wie es oben beschrieben ist, kann mit dem korrekt eingestellten Koeffizienten „a“ und der korrekt eingestellten Konstanten „b“, die durch die lineare Funktion repräsentierte hypothetische Umgebungstemperaturkennlinie T₀vi so verändert werden, dass der Schutz bereich in geeigneter Weise zum Beispiel folgendermaßen eingestellt werden kann. Ist der Koeffizient „a“ näher bei 1 (Eins), wird die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik Lpr1 so eingestellt, dass sie sich entlang der Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie (Drahtkennlinie) Lw erstreckt, die die Beziehung zwischen dem erlaubten Stromwert des Leistungsversorgungswegs 51 und der Umgebungstemperatur repräsentiert. Ist der Koeffizient „a“ kleiner eingestellt, wird die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr1 so eingestellt, dass sie sich allmählich ändert. Mit anderen Worten, die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr1 kann in geeigneter Weise eingestellt werden. Ferner liegt die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr1 innerhalb des Temperaturbereichs, der sich bis höchstens zu der angenommenen maximalen T₀ Umgebungstemperatur T₀sumax um den Leistungsversorgungsweg erstreckt, auf gleicher Höhe wie oder unterhalb der Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie, die die Beziehung zwischen dem erlaubten Leistungsversorgungswegstromwert und der Umgebungstemperatur repräsentiert. Aus diesem Grund wird der Leistungsversorgungsweg bei jeder Umgebungstemperatur innerhalb des angenommenen Bereichs in geeigneter Weise geschützt. Daher kann ein Schutzbereich erreicht werden, der wenigstens gleich demjenigen der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung ist.
Ferner kann die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (wie etwa die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinien Lpr1 und Lpr3) eingestellt werden, die mit der mechanischen Schmelzsicherung nicht erreicht werden kann. Das heißt, es kann ein Schutzbereich erreicht werden, der gleich groß wie oder größer als derjenige der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung ist.
<Zweite Ausführungsform>
Nachfolgend ist ein Verfahren zum Einstellen der Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 stellt ein Schaubild dar, das den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert der zweiten Ausführungsform zeigt. 5 stellt ein Diagramm der erlaubten Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie der zweiten Ausführungsform dar. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in dem Verfahren der Berechnung des erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ΔTwmax. Die weitere Konfiguration der zweiten Ausführungsform ist mit derjenigen der ersten Ausführungsform identisch.
In der zweiten Ausführungsform wird der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ΔTwmax unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: $Δ Twmax = ({Twvimax-T}_{0}) * c$
wobei:

Twvimax eine hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur ist; und
„c“ eine positiver Koeffizient ist.

Die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax ist eine Temperatur, die höher als die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax ist. Der Koeffizient „c“ ist so eingestellt, dass die folgende Formel bei der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur T₀sumax erfüllt ist: $({Twvimax-T}_{0}) * c = [die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur] - T_{0}$
Mit anderen Worten, ein durch einen Pfeil A in 4 gekennzeichneter Bereich (Twvimax - T₀ ) wird mit „c“ multipliziert, so dass ein durch einen Pfeil B gekennzeichneter Bereich ([die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur] - T₀ ) gleich einem durch einen Pfeil C gekennzeichneten Bereich ist.
Daher kann, wenn die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax und der Koeffizient „c“ beide korrekt eingestellt sind, der Schutzbereich in geeigneter Weise zum Beispiel folgendermaßen eingestellt werden. Wenn die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax niedriger, jedoch nicht niedriger als die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax und der Koeffizient „c“ näher bei 1 (Eins) eingestellt ist, kann die Schutzstrom-TemperaturCharakteristik-Kennlinie Lpr so eingestellt werden, dass sie sich entlang der Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie Lw erstreckt, die die Beziehung zwischen dem erlaubten Stromwert des Drahtes (Leistungsversorgungswegs) 51B und der Umgebungstemperatur T₀ repräsentiert. Wenn die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax höher und der Koeffizient kleiner eingestellt ist, kann die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik so eingestellt werden, dass sie sich allmählich ändert. Mit anderen Worten, die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr kann in geeigneter Weise eingestellt werden. Daher kann ein Schutzbereich erreicht werden, der wenigstens gleich demjenigen der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung ist.
Die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax kann auf eine (maximale) Sicherungsschmelztemperatur Tfmax (z. B. 420°C) eines Heizelements einer mechanischen Schmelzsicherung eingestellt werden. In diesem Fall erhält man eine in 5 dargestellte Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr4. Die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr4 entspricht derjenigen der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung. Daher kann ein Schutzbereich erreicht werden, der demjenigen der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung entspricht. In diesem Fall, wenn zum Beispiel die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax auf 165°C und die Umgebungstemperatur T₀ auf 80°C eingestellt ist, nimmt der Koeffizient „c“ aufgrund der nachfolgenden Bedingung für den Koeffizienten „c“ den folgenden Wert an: $c = 0,25 (= (165 - 80) / (420 - 80)$
Wird hingegen die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax auf die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax und der Koeffizient „c“ auf 1 (Eins) gesetzt, so erhält man eine in 5 dargestellte Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr5. Die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr5 erstreckt sich entlang der Drahtcharakteristikkennlinie Lw. Daher kann der gleiche Effekt wie derjenige des Falls von (2-3. a=1) in der ersten Ausführungsform erreicht werden. Mit anderen Worten, es kann die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr5 ein gestellt werden, die mit der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung nicht erreicht werden kann.
Ebenso wie in der ersten Ausführungsform berechnet der Drahttemperatur-Berechnungsstromkreis 22 den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax entsprechend zum Beispiel einem vorbestimmten, in einem nicht flüchtigen Speicher wie etwa einem ROM gespeicherten Berechnungsprogramm. Bei der Berechnung wird der Wert des Koeffizienten „c“ im Voraus entsprechend dem zu schützenden Leistungsversorgungsweg 51 experimentell etc. bestimmt und in einem nicht flüchtigen Speicher wie etwa einem ROM gespeichert. Es ist möglich, dass der Charakteristik-Einstellstromkreis 25 den erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax berechnet. Der Charakteristik-Einstellstromkreis 25 stellt die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr4, Lpr5) auf der Grundlage von Berechnungsdaten wie etwa dem erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert ATwmax ein.
Effekte der zweiten Ausführungsform
Wenn die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax und der Koeffizienten „c“ beide korrekt eingestellt sind, kann der Schutzbereich in geeigneter Weise beispielsweise folgendermaßen eingestellt werden. Wenn die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax niedriger, jedoch nicht niedriger als die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twmax und der Koeffizient „c“ näher bei 1 (Eins) eingestellt ist, kann die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr5, die sich entlang der Leistungsversorgungswegtemperaturcharakteristik-Kennlinie Lw erstreckt, die die Beziehung zwischen dem erlaubten Stromwert des Drahtes (Leistungsversorgungsweges) 51B und der Umgebungstemperatur T₀ repräsentiert, eingestellt werden. Wenn die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur Twvimax höher und der Koeffizient „c“ kleiner eingestellt wird, kann die Schutzstromkennlinie so eingestellt werden, dass sie sich allmählich ändert. Mit anderen Worten, die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr4 kann in geeigneter Weise eingestellt werden. Daher kann ein Schutzbereich erreicht werden, der wenigstens demjenigen der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung entspricht.
Ferner kann eine Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie eingestellt werden, die mit der mechanischen Schmelzsicherung nicht erreicht werden kann, wie etwa die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie Lpr5. Mit anderen Worten, es kann ein Schutzbereich erreicht werden, der gleich groß wie oder größer als derjenige der herkömmlichen mechanischen Schmelzsicherung ist.
<Weitere Ausführungsformen>
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Vielmehr sind auch zum Beispiel folgende Ausführungsformen im technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten.
(1) In den obigen Ausführungsformen sind die Stromerfassungsmittel beispielhaft durch den Stromerfassungsstromkreis 23 und den Erfassungstransistor 32 ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt. Vielmehr kann der fließende Strom mit Hilfe eines Nebenschlusswiderstandes auf der Grundlage einer Drain-Source-Spannung Vds eines Hauptschalters (N-Kanal-FET) erfasst werden.
(2) In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Stromkreise in dem Leistungsversorgungskontroller 10 als einzelne Stromkreise ausgebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf begrenzt. Vielmehr können der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis 20 (mit Ausnahme des Umgebungstemperatursensors 24) und der SW-Eingangs-Erfassungsstromkreis 40 zum Beispiel durch einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) gebildet sein.

Claims

Leistungsversorgungskontroller (10), der zur Versorgung einer Last (50) zu mit einer Leistung von einer Leistungsquelle (Ba) mit einem Leistungsversorgungsweg (51) verbunden ist, wobei der Leistungsversorgungskontroller (10) dazu ausgelegt ist, die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle (Ba) zu der Last (50) zu regeln, und umfasst: einen Schaltstromkreis (30), der zwischen der Leistungsquelle (Ba) und dem Leistungsversorgungsweg (51) angeordnet ist, wobei der Schaltstromkreis (30) dazu ausgelegt ist, die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle (Ba) zu der Last (50) zu zwischen ein und aus umzuschalten; einen Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) zum Regeln der Schaltoperation des Schaltstromkreises (30) entsprechend einem Leistungsversorgungs-Befehlssignal (Stn), das den Start oder die Beendigung der Leistungsversorgung zu der Last (50) zu anweist und die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) verhindert, wenn sich der Leistungsversorgungsweg (51) in einem anomalen Zustand befindet, wodurch der Leistungsversorgungsweg (51) geschützt wird; und einem Charakteristik-Einstellstromkreis (25) zum Einstellen einer Charakteristik einer Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr), wobei die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) dem Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) dazu dient, die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) zu verhindern, wobei die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) eine Beziehung zwischen einem Schutzstromwert, bei dem die Leistungsversorgung verhindert wird, und einer Umgebungstemperatur (To) repräsentiert, wobei: zwischen der Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) und der Leistungsversorgungsweg-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie eine Beziehung besteht, wonach der Schutzstromwert gleich hoch wie oder niedriger als ein erlaubter Stromwert des Leistungsversorgungswegs bei einer identischen Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs, der sich bis höchstens einer angenommenen maximalen Umgebungstemperatur um den Leistungsversorgungsweg (51) erstreckt, wobei die Leistungsversorgungsweg-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie eine Beziehung zwischen einem erlaubten Stromwert des Leistungsversorgungswegs und einer Umgebungstemperatur repräsentiert; der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) einen Umgebungstemperatur-Erfassungsstromkreis (24) und einen Stromerfassungsabschnitt (23, 32) umfasst, wobei der Umgebungstemperatur-Erfassungsstromkreis (24) dazu ausgelegt ist, eine Umgebungstemperatur (To) um den Leistungsversorgungskontroller (10) zu erfassen, wobei der Stromerfassungsabschnitt (23) dazu ausgelegt ist, einen in dem Leistungsversorgungsweg (51) fließenden Strom (I) zu erfassen; und der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) zu der Last (50) zu verhindert, wenn ein Temperaturerhöhungswert (ΔTw) des Leistungsversorgungswegs gegenüber der Umgebungstemperatur (To) einen erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) überschreitet, wobei der Temperaturerhöhungswert aus dem fließenden Strom (I), einem elektrischen Widerstand des Leistungsversorgungswegs und einer Wärmestrahlungscharakteristik des Leistungsversorgungswegs berechnet wird, wobei der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) aus der Umgebungstemperatur (To) und einer maximalen Temperatur (Twmax) des Leistungsversorgungswegs berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) eine Charakteristik besitzt, wonach der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur (To) konstant ist, oder eine negative Charakteristik besitzt, wonach sich der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur (To) verringert; der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird: $Δ Twmax = Twmax - (a * T_{0} + b)$
wobei ATwmax der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert, Twmax eine maximale Leistungsversorgungswegtemperatur, (a * T₀ + b) eine hypothetische Umgebungstemperatur, T₀ eine Umgebungstemperatur, „a“ ein Koeffizient und „b“ eine Konstante ist; und die Konstante „b“ auf einen Wert eingestellt ist, so dass die hypothetische Umgebungstemperatur (a * T₀ + b) einen Wert annimmt, der gleich der angenommenen maximalen Umgebungstemperatur bei der angenommenen maxi malen Umgebungstemperatur ist.
Leistungsversorgungskontroller (10) nach Anspruch 1, wobei der Koeffizient „a“ innerhalb eines Bereichs 0 < a < 1 liegt.
Leistungsversorgungskontroller (10) nach Anspruch 1, wobei der Koeffizient „a“ den Wert Null annimmt.
Leistungsversorgungskontroller (10) nach Anspruch 1, wobei der Koeffizient „a“ den Wert 1 annimmt.
Leistungsversorgungskontroller (10), der zur Versorgung einer Last (50) zu mit einer Leistung von einer Leistungsquelle (Ba) mit einem Leistungsversorgungsweg (51) verbunden ist, wobei der Leistungsversorgungskontroller (10) dazu ausgelegt ist, die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle (Ba) zu der Last (50) zu regeln, und umfasst: einen Schaltstromkreis (30), der zwischen der Leistungsquelle (Ba) und dem Leistungsversorgungsweg (51) angeordnet ist, wobei der Schaltstromkreis (30) dazu ausgelegt ist, die Leistungsversorgung von der Leistungsquelle (Ba) zu der Last (50) zu zwischen ein und aus umzuschalten; einen Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) zum Regeln der Schaltoperation des Schaltstromkreises entsprechend einem Leistungsversorgungs-Befehlssignal, das den Start oder die Beendigung der Leistungsversorgung zu der Last (50) zu anweist und die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) verhindert, wenn sich der Leistungsversorgungsweg (51) in einem anomalen Zustand befindet, wodurch der Leistungsversorgungsweg (51) geschützt wird; und einem Charakteristik-Einstellstromkreis (25) zum Einstellen einer Charakteristik einer Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr), wobei die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) dem Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) dazu dient, die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) zu verhindern, wobei die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) eine Beziehung zwischen einem Schutzstromwert, bei dem die Leistungsversorgung verhindert wird, und einer Umgebungstemperatur (To) repräsentiert, wobei zwischen der Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) und der Leistungsversorgungsweg-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie eine Beziehung besteht, wonach der Schutzstromwert gleich hoch wie oder niedriger als ein erlaubter Stromwert des Leistungsversorgungswegs bei einer identischen Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs, der sich bis höchstens einer angenommenen maximalen Umgebungstemperatur um den Leistungsversorgungsweg (51) erstreckt, wobei die Leistungsversorgungsweg-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie eine Beziehung zwischen einem erlaubten Stromwert des Leistungsversorgungswegs und einer Umgebungstemperatur repräsentiert; der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) einen Umgebungstemperatur-Erfassungsstromkreis (24) und einen Stromerfassungsabschnitt (23) umfasst, wobei der Umgebungstemperatur-Erfassungsstromkreis (24) dazu ausgelegt ist, eine Umgebungstemperatur (To) um den Leistungsversorgungskontroller (10) zu erfassen, wobei der Stromerfassungsabschnitt (23) dazu ausgelegt ist, einen in dem Leistungsversorgungsweg (51) fließenden Strom (I) zu erfassen; und der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) die Leistungsversorgung über den Schaltstromkreis (30) zu der Last (50) zu verhindert, wenn ein Temperaturerhöhungswert (ΔTw) des Leistungsversorgungswegs gegenüber der Umgebungstemperatur (To) einen erlaubten Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) überschreitet, wobei der Temperaturerhöhungswert aus dem fließenden Strom (I), einem elektrischen Widerstand des Leistungsversorgungswegs und einer Wärmestrahlungscharakteristik des Leistungsversorgungswegs berechnet wird, wobei der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) aus der Umgebungstemperatur (To) und einer maximalen Temperatur (Twmax) des Leistungsversorgungswegs berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die Schutzstrom-Temperatur-Charakteristik-Kennlinie (Lpr) eine Charakteristik besitzt, wonach der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur (To) konstant ist, oder eine negative Charakteristik besitzt, wonach sich der Schutzstromwert mit zunehmender Umgebungstemperatur (To) verringert; der erlaubte Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert (ΔTwmax) unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird: $Δ Twmax = ({Twvimax- T}_{0}) * c$
wobei ATwmax ein erlaubter Leistungsversorgungsweg-Temperaturerhöhungswert, Twvimax eine hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur, T₀ eine Umgebungstemperatur und „c“ ein positiver Koeffizient ist; die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur eine Temperatur ist, die höher als die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur ist; und der Koeffizient „c“ so eingestellt ist, dass die folgende Formel bei einer angenommenen maximalen Umgebungstemperatur gültig ist: $({Twvimax- T}_{0}) * c = [die maximale Leistungsversorgungswegtemperatur] - T_{0} .$
Leistungsversorgungskontroller (10) nach Anspruch 5, wobei die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur eine Schmelztemperatur eines Wärmeerzeugungselements einer mechanischen Schmelzsicherung ist.
Leistungsversorgungskontroller (10) nach Anspruch 5, wobei: die hypothetische maximale Leistungsversorgungswegtemperatur eine maximale Leistungsversorgungswegtemperatur ist; und der Koeffizient „c“ den Wert 1 annimmt.
Leistungsversorgungskontroller (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 wobei: der Leistungsversorgungskontroller (10) auf einer gedruckten Leiterplatine ausgebildet ist; der Leistungsversorgungsweg (51) einen gedruckten Verdrahtungsabschnitt und einen Drahtabschnitt umfasst, wobei der gedruckte Verdrahtungsabschnitt auf der gedruckten Leiterplatine gebildet ist und der Drahtabschnitt den gedruckten Verdrahtungsabschnitt mit der Last (50) zu verbindet; und der Leistungsversorgungsweg-Schutzstromkreis (20) wenigstens entweder den gedruckten Verdrahtungsabschnitt oder den Drahtabschnitt schützt.