DE60309845T2

DE60309845T2 - Elektrische schutzschaltungsanordnung

Info

Publication number: DE60309845T2
Application number: DE60309845T
Authority: DE
Inventors: Mark Simon BRATTEL
Original assignee: DESIGN DESIGN TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: DESIGN DESIGN TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: GB2386007A; EP1479271A1; WO2003073798A1; US7656631B2; EP1479271B1; NZ534951A; GB2386007B; ATE346479T1; AU2003207346B2; US20080291594A1; CA2477587A1; AU2003207346A1; DE60309845D1; GB0204539D0

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf elektronische Schaltungen der Art mit einer Last, die mindestens eine Halbleiterübergangsvorrichtung und eine Stromquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, an die Last einen Betriebsstrom mit einer Betriebsspannung anzulegen, die ausreicht, um die oder jede Halbleiterübergangsvorrichtung in leitenden Zustand zu bringen, und sie bezieht sich insbesondere auf Schaltungsschutzanordnungen zum Schützen der elektronischen Schaltung vor Lastanomalien, die zu schädlichen und/oder gefährlichen Zuständen führen können.
Eine Form einer elektronischen Schaltung, mit der sich die Erfindung insbesondere, aber nicht ausschließlich befaßt, ist für ein beleuchtetes Schild oder eine Leuchtanzeige bestimmt, bei dem/der mehrere Halbleiterdioden, die jeweils in der Lage sind, optische Strahlung zu emittieren, wenn sie vorwärts gespannt sind, in einer Gruppe gekoppelt sind.
Solche Halbleiterdioden werden üblicherweise als Leuchtdioden (LED) bezeichnet, obwohl die Strahlung auch im nicht sichtbaren Spektrum vorliegen kann.
Solche LEDs, die als Lasten verwendet werden, zeigen wie andere Halbleiterübergangsvorrichtungen Lastleitungscharakteristiken, die nicht-linear sind bezüglich des Ohm'schen Gesetzes.
In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „Lastleitungscharakteristiken", so wie er hier verwendet wird, das Ausmaß des beim Durchleiten eines Stroms (I) durch die Last über der Last auftretenden Spannungsabfalls (V), der hinweisend ist für die I-V-Charakteristiken beliebiger die Last umfassender Vorrichtungen oder Bauteile.
Wie dem Fachmann hinlänglich bekannt ist, besteht die Leitungscharakteristik einer sogenannten linearen Last, die dem Ohm'schen Gesetz folgt, darin, daß die Spannung über der Last auch bei kleinen Stromwerten direkt proportional zum durch die Last hindurchfließenden Strom ist und die darin als Wärme abgestrahlte Leistung als Produkt von Strom und Spannung oder alternativ als Quadrat des Stroms steigt. Dies ist vergleichbar mit einer Halbleitervorrichtung mit einem einzigen Übergang, wie einer Leuchtdiode, die, wenn sie vorwärts gespannt ist, eine I-V-Charakteristik aufweist, bei der bereits vor und zu dem Durchleiten von sehr schwachen Strömen eine niedrige, aber merkliche Schwellenspannung (in der Größenordnung von 0,5 bis 1 V) vorhanden ist, während danach ohne einen signifikant großen Anstieg des Spannungsabfalls über der Vorrichtung merkliche Strompegel fließen können, d.h. sie zeigt eine nicht-lineare Vorwärtsleitungscharakteristik, die es einer solchen Vorrichtung zum Teil ermöglicht, große Ströme durchfließen zu lassen und Strahlung zu emittieren und dabei relativ wenig interne Wärme zu erzeugen.
Obgleich eine Halbleitervorrichtung aus mindestens einem Körper aus leitfähigem Material gebildet ist, das in leitendem Zustand einen gewissen Ohm'schen Widerstand zeigt, ist es üblich, eine solche Vorrichtung über eine Strombegrenzungsquelle zu betreiben. In der Praxis können, wenn eine große Anzahl Vorrichtungen zusammengruppiert sind, um eine intensive Beleuchtung eines Produktes, z.B. eine Randbeleuchtung von Anzeigetafeln aus Kunststoff, bereitzustellen, die Vorrichtungen in einem Gehäuse untergebracht sein, so daß eine Belüftung zur Umgebung hin notwendig ist, um die in der Vorrichtungen erzeugte Wärme aufzunehmen, und ungeachtet der Tatsache, daß dies dem Wunsch zuwiderlaufen kann, daß die emittierte Strahlung nicht direkt durch Belüftungsöffnungen und dergleichen sichtbar ist.
In der Praxis erfordert daher die Verwendung großer Zahlen von Leuchtdioden, welche Lichtquellen für Anzeigetafeln und ähnliche Gegenstände bilden, die Vorrichtungen mit Laststrom- und Spannungswerten zu betreiben, bei denen der Gegenstand noch in der Lage ist, die erzeugte Wärme abzustrahlen, und diese Parameter sind oft als Teil der allgemeinen Gestaltung des Gegenstandes festgelegt.
Es versteht sich, daß diese Schaltungsanordnungen sowohl für die Erzeugung beträchtlicher zusätzlicher Wärme als auch für die lokale Erzeugung und Abstrahlung selbst geringer Mengen zusätzlicher Wärme in Bereichen, in denen das Wärmegleichgewicht gestört ist, anfällig sind.
Unter gewissen Umständen kann ein elektrischer Ausfall eines Halbleiterübergangs innerhalb einer solchen Diode, die von einer Strombegrenzungsquelle versorgt wird, dazu führen, daß sie einen Ohm'schen Widerstand darstellt und, ungeachtet einer wahrscheinlichen Verringerung des Stromflusses, die durch den Widerstand verursacht ist, zur einer Wärmequelle wird, die andere elektrisch oder thermisch mit ihr gekoppelte Bauteile beeinflussen kann, wodurch sich ein Versagen von Bauteilen ausbreitet oder die Erzeugung zusätzlicher Wärme zunimmt, was zu einem Brand führen kann.
Die Erzeugung zusätzlicher Wärme und ein dadurch bedingtes Bauteilversagen und/oder Feuer können auch von Ausfällen von Nicht-Halbleiterbauteilen oder des Schaltungsaufbaus selbst herrühren, was typischerweise durch die Bildung unbeabsichtigter und ungeregelter Strompfade zwischen Leitern der Schaltung durch ein Versagen von Isoliermaterialien oder Eindringen elektrisch leitfähiger bzw. chemisch oder elektrochemisch reaktiver Verunreinigungen bedingt ist.
Es versteht sich, daß ein solches Eindringen von Verunreinigungen in die Last eine dauerhafte Veränderung ihrer Leitungsmerkmale bewirken kann. Das Vorliegen von Verunreinigungen kann jedoch andere Merkmale der Last in Weisen beeinflussen, die nicht unmittelbar daraus ersichtlich sind, wie die Last den von der Quelle bereitgestellten Betriebsstrom behandelt, die jedoch dadurch, daß sie nicht der einwandfrei arbeitenden Halbleitervorrichtungslast entsprechen, dennoch auf einen physikalischen Zustand der Last hinweisen, der auf einen Betrieb hindeutet, vor dem die Schaltung geschützt werden muß.
Beispielsweise können bei Lasten, die Leuchtdioden aufweisen, diese letzteren in geradlinigen „Ketten" verbunden und in transparenten Gehäusen zum Schutz vor der Umgebung enthalten oder mit Öffnungen zur Belüftung versehen sein. Wenn die Abdichtung eines solchen Gehäuses beschädigt ist oder die Belüftungsöffnungen ungünstig angeordnet sind, kann sich das Gehäuse mit Regenwasser oder Luftfeuchtigkeit füllen. Dieses Wasser kann in Form einer Flüssigkeit oder von Dampf als schwacher Elektrolyt wirken und im Kontakt mit ungleichen Metallen ein galvanisches Element oder eine Batterie bilden und eine Spannung über der Last erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann dieses Wasser als Dielektrikum zwischen Leitern wirken und eine Kapazitanz verursachen, die dazu neigt, eine an die Last angelegte Spannung zu speichern.
Obwohl keine dieser Situationen zwangsläufig den Betrieb der Last beeinträchtigt, wenn sie mit Strom von der Quelle versorgt wird, sind sie jedoch Anzeichen für eine solche Beschädigung der Abdichtung und weisen darauf hin, daß die Last anders als beabsichtigt arbeitet, weshalb sie doch einen Einfluß hat, wenn bestimmt werden soll, ob es wünschenswert ist, einen Betriebsstrom an die Last anzulegen, d.h. diese zu schützen.
Es ist ersichtlich, daß bei einem Betrieb der Schaltung über längere Zeiträume solche Änderungen der Lastmerkmale, die vom Vorliegen von Wasser oder anderer Verunreinigungen abhängen, zufällig zusammen mit einem solchen Eindringen auftreten und möglicherweise durch Abfließen oder Verdampfen verschwinden, so daß es erwünscht ist, dadurch verursachte Änderungen der Lastmerkmale zu erkennen und etwas gegen sie zu unternehmen, wenn sie gegebenenfalls auftreten.
Es versteht sich, daß solche Leuchtdioden und die oben dargelegte Anwendung und Konfiguration nur ein Beispiel für eine Schaltungslast darstellen, die eine oder mehrere Halbleiterübergangsvorrichtungen aufweist, bei denen eine Veränderung der Leitfähigkeit oder anderer Merkmale der Schaltung dazu führen kann, daß andere Bauteile und/oder die Schaltung insgesamt geschützt werden müssen, und im allgemeinen kann jede elektronische Schaltung, bei der eine Last eine oder mehrere Halbleitervorrichtungen enthält, die mittels Strom von einer Stromquelle in leitenden Zustand gebracht werden, vom Schutz gegen nachteilige Wirkungen profitieren, die durch Veränderungen der Lastcharakteristiken, insbesondere durch Einbringen eines Strompfades mit einem Ohm'schen Widerstand und damit einer unerwünschten Wärmequelle, verursacht sind.
Unter Wahrung der Allgemeingültigkeit des Vorstehenden ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren für den Schutz einer elektronischen Schaltung mit einer Schaltungsstromquelle und einer Last für diese bereitzustellen, welche mindestens eine Halbleiterübergangsvorrichtung aufweist, die so angeordnet ist, daß sie von der Quelle in leitenden Zustand gebracht wird und von dieser stammenden Strom durchläßt. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Schaltung bereitzustellen, die eine solche Schutzanordnung enthält.
Die US 6147617 von Kim beschreibt eine Vorrichtung zum Detektieren von Fehlern aufgrund eines Ausfalls eines Einzelpixels und eines Kurzschlusses zwischen dem Einzelpixel und dem Massespannungspegel in einem nicht-leuchtenden Zustand und auch ein Verfahren zur Echtzeitprüfung, ob Informationsdaten, die von einem entfernten Hauptrechner ausgegeben werden, auf einer Anzeige normal dargestellt werden, und Detektieren aller durch einen Ausfall eines Einzelpixels, einen Kurzschluß zwischen einem Einzelpixel und dem Massespannungspegel und einen Kurzschluß zwischen Einzelpixeln bedingten Fehler.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Schaltungsschutzanordnung für eine elektronische Schaltung gemäß vorliegendem Anspruch 1, eine elektronische Schaltung gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren zum Schutz einer Schaltung gemäß Anspruch 12 bereit. Zusätzliche Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen dieser Ansprüche dargelegt.
In dieser Beschreibung wird der Begriff „offline" im Zusammenhang mit der Last hinsichtlich ihrer Funktion, wenn kein Betriebsstrom an der Last vorliegt, und im Zusammenhang mit zugeordneten Schaltungsbauteilen und ihrer Funktion verwendet, um einen beabsichtigten oder tatsächlichen Betrieb anzuzeigen, wenn die Last offline ist. Der Begriff „online" wird im Zusammenhang mit der Last bezüglich ihrer Funktion, wenn Betriebsstrom anliegt, und im Zusammenhang mit zugeordneten Schaltungsbauteilen und ihrer Funktion verwendet, um einen beabsichtigten oder tatsächlichen Betrieb anzugeben, wenn die Last online ist.
Die Offline-Lastcharakteristik-Meßeinrichtung kann eine Einrichtung umfassen, die nachfolgend als „Offline-Leitungsmeßeinrichtung" bezeichnet wird, mit der Last gekoppelt ist, die von der Quelle versorgt wird, und so betrieben werden kann, daß sie bei fehlender Versorgung der Last mit Betriebsstrom von der Quelle das Vorliegen von Leitungscharakteriken bestimmt, die entweder einer Halbleiterübergangslast entsprechen, die nicht vollständig in einen vorwärtsleitenden Zustand gebracht ist, oder die nicht dazu passen und einem Ohm'schen Widerstand entsprechen. Gegebenenfalls kann auch eine Einrichtung vorgesehen sein, die nachfolgend als „Online-Leitungsmeßeinrichtung" bezeichnet wird, mit der Last gekoppelt ist und so betrieben werden kann, daß sie bei Versorgung der Last mit Betriebsstrom feststellt, ob der von der Last gezogene Strom von einem gespeicherten Wert um mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht, der auf eine Veränderung der Leitungscharakteristiken hinweist.
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhalber unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung mit einer Halbleiterlast, einer Schaltungsstromquelle zum Betreiben der Last und einer Schaltungsschutzanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt.
In der Figur weist eine elektronische Schaltung 10 eine Schaltungs- oder Hauptstromquelle 12 auf, die so angeordnet ist, daß sie eine Schiene 14 mit einer Hauptspannung V_MASTER versorgt. Die Quelle 12 betreibt über Versorgungs- und Rückleitung 18 bzw. 19 eine Last 20 mit Betriebsstrom I_LOAD bei einer Betriebsspannung, die im wesentlichen gleich V_MASTER ist.
Die Last 20 umfaßt mindestens eine bei 22 schematisch dargestellte Halbleiterübergangslastvorrichtung, wie eine Leuchtdiode (LED), die über eine Stromsteuervorrichtung 24 zwischen die Versorgungs- und Rückleitung 18 und 19 geschaltet ist.
In der Praxis kann die Leuchtdioden-Vorrichtung anstelle der gezeigten einzelnen Leuchtdiode mehrere Leuchtdioden umfassen, die parallel und/oder in Reihe geschaltet sind, ohne das Betriebsprinzip zu verändern, daß die Stromquelle an der oder jeder Halbleiterübergangsvorrichtung Strom mit einer Betriebsspannung bereitstellt, die ausreicht, um diese in einen vollständig vorwärtsleitenden Zustand zu bringen und Strom in der Menge zu ziehen, die von einer begrenzenden oder regulierenden Vorrichtung gestattet wird. Sobald die Leuchtdioden-Lastvorrichtung voll leitfähig ist, bleibt der Spannungsabfall über dieser im wesentlichen unverändert, auch wenn sich der Strom verändert.
Die Schaltung 10 umfaßt auch eine Steuereinrichtung, die allgemein bei 30 angezeigt ist und so betrieben wird, daß sie eine Stromversorgung von der Hauptquelle 12 zur Last bewirkt oder unterbindet. Die Steuereinrichtung kann in Form diskreter oder integrierter Bauteile vorgesehen sein, die logisch bei Signalpegeln arbeiten, oder kann durch einen oder mehrere Mikroprozessoren oder einen Allzweckcomputer gemäß einem gespeicherten Programm bereitgestellt werden, wobei die genaue Beschaffenheit und Struktur der Steuereinrichtung von zweitrangiger Bedeutung ist im Vergleich zu den Funktionen, die sie ausführt. Zum Zwecke der Veranschaulichung ist sie so dargestellt, daß sie mehrere miteinander verbundene Funktionsblöcke sowie Eingabe- und Ausgabeanschlußeinrichtung umfaßt, die nachfolgend noch näher beschrieben werden, wobei sich versteht, daß diese Anschlußeinrichtungen zwischen Signalpegeln, die von der übrigen Schaltung abgeleitet und genutzt werden, und prinzipiell logischen Prozessen, die in der Steuereinrichtung ablaufen, Schnittstellen bilden.
Die Steuereinrichtung 30 umfaßt somit funktional mehrere Elemente, die gemeinsam über einen Versorgungsanschluß 32 von einer Niederspannungs-Steuereinrichtungsstromquelle 34, welche mit der Hauptquelle 12 verbunden ist, bei einer relativ niedrigen Spannung V_CC (typischerweise 5 V) betrieben werden.
Die Steuereinrichtung 30 weist eine Ausgabeanschlußeinrichtung 36 auf und wird so betrieben, daß sie an diese ein Freigabesignal zum Bewirken einer Stromversorgung von der Quelle 12 zur Last über die Leitungen 18 und 19 anlegt oder ein solches Anlegen unterbindet. Eine solche Ausgabeanschlußeinrichtung kann abhängig vom Aufbau der Steuereinrichtung jede Schaltungsanordnung umfassen, die einen Ausgabeanschluß bereitstellt.
Erfindungsgemäß ist die Schaltung mit einer Schutzanordnung versehen, die allgemein mit 40 bezeichnet ist.
Die Schutzanordnung umfaßt einen Versorgungsschalter 42, der auf das Freigabesignal von der Ausgabeanschlußeinrichtung 36 reagiert, um Strom von der Hauptquelle zur Last einzukoppeln, diesen der Leitung 18 mit einer geeigneten Betriebsspannung V_SWITCH zuzuführen, die zweckmäßigerweise im wesentlichen gleich der Hauptquellenspannung V_MASTER ist oder sich von dieser unterscheiden kann.
Die Schutzanordnung 40 umfaßt zudem eine allgemein mit 50 bezeichnete Offline-Lastcharakteristikmeßeinrichtung, die mit der Last gekoppelt ist, die über den Versorgungsschalter mit Betriebsstrom versorgt wird, und die so betrieben werden kann, daß sie eine Spannung über der Last mißt, die repräsentativ für eine oder mehrere Charakteristiken der Last ist und vom physikalischen Zustand sowie vom Betriebszustand der Last abhängt, den gemessenen Spannungswert mit mindestens einem gespeicherten Wert vergleicht, wobei der oder jeder gespeicherte Wert repräsentativ für eine Schwelle einer Lastcharakteristik ist, die zwischen einem Zusammenpassen mit einem Halbleiter- und einem Nicht-Halbleiterverhalten trennt, und auf eine Schwellwertvergleichsentscheidung, die anzeigt, daß die Lastcharakteristiken nicht zu denen einer einwandfrei arbeitenden Halbleiterübergangsvorrichtungslast passen, dahingehend reagiert, daß sie das Anlegen des Freigabesignals an die Ausgabeanschlußeinrichtung unterbindet. Die Begriffe „offline" und „online" werden in der oben erläuterten Weise und im Zusammenhang damit verwendet, ob die Last einen Betriebsstrom von der Versorgungseinrichtung nicht durchläßt bzw. durchläßt. Sofern die Meßeinrichtung 50 mit der Last verbunden ist, mißt sie die Lastspannung nicht nur dann, wenn sie online ist, sondern gemäß der Erfindung mißt sie die Lastspannung auch, wenn die Last offline ist.
Nachfolgend werden verschiedene Lastcharakteristiken beschrieben, die von der Meßeinrichtung 50 gemessen werden können, wobei zunächst jedoch auf die Leitungscharakteristiken der Last eingegangen wird, insbesondere darauf, ob die Last eine Leitungscharakteristik aufweist, die nicht zu der paßt, welche von einer Halbleitervorrichtungslast zu erwarten ist, und gegenüber der die Schaltung vor dem Anlegen von Betriebsstrom an die Last geschützt werden muß.
Somit kann, sofern die zu messende Charakteristik der Last deren Stromleitung ist, die Meßeinrichtung 50 als Lastleitungsmeßeinrichtung angesehen werden, die eine Spannungsmeßeinrichtung 52, welche mit der Last 20 gekoppelt ist und so betätigt werden kann, daß sie zumindest einen Sensorspannungspegel ableitet, der für den durch die Last fließenden Strom repräsentativ ist, wie dies nachfolgend noch näher beschrieben wird, und innerhalb der Steuereinrichtung 30 eine Schwellwertvergleichseinrichtung 54 umfaßt, die so betrieben werden kann, daß sie den gemessenen Lastspannungspegel mit einem primären gespeicherten Wert vergleicht und unter Berücksichtigung des durch die Last fließenden Stroms auf einen Unterschied zwischen diesen, der anzeigt, daß der gemessene Spannungspegel eine Lastleitungscharakteristik darstellt, die zu einer einwandfrei arbeitenden Halbleiterübergangsvorrichtung paßt oder nicht paßt, dahingehend reagiert, daß sie eine positive oder eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung erzeugt. Die Steuereinrichtung 30 umfaßt eine Eingabeanschlußeinrichtung 56 zum Empfangen mindestens eines Sensorspannungspegels von der Spannungsmeßeinrichtung 52, und eine Versorgungsgatterlogik 58, die auf eine Schwellwertvergleichsentscheidung so reagiert, daß sie das Anlegen des Freigabesignals an der Ausgabeanschlußeinrichtung unterbindet oder gestattet.
Die (Offline-)Spannungsmeßeinrichtung 52 ist mit der Last gekoppelt, die mit Betriebsstrom vom Versorgungsschalter versorgt wird, d.h. sie ist mit der Leitung 18, die den Versorgungsschalter 42 mit der Last verbindet, an einem Verzweigungspunkt oder Knoten 60 gekoppelt und so angeordnet, daß sie eine Darstellung des Leitungsverhaltens der Last gegenüber Strom bewirkt, wenn keine Versorgung mit normalem Betriebsstrom von der Quelle vorliegt, d.h. wenn die Last von der Steuereinrichtung durch Unterbinden des Freigabesignals an den Versorgungsschalter „offline" genommen wurde, und während dieser Abwesenheit fließt ein Meßstrom mit einem Wert durch die Last, der für einen Halbleiterübergang niedriger ist als dessen Vorwärtsleitungsschwellwert, und wird der Spannungspegel über der Last als Reaktion auf den Meßstrom gemessen. Die Offline-Leitungsmeßeinrichtung 50 umfaßt auch einen Meßstromgenerator 62 in Form eines Quellenwiderstandes, der zwischen die Schaltungsstromquelle 12 und den Knoten 60 geschaltet ist. Der Wert des Quellenwiderstandes ist hinsichtlich der Hauptquellenspannung und des über der Last zu erwartenden Spannungsabfalls so gewählt, daß die Last einen Strom von etwa 200 μA ziehen kann, wenn der Versorgungsschalter gesperrt ist, d.h. ein Strom, der nicht ausreicht, um den Halbleiterübergang oder die Halbleiterübergänge der Last in einen voll leitenden Zustand zu bringen. Die Schaltungshauptquelle kann die Last zweckmäßigerweise mit einer Spannung V_MASTER oder V_SWITCH von etwa 48 V betreiben, und der Quellenwiderstand kann einen Wert von etwa 0,22 MOhm aufweisen. Die Größe des Quellenwiderstandes ist dennoch größer als der typische Ohm'sche Widerstand, der beim Ausfall eines solchen Halbleiterübergangs zu beobachten ist, oder tatsächlich größer als jeder physikalische Kurzschluß, der durch defekte oder kontaminierte Leiter in der Last verursacht wird und bei 64₁ schematisch dargestellt ist.
Die Offline-Spannungsmeßeinrichtung 52 umfaßt einen Spannungsmeßwiderstand 66, der zwischen den Knoten 60 und einen Ausgabeanschluß 67 geschaltet ist, sowie einen optionalen Kondensator 68, der zwischen den Ausgabeanschluß 67 und Masse geschaltet ist und dazu dient, hochfrequente elektrische Störungen von innerhalb oder außerhalb der Schaltung von der gemessenen Knotenspannung zu entkoppeln. Der Meßwiderstand hat einen Widerstand in der selben Größenordnung wie der Quellenwiderstand 62.
Da die Spannungsmeßvorrichtung am Knoten 60 ständig mit der Leitung 18 verbunden ist, erreicht diese Leitung, wenn die Quelle der Last Strom zuführt, eine Spannung V_SWITCH, die mehrere 10 Volt betragen kann, und wird der Ausgabeanschluß 67 meist bis zu dieser Spannung ansteigen. Um die angeschlossenen Schaltungen und insbesondere die Steuereinrichtung zu schützen, umfaßt die Spannungsmeßeinrichtung eine Klemmeinrichtung 69 in Form einer Diode, die mit dem Ausgabeanschluß 67 und der mit der Steuereinrichtung geteilten Niederspannungsquelle 34 gekoppelt ist.
Die Offline-Schwellwertvergleichseinrichtung 54, die in der Steuereinrichtung 30 und durch diese gebildet ist, und der Ausgabeanschluß 67 der Offline-Spannungsmeßeinrichtung sind über eine Leitung 72 mit dem Eingabeanschluß 56₁ der Eingabeanschlußeinrichtung 56 der Steuereinrichtung verbunden, wobei über diesen Anschluß eine Darstellung des Sensorspannungspegels (sei es als digitalisierter Abtastwert, Analog- oder Logikpegelsignal usw.) mit der Offline-Schwellwertmeßeinrichtung gekoppelt ist. Die Schwellwertvergleichseinrichtung 54 umfaßt einen primären Schwellwertspeicher 74, der zum Speichern eines primären Speicherwertes der Sensorausgangsspannung eingerichtet ist, die als Minimum für den Meßstrom, der zu einem Halbleiterübergang paßt, und als Maximum für die Last mit Leitungscharakteristiken, insbesondere Ohm'schem Widerstand, ab dem die Schaltung hinsichtlich des Anlegens von Betriebsstrom geschützt werden muß, d.h. bei dieser Ausführungsform etwa 0,3 V, vorgegeben ist. Die Schwellwertvergleichseinrichtung 54 umfaßt auch einen Komparator 76, der den Vergleich zwischen der durch den primären gespeicherten Wert dargestellten Schwelle und dem am Eingabeanschluß 56₁ empfangenen Wert durchführt. Eine günstige oder positive Vergleichsentscheidung, nämlich, daß der Sensorspannungspegel nicht unter den Schwellwertpegel gefallen ist, bewirkt ein Eingangssignal an der Versorgungsgatterlogik 58.
Die Steuereinrichtung umfaßt auch eine mit 80 bezeichnete Genehmigungslogik, die auf Wunsch der Last 20 Strom zuführt und hier durch einen handbetätigten Schalter 82 oder ein Schaltungssteuerprogramm dargestellt ist, indem sie der Versorgungsgatterlogik 58 einen Genehmigungs-Zustimmungsbefehl zuführt. Um das Freigabesignal am Ausgangsanschluß 36 und somit den Betrieb des Schalters zum Versorgen der Last mit Strom zu erzeugen, reagiert die Versorgungsgatterlogik auf die Genehmigung in Kombination mit einer positiven Schwellwertvergleichsentscheidung, oder umgekehrt, reagiert die Versorgungsgatterlogik sowohl auf eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung als auch auf eine fehlende Genehmigung, um die Erzeugung des Freigabesignals zu unterbinden. Die Genehmigungslogik umfaßt einen mit 84 bezeichneten Timer, der so betrieben werden kann, daß er in vorbestimmten Intervallen ein Entfernen der Genehmigung von der Versorgungsgatterlogik über einen vorbestimmten Zeitraum bewirkt und infolgedessen die Unterbindung des Freigabesignals an den Versorgungsschalter erzwingt.
Betrachtet man als nächstes die Offline-Leitungsmeßeinrichtung 50, so ist ersichtlich, daß bei Vorliegen des Freigabesignals am Versorgungsschalter die Lastversorgungsleitung 18 bei einer Betriebsspannung V_SWITCH gehalten wird, die etwa gleich V_MASTER ist. Dies führt dazu, daß der Knoten 60 und der Übergang zwischen Quellen- und Meßwiderstand 64 und 66 bei V_SWITCH gehalten wird, daß der Spannungspegel am Ausgang 67 zu diesem Wert, zumindest zum Maximalen von der Klemmdiode 69 zugelassenen Wert, tendiert, der an den Eingabeanschluß 56₁ der Steuereinrichtung angelegt wird, wobei dieser Pegel der Meßspannung den darin gespeicherten primären Wert überschreitet und bewirkt, daß die Gatterlogik 58 die Genehmigung zur Erzeugung der Freigabesignale bestätigt.
Bei zeitlich festgelegtem Entfernen der Genehmigung und für die Dauer des Entfernens ist die Quelle 12 tatsächlich von der Bestromung der Last über den Versorgungsschalter 42 getrennt, und der Meßstrom-Quellenwiderstand 62 ist effektiv in Reihe mit der Lastvorrichtung geschaltet, wodurch an ihrem Übergangsknoten ein Spannungsteiler gebildet wird, mit dem der Meßwiderstand 66 verbunden ist. Die Quellen- und Meßwiderstände haben eine ausreichend hohe Impedanz, damit der von der Last aufgenommene Strom im wesentlichen bei oder unter dem Pegel liegt, bei dem eine Halbleitervorrichtung der Last vollständig in einen leitenden Zustand gebracht wird, so daß der Spannungsabfall über der Last etwa dem Leitungsschwellwert entspricht und höher als der primäre gespeicherte Wert ist und ein Vergleich damit zu einer positiven Entscheidung führt. Am Ende des Zeitraums, wenn die Genehmigung an der Versorgungsgatterlogik wieder hergestellt ist, läßt die positive Schwellwertvergleichsentscheidung zu, daß die Quelle über den Schalter wieder freigegeben wird und die Last durch Anheben der Leitung 18 bestromt wird, wobei der Sensorspannungspegel am Ausgang 67 auf seinen festgeklemmten Pegel erhöht wird, und die Last bis zur nächsten zeitlich festgelegten Genehmigungsunterbrechung betrieben wird.
Wenn jedoch, sobald durch das Entfernen der Genehmigung die Schaltungsversorgungseinrichtung von der Last getrennt ist, der Meßstrom-Quellenwiderstand einen Spannungsteiler mit einer Last bildet, die einen linearen Ohm'schen Widerstand aufweist, der bei voller Leistung eine beträchtliche Wärme erzeugen kann, dann ist ein Anstieg des durch den Quellenwiderstand gezogenen Stroms und der an diesem vorliegenden Spannung zu erwarten, so daß die Spannung über der Last, die am Knoten 60 gemessen wird, niedriger als bei einer Halbleitervorrichtung ist. Wenn also der Sensorspannungspegel, der an die Offline-Schwellwertvergleichseinrichtung angelegt wird, unter dem Schwellwert des primären gespeicherten Wertes liegt, bewirkt die Schwellwertvergleichseinrichtung eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung und stellt die Versorgungsgatterlogik so ein, daß sie weiterhin das Freigabesignal bei Wiederherstellung der Genehmigung am Ende des Zeitraums unterbindet, wodurch effektiv Strom von der Last abgezogen und damit eine Beschädigung der Schaltung verhindert wird.
Ein solcher Zustand kann zu anderen innerhalb der Steuereinrichtung erfolgenden oder durch diese initiierten Aktivitäten und/oder zur Ausgabe eine Alarmsignals führen. Ein solches Alarmsignal kann bei Schaltungen, bei denen solche Laständerungen kein Sicherheitsrisiko oder dergleichen darstellen, von besonderem Nutzen sein.
Als Modifikation oder als Alternative zu solchen zeitlich festgelegten Unterbrechungen der Stromversorgung der Last kann die Genehmigungslogik so betrieben werden, daß sie eine Verzögerung beim Anlegen der Genehmigung an die Versorgungsgatterlogik bewirkt, wenn der Betrieb initiiert wird, daß sie während dieses Verzögerungszeitraums bewirkt, daß der Meßstrom durch die Last fließt und der Sensorspannungspegel mit dem primären gespeicherten Wert verglichen wird, und daß sie anschließend ein Freigabesignal zuläßt, um die Quelle zum Betreiben der Last nur dann zu bestromen, wenn die Schwellwertvergleichsentscheidung anzeigt, daß der Offline-Sensorspannungspegel nicht durch eine uncharakteristisch niedrige Widerstandslast während des Verzögerungszeitraums herabgesetzt wurde. Eine solche Initiierungsverzögerung kann zweckmäßigerweise von einem Timer 84 oder dergleichen durchgeführt werden, der bei Inbetriebnahme und vor Ausgabe eines Freigabesignals oder -befehls an die Versorgungsgatterlogik, die den Versorgungsschalter freigeben kann, in einen Genehmigungsentfernungszeitraum übergeht.
Durch Beschränken einer solchen Offline-Leitungsmessung auf eine Verzögerung vor Inbetriebnahme wird jegliche Unterbrechung vermieden, die sich aus der Unterbrechung der Stromversorgung der Last während des Betriebs ergeben kann, z.B. wenn, wie hier, die Last eine visuelle Anzeige einer oder mehrerer Leuchtdioden ist. Häufig sind solche Lasten jedoch über so lange Zeiträume im Betrieb, daß eine nur bei Inbetriebnahme erfolgende Leitungsmessung unangemessen sein kann.
Wenngleich die Offline-Messung der Lastimpedanz definitionsgemäß eine Unterbrechung der Versorgung der Last mit Betriebsstrom erfordert, wird ein komplexes, zusätzliches Umschalten der Last zwischen der Quelle und der Strommeßschaltung sowie eine damit verbundene Zeitverzögerung durch die oben beschriebene Anordnung vermieden, die es gestattet – was auch Ziel dieser Erfindung ist – die intermittierende Unterbrechung des Betriebsstroms zur Last über einen Zeitraum zu bewirken, der kürzer als die Augenträgheit des menschlichen Auges ist, so daß ein Betrachter des/der von den Leuchtdioden beleuchteten Schildes oder Anzeige sich der Unterbrechung und der Wiederherstellung der Stromversorgung der Last nicht bewußt ist.
Es wurde festgestellt, daß eine Unterbrechung mit einer Dauer von 5 msec oder weniger dazu geeignet ist, die visuellen Auswirkungen einer Schaltungsunterbrechung zu vermeiden, und für die Offline-Leitungsmeßeinrichtung ausreicht, sich an die Messung einer reduzierten Spannung anzupassen, und die Steuereinrichtung ist bei dieser Ausführungsform so angeordnet, daß der Timer eine Unterbindung des Freigabesignals über einen Zeitraum von 0,5 bis 5 msec, vorzugsweise 1 msec oder weniger, bewirkt. Im allgemeinen sind jedoch brauchbare Ergebnisse bei einer Unterbrechungsdauer im Bereich von 1 μsec bis 250 msec zu erwarten.
Die Offline-Lastleitungsmessung der oben beschriebenen Art beruht auf der Tatsache, daß bei einer Unterbrechung der Stromversorgung des Versorgungsschalters der Spannungsabfall über der Last rasch auf den Pegel abfällt, der durch die Meßstromquelle und den effektiven Widerstand gegen diesen Strom, den die Last bietet, bestimmt wird. Ebenso ist es ein Merkmal der Erfindung, daß diese Unterbrechung auf einen relativ kurzen Zeitraum begrenzt ist. Wenn, wie oben erörtert, die physikalische Laststruktur mit einem schlecht leitenden Material kontaminiert ist, das zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Schaltungsbetriebs eine Speicherkapazitanz bewirkt, wenn die relativ hohe Stromversorgungsspannung V_SWITCH unterbrochen wird, bewirkt die Kapazitanz, daß der Spannungsabfall über der Last, ungeachtet des Meßstrom-Quellenwiderstandes 62, relativ langsam abnimmt.
Da die Stromversorgungsunterbrechung von relativ kurzer Dauer ist, kann sogar ein gemäßigter Kapazitanzwert die Spannung über der Last beeinträchtigen, was die Lastreaktion auf den Meßstrom wahrheitsgemäß wiedergibt.
Die oben beschriebene Leitungsmeßeinrichtung 50 kann dazu ausgelegt sein, auch dann zu messen, wenn die Last solche kapazitiven Merkmale entwickelt, indem sie innerhalb der Schwellwertvergleichseinrichtung 54 einen sekundären Schwellwertspeicher 75 enthält, der dazu eingestellt ist, einen sekundären Wert des Sensorspannungspegels zu speichern, der als maximaler Spannungspegel vorgegeben ist, welcher am Ende der Versorgungsunterbrechungsdauer von einer reinen Halbleiterlast oder Ohm'schen Last zu erwarten ist. Somit wird der gemessene Spannungspegel vor dem Ende der Unterbrechungsdauer sowohl mit dem primären als auch mit dem sekundären Speicherwert verglichen; ist der Pegel niedriger als der primäre Speicherwert oder größer als der sekundäre Speicherwert, wird eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung getroffen und an die Versorgungsgattereinrichtung angelegt, so daß am Ende der Unterbrechungsdauer die Versorgung der Last mit Betriebsstrom unterbunden bleibt. Anders betrachtet, wird die Stromversorgung der Last am Ende der Unterbrechungsdauer nur dann genehmigt, wenn der erfaßte Spannungspegel zwischen dem primären und dem sekundären Speicherwert liegt, und somit eine Halbleitervorrichtungslast anzeigt.
Es versteht sich, daß anstelle eines Vergleichs des tatsächlichen Lastspannungsabfalls während der Versorgungsunterbrechungsdauer mit einem vorbestimmten Schwellwert des Abfalls für den gleichen Zeitraum die Schwellwertvergleichseinrichtung anhand der Spannungspegel, die während der Unterbrechungsdauer erfaßt wurden, eine Abfallrate der Lastspannung bei Unterbrechung der Versorgung bestimmen kann, und die Vergleichseinrichtung kann einen Schwellwertvergleich mit einem sekundären Speicherwert bewirken, der eine minimale Rate darstellt, die während der Unterbrechungsdauer von einer reinen Halbleiterlast oder Ohm'schen Last zu erwarten ist, wobei die Schwellwertvergleichseinrichtung auf eine erfaßte Lastspannungs-Abfallrate, die kleiner als der sekundäre Speicherwert ist, dahingehend reagiert, daß sie an die Versorgungsgatterlogik eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung anlegt.
Während die Leitungsmerkmale der Last nach Initiierung des Schaltungsbetriebes zweckmäßig und präzise bestimmt werden können, indem ein Verzögerungszeitraum vorgesehen ist, bevor die Last mit Betriebsstrom versorgt wird, ist es natürlich nicht möglich, den Abfall der Versorgungsspannung für die Last vor deren Anlegen festzustellen. Jedoch kann insofern, als der angelegte Meßstrom eine zuvor entladene Kapazitanz aufladen kann, der gemessene Spannungspegel am Ende einer kurzen Verzögerungszeit kleiner als der primäre Speicherwert sein und nicht zu einer Halbleitervorrichtungslast passen und somit auch ohne Widerstandskomponente an der Last eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung bewirken.
Es versteht sich, daß, obwohl die Charakteristik der Lastkapazität durch die gleiche Meßeinrichtung und zum gleichen Zeitpunkt wie die oben beschriebene Bestimmung der Stromleitung bestimmt werden kann, da sich die Lastspannung im kurzen Zeitraum nach der Versorgungsunterbrechung anders verhält, die Messung einer Kapazitanzcharakteristik unabhängig von der Messung der Stromleitung durchgeführt werden kann. Die Leitungsmeßeinrichtung 50 kann so modifiziert sein, daß der Genehmigungslogik-Timer 34 die primären und sekundären Schwellwertspeicher 74 und 75 in unterschiedlichen Versorgungsunterbrechungszeiträumen adressiert, und der Genehmigungslogik-Timer kann auf Wunsch auch den Schalter 86 oder dergleichen so steuern, daß er den Meßstromgenerator 62 während einer Versorgungsunterbrechungsdauer sperrt, wenn der Spannungsabfall untersucht wird. Die Einrichtung 54 kann auch dazu eingerichtet sein, nur solche Kapazitanzcharakteristiken zu erfassen, und umfaßt daher keine Leitungsmeßeinrichtung mehr, wobei auf den Meßstromgenerator und den primären Schwellwertspeicher 74 verzichtet wird, obwohl eine Schaltungsinitiationsverzögerung keinen Nutzen hat.
Wie oben beschrieben, versteht sich, daß eine Kontaminierung der Last zur Erzeugung einer Spannung über der Last führen kann. Während zu erwarten ist, daß eine solche Lastcharakteristik durch die Versorgungsspannung V_SWITCH maskiert wird, kann sie auch durch Kapazitäts- oder Meßstromeffekte während der relativ kurzen, für den Betrieb vorgesehenen Versorgungsunterbrechungszeiträume maskiert werden. Vor dem Betrieb der Schaltung und dem Anlegen der Stromversorgung und/oder des Meßstroms an die Last deutet das Vorliegen einer Spannung über der Last auf eine solche Spannungserzeugungscharakteristik und damit auf das Vorliegen von Kontaminanten hin. Die Offline-Lastcharakteristikmeßeinrichtung kann daher so gestaltet sein, daß sie diese charakteristische Spannung erfaßt, indem sie bewirkt, daß die Genehmigungslogik auf die Schaltungsinitiierung so reagiert, daß sie eine Verzögerung beim Anlegen der Genehmigung an die Versorgungsgatterlogik bewirkt, und gegebenenfalls das Fließen von Meßstrom durch die Last mittels dem Schalter 86 oder dergleichen unterbindet; die Schwellwertvergleichseinrichtung vergleicht jeden erfaßten Lastspannungspegel mit einem niedrigen Schwellwert, der möglichst bei Null liegt, um, falls eine solche Spannung vorliegt, eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung an die Versorgungsgattereinrichtung anzulegen. Ein solcher Test für eine von der Last erzeugte Spannung kann jedem anderen Test vorausgehen, der während eines Initiierungszeitraums durchgeführt wird, oder kann alternativ dazu als einziger Test der Lasterzeugungscharakteristiken eingesetzt werden. Das Erfassen einer solchen Last-erzeugten Spannung kann durch andere Einrichtungen als die Einrichtung 52 und die Schwellwertvergleichseinrichtung 54 erfolgen und eine Spannung beider Polaritäten berücksichtigen.
Es versteht sich, daß die Stromversorgung der Last unterbrochen und eine Offline-Erfassung der Lastcharakteristik zu jeder zweckmäßigen Zeit bzw. Zeiten durchgeführt werden kann bzw. können, die relativ zur Dauer oder zum Zeitraum der Unterbrechung lang ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Unterbrechung vom Timer durchgeführt, der die Genehmigung in Abständen von etwa 10 Sekunden unterbindet, wobei dieses Intervall verkürzt werden kann, wenn die Schaltungs- und/oder Lastparameter dergestalt sind, daß eine frühe Erfassung eines Lastausfalls von größter Bedeutung ist.
Sofern es wahrscheinlich ist, daß mehrere Lastcharakteristiken, außer einer unangemessenen Stromleitung, eher langfristige als mittelfristige Konsequenzen haben, kann das Erfordernis, häufigere Offline-Messungen der Lastcharakteristiken durchzuführen, abgemildert werden, indem Leitungscharakteristiken abhängig vom Strom, der in den Intervallen durch die Last fließt, wenn die Last nicht offline ist, erfaßt werden.
Die Online-Leitungsmeßeinrichtung 90 arbeitet, wenn die Last im Betrieb Strom durchläßt. Sie umfaßt eine Online-Spannungsmeßeinrichtung 92 in Form eines Strom-Spannungswandlers, der einen kleinwertigen Widerstand 93 umfaßt, welcher in Reihe mit der Last in der Leitung 19 (oder gegebenenfalls Leitung 18) geschaltet ist und über den eine niedrige Spannung proportional zum Laststrom entwickelt wird, einen Differenzverstärker 94, der eine Ausgangsspannung ableitet, die auf die über den Widerstand 93 gebildete Spannung bezogen ist, und eine optionale Glättungs- oder Rauschunterdrückungsfilterschaltung 94, die durch den Widerstand 95 und den Kondensator 96 gebildet ist und am Ausgabeanschluß 97 einen Sensorspannungspegel bereitstellt, der den Laststrom darstellt. Bei normalem Betrieb der Schaltung 10 sollte der Laststrom vorbehaltlich Änderungen, die erforderlich sind, um einen bestimmten Zustand, wie z.B. einen visuellen Effekt, zu bewirken, im wesentlichen konstant sein, wobei möglicherweise zu erwarten wäre, daß der Strom während und nach gesteuerten Unterbrechungen zur Offline-Leitungsmessung abfällt und sich wieder erholt. Da solche Unterbrechungen in jedem Unterbrechungszyklus jedoch nur über einen kurzen Zeitraum erfolgen, ergibt die Meßeinrichtung für einen Teil der Zeit, die bis zur Unterbrechung führt, eine gute Näherung des mittleren Laststroms. Um eine Veränderung des Laststroms zu bestimmen, die einen fehlerhaften Betrieb anzeigt, wird der Online-Sensorspannungspegel bei 97 über die Leitung 101 und den Eingabeanschluß 56₂ , wo er abgetastet wird, an eine Online-Schwellwertvergleichseinrichtung 100 angelegt, die in der Steuereinrichtung 30 und durch diese gebildet ist. Die Abtastwerte werden (gegebenenfalls) in digitale Form umgewandelt, und die Werte einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Abtastungen werden in einem Bezugswertspeicher 104 akkumuliert, um einen Wert zu ergeben, der einen gleitenden Langzeitmittelwert der online gemessenen Spannung und somit des Laststromwertes darstellt.
Der Wert jedes am Eingabeanschluß 56₂ erfaßten Abtastwertes wird mit dem Bezugswert verglichen, und wenn er von diesem um mehr als einen vorbestimmten Betrag, der positiv oder negativ sein kann und eine anormale und potentiell schädliche Veränderung des Laststroms anzeigt, abweicht, ist die Online-Schwellwertvergleichseinrichtung dazu eingerichtet, den Strom für das Freigabesignal am Ausgabeanschluß 36 zu unterbinden. Sie kann die Bereitstellung eines Freigabesignals über die Versorgungsgatterlogik 58, die der Offline-Leitungsmeßeinrichtung zugeordnet ist, unterbinden, wenn jedoch die Online-Leitungsmeßeinrichtung, in jedem Fall aber die Offline-Leitungsmeßeinrichtung und ihre Steuerelemente, im wesentlichen kontinuierlich arbeitet, kann die Vergleichslogik, die der Online-Leitungsmeßeinrichtung zugeordnet ist, die der Offline-Schwellwertvergleichseinrichtung zugewiesene Zeitsteuerung umgehen und die Bereitstellung eines Freigabesignals unmittelbar unterbinden.
Es versteht sich, daß die Mittelungs- und Vergleichslogik der Online-Schwellwertvergleichseinrichtung durch eine einfache Vergleichslogik ersetzt werden kann, die einen Vergleich zwischen der erfaßten Online-Sensorspannung und einem vorbestimmten oder anderweitig berechneten Bezugswert in der Art eines Schwellwertspeichers und -komparators 74 und 76 durchführt, und daß der Filter 94 gegebenenfalls eine signifikante Zeitkonstante aufweisen und in analoger Form einen Online-Sensorspannungspegel bereitstellen kann, der an den Ausgang 97 angelegt wird, welcher für den direkten Vergleich mit einem solchen vorbestimmten Schwellwertpegel als geeignet betrachtet werden kann.

Claims

Schaltungsschutzanordnung (40) für eine elektronische Schaltung (10), mit einer Schaltungsstromquelle (12), die so betrieben werden kann, daß sie den Betriebsstrom zum Hindurchfließen durch eine Last (20), welche mindestens eine Halbleiterübergangsvorrichtung (22) aufweist, mit einer Betriebsspannung bereitstellt, die ausreicht, um die Halbleiterübergangsvorrichtung in leitenden Zustand zu bringen, und mit einer Steuereinrichtung (30), die eine Ausgabeanschlußeinrichtung (36) aufweist, welche so betrieben werden kann, daß sie ein Freigabesignal zum Bewirken einer Stromversorgung der Last von der Quelle bereitstellt oder unterbindet, wobei die Schutzanordnung einen Versorgungsschalter (42), der auf das Freigabesignal zum Bewirken oder Unterbinden der Stromversorgung der Last von der Quelle reagiert, und eine Offline-Lastcharakteristiken-Meßeinrichtung (50) umfaßt, die dazu vorgesehen ist, zwischen die Last und den Versorgungsschalter (60) gekoppelt zu werden, und die, wenn der Last vom Versorgungsschalter kein Laststrom zugeführt wird, so betrieben werden kann, daß ein Spannungspegel über die Last erfaßt wird, wobei die Offline-Lastcharakteristiken-Meßeinrichtung eine Offline-Schwellwertvergleichseinrichtung (54) enthält, die so betrieben werden kann, daß der erfaßte Spannungspegel mit mindestens einem gespeicherten Wert verglichen wird, wobei der mindestens eine gespeicherte Wert einen Schwellwert einer Lastcharakteristik darstellt, der zwischen einer zum Halbleiter- und einer zum Nicht-Halbleiter-Übergangs-Leitungsverhalten passenden Lastcharakteristik trennt, und auf eine Schwellwertvergleichsentscheidung reagiert, die anzeigt, daß die Lastcharakteristiken nicht denen einer einwandfrei funktionierenden Halbleiterübergangsvorrichtungslast entsprechen, um die Bereitstellung des Freigabesignals an die Ausgabeanschlußeinrichtung zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Offline-Lastcharakteristiken-Meßeinrichtung eine Offline-Lastleitungsmeßeinrichtung mit einem Meßstromgenerator (62) aufweist und bei fehlender Stromversorgung der Last von dem Versorgungsschalter so betrieben werden kann, daß ein Meßstrom mit einem Wert, der für einen Halbleiterübergang niedriger ist als sein Vorwärtsleitungsschwellwert, durch die Last fließt und der Spannungswert über die Last als Reaktion auf den Meßstrom erfaßt wird, und daß die Offline-Schwellwertvergleichseinrichtung so betrieben werden kann, daß sie feststellt, ob der erfaßte Spannungspegel niedriger als ein primärer gespeicherter Wert ist, der als das Minimum für den Meßstrom passend zu einem Halbleiterübergang und als Maximum für die Last mit Leitungseigenschaften vorbestimmt ist, gegenüber denen die Schaltung Schutz vor dem Anlegen des Betriebsstroms benötigt, und wenn der Spannungspegel unterhalb des primären gespeicherten Wertes liegt, dahingehend reagiert, daß sie eine negative Schwellwertvergleichsentscheidung bereitstellt, um ein Unterbinden des Freigabesignals zu bewirken.
Schaltungsschutzanordnung nach Anspruch 1, bei der die Offline-Leitungsmeßeinrichtung (50) einen Quellenwiderstand (62), der zwischen die Schaltungsstromquelle und einen Knoten (60) geschaltet ist, der die Last mit dem Versorgungsschalter verbindet, und eine mit dem Knoten verbundene Spannungsmeßeinrichtung (52) umfaßt, die so betrieben werden kann, daß sie einem Ausgabeanschluß einen Offline-Sensorspannungspegel bereitstellt, der der Spannung an dem Knoten zugeordnet ist.
Schaltungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Steuereinrichtung (30) eine Versorgungsgatterlogik (58), die so betrieben werden kann, daß sie von der Offline-Schwellwertvergleichseinrichtung eine Schwellwertvergleichsentscheidung empfängt, wobei die Versorgungsgatterlogik auf einen negativen Schwellwertvergleich reagiert, indem sie die Bereitstellung eines Freigabesignals an der Ausgabeanschlußeinrichtung verhindert, und eine Genehmigungslogik (80) umfaßt, die auf eine gesteuerte Anweisung zum Versorgen der Last mit Strom reagiert, indem sie ein Genehmigungssignal oder einen Genehmigungsbefehl an die Versorgungsgatterlogik anlegt, und die Versorgungsgatterlogik auf die Genehmigung in Verbindung mit der Schwellwertvergleichsentscheidung, die nicht negativ ist, dahingehend reagiert, daß sie dem Versorgungsschalter das Freigabesignal zuführt.
Schaltungsschutzanordnung nach Anspruch 3, bei der die Genehmigungslogik auf die Schaltungsbetriebsinitiierung dahingehend reagiert, daß sie beim Anlegen der Genehmigung an die Versorgungsgatterlogik eine Verzögerung bewirkt, wobei nach dieser Verzögerung die Versorgungsgatterlogik sowohl auf die Genehmigung als auch auf eine Schwellwertvergleichsentscheidung, die auf einem Offline-Sensorspannungspegel beruht, dahingehend reagiert, daß sie die Bereitstellung oder Unterbindung des Freigabesignals für den Versorgungsschalter festlegt, und bei der die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Fließen von Strom durch die Last während der Verzögerung zu unterbinden, und die Schwellwertvergleichseinrichtung so betrieben werden kann, daß sie das Vorliegen eines Offline-Sensorspannungspegels feststellt, der einen elektrochemischen Spannungsgenerator in der Last anzeigt, um der Versorgungsgatterlogik eine negative Schwellwertentscheidung zuzuführen.
Schaltungsschutzanordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei der die Genehmigungslogik (80) einen Timer (84) enthält, der so betrieben werden kann, daß er in vorbestimmten Intervallen und für eine vorbestimmte Dauer während jedes Intervalls ein Entfernen der Genehmigung von der Versorgungsgatterlogik und infolgedessen ein Unterbinden eines Freigabesignals an den Versorgungsschalter bewirkt, wobei die Versorgungsgatterlogik so betrieben werden kann, daß sie während jedes Entfernungszeitraums die Schwellwertvergleichsentscheidung empfängt, die auf mindestens einem Offline-Sensorspannungspegel beruht, und nach dieser Dauer sowohl auf die Genehmigung als auch auf die Schwellwertvergleichsentscheidung dahingehend reagiert, daß sie die Bereitstellung oder Unterbindung des Freigabesignals für den Versorgungsschalter festlegt.
Schaltungsschutzanordnung nach Anspruch 5, bei der die Offline-Schwellwertvergleichseinrichtung dazu eingerichtet ist, einen sekundären gespeicherten Wert zu speichern, der einen maximalen Spannungspegel, welcher am Ende des Entfernungszeitraums bei einer reinen Halbleiterlast oder Ohm'schen Last zu erwarten ist, oder eine Mindestrate des Versorgungsschalter-Spannungsabfalls darstellt, die während des Entfernungszeitraums bei einer reinen Halbleiterlast oder Ohm'schen Last zu erwarten ist, und auf einen empfangenen erfaßten Spannungspegel am Ende des Entfernungszeitraums, der größer als der sekundäre gespeicherte Wert ist, oder auf eine erfaßte Spannungspegelabfallrate, die kleiner als der sekundäre gespeicherte Wert ist, dahingehend reagiert, daß sie einen negativen Schwellwertvergleich an die Versorgungsgatterlogik anlegt.
Schaltungsschutzanordnung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, die für eine elektronische Schaltung geeignet ist, bei der die Last eine oder mehrere Leuchtdioden umfaßt, wobei der Genehmigungslogik-Timer so betrieben werden kann, daß er die Bereitstellung eines Freigabesignals durch die Gatterlogik über einen Zeitraum unterbindet, der kürzer ist, als der, während dem ein Beobachter eine Veränderung der Lichtemission der Last wahrnimmt.
Schaltungsschutzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Online-Leitungsmeßeinrichtung (90), die auf das Fließen des Betriebsstroms durch die Last vom Versorgungsschalter dahingehend reagiert, daß sie einen Online-Sensorspannungspegel ableitet, wobei die Schwellwertvergleichseinrichtung eine Online-Schwellwertvergleichseinrichtung (100) umfaßt, die so betrieben werden kann, daß sie feststellt, ob der erfaßte Spannungspegel sich von einem gespeicherten Wert, der einen durch die Last geleiteten normalen Betriebsstrom darstellt, um mehr als einen vorbestimmten Wert unterscheidet, der eine Veränderung der Leitungscharakteristiken der Last angibt, und die bewirkt, daß die Versorgungsgatterlogik die Bereitstellung eines Freigabesignals an den Versorgungsschalter unterbindet.
Schaltungsschutzanordnung nach Anspruch 8, bei der die Steuereinrichtung die Online-Schwellwertvergleichseinrichtung umfaßt, die dazu eingerichtet ist, den Online-Sensorspannungspegel periodisch zu erfassen und aus mehreren aufeinanderfolgenden Abtastwerten einen als Bezugsgröße dienenden, laufenden Mittelwert des Laststromabgeleiteten Spannungspegels zu bilden, den laufenden Mittelwert als einen gespeicherten Bezugswert zu speichern, einen Vergleich zwischen den Abtastwerten und dem gespeicherten Bezugswert durchzuführen und als Reaktion auf die Feststellung einer Abweichung eines Abtastwertes vom Bezugswert um mehr als einen vorbestimmten Betrag die Bereitstellung eines Freigabesignals an den Versorgungsschalter durch die Steuereinrichtung zu unterbinden.
Elektronische Schaltung (10) mit einer Schaltungsstromquelle (12), die so betrieben werden kann, daß sie einer Last (20), die mindestens eine Halbleiterübergangsvorrichtung (22) umfaßt, einen Betriebstrom bei einer Betriebsspannung bereitstellt, die ausreicht, um die Halbleiterübergangsvorrichtung in leitenden Zustand zu bringen, mit einer Steuereinrichtung (30), die eine Ausgabeanschlußeinrichtung (36) aufweist, welche so betrieben werden kann, daß sie dieser ein Freigabesignal bereitstellt oder ein solches unterbindet, mit einem Versorgungsschalter (42), der auf das Freigabesignal dahingehend reagiert, daß er eine Stromversorgung der Last von der Quelle bewirkt, und mit einer Schaltungsschutzanordnung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 10, bei der die Last eine oder mehrere Leuchtdioden (22) umfaßt.
Verfahren zum Schutz einer elektronischen Schaltung (10), die eine Schaltungsstromquelle (12) und eine Last (20) für diese mit mindestens einer Halbleiterübergangsvorrichtung (22) aufweist, die so angeordnet ist, daß sie von der Quelle in den leitenden Zustand gebracht wird und einen davon kommenden Laststrom leitet, wobei das Verfahren umfaßt: intermittierendes Unterbinden der Stromversorgung von der Quelle zur Last über einen vorbestimmten Zeitraum und, wenn der Last während dieses Zeitraums kein Betriebsstrom zugeführt wird, Erfassen des Spannungspegels über der Last, Vergleichen des erfaßten Spannungspegels mit mindestens einem gespeicherten Wert, wobei jeder gespeicherte Wert als ein Schwellwert einer Lastcharakteristik vorbestimmt ist, die einer Halbleiterübergangvorrichtung entspricht, und als Reaktion auf eine Schwellwertvergleichsentscheidung, die anzeigt, daß Lastcharakteristiken nicht im Widerspruch zu einer einwandfrei funktionierenden Halbleitervorrichtungslast stehen, Freigeben der Stromversorgung der Last von der Quelle am Ende dieses Zeitraums, gekennzeichnet durch, wenn der Last während des vorbestimmten Zeitraums kein Betriebsstrom zugeführt wird, Führen eines Meßstroms durch die Last, der einen Wert aufweist, welcher für einen Halbleiterübergang niedriger als der Vorwärtsleitungsschwellwert desselben ist, Erfassen des Spannungspegels über der Last als Reaktion auf den Meßstrom, Vergleichen der erfaßten Spannung mit mindestens einem primären gespeicherten Schwellwert, der als das Minimum des Meßstroms passend zu einer Halbleiterübergangsvorrichtungslast und als Maximum der Last mit Leitung, bei der die Schaltung vor dem Anlegen des Betriebsstroms geschützt werden muß, vorbestimmt ist und als Reaktion auf eine Schwellwertvergleichsentscheidung, die anzeigt, daß ein erfaßter Spannungspegel nicht unterhalb des primären gespeicherten Wertes liegt, Freigeben der Stromversorgung zur Last von der Quelle am Ende des Zeitraums.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Last über einen Versorgungsschalter mit der Schaltungsstromversorgung verbunden wird, ein Meßstromgenerator zwischen die Quelle und einen Knoten zwischen dem Versorgungsschalter und der Last geschaltet wird, die Spannung an dem Knoten mittels eines Hochimpedanz-Lesegerätes erfaßt wird und als Reaktion auf die Unterbindung der Stromversorgung von der Quelle zur Last mittels des Versorgungsschalters ein Vergleich der erfaßten Spannung an dem Knoten mit dem primären gespeicherten Wert bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem ein Meßstrom im Bereich von 100 bis 300 μA durch die Last geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem festgestellt wird, ob der erfaßte Spannungspegel über der Last, während des vorbestimmten Zeitraums in Übereinstimmung mit der Last, die eine Speicherkapazität aufweist, abfällt, und als Reaktion auf eine positive Feststellung passend zu der Last mit einer Speicherkapazität am Ende des Zeitraums die Stromversorgung der Last von der Quelle unterbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Versorgung der Last mit Strom von der Stromversorgung bei Initiierung des Schaltungsbetriebs über einen Verzögerungszeitraum unterbunden und während des Verzögerungszeitraums der Lastspannungspegel erfaßt, aus dem erfaßten Spannungspegel und aus mindestens einem gespeicherten Schwellwertpegel eine Schwellwertvergleichsentscheidung abgeleitet, und am Ende des Verzögerungszeitraums die Stromversorgung der Last von der Quelle gemäß der Schwellwertvergleichsentscheidung freigegeben oder unterbunden wird.
Verfahren zum Schutz einer elektronischen Schaltung, die eine Schaltungsstromquelle und eine Last mit mindestens einer Leuchtdiode umfaßt, welche so angeordnet ist, daß sie von der Quelle in den leitenden Zustand gebracht wird und von dieser kommenden Strom leitet, wobei das Verfahren wie in einem der Ansprüche 11 bis 15 ist und das Unterbinden der Stromversorgung von der Quelle zur Last über einen Zeitraum umfaßt, der kürzer ist als der zum Registrieren einer Veränderung der Lichtemission durch einen Beobachter benötigte Zeitraum.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem anhand des Betriebsstromflusses durch die Last ein Spannungspegel bestimmt wird, der dem Stromwert zugeordnet ist, der Spannungspegel in Intervallen abgetastet wird, wobei aus den Abtastwerten ein laufender Mittelwert gebildet wird, der einen Langzeit-Mittelwert des Laststroms als Bezugsgröße darstellt, jeder Abtastwert mit dem Bezugswert verglichen wird, und als Antwort auf einen Unterschied, der einen vorbestimmten Betrag überschreitet, die Stromversorgung von der Quelle zur Last unterbunden wird.