JP2008512071A - 導体を過負荷電流から防護するための回路装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、自動車において導体（０２）特に平面導体を過負荷から防護するための回路装置（０１、１５、２１）に関し、回路装置は、温度または温度と相関関係にある値を、導体（０２）の測定セクション（１１）において直接または間接に測定する第１測定素子（０６）と、導体への電力の供給を小さく、特に遮断するサーボ部（０３）とを備えている。導体（０２）の基準セクションにおける温度または温度と相関関係にある値を、第２測定素子（０５）によって直接または間接的に測定することができ、導体の基準セクションと測定セクションは同一電流が流れ、第１測定素子（０６）および第２測定素子（０５）の測定結果を、コンパレータ（０４）で直接または間接的に比較して、比較結果に基づいてサーボ部を制御する。

Description

この発明は、導体を過負荷電流から防護するための回路装置に関する。

一般的な形式の回路装置は、自動車の製造において、配線の許容限度を超えた過熱に至る過度に大きな電流負荷からオンボードネットワークの配線を保護するために使用される。このような過負荷電流は、例えばオンボードネットワークの短絡から起きる。

従来、過負荷電流からオンボードネットワークを防護するために、防護しようとする配線に安全フューズを挿入し、過度の電流負荷によって生じた熱によって安全フューズが溶融して電力供給が停止された。安全フューズの問題点は反応が緩慢で、感応性の高い電子部品の信頼性ある防護が得られなかったことである。

関連する従来技術として、防護する配線のある点において温度を測定するための電子モニターセンサがあり、それによると、ある温度を超えるか、または、導体の温度と相関関係にある測定値を超えると、適切なサーボ部によって電源供給を遮断または小さくした。

これら公知の回路装置の問題点は、車の内外の大気温度が、かく乱変数の形で測定結果に組み込まれ、そして、異なる大気温度でそれぞれ異なる遮断特性が得られた。即ち、これらの装置を備えた車両を、使用地域およびこの地域の代表的な平均温度に個々に適用させる必要があり、そのために必要な出費が相当大きかった。
従来の技術に鑑みて、この発明の目的は、自動車における導体を防護するための回路装置を提供することにある。

請求項１の特徴部の記載の回路装置によってこの目的は達成される。この発明の有利な実施態様が、従属請求項の目的を表している。

この発明の基本的な概念は、測定セクションだけでなく適切な基準セクションにおける温度または温度に相関する値を測定することからなっている。測定セクションおよび基準セクションの２つの測定結果を、適切な中間処理ステップを行い、相互に比較した後、直接または間接的にコンパレータに送る。電源を減じ、または遮断するサーボ部が、比較結果に基づいて制御される。大気温度による影響は、測定セクションにおいて得られた測定値、および、基準セクションにおいて得られた測定値に悪影響を及ぼさないので、コンパレータにおいて２つの測定値を比較するときに、大気温度の影響は除去される。従って、電源を減じまたは遮断するサーボ部の制御は、測定セクションおよび基準セクションにおいて得られた測定値の相対的比較のみに基づいて行われる。

導体の設計は、基本的には、測定セクションおよび基準セクションにおいて任意に行うことができる。好ましい実施態様によると、基準セクションは測定セクションと異なる断面積、特に幅を有する必要がある。この測定によって、導体を流れる電流の増加が、測定セクションおよび基準セクションにおいてそれぞれ異なる温度変化を生じる。これらの異なる温度勾配は、コンパレータにおいて測定結果を評価する際に有利に利用することができる。

１つの好ましい実施態様によると、導体は測定セクションにおけるよりも基準セクションにおいて十分に大きな断面積を有する。基準セクションは、特に測定セクションよりも少なくとも２倍の広さが必要である。これを測定することによって、電流の流れの増加は、基準セクションにおいて導体の温度上昇は相対的に小さく、一方、導体の測定セクションにおいて温度曲線は、より一層急激に上昇する。測定曲線間の正確な交差点は、測定曲線の大きく異なる勾配によって特定することができ、サーボ部の切り替えプロセスは、測定曲線の交差点でそれぞれ生じることができる。

測定セクションまたは基準セクションにおいて温度を直接測定することは、比較的複雑で誤りが生じやすい、この発明の第１実施態様によると、測定セクションまたは基準セクションにおいて測定される値は温度ではなく、測定セクションにおける２つの測定点または基準セクションにおける２つの測定点の間の電圧降下である。導体の電気抵抗は導体の温度によって変わることは事実である。従って、導体の２つの測定点の間の電圧降下は、導体の温度と相関関係にある。導体における温度が上昇すると、電気抵抗が増加して、２つの測定点の間で大幅な電圧降下が生じる。

測定セクションおよび基準セクションにおける導体の形状を適切に選択することによって、測定セクションおよび基準セクションにおけるそれぞれ２つの測定点の間の電圧降下の測定に適した好ましい測定領域に、回路装置を調整することができる。基準セクションにおける測定点の間の距離と、測定セクションにおける測定点の間の距離との比を、基準セクションにおける導体断面積と、測定セクションにおける導体断面積との比と一致するように選択すると、測定セクションおよび基準セクションにおける断面積が異なっていても、測定セクションまたは基準セクションにおけるそれぞれの測定点の間の電圧降下は、大気温度の導体で、概ね同一である。

増幅器による測定信号の処理によって、測定信号を所望の信号強度レベルに調整することができる。この場合には、初期値が概ね同一の両方の測定信号を、異なる増幅定数を選択して異なる信号レベルに増幅し、導体が加熱されたときに、信号曲線が交差点で交差することができれば、特に有利である。このような交差点は、比較的単純な手段で評価し、次いで、電源に影響を及ぼすサーボ部を制御するために使用することができる。これに関連して、増幅器という用語には、負の増幅定数を備えた部品、例えば電気抵抗を含む。

増幅器による測定信号の異なる信号レベルへの調整のその他の手段として、上述した調整は、基準セクションにおける測定点の間の距離と、測定セクションにおける測定点の間の距離とが対応する比を選択することによって、達成できる。従って、基準セクションにおける測定点の間の距離と、測定セクションにおける測定点の間の距離との比が、基準セクションの導体の断面積と測定セクションの導体の断面積との比と異なるとき、２つの信号レベルは異なる。
測定セクションおよび基準セクションにおけるそれぞれの電圧降下を測定するその他の手段として、電位を比較するブリッジ回路に似たように設計された回路装置を使用することができる。

ブリッジ回路は、第１抵抗および第２抵抗の直列回路を、基準セクションと測定セクションとの直列回路と並列に接続することによって形成することができる。測定ブリッジとして機能する接続線は、基準セクションと測定セクションの間にある第１接点と、第１抵抗と第２抵抗の間にある第２接点との間に接続される。コンパレータが接続線に挿入されて、第１接点の電位と第２接点の電位とが、基準電位例えば車体に関して、比較される。基準セクションおよび測定セクションと並列に接続された２つの抵抗を適切に選択すると、測定ブリッジをデチューンすることができ、導体の温度が上昇すると、両方の接点の電位が次第に相互に近づく。両方の接点の電位が一致すると、切り替え点として評価することができ、サーボ部が導体への電源を減じ、または、遮断する。

測定ブリッジにおける２つの抵抗は、適切な部品、例えばＳＭＤ抵抗であってもよい。１つの好ましい実施態様では、第１抵抗は導体の第３の部分からなり、その断面積は測定セクションの断面積に対応し、そして、第２抵抗は導体の第４の部分からなり、その断面積は基準セクションの断面積に対応している。基準セクションおよび測定セクションにおける導体の温度のそれぞれの影響を、２回評価することによって測定結果がより正確にすることができる。

この発明の回路装置の特に優れた利点は、関連する部材をストリップ導体によって形成することができる点にある。必要により、電気・電子部品をストリップ導体の上に接触させることによって回路装置を形成することができる。
図面に示された実施態様を参照して、この発明回路装置を例示的に説明する。

図１は、ストリップ導体０２を過負荷電流から保護するための回路装置の第１の実施態様０１を示す。ストリップ導体０２はキャリア箔の上に積層された銅層から形成されており、斜線を施した部分は現実の幾何学的図形のみで示されている。回路装置０１の他の線は、接続線の形で概略示されているだけであるが、ストリップ導体部材からなっている。

ストリップ導体０２の上流側に配置されたサーボ部０３は、コンパレータ０４によって制御されている。ストリップ導体０２は、下流側負荷２４に電気エネルギーを供給する。ストリップ導体０２への電力供給は、コンパレータ０４の出力信号に基づいてサーボ０３を開放することによって遮断することができる。

回路装置０１は、更に測定素子０５aおよび測定素子０６aを備えている。基準セクション０７における２つの測定点（０８、０９）間の電圧降下１０は、測定素子０６aによって、基準セクションの温度と相関関係がある測定変量の形で測定することができる。断面積が従来のストリップ導体０２の断面積と対応している測定セクション１１における２つの測定点１２および１３の間の電圧降下１４は、測定素子０５aによって測定可能である。

基準セクション０７の幅は、測定セクション１１の幅の２倍であり、この導体断面積の増加によって、基準セクション０７は測定セクション１１よりも加熱の程度がかなり低い。この断面積の大きさによって引き起こされる基準セクションの低い抵抗を補うために、基準セクション０７の測定点０８および０９の間の距離が、測定セクション１１の測定点１２および１３の間の距離の２倍の長さである。ストリップ導体０２が緩やかに加熱される通常の温度域では、電圧降下１０および１４は、基準セクション０７および測定セクション１１において同量である。測定素子０６aによって測定された電圧降下１０は、増幅されることなく、コンパレータの第１入力に送られる。測定セクション１１における電圧降下１４は、測定素子０５において、適切な増幅器によって増幅定数０．８で増幅され、次いで、コンパレータ０４の第２入力に送られる。測定値をコンパレータ０４によって評価するための回路装置０１の機能およびそれに基づくサーボ部０３の制御は、図２、３、４に示す測定信号曲線を参照して以下に説明する。

図２は、弱電流がストリップ導体０２に供給されたときの、コンパレータ０４の両入力における測定信号曲線を概略示す。これら弱電流では、ストリップ導体０２は基準セクション０７測定セクション１１の何れにおいても加熱されないので、基準セクション０７および測定セクション１１における電圧降下１０および１４は、電流負荷の期間にわったって、同一のままである。測定素子０５および０６における異なる増幅は、電圧降下１４を、電圧降下１０の８０％に減少する。

図３は、ストリップ導体０２に平均強度の電流が流れるときの、信号曲線を示す。この電流強度では、ストリップ導体０２は、薄い測定セクション１１でかなり加熱されており、ストリップ導体０２の基準セクション０７における温度は、大きな幅によって、あまり増加しない。電圧降下１０および１４に関して、基準セクションにおいては温度が上昇しないので、基準セクション０７における電圧降下１０は変化しない。一方、測定セクションにおいては温度が上昇するので、測定セクション１１における電圧降下１４は実質的に時間経過に伴って増加する。時間ｔ１では、増幅定数０．８で増幅された電圧降下１４の値は、基準セクション０７における電圧降下１０の値に一致する。コンパレータ０４の入力に使用される測定信号の一致は、コンパレータ０４によって切り替え点の形で評価される、そして、サーボ部０３が制御されて、この切り替え点に到達すると電源がオフに切り替わる。

図４は、大電流での測定信号曲線１０および１４を示す。このような大電流では、ストリップ導体０２は測定セクション１１および基準セクション０７の両方において加熱され、基準セクション０７における加熱は、大きな断面積が故に、測定セクション１１における加熱よりもゆっくりと且つより浅い勾配で起きる。２つの測定信号曲線に関して、このことは、電圧降下１０の曲線は、電圧降下１０の曲線よりも小さい率で上昇することを意味する。この結果、時間ｔ２における２つの曲線の間の交差点もまた、サーボ部０３の切り替えのための切り替え点として評価される。

図５は、過負荷電流からストリップ導体０２を防護するために使用される回路装置の第２の実施態様１５を概略示す。この実施態様においては、２つの測定素子０５ｂおよび０６ｂは以下に説明するブリッジ回路によって形成されている。
ストリップ導体０２は通常の幅の２倍の幅の基準セクション０７と、通常幅の測定セクション１１からなっている。第１抵抗１６および第２抵抗１７の直列回路は、基準セクション０７と測定セクション１１の直列回路と並列に接続されている。接続線１８の２つの部分１８ａおよび１８ｂは、コンパレータ０４の２つの入力を、基準セクション０７と測定セクション１１の間の第１接点１９、および、第１抵抗１６と第２抵抗１７の間の第２接点２０に接続する。その結果、接続線１８は、測定ブリッジを形成して、電位２０に対して第１接点１９における電位を比較、評価することができる。即ち、電位比較に用いられる２つの測定素子０５ｂおよび０６ｂは、このブリッジ回路によって形成される。

この２つの抵抗１６および１７が適当な大きさであると、この測定ブリッジは、デチューンされて、ストリップ導体０２がある温度に到達すると、接点１９および２０の両方における電位が相互に一致する。この一致をコンパレータで検出して、サーボ部０３を作動させる。

図６はこの発明の回路装置の第３の実施態様２１を示す。この実施態様２１においては、電位比較に用いられる２つの測定素子０５ｃおよび０６ｃもまたブリッジ回路で形成されている。従って、この回路装置の機能は、回路装置１５において、２つの抵抗１６および１７が２つの部分２２および２３によって形成された回路装置と実質的に対応している。この場合においては、第３の部分２２の設計は、測定セクション１１の設計に対応しており、第４の部分２３の設計は、基準セクション０７の設計に対応している。

図１は、回路装置の第１実施態様の概略上面図である。 図２は、弱電流における図１による回路装置の測定信号曲線である。 図３は、中電流における図１による回路装置の測定信号曲線である。 図４は、大電流における図１による回路装置の測定信号曲線である。 図５は、回路装置の第２実施態様の概略上面図である。 図６は、回路装置の第３実施態様の概略上面図である。

Claims (19)

1. 自動車において過負荷電流から導体（０２）、特にストリップ導体を防護するための回路装置（０１、１５、２１）であって、導体（０２）の測定セクション（１１）における温度に相関する値または温度を間接または直接的に測定する第１測定素子（０６）、および、導体（０２）への電源を減じまたは特に遮断するサーボ部（０３）を備え、
   導体（０２）の基準セクション（１７）における温度に相関する値または温度を、第２測定素子（０５）によって間接または直接的に測定することができ、
   導体（０２）の基準セクション（０７）を通る電流と同一電流が測定セクション（１１）を流れ、
   第１測定素子（０６）の測定結果と第２測定素子（０５）の測定結果が間接的または直接的にコンパレータ（０４）において比較することができ、そして、
   比較結果に基づいてサーボ部（０３）が制御されることを特徴とする回路装置。
2. 前記測定セクション（１１）における導体（０２）は、前記基準セクション（０７）と異なる断面積、特に幅を有していることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. 前記基準セクション（０７）における導体（０２）は、前記測定セクション（１１）における断面積よりも十分大きい断面積、特に、基準セクション（０７）が少なくとも２倍の広さを有していることを特徴とする請求項２に記載の回路装置。
4. 前記第１測定素子（０５）は、導体（０２）の測定セクション（１１）における２つの測定点（１２、１３）の間の電圧降下（１４）を測定する電圧測定素子であり、そして、第２測定素子（０６）は、導体（０２）の基準セクション（０７）における２つの測定点（０８、０９）の間の電圧降下（１０）を測定する電圧測定素子であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回路装置。
5. 前記基準セクション（０７）における測定点（０８、０９）間の距離と、前記測定セクション（１１）における測定点（１２、１３）間の距離との比は、基準セクション（０７）における導体（０２）の断面積と、測定セクション（１１）における導体（０２）の断面積との比に対応していることを特徴とする請求項４に記載の回路装置。
6. コンパレータにおいて比較が実行される前に、第１電圧測定素子（０６）の測定信号は、予め決定された第１増幅定数によって増幅され、そして／または、コンパレータにおいて比較が実行される前に、第２電圧測定素子（０５）の測定信号は、予め決定された第２増幅定数によって増幅されることを特徴とする請求項４または５に記載の回路装置。
7. 第１増幅定数は第２増幅定数と異なっていることを特徴とする請求項６に記載の回路装置。
8. 前記基準セクション（０７）における測定点（０８、０９）間の距離と、前記測定セクション（１１）における測定点（１２、１３）間の距離との比は、基準セクション（０７）における導体（０２）の断面積と、測定セクション（１１）における導体（０２）の断面積との比と異なっていることを特徴とする請求項４に記載の回路装置。
9. コンパレータ（０４）は、２つの異なる電圧が一致したとき、サーボ部を作動させ、特に、電源をスイッチオフすることを特徴とする請求項４から８の何れか１項に記載の回路装置。
10. 第１測定素子（０５）および第２測定素子（０６）がブリッジ回路で形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回路装置。
11. 第１抵抗（１６、２２）および第２抵抗（１７、２３）の直列回路は、導体（０２）の基準セクション（０７）および導体（０２）の測定セクション（１１）の直列回路と並列に接続され、
    接続線（１８）の形の測定ブリッジが、基準セクション（０７）と測定セクション（１１）の間にある第１接点（１９）と、第１抵抗（１６、２２）と第２抵抗（１７、２３）の間にある第２接点（２０）の間に設けられ、
    コンパレータ（０４）が接続線（１８）の中に挿入され、そして、
    第１接点（１９）の電位と第２接点（２０）の電位とを、コンパレータにおいて比較することができることを特徴とする請求項１０に記載の回路装置。
12. 基準セクション（０７）が測定セクション（１１）へと直接変形し、第１接点（１９）が基準セクション（０７）と測定セクション（１１）の間の変わり目に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の回路装置。
13. 第１抵抗は導体（０２）の第３部分（２２）によって形成され、その断面積は、導体（０２）の測定セクション（１１）の断面積に対応し、そして、第２抵抗は導体（０２）の第４部分（２３）によって形成され、その断面積は、導体（０２）の基準セクション（０７）の断面積に対応することを特徴とする請求項１１または１２に記載の回路装置。
14. 第３部分（２２）の長さは測定セクション（１１）の長さに対応し、第４部分（２３）の長さは基準セクション（０７）の長さに対応していることを特徴とする請求項１３に記載の回路装置。
15. 第３部分（２２）の長さおよび測定セクション（１１）の長さは、第４部分（２３）の長さおよび基準セクション（０７）の長さとそれぞれ対応していないことを特徴とする請求項１３または１４に記載の回路装置。
16. 第３部分（２２）が第４部分（２３）に直接変形し、第２接点（２０）が第３部分（２２）と第４部分（２３）の間の変わり目に配置されることを特徴とする請求項１３から１５の何れか１項に記載の回路装置。
17. 第１測定素子（０６）および／または第２測定素子（０５）および／またはコンパレータ（０４）および／またはサーボ部（０３）は、ストリップ導体（０２）およびストリップ導体（０２）上に接触された電気または電子部品で形成されていることを特徴とする請求項１から１６の何れか１項に記載の回路装置。
18. 導体（０２）、特にストリップ導体は、キャリア材料特にキャリア箔、または回路基板の上に配置されていることを特徴とする請求項１から１７の何れか１項に記載の回路装置。
19. 導体（０２）、特にストリップ導体は、金属層、特に銅層をエッチングまたは打ち抜きによって作製することを特徴とする請求項１から１８の何れか１項に記載の回路装置。
    

Images