JP2020535722A - 電子回路遮断器及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電子回路遮断器（２）に関する。【解決手段】電子回路遮断器（２）は、電圧入力部（４）と負荷出力部（６）との間の電流経路（３）に接続された第１の半導体スイッチ（Ｑ３）と、第１の半導体スイッチ（Ｑ３）の制御入力部（８）に接続された制御装置（１０）とを備え、第１の半導体スイッチ（Ｑ３）は、制御装置（１０）に供給された負荷電流（Ｉｌｏａｄ）の瞬時値（Ｉｉｓｔ）に応じて制御され、制御装置（１０）は、第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を電流制限するように、及び、オフするように構成されている。本発明はさらに、これを動作させる方法に関する。【選択図】 図３

Description

本発明は、電子回路遮断器及びその動作方法に関する。

電流制限型電子回路遮断器は、例えば短絡又は過負荷といった故障時に、需要家負荷を通って流れる電流（需要家負荷電流）を一定に維持するために、典型的にはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）を、半導体スイッチ、つまり可変の電気抵抗を有する素子として備えている。

ここで具体的には、ＭＯＳＦＥＴは、定電流源を実現するために、比較的早く切り替わる電流制限回路に結合されている。具体的には、この電流制限回路は、以下では需要家負荷電流とも称する負荷電流、具体的にはその電流強度を、所定の設定値と比較し、これに応じてＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を変更して、電流、具体的には需要家負荷電流を一定に維持する。

典型的には、需要家負荷電流の電流強度は、所定の設定値よりも小さい。このため、ゲート電圧は上昇して、ＭＯＳＦＥＴは飽和する。故障時には、需要家負荷電流は、電流制限回路によって制限される。例えば図１には、従来技術に係る、需要家負荷電流の時間経過が示されており、時点ｔ＝０において短絡が生じている。ここでは、需要家負荷電流／負荷電流は、「Ｉ_ｄ」で示されている。ここで、特に電流制限回路の設計によっては、特に負荷において生じた故障の開始と開閉信号又は制御信号の出力との間に、有限（反応）時間が経過する。この遅延は、故障の開始時に、需要家負荷電流の電流スパイクとして現れる。ここで、需要家負荷電流は、短絡時に、例えば数百アンペアの電流強度を有し、電流スパイクの持続時間は、具体的には、電流制限回路の反応時間に依存する。例えば、ＭＯＳＦＥＴは、電流制限回路の比較的ゆっくりとした反応時間において機能停止し、図２に示されるように、電流源の供給電圧の障害や、図２において「Input Voltage（入力電圧）」と記載される入力電圧の障害がさらに生じ得る。

具体的には、電流制限回路の反応速度を改善することは、比較的高価な部品を使用することに関連しており、（電流制限回路の）制御回路の安定性を低減させる。このため、例えば電流制限回路から出力される信号、したがって負荷電流は、負荷条件が変動すると振動する。これは、特に望ましいことではない。

電流制限型電子回路遮断器を、比較的多様な負荷条件において使用可能にするために、典型的には、特に十分な反応時間を有する電流制限回路、及び、電流スパイクに十分に対応するＭＯＳＦＥＴが使用される。しかしながらこの場合、具体的には制御回路に不安定性がさらに生じる。さらに、ＭＯＳＦＥＴは過度に大きな寸法に設計される場合があり、このためコストの上昇を招くことが欠点である。

本発明の課題は、負荷を過負荷又は短絡から保護することに適した電子回路遮断器を提供することにある。加えて、その動作方法を提供することにある。

この電子回路遮断器に関する課題は、本発明によれば、請求項１の特徴により解決される。この方法に関する課題は、本発明によれば、請求項１１の特徴により解決される。有効な態様及び発展形態は、従属請求項の対象である。ここで、電子回路遮断器に関連する実施形態は、方法にも同様に当てはまり、その逆もまた当てはまる。

このために、回路遮断器は、電圧入力部と負荷出力部との間の電流経路に接続された第１の半導体スイッチと、前記第１の半導体スイッチの制御入力部に接続された制御装置と、を含む。ここで、前記第１の半導体スイッチは、前記制御装置に供給される負荷電流の瞬時値に応じて制御される。また、前記制御装置は、第１の半導体スイッチを電流制限するように、及び、オフするように、すなわち半導体スイッチを電流遮断状態に切り替えるように（電流遮断するように）構成されている。

好ましくは、電子回路遮断器は、負荷電流、具体的にはその電流強度を測定するため、及び、負荷電流の瞬時値を提供するために、この電流経路に接続された電流センサを有している。好適には、この電流センサは、第１の半導体スイッチに直列に、電流経路に接続されている。好ましくは、電流センサは、具体的には負荷電流を表す瞬時値を電圧又は電圧値として、制御装置に与える。

換言すると、この制御装置は、第１の半導体スイッチの電流を制限するための機構及び／又は回路、並びに、第１の半導体スイッチをオフする又は電流遮断するための機構及び／又は回路を含む。換言すると、具体的には、負荷電流は、電流制限のための機構及び／又は回路によって、具体的には能動的に、すなわち制御工程によって低減される（制限される）。具体的には、さらに負荷電流は、負荷電流をオフする及び／又は電流遮断するための機構及び／又は回路によって、故障時に必要に応じて遮断される、すなわち電流回路が断路されるので、電流は、このオフすること、及び／又は、電流遮断することによって、妨げられる。

つまり、第１の半導体スイッチは、具体的には電流センサによって規定及び出力される負荷電流を表す瞬時値に応じて、制御される。ここで瞬時値は、制御装置、電流制限するための機構又は回路、及び／又は、オフするための機構又は回路に供給される。ここで、この電流制限するための機構又は回路、及び／又は、オフするための機構又は回路は、出力側において、第１の半導体スイッチの制御入力部に接続されていることが都合がよい。

有効な一発展形態によれば、制御装置は、制御ユニットを有している。例えば、この制御ユニットは、電流制限するための機構又は回路とオフするための機構又は回路とを一体化させた部材として実施されている。あるいは、電流制限するための機構又は回路、及び、オフするための機構又は回路は、それぞれ、１つの制御ユニットを有している。例えば、制御ユニットは、マイクロコントローラ、好ましくはマイクロプロセッサである。

好ましくは、制御装置又は制御ユニットは、供給された瞬時値を、規定の、あらかじめ規定可能な、設定された、及び／又は、設定可能な最大値と比較する。有効な一発展形態によれば、制御装置又は制御ユニットは、瞬時値が最大値を超えた場合に、信号、具体的にはオフ信号を、第１の半導体スイッチをオフするための機構又は回路（以下では短縮して「ターンオフ回路」と称する）に出力し、選択的又は好ましくは、これに加えて、第１の半導体スイッチの電流を制限するための機構又は回路（以下では短縮して「電流制限回路」と称する）に出力する。ここで、最大値は、具体的には閾値を表しており、これを超えると、短絡が起こったとみなされる、又は、短絡が起こる。換言すると、最大値は短絡電流を表すものである。

有効な態様では、制御装置又は電流制限回路には、入力側において、瞬時値が供給される。さらに電流制限回路には、入力側において、具体的には制御ユニットから定格設定値が供給される。定格設定値は、制御装置、具体的には制御ユニットにあらかじめ規定されており、予め規定可能であり、及び／又は、制御装置又は制御ユニットにおいて設定されており、及び／又は、設定可能である。ここで、定格設定値は、具体的には、電流強度の値を表すものであり、電流制限時の負荷電流は、この値に制限される、又は、制限されることになる。

好適な発展形態では、第１の半導体スイッチは、具体的には電流制限回路によって、瞬時値及び定格設定値に応じて、電流制限状態に制御される、又は、制御されることになる。具体的には、第１の半導体スイッチは、瞬時値が最大値Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}を超えなくても、定格設定値を超えた場合には、電流制限状態に制御される。

このために、電流制限回路は調節部材を含む。ここで具体的には、調節部材に入力側において、具体的には制御装置から、好ましくは制御ユニットから、定格設定値が供給される（又は供給されることになる）、及び／又は、供給可能である（又は供給可能になる）。また調節部材は、出力側において設定値を出力する。換言すると、ここで、調節部材によって、定格設定値に基づく設定値が出力される。具体的には、第１の半導体スイッチは、この設定値と瞬時値とに応じて、具体的には、設定値と瞬時値との差分に応じて、電流制限状態に制御される。

有効な態様では、調節部材はキャパシタを含む。ここで例えば、キャパシタに印加される電圧は、調節部材の出力信号として機能する。このキャパシタは、第１のスイッチ位置にあるスイッチを介して、具体的には定格設定値又はこれを表す電圧値を供給するための制御装置に結合される。第２のスイッチ位置では、キャパシタは、放電される、又は、放電されることになる。このため、キャパシタは、第２のスイッチ位置にあるスイッチによって、例えばグランドといった参照電位になる。

つまり、スイッチによって、キャパシタに印加される電圧は、対応して変更され、又は、変更可能であり、調節部材の出力信号として使用される。

電流制限回路は、有効な発展形態において、演算増幅器をさらに含む。ここで、その第１の入力部には、設定値を供給するための調節部材が接続されており、その第２の入力部、例えばその反転入力部には、瞬時値が供給される。あるいは、具体的には、電流制限するための機構又は回路が調節部材を有していない場合には、第２の入力部に定格設定値が供給される。この演算増幅器によって、好適な態様では、半導体スイッチを制御するための制御信号、具体的には設定値と瞬時値との差分が形成され、この信号は、具体的には電流制限するように機能する。例えば、演算増幅器に、さらに負帰還キャパシタが接続されて、積分器を形成してもよい。この場合、具体的には制御信号が、経時的な差分の積分から形成される。

好ましくは、制御装置又は制御ユニットには、負荷に印加される電圧（負荷電圧）、あるいは、負荷電圧を表す負荷電圧信号が供給される。例えば、負荷電圧又は負荷電圧信号と、制御装置又は制御ユニットに供給された瞬時値とによって、負荷に供給された電力が判定できる。

好ましくは、制御装置、電流制限回路、及び／又は、ターンオフ回路は、第２の半導体スイッチを含む。例えば、第２の半導体スイッチは、電流制限回路とターンオフ回路とを一体化した部材として形成されている。この第２の半導体スイッチは、ｐｎｐバイポーラトランジスタとして実施されていることが好ましい。

好ましくは、第２の半導体スイッチはさらに、制御装置、電流制限回路、及び／又は、ターンオフ回路の出力側に配置されていると共に、第１の半導体スイッチの制御入力部に接続されている。例えば、第２の半導体スイッチは、エミッタ側において（出力側において）、第１の半導体スイッチの制御入力部に接続されている。具体的には、第２の半導体スイッチの出力部は、こうして、電流制限回路又はターンオフ回路の出力部を形成している。第２の半導体スイッチが、電流制限回路及び／又はターンオフ回路を一体化した部材として形成されているならば、第２の半導体スイッチは、有利にも、第１の半導体スイッチをオフ又は電流遮断状態に制御するだけでなく電流制限状態にも制御する。

ここで、そのベース、すなわち第２の半導体スイッチの入力側は、電流制限するための機構又は回路、及び、オフするための機構又は回路のさらなる部品に接続されていることが好ましい。電流制限するための機構又は回路、及び、オフするための機構又は回路は、例えば、並列にこのベースに接続されている。

第１の半導体スイッチは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳ、ＮＭＯＳＦＥＴ）であることが好ましい。第１の半導体スイッチは、ドレイン側において、電圧入力部に接続され、ソース側において負荷出力部に接続され、ゲート側において、すなわち、その制御入力部で制御装置に接続されていることが好ましい。具体的には、第１の半導体スイッチは、電圧制御された電流源を形成するように接続されている。すなわち、対応して電圧制御される電流源回路と一体化されており、その出力電流（負荷電流）は、制御装置によって設定される。

負荷が回路遮断器に接続されると、この負荷は、その第１の端子で、負荷端子に接続され、その第２の端子で、例えばグランド（ＧＮＤ）といった参照電位に導かれる。

本発明によれば、上述の変形例のうちのいずれかにおいて実施され、対応して、電圧入力部と負荷出力部との間に接続された第１の半導体スイッチを含む電子回路遮断器を動作させる方法において、負荷電流の瞬時値を測定する、又は、負荷電流を瞬時値として測定する。さらに、短絡時に、又は、瞬時値が最大値を超えた場合に、半導体スイッチは、具体的にはターンオフ回路（オフ又は電流遮断のための機構又は回路）によってオフされる、又は、電流遮断状態に切り替えられる。過負荷時に、又は、瞬時値が設定値を超えた場合に、半導体スイッチは、具体的には電流制限回路（電流制限するための機構又は回路）によって、電流制限状態に切り替えられる。

有効な一発展形態によれば、短絡時には、負荷電流の設定値は、最小値、具体的にはゼロに設定される。例えばこのために、調節部材のキャパシタは放電され、その後、具体的にはキャパシタの充電により、好ましくは連続的に（徐々に）定格設定値まで上昇する。調節部材は、例えばこのために利用される。

この方法の有効な一形態では、瞬時値と設定値とから差分値が形成される。この差分値は、具体的には過負荷時に、第１の半導体スイッチを電流制限状態に制御するための制御信号として使用される。このために、演算増幅器が使用されることが都合がよい。

好ましくは、電流制限状態に制御された第１の半導体スイッチは、所定の時間又は所定の時間要素の経過後に、電流遮断状態に切り替えられる、又は、オフされる、及び／又は、対応して制御される。換言すると、電流制限状態への制御の開始から所定の時間又は時間要素の間、電流制限が具体的には途切れずに行われると、第１の半導体スイッチスイッチは、好ましくは電流遮断状態に切り替えられる、及び／又は、制御される。

つまり、本発明の利点は、特に、短絡時の電子回路の遮断が、制御装置によって、具体的にはそのターンオフ回路によって比較的早く行われる点にある。このため、短絡時における、負荷電流の電流スパイクは比較的小さく、すなわち、比較的低い最大電流強度だけを有するので、電流経路に接続された負荷及び／又は電圧又は電流源の損傷が回避される。また、有利にも短絡時の電流スパイクが比較的小さいため、過度に大きなＭＯＳＦＥＴを使用する必要はなく、このためコスト削減が可能である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながらより詳細に説明する。
短絡時の、従来技術に係る電子回路遮断器の出力電流（負荷電流）の時間経過を示す電流・時間図である。 図１に対応する、従来技術に係る、短絡時の電流源の供給電圧の経過を示す電圧・時間図である。 電圧入力部と負荷出力部との間に接続された電子回路遮断器を概略的に示す図であり、電子回路遮断器は、その制御入力部において制御装置に接続されており、この制御装置は、オフするための機構、及び、電流制限するための機構を備える。 電流経路に接続された制御可能な半導体スイッチを備える電子回路遮断器と、その制御部に設置及び配置された制御装置とを示すブロック図である。 電子回路遮断器を動作させる方法の方法手順を示すフローチャートである。 短絡時の、本発明に従って構成された電子回路遮断器が接続された電流経路における出力電流（負荷電流）の時間経過を示す電流・時間図であり、負荷電流は、本発明に係る電子回路遮断器によって、まず、電流遮断状態に切り替えられ、その後、電流制限状態に切り替えられる。 図６に対応する、電流源の供給電圧の経過を示す電圧・時間図であり、ここで、本発明に係る電子回路遮断器は、まず、電流遮断状態に切り替えられ、その後、電流制限状態に切り替えられる。 短絡時の、本発明に従って構成された電子回路遮断器の電流経路における、電気回路遮断器の様々に構成された調節部材の出力電流（負荷電流）の時間経過を示す電流・時間図であり、負荷電流は、電子半導体スイッチがオフされた後に、電流制限状態に制御され、負荷電流は連続的に上昇する。

図３は、電子回路遮断器２を示す図であり、電子回路遮断器２は、電圧入力部４と負荷出力部６との間の電流経路３に接続された第１の半導体スイッチＱ３を備えている。この第１の半導体スイッチＱ３は、その制御入力部８において、制御装置１０に接続されており、この制御装置１０は、オフするための機構１２とも呼ばれるターンオフ回路１２と、電流制限するための機構１４とも呼ばれる電流制限回路１４とを含む。ターンオフ回路１２は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、ＭＯＳトランジスタ）として実施される第１の半導体スイッチＱ３を、具体的には短絡時又は必要に応じてオフする。このオフすることは、従来の電流制限回路の反応時間と比べて比較的早く行われる。

また、例えば電流制限回路１４は、比較的低コストの部品から製造されており、特に負荷電流用の比較的安定な制御装置を有している。具体的には図６及び図８から明らかであるように、第１の半導体スイッチＱ３が比較的早くオフされるため、比較的小さい電流スパイクだけが生じる。したがって、制御装置１０により、このような、小さい電流スパイクだけに対応すればよいＭＯＳＦＥＴを利用することが可能になる。これによって、費用が低減され、例えば制御安定性に関しての信頼性が上昇する。

この場合、第１の半導体スイッチＱ３は、その負荷電流（出力電流）が、具体的には短絡電流を表す最大値Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}を超えるとすぐに、オフされる（電流制限状態に切り替えられる）。その後、第１の半導体スイッチＱ３は、電流制限状態に動作され、ここで電流制限回路１４は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄ、具体的にはその電流強度を制御して、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄ、具体的にはその電流強度を最小値Ｉ_ｍｉｎ、具体的にはゼロから定格設定値Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}未満の電流強度に徐々に（連続的かつ比較的ゆっくりと）上昇させる（図６）。図６では、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄはＩ_ｄと示されている。

図６及び図７に示されるように、本発明に係る電子回路遮断器２の利用時における、供給電圧の障害、つまり具体的には図７では「Input Voltage（入力電圧）」として記載される入力電圧の障害、及び、電流スパイクは、従来技術に係る電子回路遮断器（図１及び図２）の利用時における供給電圧の障害及び電流スパイクに比べて、比較的小さい。

図４は、電子回路遮断器２を示すブロック図である。負荷電流Ｉ_ｌｏａｄは、電流経路３に接続された電流センサＨ１によって測定され、この負荷電流Ｉ_ｌｏａｄを表す瞬時値Ｉ_ｉｓｔとして、制御装置１０、具体的には制御装置１０の制御ユニットμＣの第１の入力部（Ｐｉｎ）１６に出力される。ここで、瞬時値Ｉ_ｉｓｔは、電圧又は電圧信号として形成されている。電流センサＨ１は、例えば短絡時に、電流センサＨ１によって測定された電流の比較的早い変動が測定（解明）できるような切替速度を有していることが都合がよい。短絡時には、瞬時値Ｉ_ｉｓｔは、具体的には制御ユニットμＣの第２の入力部（Ｐｉｎ）１８に供給される最大値Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}を超えるので、例えば、制御ユニットμＣ内に断路が生じ、マイクロコントローラとして構成された制御ユニットμＣは、信号Ｏｆｆ、例えば電圧を、その第１の出力部２０に出力する。第１の出力部２０は、好ましくは、信号Ｏｆｆがオフされるまで、出力部に出力された状態（印加された状態で）維持される。

あるいは、詳細には図示されていない変形例では、瞬時値Ｉ_ｉｓｔは、比較器として構成された第２の演算増幅器の第１の入力部に供給され、最大値Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}は、第２の演算増幅器の第２の入力部に供給される。そして、第２の演算増幅器の出力部は、制御ユニットμＣの入力部に接続されている。したがって、瞬時値Ｉ_ｉｓｔが最大値Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}を超えると、対応する（制御又は電圧）信号が、制御ユニットμＣのこの入力部に与えられる。

第１の出力部２０は、第４の半導体スイッチＱ４を介して第２の半導体スイッチＱ２に接続されているとともに、調節部材２２のスイッチＳ１に並列接続されている。調節部材２２は、キャパシタＣ２を有しており、キャパシタＣ２は、スイッチＳ１の第１のスイッチ位置において、抵抗器Ｒ９を介して、定格設定値Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}を出力する制御ユニットμＣの第２の出力部２４に接続されており、スイッチＳ１の第２のスイッチ位置において、抵抗器Ｒ１０を介して、参照電位に対して導かれている。

また、電圧入力部Ｖ_ｇａｔｅが、抵抗器Ｒ７及びＲ３を介して、第１の半導体スイッチＱ３の制御入力部８（ゲート）に接続されている。この電圧入力部Ｖ_ｇａｔｅに印加される電圧や、電気抵抗器Ｒ７及びＲ３により、第１の半導体スイッチＱ３の動作点が設定される。

第１の半導体スイッチＱ３のゲート（制御入力部８）とソースとの間を延びる電流経路に接続されたダイオードＤ１によって、第１の半導体スイッチＱ３のゲートとソースとの間の電圧が制限される。電流回路に電圧が印加されていない場合、ダイオードＤ１に並列接続された抵抗器Ｒ１２によって、第１の半導体スイッチＱ３のゲートが放電される。

信号Ｏｆｆによって、第２の半導体スイッチＱ２が導通状態に切り替えられる。その出力部２６は、第１の半導体スイッチＱ３の制御入力部８に結合されているので、第１の半導体スイッチＱ３のゲートとして構成された制御入力部８は、放電される。負荷電流Ｉ_ｌｏａｄは、第１の半導体スイッチＱ３によって遮断される。このプロセスは、比較的短い期間内、典型的には１〜１０μｓ内で行われる（図６）。さらにこの信号は、具体的には同時に、スイッチＳ１に出力される。したがって、スイッチＳ１は、キャパシタＣ２が抵抗器Ｒ１０を介して放電されるように切り替えられる。

つまり、第１の半導体スイッチＱ３は、第２の半導体スイッチＱ２によって制御される。ここで、抵抗器Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ１１、及び、Ｒ１２は、第１の半導体スイッチＱ３の制御入力部８に印可される電圧の値を設定するように機能する。

電子回路遮断器２の他の一態様によれば、電子回路遮断器２は、電圧入力部Ｖ_ｇａｔｅと第２の半導体スイッチＱ２の制御入力部（ベース）との間の電流経路をさらに有している。この電流経路には、抵抗器Ｒ１３が接続されている。この電流経路は、図４では点線で示されている。信号Ｏｆｆが出力されると、第４の半導体スイッチＱ４が具体的には導通状態に切り替えられ、これによって、第１の半導体スイッチＱ３が遮断される。この場合、具体的には、第４の半導体スイッチＱ４が導通状態に切り替えられ、これに対応して、第１の半導体スイッチＱ３の制御入力部８に印加される電圧が低下する。

好ましくはキャパシタＣ２がちょうど十分に（完全に）放電されるように設定された所定時間、つまり、キャパシタＣ２の抵抗器Ｒ１０を介した放電時間に相当する所定時間が経過した後、信号Ｏｆｆがオフされて、スイッチＳ１は新たに第１のスイッチ位置となり、それに従い、キャパシタＣ２は抵抗器Ｒ９を介して充電される。

調節部材２２は、演算増幅器ＯＰ１の第１の入力部２８に接続されており、キャパシタＣ２に印加された電圧によって表される設定値Ｉ_ｓｅｔを、この第１の入力部２８に出力する。演算増幅器の、具体的には反転の第２の入力部３０には、瞬時値Ｉ_ｉｓｔが供給される。

ここで、演算増幅器ＯＰ１によって、瞬時値Ｉ_ｉｓｔと設定値Ｉ_ｓｅｔとの差分が形成される。この差分は、制御信号Ｄとして、演算増幅器ＯＰ１から出力される。第３の半導体スイッチＱ１によって、かつ、抵抗器Ｒ４及びＲ８によって、演算増幅器ＯＰ１から出力される（電圧）信号Ｄ用の増幅器が形成される。このようにして、信号Ｄの振幅（値）は、第２の半導体スイッチＱ２の動作に適した、したがって、第１の半導体スイッチＱ３の駆動に適した振幅に変更又は調節される（増幅される）。

キャパシタＣ２の電気抵抗器Ｒ１０を介した充電時には、キャパシタＣ２の充電状態に応じて、第１の入力部２８に供給される設定値Ｉ_ｓｅｔが変化する。信号Ｄは、これに対応して、具体的には徐々に変化する。したがって第２の半導体スイッチＱ２は、具体的には徐々に、ほとんど導通していない状態（電流遮断状態）に制御されて、これによって、第１の半導体スイッチＱ３が徐々に（連続的に）導通状態に切り替えられる。このようにして、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄは、制御ユニットμＣの第１の入力部１６に供給された瞬時値Ｉ_ｉｓｔが定格設定値Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}に相当するまで徐々に上昇する。図８に示されているように、電気抵抗器Ｒ９の抵抗値（抵抗器の値）とキャパシタＣ２の容量とを好適に選択することにより、つまり、調節部材２２を好適に形成することにより、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄが上昇する期間を設定（予め設定）することが可能である。ここでは、負荷電流はＩ_ｄで示されている。

さらに、キャパシタＣ１が、演算増幅器ＯＰ１の第２の入力部３０とその出力部との間に延びる電流経路に接続されている。ここで、キャパシタＣ１は、演算増幅器ＯＰ１の出力信号の振動、すなわち電流経路３における振動を回避することに適した容量を有している。

図４によれば、ターンオフ回路１２は、まとめて、電気抵抗器Ｒ１及び電気抵抗器Ｒ１０、第４の半導体スイッチＱ４、スイッチＳ１、制御ユニットμＣ、並びに、場合によっては第２の演算増幅器を含む。具体的には、電流経路３に電圧が印加された際に有利にも定電流源が形成され、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄは、電気抵抗器Ｒ２〜Ｒ５、及び、電気抵抗器Ｒ７〜Ｒ９、Ｒ１１、並びに、Ｒ１２を介して、キャパシタＣ１及びＣ２を介して、演算増幅器ＯＰ１を介して、半導体スイッチＱ１、Ｑ２、及び、Ｑ３を介して、ダイオードＤ１を介して、並びに、電流センサＨ１を介して制御される、具体的には一定に維持される。

加えて、演算増幅器ＯＰ１の、制御信号Ｄとして実施された出力信号は、具体的には出力電圧として形成され、制御ユニットμＣの第３の入力部３２に供給される。その結果、制御ユニットμＣはこの信号によって、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの電流制限が第１の半導体スイッチＱ３によって行われているかどうかを判定する。具体的には第１の半導体スイッチＱ３の熱損傷を回避するために、第１の半導体スイッチＱ３は、電流制限が、電流制限状態への制御の開始から、具体的には途切れずに所定の期間が経過すると、電流遮断状態に切り替えられる（オフされる）。

また、負荷（「Ｌｏａｄ」）に印加された電圧Ｖ_ｌｏａｄは、制御ユニットμＣの第４の入力部３４に供給される。

上述の、電子回路遮断器２を動作させるための方法の方法手順は、まとめて、図５のフローチャートに示されている。また、第１の半導体スイッチＱ３は、瞬時値Ｉ_ｉｓｔが、最大値Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}を超えていない場合でも定格設定値Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}を超えたならば、電流制限状態に制御されることは、明らかであろう。

つまり、電子回路遮断器２は、電圧入力部４と負荷出力部６との間の電流経路３に接続された、好ましくはＮチャネルＭＯＳトランジスタである第１の半導体スイッチＱ３を有している。また、電子回路遮断器２は、第１の半導体スイッチＱ３の制御入力部８に接続された制御装置１０を備えており、ここで、第１の半導体スイッチＱ３は、制御装置１０に供給された負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの瞬時値Ｉ_ｉｓｔに応じて制御される。有効なさらなる一発展形態によれば、制御装置１０は、制御ユニットμＣを有している。

有効な態様では、電子回路遮断器は、好ましくは電流経路３に接続された電流センサＨ１をさらに含む。

有効な態様では、制御装置１０は、第１の半導体スイッチＱ３の電流制限するための機構又は回路１４、及び、オフ又は電流遮断のための機構又は回路１２を含む。

他の有効な態様では、第１の半導体スイッチＱ３は、制御装置１０、電流制限するための機構又は回路１４、及び／又は、オフするための機構又は回路１２に供給された、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの瞬時値Ｉ_ｉｓｔに依存する。

電子回路遮断器の好適な一態様によれば、制御装置１０又は制御ユニットμＣは、短絡時、及び／又は、瞬時値Ｉ_ｉｓｔが最大値I_{ｓｈｏｒｔ}を超えた場合、第１の半導体スイッチＱ３を遮断及び／又はオフするために、信号Ｏｆｆ、具体的にはオフ信号を、電流制限するための機構又は回路１４、及び／又は、好ましくはオフするための機構又は回路１２に出力する。

電子回路遮断器の他の有効な態様では、制御装置１０、又は、電流制限するための機構又は回路１４には、入力側において瞬時値Ｉ_ｉｓｔが供給され、及び／又は、電流制限するための機構又は回路１４には、入力側において制御ユニットμＣから定格設定値I_{ｓｅｔ，ｍａｘ}が供給される。

他の有効な態様では、第１の半導体スイッチＱ３は、瞬時値Ｉ_ｉｓｔ及び／又は定格設定値Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}に応じて、電流制限状態に制御される、又は、制御されることになる。

好適な一発展形態によれば、制御装置１０、又は、電流制限するための機構又は回路１４は、調節部材２２を備える。調節部材２２には、好適には、定格設定値Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}が入力側において供給され、調節部材２２は、出力側において設定値Ｉ_ｓｅｔを出力する。

好適な態様では、制御装置１０又は調節部材２２は、キャパシタＣ２を備えている。キャパシタＣ２は、有利にも、スイッチＳ１によって制御装置１０、具体的には制御ユニットμＣと結合される、又は、スイッチＳ１によって放電される。

他の有効な態様では、制御装置１０、又は、電流制限するための機構又は回路１４は、演算増幅器ＯＰ１を備えている。有利にも、演算増幅器ＯＰ１の第１の入力部２８には、設定値Ｉ_ｓｅｔを供給するための調節部材２２が接続されており、演算増幅器ＯＰ１の第２の入力部には、瞬時値Ｉ_ｉｓｔが供給される。好ましくは、演算増幅器ＯＰ１によって、第１の半導体スイッチＱ３を制御するための制御信号Ｄ、具体的には、設定値Ｉ_ｓｅｔと瞬時値Ｉ_ｉｓｔとの差分が形成される。また好適には、制御装置１０又は制御ユニットμＣに、負荷電圧Ｖ_ｌｏａｄが供給される。

有効な態様では、制御装置１０、電流制限するための機構又は回路１４、及び／又は、オフするための機構又は回路１２は、好ましくはｐｎｐバイポーラトランジスタである第２の半導体スイッチＱ２を有している。有効な態様では、第２の半導体スイッチＱ２は、第１の半導体スイッチＱ３の制御入力部８に接続されている。好適なさらなる態様では、第２の半導体スイッチＱ２の出力部２６は、好ましくは、電流制限するための機構又は回路１４、及び／又は、オフするための機構又は回路１２の出力部を形成している。

好適な態様では、第１の半導体スイッチＱ３は、ドレイン側が好ましくは電圧入力部４に位置し、ソース側が好ましくは負荷出力部６に位置し、ゲート側が制御装置１０に位置している。

電圧入力部４と負荷出力部６との間に接続された第１の半導体スイッチＱ３を備える、上述の変形例のうちのいずれかにおける電子回路遮断器２を動作させる方法では、本方法に従い、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの瞬時値Ｉ_ｉｓｔを測定し、又は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄを瞬時値Ｉ_ｉｓｔとして測定し、短絡時に瞬時値Ｉ_ｉｓｔが最大値I_{ｓｈoｒｔ}を超えた場合に、第１の半導体スイッチＱ３を電流遮断状態に切り替えて、及び／又は、過負荷時に瞬時値Ｉ_ｉｓｔが設定値I_ｓｅｔを超えた場合に、第１の半導体スイッチＱ３を電流制限状態に切り替える。

本方法の有効な態様では、短絡時に負荷電流I_ｌoａｄの設定値I_ｓｅｔを、最小値I_ｍiｍに設定し、その後、連続的に定格設定値I_{ｓｅｔ，ｍａｘ}まで上昇させる。有利にも、瞬時値Ｉ_ｉｓｔと設定値I_ｓｅｔとの差分（差分値）を形成する。好ましくは、この差分（差分値）を制御信号Ｄとして、第１の半導体スイッチＱ３の電流を制限する制御を行うために使用する。電流制限状態に制御された第１の半導体スイッチＱ３は、好適には、所定の時間及び／又は所定の時間要素の経過後に、電流遮断状態に切り替えられる、及び／又は、制御される。

本発明は、上述の実施形態に限定されない。むしろ、本発明の他の様々な変形例が、当業者により、本発明の対象から逸脱することなく想定可能である。特に、また、実施形態に関連して記載される全ての個々の特徴を、本発明の対象から逸脱することなく、別の方法で互いに組み合わせることも可能である。

２ 電子回路遮断器
３ 電流経路
４ 電圧入力部
６ 負荷出力部
８ 制御入力部
１０ 制御装置
１２ オフするための機構
１４ 電流制限するための機構
１６ 制御ユニットの第１の入力部
１８ 制御ユニットの第２の入力部
２０ 制御ユニットの第１の出力部
２２ 調節部材
２４ 制御ユニットの第２の出力部
２６ 第２の半導体スイッチの出力部
２８ 演算増幅器の第１の入力部
３０ 演算増幅器の第２の入力部
３２ 制御ユニットの第３の入力部
３４ 制御ユニット第４の入力部
Ｃ１ キャパシタ
Ｃ２ キャパシタ
Ｄ 制御信号／差分
Ｄ１ ダイオード
Ｈ１ 電流センサ
Ｉ_ｉｓｔ 瞬時値
Ｉ_ｌｏａｄ 負荷電流
Ｉ_ｍｉｎ 最小値
Ｉ_ｓｅｔ 設定値
Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ} 定格設定値
Ｉ_{ｓｈｏｒｔ} 最大値
μＣ 制御ユニット
Ｏｆｆ オフするための信号
ＯＰ１ 演算増幅器
Ｑ１ 第３の半導体スイッチ
Ｑ２ 第２の半導体スイッチ
Ｑ３ 第１の半導体スイッチ
Ｑ４ 第４の半導体スイッチ
Ｒ１〜Ｒ１３ 電気抵抗器
Ｖ_ｌｏａｄ 負荷電圧
Ｖ_ｇａｔｅ 電圧入力部

Claims (14)

1. 電圧入力部（４）と負荷出力部（６）との間の電流経路（３）に接続された第１の半導体スイッチ（Ｑ３）と、
   前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）の制御入力部（８）に接続された制御装置（１０）と、を含む電子回路遮断器（２）であって、
   前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）は、前記制御装置（１０）に供給される負荷電流（Ｉ_ｌｏａｄ）の瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）に応じて制御され、
   前記制御装置（１０）は、第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を電流制限するように、及び、オフするように構成されている、電子回路遮断器（２）。
2. 前記制御装置（１０）は、制御ユニット（μＣ）を備える、請求項１に記載の電子回路遮断器（２）。
3. 前記制御装置（１０）又は前記制御ユニット（μＣ）は、前記瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）が最大値（Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}）を超えた場合に、信号（Ｏｆｆ）、具体的にはオフ信号を、前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を電流制限するための電流制限回路（１４）、及び／又は、前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）をオフするためのターンオフ回路（１２）に対して生成する、請求項１又は２に記載の電子回路遮断器（２）。
4. 前記電流制限回路（１４）には、入力側において前記瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）が供給されると共に、具体的には前記制御ユニット（μＣ）から、定格設定値（Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}）が供給される、請求項３に記載の電子回路遮断器（２）。
5. 前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）は、前記瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）及び前記定格設定値（Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}）に応じて電流制限状態に制御される、又は、制御されることになる、請求項４に記載の電子回路遮断器（２）。
6. 前記電流制限回路（１４）は、調節部材（２２）を備え、前記調節部材（２２）には、入力側において前記定格設定値（Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}）が供給され、前記調節部材（２２）は、出力側において設定値（Ｉ_ｓｅｔ）を出力する、請求項４又は５に記載の電子回路遮断器（２）。
7. 前記調節部材（２２）は、キャパシタ（Ｃ２）を備え、前記キャパシタ（Ｃ２）は、スイッチ（Ｓ１）によって、前記制御ユニット（μＣ）に結合される、又は、前記スイッチ（Ｓ１）によって放電される、請求項６に記載の電子回路遮断器（２）。
8. 前記電流制限回路（１４）は、演算増幅器（ＯＰ１）を備え、前記演算増幅器（ＯＰ１）の第１の入力部（２８）には、前記設定値（Ｉ_ｓｅｔ）を供給するための前記調節部材（２２）が接続されており、前記演算増幅器（ＯＰ１）の第２の入力部（３０）には、前記瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）が供給される、請求項７に記載の電子回路遮断器（２）。
9. 前記演算増幅器（ＯＰ１）は、前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を制御するための制御信号（Ｄ）、具体的には、設定値（Ｉ_ｓｅｔ）と瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）との差分を提供する、請求項８に記載の電子回路遮断器（２）。
10. 前記制御装置（１０）、前記電流制限回路（１４）、及び／又は、前記ターンオフ回路（１２）は、第２の半導体スイッチ（Ｑ２）を備え、前記第２の半導体スイッチ（Ｑ２）は、前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）の前記制御入力部（８）に接続されている、先行する請求項のいずれか１項に記載の電子回路遮断器（２）。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に従って形成された、電圧入力部（４）と負荷出力部（６）との間に接続された第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を備える電子回路遮断器（２）を動作させる方法であって、
    前記負荷電流（Ｉ_ｌｏａｄ）の瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）を測定し、又は、前記負荷電流（Ｉ_ｌｏａｄ）を瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）として測定し、
    短絡時において前記瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）が最大値（Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}）を超えた場合に、前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を電流遮断状態に切り替え、
    過負荷時において前記瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）が設定値（Ｉ_ｓｅｔ）を超えた場合に、前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を電流制限状態に切り替える、方法。
12. 短絡時において、前記負荷電流（Ｉ_ｌｏａｄ）の前記設定値（Ｉ_ｓｅｔ）を、最小値（Ｉ_ｍｉｎ）に設定し、その後、連続的に定格設定値（Ｉ_{ｓｅｔ，ｍａｘ}）まで上昇させる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記瞬時値（Ｉ_ｉｓｔ）と前記設定値（Ｉ_ｓｅｔ）との差分を形成し、
    前記差分を、第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を電流制限状態に制御するための制御信号（Ｄ）として使用する、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 電流制限状態に制御された前記第１の半導体スイッチ（Ｑ３）を、所定の時間又は所定の時間要素の経過後に、電流遮断状態に切り替える、又は、制御する、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。

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