WO2006015566A1 - Schaltungsanordnung zum shutz eines leiterelements gegen überstrom - Google Patents

Schaltungsanordnung zum shutz eines leiterelements gegen überstrom Download PDF

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WO2006015566A1
WO2006015566A1 PCT/DE2005/001063 DE2005001063W WO2006015566A1 WO 2006015566 A1 WO2006015566 A1 WO 2006015566A1 DE 2005001063 W DE2005001063 W DE 2005001063W WO 2006015566 A1 WO2006015566 A1 WO 2006015566A1
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conductor element
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PCT/DE2005/001063
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Rolf Wagemann
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Intedis Gmbh & Co. Kg
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/085—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current making use of a thermal sensor, e.g. thermistor, heated by the excess current
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means

Definitions

  • Circuit arrangement for protecting a conductor element against overcurrent
  • the invention relates to a circuit arrangement for protecting a
  • Generic circuit arrangements are used in motor vehicle construction in order to protect the lines of the vehicle electrical system against an inadmissibly high current load, by means of which the lines are excessively heated. Such overcurrents can occur, for example, when there is a short circuit in the electrical system.
  • fuses are known from the prior art, which fuses are switched into the corresponding line to be protected, a fusible link melting in the fuse at an excessive current load due to the heating occurring thereby and the fuses in this way Power supply interrupts.
  • a disadvantage of these fuses is that they react very slowly, so that in particular the protection of sensitive electronic components is not reliably guaranteed.
  • electronic monitoring sensors are known from the prior art with which the temperature can be measured at one point of the line to be protected, wherein when exceeding a certain temperature or when exceeding another, correlated with the temperature of the conductor element Messwer ⁇ tes Power supply is switched off or reduced by a suitable actuator.
  • a disadvantage of these known circuit arrangements is that the ambient temperature in or on the vehicle is included in the measurement result as a disturbance variable, and thus in each case different switch-off results are achieved at different ambient temperatures. Accordingly, the vehicles equipped in this way would have to be tuned differently depending on the particular field of use and the average ambient temperature to be expected there, which represents a considerable additional expense.
  • the invention is based on the basic idea that the temperature or a temperature-correlated measured value not only in a measuring section, but also in a suitable
  • Reference section is measured. These two measurement results from the measurement section and the reference section are forwarded directly to a comparator element after a suitable intermediate processing step and compared there with each other.
  • the actuator for reducing or switching off the power supply is then controlled depending on the comparison result. Since the influences of the ambient temperature both in the measured value from the measuring section and in the measured value from the reference section, this influence can be eliminated when comparing the two measured values in the comparator element.
  • the control of the actuator for Verrin ⁇ delay or shutdown of the power supply thus takes place only on the basis of the relative comparison of the measured values in the measuring section and reference section.
  • the design of the conductor element in the measuring section or in the reference section is basically arbitrary. According to a preferred embodiment, however, the reference section should have a different cross section, in particular a different width, than the measuring section. It is thereby achieved that the increase in the current flow in the conductor element causes in each case different temperature changes in the measuring section or reference section. These different temperature change coefficients can be advantageously utilized in the evaluation of the measurement results in the comparator element.
  • the reference section should be at least twice as wide as the measuring section.
  • the conductor element in the reference section only experiences a relatively slight increase in temperature when the current flow increases, whereas the temperature curve in the measuring section of the conductor element increases much more steeply.
  • Exact intersections between the measuring curves can be defined by means of these greatly differing gradient coefficients of the measuring curves, with a switching operation of the actuating element then being able to take place at the intersection of the measuring curves.
  • the direct temperature measurement in the measuring section or reference section is relatively complicated and heavily faulty.
  • a first embodiment of the invention it is therefore proposed, instead of the temperature in the measuring section or reference section in each case, to measure the voltage dropping between two measuring points in the measuring section or between two measuring points in the reference section as measured values.
  • the electrical resistance of a conductor element depends on the temperature of the conductor element. The voltage dropping between two measuring points on a conductor element thus correlates with the temperature of the conductor element. If the temperature rises in the conductor element, the electrical resistance increases, as a result of which a higher voltage drops between the two measuring points.
  • the circuit arrangement can be any circuit arrangement.
  • the measuring signals can also be calibrated to a desired level of the signal strength. It is particularly advantageous if the two initially approximately equal measurement signals by choice different amplification factors are brought to different Signalni ⁇ veaus, so that when the conductor element heats up, an intersection between the signal curves can result. Such an intersection can be evaluated with relatively simple means and then used to control the actuator to influence the power supply. As amplifiers in this sense, it is also possible to use components with a negative amplification factor, for example electrical resistors.
  • this can also be achieved by selecting a corresponding ratio of the distance between the measurement points in the reference section to the distance between the measurement points in the measurement section. If the ratio of the distance between the measuring points in the reference section to the distance between the measuring points in the measuring section differs from the ratio of the cross section of the conductor element in the reference section to the cross section of the conductor element in the measuring section, this results in a corresponding difference in the signal levels.
  • a series circuit of a first resistor and a second resistor can be connected in parallel with the series connection of reference section and measuring section.
  • a connecting line is connected, which serves as a measuring bridge.
  • the comparator element is switched into the connecting line, so that in the ratorelement the voltage potential at the first contact point with the voltage potential at the second contact point relative to a Referenz ⁇ potential, for example, the vehicle mass, can be compared.
  • the two resistors in the measuring bridge can be formed by suitable components, for example SMD resistors. According to a preferred embodiment, however, it is provided that the first resistor is formed by a third portion of the conductor element whose cross section corresponds to the measuring section and the second resistor is formed by a fourth portion of the conductor element whose cross section corresponds to the reference section.
  • the circuit arrangement according to the invention offers a particular advantage in that the relevant elements can be formed by a flat conductor track itself. If necessary, electrical or electronic components can additionally be contacted on the flat conductor track in order to construct the circuit arrangement.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a circuit arrangement in a schematic view from above.
  • FIG. 2 shows the measurement signal course of the circuit arrangement according to FIG. 1 at low currents
  • Fig. 3 shows the measurement signal waveform of the circuit according to
  • FIG. 4 shows the measurement signal course of the circuit arrangement according to FIG.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of a circuit arrangement in a schematic view from above
  • FIG. 6 shows a third embodiment of a circuit arrangement in a schematic view from above
  • a first embodiment 01 of a circuit arrangement for protecting a flat conductor 02 is shown from overcurrents.
  • Flat conductor 02 is formed by a copper layer laminated onto a carrier foil and is shown only in the hatched area corresponding to its actual geometric shape.
  • the other lines in the circuit 01 are only schematically indicated by connecting lines, but can also be formed by Flachlei ⁇ terettin.
  • the flat conductor 02 is preceded by an actuator 03, which is controlled by a comparator 04.
  • a downstream load 24 is supplied with electrical energy.
  • the power supply to the flat conductor 02 can be switched off by opening the actuator 03.
  • a measuring element 05a and a measuring element 06a are furthermore provided.
  • the voltage dropping in a reference section 07 between two measuring points 08 and 09 can be measured as the measured variable correlating with the temperature in the reference section 07.
  • the voltage 14 between two measuring points 12 and 13 can be measured in a measuring section 11, which has a cross section corresponding to the usual configuration of the flat conductor 02.
  • the reference section 07 has twice the width of the measuring section 11 and heats up correspondingly weaker than the measuring section 11 due to this higher line cross section. To compensate for the lower resistance due to the larger cross section in the reference section 07, the distance between the measuring points 08 and 09 at the reference section 07 is double as large as the distance between the measuring points 12 and 13 in the measuring section 11. In the normal temperature range with only very moderate heating of the flat conductor 02, therefore, approximately equal voltages 10 and 14 fall in the reference section 07 and in the measuring section 11. The voltage drop 10 measured by the measuring element 05a is forwarded without amplification to the first input of the comparator element 04.
  • the voltage drop 14 in the measuring section 11 is amplified in the measuring element 06 by means of a suitable amplifier with a gain factor of 0.8 and then forwarded to the second input of the comparator 04.
  • the function of the circuit arrangement 01 for evaluating the measured values by the comparator element 04 and the control of the actuator 03 dependent thereon will be explained below with reference to the measurement signal profiles in FIGS. 2, 3 and 4.
  • FIG. 2 schematically shows the measurement signal profile at the two inputs of the comparator element 04 when the flat conductor 02 is loaded with small currents. With these small currents, the flat conductor 02 heats up neither in the reference section 07 nor in the measuring section 11, so that the voltage drop in the reference section 07 and in the measuring section 11, that is to say the falling voltages 10 and 14, remain the same during the load duration. Due to the different reinforcements in the measuring elements 05 and 06, the voltage drop 14 is reduced to an 80% level of the voltage drop 10.
  • Fig. 3 the waveform at medium current in the flat conductor 02 is shown.
  • the flat conductor 02 already heats up considerably in the thinner measuring section 11 at this current intensity, whereas the flat conductor 02 in the reference section 07 still does not undergo a substantial increase in temperature due to the greater width.
  • the magnitude of the voltage drop 14 amplified by the factor 0.8 coincides with the magnitude of the voltage drop 10 in the reference section 07.
  • This conformity of the measuring signals present at the inputs of the comparator element 04 is evaluated by the comparator element 04 as a switching point, and the actuator 03 is actuated upon reaching this switching point for switching off the power supply.
  • FIG. 4 shows the measurement signal course 10 and 14 for large currents.
  • the flat conductor 02 heats up both in the measuring section 11 and in the reference section 07, wherein the heating in the reference section 07 is slower and with a smaller gradient than the heating in the measuring section 11 due to the larger cross section.
  • a second embodiment 15 of a circuit arrangement is shown schematically, which in turn can be used to protect the flat conductor 02 against overcurrents.
  • the two measuring elements 05b and 06b are formed by a bridge circuit, which will be explained below.
  • a reference section 07 is provided with double the width and a measuring section 1 1 with a normal width.
  • a series circuit of a first resistor 16 and a second resistor 17 is connected.
  • Two sections 18a and 18b of a connecting line 18 connect the two inputs of the comparator element 04 to a first contact point 19 between the reference section 07 and the measuring section 11 and a second contact point 20 between the first resistor 16 and the second resistor 17 Connecting line 18 thus forms a measuring bridge with which the voltage potential at the first contact point 19 can be compared with the voltage potential 20 and evaluated.
  • the two measuring elements 05b and 06b are formed by this bridge circuit for potential comparison.
  • this measuring bridge can be detuned in such a way that the voltage potentials at the two contact points 19 and 20 coincide in terms of magnitude when reaching a certain temperature in the flat conductor 02. This match is detected in the comparator 04 and then the actuator 03 is switched.
  • FIG. 6 shows a third embodiment 21 of a circuit arrangement according to the invention.
  • the two measuring members 05c and 06c are of a bridge circuit formed for potential comparison.
  • the function of this circuit arrangement 21 thus corresponds essentially to the circuit arrangement 15, but the two resistors 16 and 17 are formed by two further sections 22 and 23.
  • the design of the third section 22 corresponds to the shape of the measuring section 11, and the shape of the fourth section 23 corresponds to the shape of the reference section 07.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (01, 15, 21) zum Schutz eines Leiterelements (02), insbesondere eines Flachleiters, in einem Kraftfahrzeug gegen Überstrom mit einem ersten Messglied (06), mit dem die Temperatur oder ein mit der Temperatur korrelierender Messwert an oder in einem Messabschnitt (11) des Leiterelements (02) mittelbar oder unmittelbar messbar ist, und mit einem Stellglied (03), mit dem die Stromzufuhr zum Leiterelement (02) verringert, insbesondere abgeschaltet, werden kann. Mit einem zweiten Messglied (05) ist die Temperatur oder ein mit der Temperatur korrelierender Messwert an oder in einem Referenzabschnitt (07) des Leiterelements (02) mittelbar oder unmittelbar messbar, wobei der Referenzabschnitt (07) des Leiterelements (02) vom gleichen Strom wie der Messabschnitt (11) durchflossen wird, und wobei die Messergebnisse des ersten Messglieds (06) und des zweiten Messglieds (05) mittelbar oder unmittelbar in einem Komparatorelement (04) verglichen werden können, und wobei das Stellglied (03) in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ansteuerbar ist.

Description

Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leiterelements gegen Überstrora
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines
Leiterelements gegen Überstrom nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Schaltungsanordnungen werden im Kraftfahrzeugbau eingesetzt, um die Leitungen des Bordnetzes gegen eine unzulässig hohe Strombelastung, durch die die Leitungen unzulässig stark erwärmt wer- den, zu schützen. Derartige Überströme können beispielsweise auftreten, wenn es im Bordnetz zu einem Kurzschluss kommt.
Aus dem Stand der Technik sind zum Schutz des Bordnetzes gegen Über¬ ströme Schmelzsicherungen bekannt, die in die entsprechend zu schüt¬ zende Leitung eingeschaltet werden, wobei ein Schmelzglied in der Schmelzsicherung bei einer übermäßigen Strombelastung aufgrund der dabei auftretenden Erwärmung durchschmilzt und auf diese Weise die Stromzufuhr unterbricht. Nachteilig an diesen Schmelzsicherungen ist es, dass diese sehr träge reagieren, so dass insbesondere der Schutz von empfindlichen elektronischen Bauteilen nicht zuverlässig gewährleistet ist. Weiterhin sind aus dem Stand der Technik elektronische Überwachungs¬ sensoren bekannt, mit denen die Temperatur an einer Stelle der zu schützenden Leitung gemessen werden kann, wobei bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur beziehungsweise bei Überschreitung eines anderen, mit der Temperatur des Leiterelements korrelierenden Messwer¬ tes die Stromzufuhr durch ein geeignetes Stellglied abgeschaltet oder verringert wird.
Nachteilig an diesen bekannten Schaltungsanordnungen ist es, dass die Umgebungstemperatur im oder am Fahrzeug in das Messergebnis als Störgröße eingeht und somit bei unterschiedlichen Umgebungstemperatu¬ ren jeweils unterschiedliche Abschaltergebnisse erzielt werden. Dement¬ sprechend müssten die so ausgestatteten Fahrzeuge abhängig vom jewei¬ ligen Einsatzgebiet und der dort zu erwartenden durchschnittlichen Umgebungstemperatur unterschiedlich abgestimmt werden, was einen erheblichen Zusatzaufwand darstellt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Schaltungsanordnung zum Schutz von Leiterelementen im Kraftfahrzeug vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die Temperatur beziehungsweise ein mit der Temperatur korrelierender Messwert nicht nur in einem Messabschnitt, sondern auch in einem dazu geeigneten
Referenzabschnitt gemessen wird. Diese beiden Messergebnisse aus dem Messabschnitt und dem Referenzabschnitt werden direkt oder nach Durchführung geeigneter Zwischenverarbeitungsschritte an ein Kompara- torelement weitergeleitet und dort miteinander verglichen. Das Stellglied zur Verringerung beziehungsweise Abschaltung der Stromzufuhr wird dann abhängig vom Vergleichsergebnis angesteuert. Da die Einflüsse der Umgebungstemperatur sowohl in den Messwert aus dem Messabschnitt als auch in den Messwert aus dem Referenzabschnitt eingehen, kann dieser Einfluss beim Vergleich der beiden Messwerte im Komparator- element eliminiert werden. Die Ansteuerung des Stellgliedes zur Verrin¬ gerung beziehungsweise Abschaltung der Stromzufuhr erfolgt somit nur aufgrund des relativen Vergleichs der Messwerte im Messabschnitt und Referenzabschnitt.
Die Gestaltung des Leiterelements im Messabschnitt beziehungsweise im Referenzabschnitt ist grundsätzlich beliebig. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sollte der Referenzabschnitt jedoch einen anderen Querschnitt, insbesondere eine andere Breite, als der Messabschnitt aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass die Erhöhung des Stromflusses im Leiterelement jeweils unterschiedliche Temperaturänderungen im Messabschnitt beziehungsweise Referenzabschnitt hervorruft. Diese unterschiedlichen Temperaturänderungskoeffizienten können bei der Auswertung der Messergebnisse im Komparatorelement vorteilhaft ausgenutzt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführung s form weist das Leiterelement im
Referenzabschnitt einen wesentlich größeren Querschnitt als im Messab¬ schnitt auf. Insbesondere sollte der Referenzabschnitt zumindest doppelt so breit sein wie der Messabschnitt. Auf diese Weise erfährt das Leiter¬ element im Referenzabschnitt bei der Erhöhung des Stromdurchflusses nur eine relativ schwache Temperaturerhöhung, wohingegen die Tempe¬ raturkurve im Messabschnitt des Leiterelements sehr viel steiler ansteigt. Durch diese stark unterschiedlichen Steigungskoeffizienten der Messkur¬ ven lassen sich exakte Schnittpunkte zwischen den Messkurven definie¬ ren, wobei am Schnittpunkt der Messkurven dann jeweils ein Schaltvor- gang des Stellgliedes erfolgen kann. Die direkte Temperaturmessung im Messabschnitt beziehungsweise Referenzabschnitt ist relativ aufwendig und stark fehlerbehaftet. Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, statt der Temperatur im Messabschnitt beziehungsweise Referenzab- schnitt j eweils die zwischen zwei Messpunkten im Messabschnitt bezie¬ hungsweise zwischen zwei Messpunkten im Referenzabschnitt abfallende Spannung als Messwerte zu messen. Es ist bekannt, dass der elektrische Widerstand eines Leiterelements von der Temperatur des Leiterelements abhängt. Die zwischen zwei Messpunkten an einem Leiterelement abfal- lende Spannung korreliert somit mit der Temperatur des Leiterelements. Steigt die Temperatur im Leiterelement an, so erhöht sich der elektrische Widerstand, wodurch eine höhere Spannung zwischen den beiden Mess¬ punkten abfällt.
Durch geeignete Wahl der Geometrie des Leiterelements im Messab- schnitt und im Referenzabschnitt kann die Schaltungsanordnung bei
Messung des Spannungsabfalls zwischen zwei Messpunkten im Messab¬ schnitt beziehungsweise im Referenzabschnitt auf einen gewünschten Messbereich kalibriert werden. Wird das Verhältnis des Abstandes zwischen den Messpunkten im Referenzabschnitt zum Abstand zwischen den Messpunkten im Messabschnitt so gewählt, dass es dem Verhältnis des Querschnitts des Leiterelements im Referenzabschnitt zu dem Quer¬ schnitt des Leiterelements im Messabschnitt entspricht, so wird dadurch erreicht, dass trotz der unterschiedlichen Querschnitte des Leiterele¬ ments im Messabschnitt und im Referenzabschnitt zwischen den jeweili- gen Messpunkten im Messabschnitt beziehungsweise im Referenzab¬ schnitt bei Normaltemperatur des Leiterelements die jeweils ungefähr gleiche Spannung abfällt.
Durch Weiterverarbeitung der Messsignale mittels eines Verstärkers können die Messsignale ebenfalls auf ein gewünschtes Niveau der Sig- nalstärke kalibriert werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die beiden zunächst ungefähr gleich großen Messsignale durch Wahl unterschiedlicher Verstärkungsfaktoren auf unterschiedliche Signalni¬ veaus gebracht werden, so dass sich bei Erwärmung des Leiterelements ein Schnittpunkt zwischen den Signalkurven ergeben kann. Ein solcher Schnittpunkt kann mit relativ einfachen Mitteln ausgewertet und dann zur Ansteuerung des Stellglieds zur Beeinflussung der Stromzufuhr eingesetzt werden. Als Verstärker in diesem Sinne können auch Bauteile mit negativem Verstärkungsfaktor, beispielsweise elektrische Widerstän¬ de, eingesetzt werden.
Alternativ zur Kalibrierung der Messsignale auf unterschiedliche Signal- niveaus durch Verwendung von Verstärkern, kann dies auch durch Wahl eines entsprechenden Verhältnisses des Abstandes zwischen den Mess¬ punkten im Referenzabschnitt zum Abstand zwischen den Messpunkten im Messabschnitt erreicht werden. Unterscheidet sich das Verhältnis des Abstandes zwischen den Messpunkten im Referenzabschnitt zum Ab- stand zwischen den Messpunkten im Messabschnitt vom Verhältnis des Querschnitts des Leiterelements im Referenzabschnitt zum Querschnitt des Leiterelements im Messabschnitt, so resultiert daraus ein entspre¬ chender Unterschied in den Signalniveaus.
Alternativ zur Messung der im Messabschnitt beziehungsweise Referenz- abschnitt abfallenden Spannung kann auch eine in der Art einer Brücken¬ schaltung zum Vergleich von Spannungspotentialen ausgebildete Schal¬ tungsanordnung verwendet werden.
Zur Bildung der Brückenschaltung kann parallel zur Reihenschaltung aus Referenzabschnitt und Messabschnitt eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes und eines zweiten Widerstandes geschaltet werden. Zwi¬ schen einem ersten Kontaktpunkt, der sich zwischen Referenzabschnitt und Messabschnitt befindet, und einem zweiten Kontaktpunkt, der sich zwischen erstem Widerstand und zweiten Widerstand befindet, wird eine Verbindungsleitung geschaltet, die als Messbrücke dient. Das Kompara- torelement wird in die Verbindungsleitung geschaltet, so dass im Kompa- ratorelement das Spannungspotential am ersten Kontaktpunkt mit dem Spannungspotential am zweiten Kontaktpunkt relativ zu einem Referenz¬ potential, beispielsweise der Fahrzeugmasse, verglichen werden kann. Durch geeignete Dimensionierung der beiden Widerstände, die parallel zum Referenzabschnitt und Messabschnitt geschaltet sind, ist es möglich, diese Messbrücke derart zu verstimmen, dass sich die Spannungspotenti¬ ale an den beiden Kontaktpunkten bei Erhöhung der Temperatur im Leiterelement langsam annähern. Sobald die Spannungspotentiale an beiden Kontaktpunkten gleich groß sind, kann dies als Schaltpunkt ausgewertet werden, an dem das Stellglied die Stromzufuhr zum Leiter¬ element verringert beziehungsweise abschaltet.
Die beiden Widerstände in der Messbrücke können von geeigneten Bau¬ elementen, beispielsweise SMD-Widerständen, gebildet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass der erste Widerstand von einem dritten Abschnitt des Leiterelements gebildet wird, dessen Querschnitt dem Messabschnitt entspricht und der zweite Widerstand von einem vierten Abschnitt des Leiterelements gebildet wird, dessen Querschnitt dem Referenzabschnitt entspricht. Durch diese doppelte Auswertung des Temperatureinflusses auf das Leiterelement im Referenzabschnitt beziehungsweise Messabschnitt kann eine verbesserte Auflösung der Messsignale erreicht werden.
Einen besonderen Vorteil bietet die erfindungsgemäße Schaltungsanord¬ nung dadurch, dass die maßgeblichen Elemente von einer Flachleiterbahn selbst gebildet werden können. Soweit erforderlich können zum Aufbau der Schaltungsanordnung zusätzlich elektrische oder elektronische Bau¬ teile auf der Flachleiterbahn kontaktiert werden.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung anhand schematisch dargestellter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung in schematischer Ansicht von oben;
Fig. 2 den Messsignalverlauf der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 bei kleinen Strömen;
Fig. 3 den Messsignalverlauf der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 1 bei mittleren Strömen;
Fig. 4 den Messsignalverlauf der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 1 bei großen Strömen;
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanord¬ nung in schematischer Ansicht von oben;
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung in schematischer Ansicht von oben;
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform 01 einer Schaltungsanordnung zum Schutz eines Flachleiters 02 vor Überströmen dargestellt. Der
Flachleiter 02 wird von einer auf eine Trägerfolie auflaminierten Kupfer¬ schicht gebildet und ist lediglich in dem schraffierten Bereich entspre¬ chend seiner tatsächlichen geometrischen Form dargestellt. Die sonstigen Leitungen in der Schaltungsanordnung 01 sind lediglich schematisch durch Verbindungslinien angedeutet, können aber ebenfalls von Flachlei¬ terelementen gebildet werden.
Dem Flachleiter 02 ist ein Stellglied 03 vorgeschaltet, das von einem Komparatorelement 04 angesteuert wird. Über den Flachleiter 02 wird eine nachgeschaltete Last 24 mit elektrischer Energie versorgt. Abhängig vom Ausgangssignal des Komparatorelements 04 kann die Stromzufuhr zum Flachleiter 02 durch Öffnen des Stellgliedes 03 abgeschaltet wer¬ den. In der Schaltungsanordnung 01 ist weiterhin ein Messglied 05a und ein Messglied 06a vorgesehen. Mit dem Messglied 05a kann die in einem Referenzabschnitt 07 zwischen zwei Messpunkten 08 und 09 abfallende Spannung 10 als mit der Temperatur im Referenzabschnitt 07 korrelie- rende Messgröße gemessen werden. Mit dem Messglied 06a kann in einem Messabschnitt 11 , der einen der üblichen Gestaltung des Flachlei¬ ters 02 entsprechenden Querschnitt aufweist, die zwischen zwei Mess¬ punkten 12 und 13 abfallende Spannung 14 gemessen werden.
Der Referenzabschnitt 07 weist die doppelte Breite des Messabschnittes 11 auf und erwärmt sich aufgrund dieses höheren Leitungsquerschnittes entsprechend schwächer als der Messabschnitt 11. Zum Ausgleich des aufgrund des größeren Querschnittes im Referenzabschnitt 07 geringeren Widerstandes ist der Abstand zwischen den Messpunkten 08 und 09 am Referenzabschnitt 07 doppelt so groß wie der Abstand zwischen den Messpunkten 12 und 13 im Messabschnitt 11. Im Normaltemperaturbe¬ reich bei nur sehr mäßiger Erwärmung des Flachleiters 02 fallen deshalb im Referenzabschnitt 07 und im Messabschnitt 11 ungefähr gleich große Spannungen 10 und 14 ab. Der vom Messglied 05a gemessene Span¬ nungsabfall 10 wird unverstärkt an den ersten Eingang des Komparator- elements 04 weitergeleitet. Der Spannungsabfall 14 im Messabschnitt 11 wird im Messglied 06 mittels eines geeigneten Verstärkers mit einem Verstärkungsfaktor 0,8 verstärkt und danach an den zweiten Eingang des Komparatorelements 04 weitergeleitet. Die Funktion der Schaltungsan¬ ordnung 01 zur Auswertung der Messwerte durch das Komparatorelement 04 und die davon abhängige Ansteuerung des Stellgliedes 03 soll nach¬ folgend anhand der Messsignalverläufe in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 erläutert werden.
In Fig. 2 ist der Messsignalverlauf an den beiden Eingängen des Kompa¬ ratorelements 04 bei Belastung des Flachleiters 02 mit kleinen Strömen schematisch dargestellt. Bei diesen kleinen Strömen erwärmt sich der Flachleiter 02 weder im Referenzabschnitt 07 noch im Messabschnitt 11, so dass der Spannungsabfall im Referenzabschnitt 07 und im Messab¬ schnitt 1 1 , das heißt die abfallenden Spannungen 10 und 14, während der Belastungsdauer gleich groß bleiben. Durch die unterschiedlichen Ver¬ stärkungen in den Messgliedern 05 und 06 wird der Spannungsabfall 14 auf ein 80 %-iges Niveau des Spannungsabfalls 10 herunterverstärkt.
In Fig. 3 ist der Signalverlauf bei mittlerer Stromstärke im Flachleiter 02 dargestellt. Der Flachleiter 02 erwärmt sich im dünneren Messabschnitt 1 1 bei dieser Stromstärke bereits erheblich, wohingegen der Flachleiter 02 im Referenzabschnitt 07 aufgrund der größeren Breite noch keine wesentliche Temperaturerhöhung erfährt. Für die abfallenden Spannun¬ gen 14 und 10 bedeutet dies, dass sich der Spannungsabfall 10 im Refe¬ renzabschnitt 07 aufgrund der fehlenden Temperaturerhöhung nicht verändert, wohingegen die im Messabschnitt 11 abfallende Spannung 14 aufgrund der Temperaturerhöhung mit zunehmender Belastungsdauer deutlich ansteigt. Zum Zeitpunkt U stimmt der Betrag des mit dem Faktor 0,8 verstärkten Spannungsabfalls 14 mit dem Betrag des Span¬ nungsabfalls 10 im Referenzabschnitt 07 überein. Diese Übereinstim¬ mung der an den Eingängen des Komparatorelements 04 anliegenden Messsignale wird vom Komparatorelement 04 als Schaltpunkt ausgewer- tet und das Stellglied 03 bei Erreichen dieses Schaltpunktes zur Abschal¬ tung der Stromzufuhr angesteuert.
In Fig. 4 ist der Messsignalverlauf 10 und 14 bei großen Strömen darge¬ stellt. Bei großen Strömen erwärmt sich der Flachleiter 02 sowohl im Messabschnitt 1 1 als auch im Referenzabschnitt 07, wobei die Erwär- mung im Referenzabschnitt 07 aufgrund des größeren Querschnittes langsamer und mit geringerer Steigung verläuft als die Erwärmung im Messabschnitt 11. Für die beiden Messsignalkurven bedeutet dies, dass die Kurve des Spannungsabfalls 10 mit einem geringeren Steigungsfaktor als die Messkurve für den Spannungsabfall 14 ansteigt. Somit ergibt sich weiterhin ein Schnittpunkt für die beiden Kurven zum Zeitpunkt t2, der wiederum als Schaltpunkt zur Abschaltung des Stellgliedes 03 ausgewer¬ tet wird.
In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform 15 einer Schaltungsanordnung schematisch dargestellt, die wiederum zum Schutz des Flachleiters 02 vor Überströmen eingesetzt werden kann. Bei dieser Ausführungsform werden die beiden Messglieder 05b und 06b von einer Brückenschaltung gebildet, die nachfolgend erläutert wird.
Am Flachleiter 02 ist wiederum ein Referenzabschnitt 07 mit doppelter Breite und ein Messabschnitt 1 1 mit normaler Breite vorgesehen. Parallel zu der Reihenschaltung aus Referenzabschnitt 07 und Messabschnitt 1 1 ist eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes 16 und eines zweiten Widerstandes 17 geschaltet. Zwei Abschnitte 18a und 18b einer Verbin¬ dungsleitung 18 verbinden die beiden Eingänge des Komparatorelements 04 mit einem ersten Kontaktpunkt 19 zwischen dem Referenzabschnitt 07 und dem Messabschnitt 1 1 sowie einem zweiten Kontaktpunkt 20 zwi¬ schen dem ersten Widerstand 16 und dem zweiten Widerstand 17. Die Verbindungsleitung 18 bildet damit eine Messbrücke, mit der das Span¬ nungspotential am ersten Kontaktpunkt 19 gegenüber dem Spannungspo¬ tential 20 verglichen und ausgewertet werden kann. Im Ergebnis werden die beiden Messglieder 05b und 06b von dieser Brückenschaltung zum Potentialvergleich gebildet.
Durch geeignete Dimensionierung der beiden Widerstände 16 und 17 kann diese Messbrücke in einer Weise verstimmt werden, dass die Spannungspotentiale an den beiden Kontaktpunkten 19 und 20 bei Errei- chen einer bestimmten Temperatur im Flachleiter 02 betragsmäßig übereinstimmen. Diese Übereinstimmung wird im Komparatorelement 04 detektiert und anschließend wird das Stellglied 03 geschaltet.
In Fig. 6 ist eine dritte Ausführungsform 21 einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Auch bei der Ausführungsform 21 werden die beiden Messglieder 05c und 06c von einer Brückenschaltung zum Potentialvergleich gebildet. Die Funktion dieser Schaltungsanord¬ nung 21 stimmt somit im Wesentlichen mit der Schaltungsanordnung 15 überein, wobei jedoch die beiden Widerstände 16 und 17 durch zwei weitere Abschnitte 22 und 23 gebildet sind. Die Gestaltung des dritten Abschnitts 22 entspricht dabei der Gestalt des Messabschnittes 11 und die Gestalt des vierten Abschnittes 23 entspricht der Gestalt des Refe¬ renzabschnittes 07.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (01, 15, 21) zum Schutz eines Leiterelements (02), insbesondere eines Flachleiters, in einem Kraftfahrzeug gegen Überstrom mit einem ersten Messglied (06), mit dem die Temperatur oder ein mit der Temperatur korrelierender Messwert an oder in ei¬ nem Messabschnitt (11) des Leiterelements (02) mittelbar oder un¬ mittelbar messbar ist, und mit einem Stellglied (03), mit dem die Stromzufuhr zum Leiterelement (02) verringert, insbesondere abge- schaltet, werden kann, dadurch g ekennz eichn et , dass mit einem zweiten Messglied (05) die Temperatur oder ein mit der Temperatur korrelierender Messwert an oder in einem Referenz¬ abschnitt (07) des Leiterelements (02) mittelbar oder unmittelbar messbar ist, wobei der Referenzabschnitt (07) des Leiterelements
(02) vom gleichen Strom wie der Messabschnitt (11) durchflössen wird, und wobei die Messergebnisse des ersten Messglieds (06) und des zweiten Messglieds (05) mittelbar oder unmittelbar in einem Komparatorelement (04) verglichen werden können, und wobei das Stellglied (03) in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ansteuer¬ bar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g ekennz ei chnet , dass das Leiterelement (02) im Messabschnitt (11) einen anderen Querschnitt, insbesondere eine andere Breite, als im Referenzab¬ schnitt (07) aufweist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chn et , dass das Leiterelement (02) im Referenzabschnitt (07) einen wesent¬ lich größeren Querschnitt als im Messabschnitt (11) aufweist, insbe- sondere im Referenzabschnitt (11) zumindest doppelt so breit ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ekennz ei chnet, dass das erste Messglied (05) in der Art eines Spannungsmessgliedes ausgebildet ist, mit dem die zwischen zwei Messpunkten (12, 13) im Messabschnitt (11) des Leiterelements (02) abfallende Spannung (14) messbar ist, und das zweite Messglied (06) in der Art eines Span¬ nungsmessgliedes ausgebildet ist, mit dem die zwischen zwei Mess¬ punkten (08, 09) im Referenzabschnitt (07) des Leiterelements (02) abfallende Spannung (10) messbar ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Verhältnis des Abstandes zwischen den Messpunkten (08, 09) im Referenzabschnitt (07) zum Abstand zwischen den Messpunk¬ ten (12, 13) im Messabschnitt (11) dem Verhältnis des Querschnitts des Leiterelements (02) im Referenzabschnitt (07) zum Querschnitt des Leiterelements (02) im Messabschnitt (11) entspricht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennz ei chnet, dass das Messsignal des ersten Spannungsmessgliedes (06) vor der Vergleichsoperation im Komparatorelement (04) mit einem vorgege¬ benen ersten Verstärkungsfaktor verstärkt wird und/oder das Mess¬ signal des zweiten Spannungsmessgliedes (05) vor der Vergleichs¬ operation im Komparatorelement (04) mit einem vorgegebenen zwei¬ ten Verstärkungsfaktor verstärkt wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gek ennz ei chnet , dass der erste Verstärkungsfaktor und der zweite Verstärkungsfaktor unterschiedlich groß sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch g ek ennz ei chnet , dass das Verhältnis des Abstandes zwischen den Messpunkten (08, 09) im Referenzabschnitt (07) zum Abstand zwischen den Messpunk¬ ten (12, 13) im Messabschnitt (11) sich vom Verhältnis des Quer- Schnitts des Leiterelements (02) im Referenzabschnitt (07) zum
Querschnitt des Leiterelements (02) im Messabschnitt (11) unter¬ scheidet.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch g ek ennzei chn et , dass das Komparatorelement (04) das Stellglied ansteuert, insbeson¬ dere die Stromzufuhr abschaltet, wenn die beiden Differenzspannun¬ gen gleich groß sind.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ek ennz eichnet , dass das erste Messglied (05) und das zweite Messglied (06) von ei¬ ner Brückenschaltung gebildet werden.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennz eichnet, dass parallel zur Reihenschaltung von Referenzabschnitt (07) des Leiterelements (02) und Messabschnitt (11) des Leiterelements (02) eine Reihenschaltung eines ersten Widerstands (16, 22) und eines zweiten Widerstands (17, 23) geschaltet ist, wobei zwischen einem ersten Kontaktpunkt (19), der zwischen Referenzabschnitt (07) und Messabschnitt (11) angeordnet ist, und einem zweiten Kontaktpunkt (20), der zwischen erstem Widerstand (16, 22) und zweitem Wider- stand (17, 23) angeordnet ist, eine Verbindungsleitung (18) als
Messbrücke vorgesehen ist, und wobei das Komparatorelement (04) in die Verbindungsleitung (18) geschaltet ist, und wobei im Kompa¬ ratorelement (04) das Spannungspotential am ersten Kontaktpunkt (19) mit dem Spannungspotential am zweiten Kontaktpunkt (20) ver- glichen werden kann.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzabschnitt (07) unmittelbar in den Messabschnitt (11) übergeht und der erste Kontaktpunkt (19) am Übergang zwischen Referenzabschnitt (07) und Messabschnitt (11) angeordnet ist.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennz eichnet, dass der erste Widerstand von einem dritten Abschnitt (22) des Lei¬ terelements (02) gebildet wird, dessen Querschnitt dem Messab- schnitt (11) des Leiterelements (02) entspricht, und der zweite Wi¬ derstand von einem vierten Abschnitt (23) des Leiterelements (02) gebildet wird, dessen Querschnitt dem Referenzabschnitt (07) des Leiterelements (02) entspricht.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gek ennz ei chn et , dass die Länge des dritten Abschnitts (22) der Länge des Messab¬ schnitts (11) entspricht und die Länge des vierten Abschnitts (23) der Länge des Referenzabschnitts (07) entspricht.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch g ekennz ei chnet , dass die Länge des dritten Abschnitts (22) und die Länge des Mess¬ abschnitts (11) jeweils nicht der Länge des vierten Abschnitts (23) und der Länge des Referenzabschnitts (07) entsprechen.
16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch g ekennzei chn et , dass der dritte Abschnitt (22) unmittelbar in den vierten Abschnitt (23) übergeht und der zweite Kontaktpunkt (20) am Übergang zwi- sehen drittem Abschnitt (22) und viertem Abschnitt (23) angeordnet ist.
17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gek ennz ei chn et , dass das erste Messglied (06) und/oder das zweite Messglied (05) und/oder das Komparatorelement (04) und/oder das Stellglied (02) von Flachleiterbahnen (02) und auf den Flachleiterbahnen (02) kon¬ taktierten elektrischen oder elektronischen Bauteilen gebildet sind.
18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch g ekennz eichnet, dass das Leiterelement (02), insbesondere der Flachleiter, auf einem
Trägermaterial, insbesondere einer Trägerfolie oder einer Platine, angeordnet ist.
19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (02), insbesondere der Flachleiter, durch Ät¬ zen oder Stanzen einer Metallschicht, insbesondere einer Kupfer- Schicht, hergestellt ist.
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