電子保護裝置、用于驅動電子保護裝置的方法及其應用的制作方法
電子保護裝置、用于驅動電子保護裝置的方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子保護裝置、用于驅動電子保護裝置的方法及其應用。電子保護裝置用于保護至少一個電負載（LS），電負載能連接到保護裝置上，該電子保護裝置具有輸入端子（IN）和輸出端子，該保護裝置具有熱自恢復的保險絲元件，該保險絲元件設計和構建為，根據(jù)保險絲元件溫度（TPF）傳導或限制第一電流（I1），為了限制第一電流，設置限制裝置（T1、WA），該限制裝置包括：與保險絲元件串聯(lián)的第一晶體管（T1），和影響第一晶體管的監(jiān)控電路（WA），其設計和構建為，a）在第一電流（I1）達到或超過預定義的最大電流值（Iwh）時使第一晶體管截止，以及b）在第一電流達到或低于預定義的接通電流值（Iwh）時接通第一晶體管。
【專利說明】電子保護裝置、用于驅動電子保護裝置的方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分的用于保護至少一個可連接到保護裝置上的電器件的電子保護裝置。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權利要求15的用于驅動電子保護裝置的方法以及根據(jù)權利要求14的電子保護裝置的應用。
【背景技術】
[0002]由現(xiàn)有技術已知了一系列保護裝置，其任務在于保護電壓源和/或連接到電壓源上的負載，尤其是以防過高的電流。
[0003]在工業(yè)應用電能之初就已經(jīng)開發(fā)并且使用這種保護裝置、例如T.A.Edison的US專利第438，305號示出一種“保險絲盒”，該專利可追溯于1885年的一個專利申請。這種保險絲盒和當今所用的多數(shù)熔斷保險絲一樣具有這樣的缺點:在故障情況后、即在所謂的熔斷絲熔斷后，必須用新的熔斷保險絲來替換現(xiàn)有的熔斷保險絲。
[0004]為了避免在故障情況后必須替換斷開的保險絲，在過去例如曾開發(fā)“自恢復保險絲元件”，其又稱為“熱自恢復保險絲”。常見自恢復保險絲元件的多種實施方式。技術人員大多根據(jù)制造自恢復保險絲元件所用的材料來區(qū)分它們。特別普遍的自恢復保險絲是所謂的“PTC保險絲”、尤其是基于聚合物的PTC保險絲，其中后者通常被稱為“PPTC保險絲(英文:polymeric positive temperature coefficient fuse (聚合物正溫度系數(shù)保險絲))。
熱自恢復保險絲元件的例子在2008年的簡易格式目錄“BOURNS? Multifuse?,自恢復保險絲一聚合物PTC&陶瓷PTC”中予以說明。
[0005]在說明書的另一段中將再次參考該簡易格式目錄(在下文被稱為文獻“roi”)。
[0006]在下文中，概念“熱自恢復保險絲元件”簡稱為“保險絲元件”。
[0007]所述類型的保險絲元件的缺點在于，在其使用時雖然能夠在可估算的持續(xù)時間內(nèi)防止可能的電路過載，但當保險絲元件比較頻繁或持續(xù)運行在“跳閘狀態(tài)”中、即基本截止電流的狀態(tài)中時，由于保險絲元件“持續(xù)承受負載”而會在保險絲元件中發(fā)生不可逆的構件變化，所述變化顯著縮短保險絲元件的壽命。換言之，保險絲元件的所述持續(xù)承受負載例如導致其提前老化，這會根據(jù)其它邊緣條件的表現(xiàn)而導致保險絲元件的損毀、例如在不利的邊緣條件下在幾天之后就會導致保險絲元件的損毀。
[0008]通常，保險絲元件經(jīng)受上述持續(xù)承受負載(在時間方面)越長并且保險絲元件在持續(xù)承受負載期間的溫度越高，保險絲元件的壽命就越短。
[0009]例如在較長時長內(nèi)、例如數(shù)日、數(shù)周或數(shù)月的時間間隔內(nèi)未能發(fā)現(xiàn)接線錯誤的情況下，例如當連接到保險絲元件上的器件與電壓源或參考電勢連接以致保險絲元件在上述時間間隔內(nèi)(數(shù)日、數(shù)周或數(shù)月)基本上無中斷地保持在“跳閘”、即截止狀態(tài)中時，會導致嚴重后果。保險絲元件在這樣的持續(xù)承受負載之后可能出現(xiàn)的損毀隨后會引起通過保險絲元件的電流顯著升高，這會導致所連接的原本受保險絲元件保護的電器件或其它器件損毀。不再能滿足規(guī)定功能的被損毀的保險絲元件甚至會在特定的邊緣條件下引起其他后果，即保險絲元件燒毀，這最終會導致電子技術裝置的整個組件和其它在空間上在燃燒的保險絲元件附近的物體損毀。
[0010]僅利用一個保險絲元件來防止過電流的保護裝置的缺點還在于常常不夠大或不夠小的慣性。雖然僅具有一個保險絲元件的保護裝置的使用者或開發(fā)者能夠通過在考慮電路慣性的情況下選擇所用的保險絲元件來有限地影響保護裝置的慣性，但最終還是在很大程度上依賴于保險絲元件制造商的設計規(guī)范。保護裝置根據(jù)保險絲元件制造過程而存在的參數(shù)由這些設計規(guī)范決定。換言之，使用者或開發(fā)者缺少一種簡單的可實踐應用的方法來有針對性地并且可預見地改變時間開關特性。因此當保護裝置僅由保險絲元件構成時，則開發(fā)者或使用者在保護裝置的慣性方面受到保險絲元件的制造商的相應參數(shù)約束。
[0011]根據(jù)現(xiàn)有技術的例如僅由一個保險絲元件構成的保護裝置的另一缺點在于保護裝置的環(huán)境溫度對于保險絲元件的參數(shù)和因此故障電流響應特性(例如英文稱為“PTCresponse characteristic”)的相對強的影響性。
[0012]已知保護裝置的另一例子為電子保險絲。為此應提到國際專利申請W086/06223A1的公開文本。根據(jù)該公開文本可通過電脈沖控制一個開關。一旦電流超過預定值，則該電子保險絲借助該開關介入電流流動。如流經(jīng)負載的電流增加，則借助脈沖閉合開關的持續(xù)時間減少。當超過特定的最大允許電流值時開關會完全斷開。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]在此背景下，本發(fā)明的任務在于提供一種裝置，該裝置改進現(xiàn)有技術。另外，本發(fā)明的任務在于提出該裝置的一種應用和一種用于驅動電子保護裝置的方法，它們?yōu)楝F(xiàn)有技術的改進方案。
[0014]所述任務通過具有權利要求1的特征的電子保護裝置得以解決。該電子保護裝置的應用或方法方面的任務通過根據(jù)權利要求14或根據(jù)權利要求15的方案來解決。
[0015]本發(fā)明的有利方案為從屬權利要求的主題。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的主題構造用于保護至少一個可連接到保護裝置上的電器件的電子保護裝置，其中該電子保護裝置具有輸入端子和輸出端子，該保護裝置具有熱自恢復的保險絲元件，并且該保險絲元件設計和構建為根據(jù)保險絲元件溫度傳導或限制第一電流，其特征在于，為了限制第一電流，設置限制裝置，該限制裝置具有:
[0017]-與保險絲元件串聯(lián)的第一晶體管，和
[0018]-影響第一晶體管的監(jiān)控電路，其中監(jiān)控電路設計和構建為，
[0019]a)在第一電流達到或超過預定義的最大電流值時使第一晶體管截止，并且
[0020]b)在第一電流達到或低于預定義的復位電流值時，接通第一晶體管。
[0021]本發(fā)明的第一優(yōu)點在于，與僅具有一個保險絲元件的保護裝置相比，根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置(在使用保護功能的情況下)具有更長的壽命或延遲的老化。尤其是當上述兩種進行比較的保護裝置在數(shù)天、數(shù)周或數(shù)月的時長中借助相應所屬的保護方法防止第一電流過高時，越頻繁地觸發(fā)保護方法，即越頻繁地通過保護裝置中斷過電流，根據(jù)本發(fā)明的保護裝置的壽命相對于“純”保險絲元件解決方案就明顯越長。
[0022]所述第一優(yōu)點帶來本發(fā)明的其它優(yōu)點、尤其是保護裝置更高的可靠性和/或更好地防止保護裝置過載的間接損傷、如更好地防止火災危險，其可因磨損或有缺陷的保護裝
置而產(chǎn)生。[0023]與早已熟知的保護裝置相比，根據(jù)本發(fā)明的保護裝置提高的可靠性的優(yōu)點尤其是體現(xiàn)在，當在保護裝置的輸出端上錯誤地連接另一外部電壓源(在附圖中未示出)時，該電壓源會導致電流經(jīng)保險絲元件和第一晶體管的體二極管“反饋”以及限制裝置的失效。但盡管如此這種根據(jù)經(jīng)驗較少預期會有的輸出端錯誤連接方式因本發(fā)明導致保險絲元件的截止。簡言之，本發(fā)明在根據(jù)經(jīng)驗頻繁出現(xiàn)的應用情況下借助限制裝置和保險絲元件的共同作用并且在根據(jù)經(jīng)驗較少出現(xiàn)的應用情況下借助保險絲元件的運行方式而沒有限制裝置共同作用的情況下提高了包含本發(fā)明的電路的可靠性。
[0024]下面借助【專利附圖】
【附圖說明】根據(jù)本發(fā)明的保護裝置的優(yōu)選實施形式。應指出，附圖和與附圖有關的說明書部分作為特殊情況表示進一步表述的有創(chuàng)造性的發(fā)明。
[0025]下文中所用的附圖標記的列表在說明書最后幾頁。
[0026]首先應定義本發(fā)明的幾個概念:
[0027]在此所用概念電流源CS并非指根據(jù)電子技術的電路理論的“理想”電流源，而是具有有限內(nèi)阻(附圖未示出)和可由電源構成的有限電壓范圍的電流源。
[0028]所用概念電壓源VS并非指理想電壓源，而是指具有內(nèi)阻(附圖未示出)的電壓源，該內(nèi)阻具有大于0歐姆的內(nèi)阻。
[0029]負載LS為優(yōu)選連接在根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置輸出端上的電路或電器件，當電子保護裝置在其輸入端子IN上與電壓源VS連接時，負載電流13流經(jīng)該電路或電器件。負載LS例如可由唯一的歐姆電阻構成或在示例性的錯誤情況下由到參考電勢的短路線構成或包括例如具有歐姆電阻、電容性電阻和電感性電阻的復雜電路裝置或包括一個原則上任意復雜構造的電能消耗器、尤其是數(shù)字電路裝置。根據(jù)圖2和圖3的實施形式示出由唯一的歐姆電阻表示的負載LS，該電阻一方面在其第一端子上與輸出端子OUT連接并且另一方面在其第二端子上與參考電勢GND連接。
[0030]當在本發(fā)明的范疇中對電流進行定量說明、例如在比較大小時，該定量說明通常指電流值。換言之，在本文中只要沒有明確說明則不考慮電流方向。只要參考根據(jù)圖1至圖3的本發(fā)明的方案，則應注意，僅在下述情況下規(guī)定限制裝置與保險絲元件PF —起作用的協(xié)同作用(Synergy-Effekt),即，流經(jīng)保險絲元件PF的第一電流L根據(jù)技術電流方向流向電子保護裝置ES的輸出端OUT。換言之，在考慮電勢符號的情況下當電子保護裝置ES的輸出端OUT具有比電子保護裝置ES的輸入端IN更小的電勢時，在根據(jù)圖1至圖3的方案中才出現(xiàn)上述協(xié)同作用。
[0031]只要沒有明確以其它方式說明，對電壓的定量說明、例如在大小比較時，在下文中相對于參考電勢GND來讀取。特別優(yōu)選，參考電勢的電壓為零伏特。但原則上也可設計，例如電壓源VS的參考電勢接點和/或負載LS的參考電勢接點和/或電流源CS的參考電勢接點上的參考電勢彼此不同。
[0032]只要第一電流達到或超過預定義的最大允許值(在下面以附圖標記Iwh表示)，在本發(fā)明的范疇中稱之為關于第一電流的“過電流”。如上述定義的過電流根據(jù)時間過程和過電流的值以及根據(jù)電子保護裝置的電路細節(jié)設計、即尤其是根據(jù)保護裝置ES的各個電子器件的選擇導致可由電子保護裝置觸發(fā)的兩種不同的作用順序，但這兩個作用鏈產(chǎn)生相同的最終結果、即中斷過電流。對此在本說明書的下述段落之一中將結合圖2進行詳細說明。
[0033]在本發(fā)明的范疇中，概念“過載”表示與電子保護裝置的輸出端連接的并且觸發(fā)根據(jù)本發(fā)明方法的負載LS。換言之，過載導致過電流，該過電流在經(jīng)過延遲時間后被電子保護裝置中斷。過載例如可設計為(引導從輸出端向參考電勢的第三電流的)歐姆電阻或短路。
[0034]作為根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的“跳閘狀態(tài)”可理解為保護裝置ES的下述狀態(tài)，即，通過第一晶體管T1基本上中斷第二電流12。在本發(fā)明中可忽略并且在下文中不考慮本身在截止的第一晶體管T1中在多數(shù)實際情況下無法避免的漏電流。
[0035]“復位電流值” Imin是指第一電流^的這樣的值，在該值情況下電子保護裝置從“跳閘狀態(tài)”切換到非跳閘狀態(tài)。換言之，在出現(xiàn)過載并且隨后第一晶體管T1截止后，當?shù)谝浑娏鱅flmin或1^Imin時，第一晶體管T1借助監(jiān)控電路WA又置于導通狀態(tài)中。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置的示例性的擴展方案在下文中借助圖1至圖3被詳細說明。另外，在下面參考附圖詳細示出本發(fā)明的其它優(yōu)點或本發(fā)明方案的優(yōu)點。在此相同部件設有相同的附圖標記。圖4、圖5和圖6的特性曲線是高度示意的，也就是說，圖4 ;圖5和圖6并非為測得的特性曲線，而是簡化的特性曲線，其表明本發(fā)明或本發(fā)明方案的作用方式和一些優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]附圖如下:
[0038]圖1為根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的一種實施形式的電路圖；
[0039]圖2為包括圖1的電路圖的電路圖，其中除了圖1的內(nèi)容外一方面示出輸入端子IN與電壓源VS的連接并且另一方面示出輸出端子OUT與電負載LS的連接；
[0040]圖3為電路圖，其中與圖1和圖2相比示出電子保護裝置ES的一種修改過的實施形式；
[0041]圖4為保險絲元件PF的示例性的溫度電阻特性曲線示意圖，在坐標系中示出，其中橫坐標軸表示向右升高的溫度并且縱坐標軸表示向上升高的電阻；
[0042]圖5為現(xiàn)有技術中的保護電路的示例性的電流時間曲線的示意圖，其中僅通過一個保險絲元件PF來防止連接的電能源的過載。這種早已熟知的電路例如在開頭提到的文獻roi中第3頁右列的附圖中示出。圖5的電流時間曲線雖然是示意性且簡化的，但現(xiàn)有技術中已知的保護電路(具有熱自恢復的保險絲元件作為用于防止相關電路過載和短路的唯一措施)的一些缺點卻在圖5中一目了然。尤其是圖5與后續(xù)的圖6的比較特別清楚地示出本發(fā)明及其實施形式的優(yōu)點，圖6在此涉及本發(fā)明的一種實施例；
[0043]圖6為根據(jù)本發(fā)明的保護電路的示例性的電流時間曲線的示意圖。為了更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點，在橫坐標軸和縱坐標軸上標記出圖6的電流時間曲線與圖5的電流時間曲線之間的幾個定性和/或定量的區(qū)別。
【具體實施方式】
[0044]在下文中為熱自恢復的保險絲元件使用附圖標記“PF”。
[0045]借助下面的例子和圖2、圖3及圖4詳細說明兩個開頭提到的作用順序，其在本說明書中已經(jīng)在定義概念“過電流”時被提到。
[0046]第一種作用順序的特征在于:首先保險絲元件PF通過因過載引起的過電流發(fā)熱并且在發(fā)熱后置于截止狀態(tài)中(參見圖4中P2與P4之間的有關的特性曲線范圍)，在接下來的步驟中最終借助監(jiān)控電路WA使第一晶體管T1截止，并且之后進一步降低保險絲元件PF的溫度。通過借助受監(jiān)控電路WA影響的第一晶體管T1中斷第二電流12和與此有關的第一電流1:的顯著減小來降低保險絲元件PF的溫度TPF，盡管這在延遲時間之后導致保險絲元件PF恢復到導通狀態(tài)中(參見圖4中P1與P2之間的有關的特性曲線范圍)，但在根據(jù)圖1、圖2和圖3的實施形式中未設計，當連接在輸出端OUT上的過載未改變時，第一電流I:在輸出端OUT上再次上升，以致保險絲元件PF重新轉移到截止狀態(tài)中，這在此情況下完全是不必要的，因為只要未消除輸出端OUT上的過載，截止的第一晶體管T1就保持保護功能。因此基于連接的過載不產(chǎn)生保險絲元件PF的持續(xù)承受熱負載。換言之，借助監(jiān)控裝置WA和在過載時中斷第二電流12的晶體管T1使保險絲元件PF重新返回到低阻的特性曲線范圍中，該特性曲線范圍在圖4中在特性曲線點P1與P2之間被示出。當晶體管T1因過載而被置于截止狀態(tài)中后，第一晶體管T1保持截止狀態(tài)直至過載從輸出端OUT被分開或例如因負載LS內(nèi)的電阻變化引起的過載以其它方式失去其作為過載的作用。過載的消失或者第一電流^下降到復位電流值Imin或以下時，電子保護電路可又轉移到其初始狀態(tài)，在初始狀態(tài)中不僅第一晶體管T1而且保險絲元件PF都是“低阻”的。
[0047]第二作用順序的特征在于，首先保險絲元件PF通過因過載引起的過電流僅相對短時地發(fā)熱并且在此不置于截止狀態(tài)，這對應于圖4中特性曲線點P1與P2之間的特性曲線范圍，在接下來的步驟中借助監(jiān)控電路WA使第一晶體管T1截止，并且之后進一步降低保險絲元件PF的溫度。通過借助受監(jiān)控電路WA影響的第一晶體管T1中斷第二電流12和與此有關的第一電流L的顯著減小來降低保險絲元件PF的溫度TPF，這雖然在延遲時間之后導致保險絲元件PF恢復到低阻狀態(tài)中，這在圖4中在P1與P2之間的有關特性曲線范圍中被示出。當然，保險絲元件PF的低阻狀態(tài)也可在消除過載后出現(xiàn)。但在根據(jù)圖1、圖2和圖3的實施方式中未設計，當連接在輸出端OUT上的過載未改變時，第一電流^又上升，以致保險絲元件PF轉移到截止狀態(tài)(即高阻狀態(tài))中，這在此情況下完全是不必要的，因為只要未消除輸出端OUT上的過載，截止的第一晶體管T1就保持保護功能。因此由于連接的過載不產(chǎn)生保險絲元件PF的持續(xù)承受熱負載。換言之，借助監(jiān)控裝置WA和在過載時中斷第二電流12的晶體管T1使保險絲元件PF保持在低阻的特性曲線范圍中，該特性曲線范圍在圖4中在特性曲線點P1與P2之間被示出。當晶體管T1因過載而被置于截止狀態(tài)中后，第一晶體管T1保持截止狀態(tài)直至過載從輸出端OUT被分開或例如因負載LS內(nèi)的電阻變化引起的過載以其它方式失去其作為過載的作用。過載的消失或者第一電流L下降到復位電流值Imin或以下時，電子保護電路可又轉移到其初始狀態(tài)，在初始狀態(tài)中不僅第一晶體管T1而且保險絲元件PF都是“低阻”的。
[0048]在根據(jù)本發(fā)明的保護裝置的一種優(yōu)選的實施形式中設計，在第一晶體管T1和保險絲元件PF的串聯(lián)電路的第一端部上設置輸入端子IN，其中該輸入端子IN與電壓源VS連接，并且在第一晶體管T1和保險絲元件PF的串聯(lián)電路的第二端部上設置輸出端子0UT，該輸出端子OUT與負載LS連接，其中電子保護裝置ES設計并且構建為，在超過流經(jīng)負載LS的負載電流13的、預定義的最大允許值時借助影響第一晶體管T1的監(jiān)控電路WA在借助延時裝置C1、R2影響的時間間隔內(nèi)使第一晶體管T1截止，以便降低負載電流13的值，使得負載電流13下降到預定義的最大允許值或以下。
[0049]本 申請人:的研究顯示本發(fā)明的上述優(yōu)選實施形式的優(yōu)點如下:借助該實施形式可簡單且低成本地提供一種保護裝置，在出現(xiàn)過高的第一電流時易于根據(jù)電路開發(fā)者或使用者的愿望影響該保護裝置的在開關特性方面的慣性。“過高的電流”在本發(fā)明的范圍中是指電流的值超過預定義的最大允許值。在開關特性方面的慣性的上述可影響性尤其是借助延時裝置的可能的改變來實現(xiàn)，所述延時裝置特別優(yōu)選包括第一電容器和第二電阻。在此根據(jù)希望的慣性例如可改變第二電阻或第一電容器或這兩個器件。
[0050]在根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的另一種改進方案中設計，第一晶體管T1是具有源極端子、柵極端子和漏極端子的M0SFET，其中，柵極端子與電流源CS和監(jiān)控電路WA連接，可借助監(jiān)控電路WA影響MOSFET的柵源電壓。在本發(fā)明的該改進方案中，電流源CS提供電流Ics、在下文中稱為CS電流，該電流例如具有100 μ A的額定電流值。由于電流源CS既與第一晶體管T1的柵極端子又與監(jiān)控電路WA連接，所以電流Ics分為兩個子電流、既第四電流14和第八電流18。第四電流被饋入到監(jiān)控電路WA中。第八電流18影響第一晶體管T1的柵源電壓。例如當?shù)谒碾娏?4因第一電流L的上升而跟隨地上升時，在CS電流基本上恒定的情況下第八電流18因此下降，并且由此第一晶體管T1的柵極電壓下降并且第二電流12受到第一晶體管T1影響。當?shù)诎穗娏?8下降到預定義的值以下時，第一晶體管T1上的柵極電壓下降到所謂的門限電壓之下，由此第一晶體管T1轉移到截止狀態(tài)，其中截止狀態(tài)是指在不考慮可忽略不計的小漏電流的情況下從第一晶體管T1的源極向漏極流動的第二電流12被中斷。而當?shù)诎穗娏?8超過預定義的值時，第一晶體管T1上的柵極電壓超過門限電壓，由此第一晶體管T1轉移到導通狀態(tài)，其中“晶體管T1的導通狀態(tài)”在參考圖1至圖3時是指MOSFET的源極與漏極之間的導通狀態(tài)。因此可確定通過根據(jù)等式Ics =18 + 14將電流源CS的CS電流一方面劃分為第八電流18并且另一方面劃分為第四電流14來影響第一晶體管T1的控制電壓，其中該圖1至圖3的方案中該控制電壓構造為MOSFET的柵源電壓。包括監(jiān)控電路和第一晶體管T1 (其中監(jiān)控電路和第一晶體管T1優(yōu)選以上述方式與電流源CS連接)的限制裝置(如上所述地)在輸出端OUT上出現(xiàn)過載時限制流過保險絲元件PF的第一電流Ip
[0051]為了更好地理解本發(fā)明，在本段中簡要說明現(xiàn)有技術中已知的熱自恢復保險絲元件PF。圖4以示意圖示出保險絲元件PF從導通狀態(tài)到截止狀態(tài)的轉移，通過觀察圖4中的示例性的溫度電阻特性曲線可清楚保險絲元件PF的作用原理。在橫坐標軸上繪出保險絲元件PF的向右上升的溫度TPF。在縱坐標軸上繪出保險絲元件PF的歐姆電阻RPF。在圖4的以特性曲線起點P1開始并且在特性曲線點P2中結束的第一特性曲線范圍中可看到電阻RPF隨溫度TPF的上升而相對少地上升。該第一特性曲線范圍表征保險絲元件PF的導通狀態(tài)。在圖4的以第二特性曲線點P2開始并且沿上升的溫度TPF方向在第三特性曲線點P3處結束的第二特性曲線范圍中，在溫度TPF相對小地上升時，電阻RPF驟然上升，因此該特性曲線范圍表示保險絲元件PF從導通狀態(tài)到截止狀態(tài)中的轉移。在圖4的以第三特性曲線點P3開始并且從那里沿上升的溫度TPF方向延續(xù)的第三特性曲線范圍中，保險絲元件PF連續(xù)處于截止狀態(tài)中直到特性曲線的右側終點。在第三特性曲線范圍中同時示出特性曲線隨溫度較少上升。相應的適用于保險絲元件PF的特定定量特征數(shù)據(jù)可由保險絲元件制造商的數(shù)據(jù)頁獲知。例如在開頭所提的文獻PD1中列出了不同保險絲元件的特征曲線數(shù)據(jù)的一些細節(jié)。
[0052]在電子保護裝置ES的另一種擴展方案中，與第一晶體管T1的柵源結并聯(lián)地設置用于保護第一晶體管T1的過壓保護電路裝置。
[0053]在電子保護裝置ES的上述改進方案的一種優(yōu)選的實施形式中，MOSFET的柵極端子和MOSFET的源極端子與由第五電阻R5和齊納二極管D1構成的并聯(lián)電路連接，其中，齊納二極管D1的負極端子01￡與MOSFET的柵極端子連接，并且齊納二極管D1的正極端子D1A與MOSFET晶體管的源極端子連接。
[0054]圖1、圖2和圖3示出具有監(jiān)控電路WA的電子保護裝置ES的實施例，所述監(jiān)控電路包括具有晶閘管正極端子TA、晶閘管柵極端子Te和晶閘管負極端子Τκ的晶閘管電路ΤΗ，其中，晶閘管正極端子ΤΑ為了影響MOSFET的柵源電壓與MOSFET的柵極連接，并且可借助MOSFET的柵源電壓影響第一電流L，優(yōu)選可借助晶閘管TH降低MOSFET的柵極上的電勢。晶閘管TH在圖1、圖2和圖3的實施例中被顯示為分立構造的電路，該電路包括PNP晶體管T5和NPN晶體管T4，并且在圖1、圖2和圖3中借助標有附圖標記TH的虛線來圍起晶閘管TH。在圖1、圖2和圖3的實施例中，第一晶體管T1是所謂的增強型MOSFET (英語:Enhancement transistor),其在柵源電壓為零伏特時或在柵源電壓小于所謂的門限電壓時基本上處于截止狀態(tài)中，如不考慮基于可能情況下在導通方向上工作的所謂的體二極管的可能的電流流動和MOSFET中的所謂的漏電流。
[0055]在圖1、圖2和圖3中標出的第四電流14 (其在晶閘管TH的晶閘管正極TA上分為兩個子電流，這兩個子電流是第六電流16和第七電流17，納入下述等式中:
[0056]Ics = 14 + 18。
[0057]因此，當?shù)谒碾娏?4增大時，在CS電流基本上恒定的情況下第八電流18減小。
[0058]當?shù)谝浑娏鱚達到或超過預定義的最大值時，借助監(jiān)控電路WA自動引起第四電流14的增大。第一電流Ii達到或超過預定義的最大值例如會在下述情況下出現(xiàn)，即當負載LS具有在預定邊界以下(過小)的歐姆電阻值時，尤其是當負載LS是輸出端子OUT對參考電勢GND的短路時。隨后由于第八電流18下降到預定義的邊界值之下，第一晶體管T1的控制電極上的電勢、在當前實施例中即MOSFET的柵極端子上的電勢下降。一旦該電勢低于門限電壓，則MOSFET截止并且由此第二電流12中斷，由此第一電流L也顯著下降，從而使保險絲元件PF的溫度TPF下降。
[0059]在一種優(yōu)選的實施例中設計，晶閘管負極端子Τκ與第三晶體管Τ3的集電極端子連接，第三晶體管Τ3為ηρη雙極型晶體管，并且第三晶體管Τ3的基極端子與第三電阻R3的第一端子連接，并且第三電阻R3的第二端子與MOSFET的漏極端子連接，并且第三晶體管T3的基極端子與第四電阻R4的第二端子連接并且第四電阻R4的第一端子不僅與MOSFET的源極端子連接而且與第三晶體管T3的發(fā)射極端子連接。
[0060]在電子保護裝置ES的另一種實施例中，晶閘管柵極端子Te與第二晶體管T2的集電極端子連接。此外在該實施例中，第二晶體管T2的基極端子與第三晶體管T3的發(fā)射極和MOSFET的源極端子連接。
[0061]根據(jù)電子保護裝置ES的另一種有利的方案，第二晶體管T2的發(fā)射極端子不僅與延時裝置Cl、R2的第一電容器C1的第一端子而且與第二電阻R2的第一端子連接，并且第一電容器C1的第二端子不僅與保險絲元件PF的第一端子而且與第二晶體管T2的基極端子連接，并且保險絲元件PF的第二端子與第二電阻R2的第二端子連接，并且保險絲元件PF的第二端子與第二電阻R2的第二端子的連接點與電子保護裝置ES的輸出端子OUT連接。[0062]在電子保護裝置ES的另一種實施例中，晶閘管TH包括具有ηρη結的第四晶體管Τ4和具有ρηρ結的第五晶體管Τ5，在此通過第五晶體管Τ5的基極與第四晶體管Τ4的集電極之間的連接形成晶閘管柵極端子Te，并且晶閘管柵極端子Te與第二晶體管T2的集電極端子連接。
[0063]在上一種實施例中，晶閘管正極端子TA優(yōu)選構造為第五晶體管T5的發(fā)射極與第六電阻R6的第二端子的連接，第六電阻R6的第一端子不僅與第五晶體管T5的基極而且與第四晶體管T4的集電極連接。
[0064]在此在上一種實施例中特別優(yōu)選晶閘管負極端子Τκ構造為第四晶體管Τ4的發(fā)射極與第七電阻R7的第一端子的連接，第七電阻R7的第二端子不僅與第四晶體管Τ4的基極而且與第五晶體管Τ5的集電極連接。
[0065]在根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的另一種方案中，負載LS的第一端子與輸出端子OUT連接并且負載LS的第二端子與參考電勢GND連接，其中電流源CS的參考電勢和/或電壓源VS的參考電勢是共同的參考電勢GND和/或負載LS的第二端子與該共同的參考電勢GND連接。
[0066]電子保護裝置ES的根據(jù)本發(fā)明的應用設計為，電子保護裝置ES用作用于測試至少一個控制設備或調節(jié)設備或用于仿真連接到該控制設備或調節(jié)設備上的電子技術的外圍裝置的測試或仿真裝置的組成部分。優(yōu)選，該電子保護裝置ES用于保護仿真裝置和/或與此電連接的用作負載LS的外圍電路的電源輸出端。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的用于驅動上述電子保護裝置ES的方法包括下述方法步驟:
[0068]a)電子保護裝置ES的輸入端子IN與電壓源VS連接，
[0069]b)電流源CS與第一晶體管T1的控制電極連接，其中該控制電極優(yōu)選構造為MOSFET的柵極，接著
[0070]c)電子保護裝置ES的輸出端子OUT與負載(LS)連接，
[0071]d)流過熱自恢復保險絲元件PF的第一電流L超過預定義的最大電流值Iwh，接著
[0072]e)監(jiān)控電路WA使得第一晶體管T1從導通狀態(tài)轉移到截止狀態(tài)，接著
[0073]f)提高負載LS的電阻或將負載與輸出端子OUT分開，使得第一電流L達到或低于預定義的復位電流值Imin,接著，
[0074]g)監(jiān)控電路WA使得第一晶體管T1從截止狀態(tài)轉移到導通狀態(tài)。
[0075]通過比較圖5和圖6，本發(fā)明的優(yōu)點特別明顯。
[0076]為了進行比較，借助圖5首先示出早已熟知的電路裝置(在其中僅一個熱自恢復保險絲元件用作保護裝置，其簡稱為保險絲元件)的示例性的電流時間曲線。相應的電路裝置的例子在已經(jīng)提到的文獻PD1中第三頁右列示出。圖5所示的保險絲元件的電流時間曲線在時刻t0和tl之間示出一種情況，在其中允許的電流值Iwm流經(jīng)保險絲元件和與其串聯(lián)的“正?！钡呢撦d。從時刻tl起，顯示流經(jīng)保險絲元件的電流(其在下面被稱為保險絲元件電流)驟然上升。直至值Iwh的驟然上升可歸因于過載，該過載在時刻tl與時刻t4之間與保險絲元件串聯(lián)連接。保險絲元件在時刻t2達到如下溫度，在該溫度中保險絲元件電阻顯著上升并且起保護作用，這因此在圖5的例子中使得保險絲元件電流從時刻t3起返回到值Iwn。從時刻t4起，過載從電路裝置中被消除并且通過“正?！钡呢撦d代替，該正常的負載已經(jīng)在t0與tl之間的時間間隔中與保險絲元件串聯(lián)連接。在保險絲元件于時刻t4至t6之間被冷卻后，保險絲元件電流從時刻t6起又達到值Iwm。
[0077]所描述的根據(jù)圖5的過程的缺點尤其在于:
[0078]-相對長的持續(xù)時間tl至t3，該持續(xù)時間被需要以便在出現(xiàn)過載時將保險絲元件電流降低至值Iwn，
[0079]-在起保護作用后在t3至t4的時間間隔內(nèi)保險絲元件電流相對高的值Iwn，由此與保險絲元件的加速老化相聯(lián)系，
[0080]-在過載在時刻t4從電路裝置中被消除并且通過“正?！钡呢撦d代替之后，保險絲元件的電路裝置在時刻t4至t6之間相對長的“恢復”持續(xù)時間。
[0081]如在圖6中概要地示出，借助本發(fā)明至少部分消除或減少了圖5中提到的現(xiàn)有技術的缺點。為了更好地進行比較，圖5和圖6中的例子所基于的負載和過載基本上相同。
[0082]圖6同樣示出保險絲元件電流時間曲線。在圖6中，在時刻t0與tl之間存在一種情況，在其中在電子保護裝置ES的輸出端OUT上首先連接“正?！钡呢撦dLS、即首先沒有過載。該“正?！钡呢撦dLS在時刻tl被過載代替并且過載直至時刻t4與輸出端OUT保持連接。借助本發(fā)明，保險絲元件電流在tl至t2*的相對短的時間間隔內(nèi)下降到保險絲元件電流的相對小的值Iwn*。該相對小的值Iwn*尤其是歸因于監(jiān)控電路WA和第一晶體管T1的作用，其中晶體管T1在時刻t2*與t4之間處于截止狀態(tài)中。在過載從時刻t4起被“正?！钡呢撦d所代替后，保險絲元件電流在相對短的時間間隔、即從t4持續(xù)到t5*又達到值Iwm。該相對短的從t4至t5*的“恢復持續(xù)時間”的原因在于，通過在t2*至t4的時間間隔內(nèi)截止的第一晶體管T1，防止保險絲元件PF在后述的時間間隔內(nèi)過電流，因此保險絲元件相對少地因過載而發(fā)熱。因而在過載在時刻t4被“正常”的負載代替后，電子保護裝置ES在時刻t5*就已相對迅速地返回到在時刻t0存在的初始狀態(tài)中。因此有利的是，在消除過載后最終更加迅速地提供所希望的用于負載LS的負載電流13。
[0083]下面以表格說明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實施例方式的圖1至圖3的附圖標記，必要時包括相應電子元件的參數(shù):
[0084]
【權利要求】
1.用于保護至少一個電負載(LS)的電子保護裝置(ES)，所述電負載能連接到保護裝置(ES)上，其中該電子保護裝置(ES)具有輸入端子(IN)和輸出端子(OUT)，該保護裝置(ES)具有熱自恢復的保險絲元件(PF)，并且該保險絲元件設計和構建為，根據(jù)保險絲元件溫度(TPF)傳導或限制第一電流(ip，其特征在于，為了限制第一電流(1義設置限制裝置(^八^該限制裝置^^八包括-與保險絲元件(PF)串聯(lián)的第一晶體管(T1)，和-影響第一晶體管(T1)的監(jiān)控電路(WA)，所述監(jiān)控電路(WA)設計和構建為，a)在第一電流(IP達到或超過預定義的最大電流值(Iwh)時使第一晶體管(T1)截止，以及b)在第一電流(ip達到或低于預定義的接通電流值(Iwh)時接通第一晶體管(T1)。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，在第一晶體管(T1)和保險絲元件(PF)的串聯(lián)電路的第一端部上設置輸入端子(IN)，其中該輸入端子(IN)與電壓源(VS)連接，并且在第一晶體管(T1)和保險絲元件(PF)的串聯(lián)電路的第二端部上設置輸出端子(OUT)，該輸出端子(OUT)與負載(LS)連接，其中電子保護裝置(ES)設計和構建為，借助影響第一晶體管(T1)的監(jiān)控電路(WA)在流經(jīng)負載(LS)的負載電流(13)超過預定義的最大允許值時在借助延時裝置(C1、R2)影響的時間間隔內(nèi)使第一晶體管(T1)截止，以便使負載電流(13)的值下降，使得負載電流(13)下降到或低于預定義的最大允許值。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，第一晶體管(T1)是具有源極端子、柵極端子和漏極端子的M0SFET，其中，柵極端子與電流源(CS)和監(jiān)控電路(WA)連接，能借助監(jiān)控電路(WA)影響M0SFET的柵源電壓。
4.根據(jù)權利要求3所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，與第一晶體管(T1)的柵源結并聯(lián)地設置用于保護第一晶體管(T1)的過電壓保護電路裝置(D1、R5)。
5.根據(jù)權利要求4所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，M0SFET的柵極端子和M0SFET的源極端子與由第五電阻(R5)和齊納二極管(D1)構成的并聯(lián)電路連接，其中，齊納二極管(D1)的負極端子(D1K)與M0SFET的柵極端子連接，并且齊納二極管(D1)的正極端子(D1a)與M0SFET晶體管的源極端子連接。
6.根據(jù)權利要求3至5之一所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，監(jiān)控電路(WA)包括具有晶閘管正極端子(TA)、晶閘管柵極端子(Te)和晶閘管負極端子(τκ)的晶閘管電路(ΤΗ)，其中，晶閘管正極端子(ΤΑ)為了影響M0SFET的柵源電壓與M0SFET的柵極連接，并且能借助M0SFET的柵源電壓影響第一電流(1:)。
7.根據(jù)權利要求6所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管負極端子(Τκ)與第三晶體管(Τ3)的集電極端子連接，第三晶體管(Τ3)為ηρη雙極型晶體管，并且第三晶體管(Τ3)的基極端子與第三電阻(R3)的第一端子連接，并且第三電阻(R3)的第二端子與M0SFET的漏極端子連接，并且第三晶體管(Τ3)的基極端子與第四電阻(R4)的第二端子連接并且第四電阻(R4)的第一端子不僅與M0SFET的源極端子連接而且與第三晶體管(Τ3)的發(fā)射極端子連接。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管柵極端子(Te)與第二晶體管(T2)的集電極端子連接，并且第二晶體管(T2)的基極端子與第三晶體管(T3)的發(fā)射極和MOSFET的源極端子連接。
9.根據(jù)權利要求8的電子保護裝置(ES)，其特征在于，第二晶體管(T2)的發(fā)射極端子不僅與延時裝置(C1、R2)的第一電容器(Cl)的第一端子而且與第二電阻(R2)的第一端子連接，并且第一電容器(C1)的第二端子不僅與保險絲元件(PF)的第一端子而且與第二晶體管(T2)的基極端子連接，并且保險絲元件(PF)的第二端子與第二電阻(R2)的第二端子連接，并且保險絲元件(PF)的第二端子與第二電阻(R2)的第二端子的連接點與電子保護裝置(ES)的輸出端子(OUT)連接。
10.根據(jù)權利要求6至9之一所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管(TH)包括具有ηρη結的第四晶體管(T4)和具有pnp結的第五晶體管(T5)，其中通過第五晶體管(T5)的基極與第四晶體管(T4)的集電極之間的連接形成晶閘管柵極端子(Te)，并且晶閘管柵極端子(Te)與第二晶體管(T2)的集電極連接。
11.根據(jù)權利要求10所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管正極端子(TA)構造為第五晶體管(T5)的發(fā)射極與第六電阻(R6)的第二端子的連接，其中第六電阻(R6)的第一端子不僅與第五晶體管(T5)的基極而且與第四晶體管(T4)的集電極連接。
12.根據(jù)權利要求10或11的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管負極端子(Τκ)構造為第四晶體管(Τ4)的發(fā)射極與第七電阻(R7)的第一端子的連接，并且第七電阻(R7)的第二端子不僅與第四晶體管(Τ4)的基極而且與第五晶體管(Τ5)的集電極連接。
13.根據(jù)權利要求3至12之一所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，負載(LS)具有與輸出端子(OUT)連接的第 一端子并且負載(LS)具有與參考電勢(GND)連接的第二端子，其中電流源(CS)的參考電勢和/或電壓源(VS)的參考電勢是共同的參考電勢(GND)和/或負載(LS)的第二端子與該共同的參考電勢(GND)連接。
14.將根據(jù)權利要求1至13之一所述的電子保護裝置(ES)用作如下裝置的組成部分的應用，所述裝置是用于測試至少一個控制設備或調節(jié)設備或用于仿真連接到該控制設備或調節(jié)設備上的電子技術的外圍裝置的測試裝置或仿真裝置。
15.根據(jù)本發(fā)明的用于驅動根據(jù)權利要求1至13之一所述的電子保護裝置(ES)的方法，其包括下述方法步驟:a)電子保護裝置的輸入端子(IN)與電壓源(VS)連接，b)電流源(CS)與第一晶體管(T1)的控制電極連接，其中該控制電極優(yōu)選構造為MOSFET的柵極，接著c)電子保護裝置的輸出端子(OUT)與負載(LS)連接，d)流過熱自恢復保險絲元件(PF)的第一電流(L)超過預定義的最大電流值，接著e)監(jiān)控電路(WA)使得第一晶體管(T1)從導通狀態(tài)轉移到截止狀態(tài)，接著f)提高負載(LS)的電阻或將負載與輸出端子(OUT)分開，由此第一電流(IP達到或低于預定義的復位電流值(Imin)，接著，g)監(jiān)控電路(WA)使得第一晶體管(T1)從截止狀態(tài)轉移到導通狀態(tài)。
【文檔編號】H02H3/06GK103633614SQ201310365299
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權日:2012年8月23日
【發(fā)明者】P·格魯伯 申請人:帝斯貝思數(shù)字信號處理和控制工程有限公司
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子保護裝置、用于驅動電子保護裝置的方法及其應用。電子保護裝置用于保護至少一個電負載（LS），電負載能連接到保護裝置上，該電子保護裝置具有輸入端子（IN）和輸出端子，該保護裝置具有熱自恢復的保險絲元件，該保險絲元件設計和構建為，根據(jù)保險絲元件溫度（TPF）傳導或限制第一電流（I1），為了限制第一電流，設置限制裝置（T1、WA），該限制裝置包括：與保險絲元件串聯(lián)的第一晶體管（T1），和影響第一晶體管的監(jiān)控電路（WA），其設計和構建為，a）在第一電流（I1）達到或超過預定義的最大電流值（Iwh）時使第一晶體管截止，以及b）在第一電流達到或低于預定義的接通電流值（Iwh）時接通第一晶體管。
【專利說明】電子保護裝置、用于驅動電子保護裝置的方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分的用于保護至少一個可連接到保護裝置上的電器件的電子保護裝置。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權利要求15的用于驅動電子保護裝置的方法以及根據(jù)權利要求14的電子保護裝置的應用。
【背景技術】
[0002]由現(xiàn)有技術已知了一系列保護裝置，其任務在于保護電壓源和/或連接到電壓源上的負載，尤其是以防過高的電流。
[0003]在工業(yè)應用電能之初就已經(jīng)開發(fā)并且使用這種保護裝置、例如T.A.Edison的US專利第438，305號示出一種“保險絲盒”，該專利可追溯于1885年的一個專利申請。這種保險絲盒和當今所用的多數(shù)熔斷保險絲一樣具有這樣的缺點:在故障情況后、即在所謂的熔斷絲熔斷后，必須用新的熔斷保險絲來替換現(xiàn)有的熔斷保險絲。
[0004]為了避免在故障情況后必須替換斷開的保險絲，在過去例如曾開發(fā)“自恢復保險絲元件”，其又稱為“熱自恢復保險絲”。常見自恢復保險絲元件的多種實施方式。技術人員大多根據(jù)制造自恢復保險絲元件所用的材料來區(qū)分它們。特別普遍的自恢復保險絲是所謂的“PTC保險絲”、尤其是基于聚合物的PTC保險絲，其中后者通常被稱為“PPTC保險絲(英文:polymeric positive temperature coefficient fuse (聚合物正溫度系數(shù)保險絲))。
熱自恢復保險絲元件的例子在2008年的簡易格式目錄“BOURNS? Multifuse?,自恢復保險絲一聚合物PTC&陶瓷PTC”中予以說明。
[0005]在說明書的另一段中將再次參考該簡易格式目錄(在下文被稱為文獻“roi”)。
[0006]在下文中，概念“熱自恢復保險絲元件”簡稱為“保險絲元件”。
[0007]所述類型的保險絲元件的缺點在于，在其使用時雖然能夠在可估算的持續(xù)時間內(nèi)防止可能的電路過載，但當保險絲元件比較頻繁或持續(xù)運行在“跳閘狀態(tài)”中、即基本截止電流的狀態(tài)中時，由于保險絲元件“持續(xù)承受負載”而會在保險絲元件中發(fā)生不可逆的構件變化，所述變化顯著縮短保險絲元件的壽命。換言之，保險絲元件的所述持續(xù)承受負載例如導致其提前老化，這會根據(jù)其它邊緣條件的表現(xiàn)而導致保險絲元件的損毀、例如在不利的邊緣條件下在幾天之后就會導致保險絲元件的損毀。
[0008]通常，保險絲元件經(jīng)受上述持續(xù)承受負載(在時間方面)越長并且保險絲元件在持續(xù)承受負載期間的溫度越高，保險絲元件的壽命就越短。
[0009]例如在較長時長內(nèi)、例如數(shù)日、數(shù)周或數(shù)月的時間間隔內(nèi)未能發(fā)現(xiàn)接線錯誤的情況下，例如當連接到保險絲元件上的器件與電壓源或參考電勢連接以致保險絲元件在上述時間間隔內(nèi)(數(shù)日、數(shù)周或數(shù)月)基本上無中斷地保持在“跳閘”、即截止狀態(tài)中時，會導致嚴重后果。保險絲元件在這樣的持續(xù)承受負載之后可能出現(xiàn)的損毀隨后會引起通過保險絲元件的電流顯著升高，這會導致所連接的原本受保險絲元件保護的電器件或其它器件損毀。不再能滿足規(guī)定功能的被損毀的保險絲元件甚至會在特定的邊緣條件下引起其他后果，即保險絲元件燒毀，這最終會導致電子技術裝置的整個組件和其它在空間上在燃燒的保險絲元件附近的物體損毀。
[0010]僅利用一個保險絲元件來防止過電流的保護裝置的缺點還在于常常不夠大或不夠小的慣性。雖然僅具有一個保險絲元件的保護裝置的使用者或開發(fā)者能夠通過在考慮電路慣性的情況下選擇所用的保險絲元件來有限地影響保護裝置的慣性，但最終還是在很大程度上依賴于保險絲元件制造商的設計規(guī)范。保護裝置根據(jù)保險絲元件制造過程而存在的參數(shù)由這些設計規(guī)范決定。換言之，使用者或開發(fā)者缺少一種簡單的可實踐應用的方法來有針對性地并且可預見地改變時間開關特性。因此當保護裝置僅由保險絲元件構成時，則開發(fā)者或使用者在保護裝置的慣性方面受到保險絲元件的制造商的相應參數(shù)約束。
[0011]根據(jù)現(xiàn)有技術的例如僅由一個保險絲元件構成的保護裝置的另一缺點在于保護裝置的環(huán)境溫度對于保險絲元件的參數(shù)和因此故障電流響應特性(例如英文稱為“PTCresponse characteristic”)的相對強的影響性。
[0012]已知保護裝置的另一例子為電子保險絲。為此應提到國際專利申請W086/06223A1的公開文本。根據(jù)該公開文本可通過電脈沖控制一個開關。一旦電流超過預定值，則該電子保險絲借助該開關介入電流流動。如流經(jīng)負載的電流增加，則借助脈沖閉合開關的持續(xù)時間減少。當超過特定的最大允許電流值時開關會完全斷開。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]在此背景下，本發(fā)明的任務在于提供一種裝置，該裝置改進現(xiàn)有技術。另外，本發(fā)明的任務在于提出該裝置的一種應用和一種用于驅動電子保護裝置的方法，它們?yōu)楝F(xiàn)有技術的改進方案。
[0014]所述任務通過具有權利要求1的特征的電子保護裝置得以解決。該電子保護裝置的應用或方法方面的任務通過根據(jù)權利要求14或根據(jù)權利要求15的方案來解決。
[0015]本發(fā)明的有利方案為從屬權利要求的主題。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的主題構造用于保護至少一個可連接到保護裝置上的電器件的電子保護裝置，其中該電子保護裝置具有輸入端子和輸出端子，該保護裝置具有熱自恢復的保險絲元件，并且該保險絲元件設計和構建為根據(jù)保險絲元件溫度傳導或限制第一電流，其特征在于，為了限制第一電流，設置限制裝置，該限制裝置具有:
[0017]-與保險絲元件串聯(lián)的第一晶體管，和
[0018]-影響第一晶體管的監(jiān)控電路，其中監(jiān)控電路設計和構建為，
[0019]a)在第一電流達到或超過預定義的最大電流值時使第一晶體管截止，并且
[0020]b)在第一電流達到或低于預定義的復位電流值時，接通第一晶體管。
[0021]本發(fā)明的第一優(yōu)點在于，與僅具有一個保險絲元件的保護裝置相比，根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置(在使用保護功能的情況下)具有更長的壽命或延遲的老化。尤其是當上述兩種進行比較的保護裝置在數(shù)天、數(shù)周或數(shù)月的時長中借助相應所屬的保護方法防止第一電流過高時，越頻繁地觸發(fā)保護方法，即越頻繁地通過保護裝置中斷過電流，根據(jù)本發(fā)明的保護裝置的壽命相對于“純”保險絲元件解決方案就明顯越長。
[0022]所述第一優(yōu)點帶來本發(fā)明的其它優(yōu)點、尤其是保護裝置更高的可靠性和/或更好地防止保護裝置過載的間接損傷、如更好地防止火災危險，其可因磨損或有缺陷的保護裝
置而產(chǎn)生。[0023]與早已熟知的保護裝置相比，根據(jù)本發(fā)明的保護裝置提高的可靠性的優(yōu)點尤其是體現(xiàn)在，當在保護裝置的輸出端上錯誤地連接另一外部電壓源(在附圖中未示出)時，該電壓源會導致電流經(jīng)保險絲元件和第一晶體管的體二極管“反饋”以及限制裝置的失效。但盡管如此這種根據(jù)經(jīng)驗較少預期會有的輸出端錯誤連接方式因本發(fā)明導致保險絲元件的截止。簡言之，本發(fā)明在根據(jù)經(jīng)驗頻繁出現(xiàn)的應用情況下借助限制裝置和保險絲元件的共同作用并且在根據(jù)經(jīng)驗較少出現(xiàn)的應用情況下借助保險絲元件的運行方式而沒有限制裝置共同作用的情況下提高了包含本發(fā)明的電路的可靠性。
[0024]下面借助【專利附圖】
【附圖說明】根據(jù)本發(fā)明的保護裝置的優(yōu)選實施形式。應指出，附圖和與附圖有關的說明書部分作為特殊情況表示進一步表述的有創(chuàng)造性的發(fā)明。
[0025]下文中所用的附圖標記的列表在說明書最后幾頁。
[0026]首先應定義本發(fā)明的幾個概念:
[0027]在此所用概念電流源CS并非指根據(jù)電子技術的電路理論的“理想”電流源，而是具有有限內(nèi)阻(附圖未示出)和可由電源構成的有限電壓范圍的電流源。
[0028]所用概念電壓源VS并非指理想電壓源，而是指具有內(nèi)阻(附圖未示出)的電壓源，該內(nèi)阻具有大于0歐姆的內(nèi)阻。
[0029]負載LS為優(yōu)選連接在根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置輸出端上的電路或電器件，當電子保護裝置在其輸入端子IN上與電壓源VS連接時，負載電流13流經(jīng)該電路或電器件。負載LS例如可由唯一的歐姆電阻構成或在示例性的錯誤情況下由到參考電勢的短路線構成或包括例如具有歐姆電阻、電容性電阻和電感性電阻的復雜電路裝置或包括一個原則上任意復雜構造的電能消耗器、尤其是數(shù)字電路裝置。根據(jù)圖2和圖3的實施形式示出由唯一的歐姆電阻表示的負載LS，該電阻一方面在其第一端子上與輸出端子OUT連接并且另一方面在其第二端子上與參考電勢GND連接。
[0030]當在本發(fā)明的范疇中對電流進行定量說明、例如在比較大小時，該定量說明通常指電流值。換言之，在本文中只要沒有明確說明則不考慮電流方向。只要參考根據(jù)圖1至圖3的本發(fā)明的方案，則應注意，僅在下述情況下規(guī)定限制裝置與保險絲元件PF —起作用的協(xié)同作用(Synergy-Effekt),即，流經(jīng)保險絲元件PF的第一電流L根據(jù)技術電流方向流向電子保護裝置ES的輸出端OUT。換言之，在考慮電勢符號的情況下當電子保護裝置ES的輸出端OUT具有比電子保護裝置ES的輸入端IN更小的電勢時，在根據(jù)圖1至圖3的方案中才出現(xiàn)上述協(xié)同作用。
[0031]只要沒有明確以其它方式說明，對電壓的定量說明、例如在大小比較時，在下文中相對于參考電勢GND來讀取。特別優(yōu)選，參考電勢的電壓為零伏特。但原則上也可設計，例如電壓源VS的參考電勢接點和/或負載LS的參考電勢接點和/或電流源CS的參考電勢接點上的參考電勢彼此不同。
[0032]只要第一電流達到或超過預定義的最大允許值(在下面以附圖標記Iwh表示)，在本發(fā)明的范疇中稱之為關于第一電流的“過電流”。如上述定義的過電流根據(jù)時間過程和過電流的值以及根據(jù)電子保護裝置的電路細節(jié)設計、即尤其是根據(jù)保護裝置ES的各個電子器件的選擇導致可由電子保護裝置觸發(fā)的兩種不同的作用順序，但這兩個作用鏈產(chǎn)生相同的最終結果、即中斷過電流。對此在本說明書的下述段落之一中將結合圖2進行詳細說明。
[0033]在本發(fā)明的范疇中，概念“過載”表示與電子保護裝置的輸出端連接的并且觸發(fā)根據(jù)本發(fā)明方法的負載LS。換言之，過載導致過電流，該過電流在經(jīng)過延遲時間后被電子保護裝置中斷。過載例如可設計為(引導從輸出端向參考電勢的第三電流的)歐姆電阻或短路。
[0034]作為根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的“跳閘狀態(tài)”可理解為保護裝置ES的下述狀態(tài)，即，通過第一晶體管T1基本上中斷第二電流12。在本發(fā)明中可忽略并且在下文中不考慮本身在截止的第一晶體管T1中在多數(shù)實際情況下無法避免的漏電流。
[0035]“復位電流值” Imin是指第一電流^的這樣的值，在該值情況下電子保護裝置從“跳閘狀態(tài)”切換到非跳閘狀態(tài)。換言之，在出現(xiàn)過載并且隨后第一晶體管T1截止后，當?shù)谝浑娏鱅flmin或1^Imin時，第一晶體管T1借助監(jiān)控電路WA又置于導通狀態(tài)中。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置的示例性的擴展方案在下文中借助圖1至圖3被詳細說明。另外，在下面參考附圖詳細示出本發(fā)明的其它優(yōu)點或本發(fā)明方案的優(yōu)點。在此相同部件設有相同的附圖標記。圖4、圖5和圖6的特性曲線是高度示意的，也就是說，圖4 ;圖5和圖6并非為測得的特性曲線，而是簡化的特性曲線，其表明本發(fā)明或本發(fā)明方案的作用方式和一些優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]附圖如下:
[0038]圖1為根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的一種實施形式的電路圖；
[0039]圖2為包括圖1的電路圖的電路圖，其中除了圖1的內(nèi)容外一方面示出輸入端子IN與電壓源VS的連接并且另一方面示出輸出端子OUT與電負載LS的連接；
[0040]圖3為電路圖，其中與圖1和圖2相比示出電子保護裝置ES的一種修改過的實施形式；
[0041]圖4為保險絲元件PF的示例性的溫度電阻特性曲線示意圖，在坐標系中示出，其中橫坐標軸表示向右升高的溫度并且縱坐標軸表示向上升高的電阻；
[0042]圖5為現(xiàn)有技術中的保護電路的示例性的電流時間曲線的示意圖，其中僅通過一個保險絲元件PF來防止連接的電能源的過載。這種早已熟知的電路例如在開頭提到的文獻roi中第3頁右列的附圖中示出。圖5的電流時間曲線雖然是示意性且簡化的，但現(xiàn)有技術中已知的保護電路(具有熱自恢復的保險絲元件作為用于防止相關電路過載和短路的唯一措施)的一些缺點卻在圖5中一目了然。尤其是圖5與后續(xù)的圖6的比較特別清楚地示出本發(fā)明及其實施形式的優(yōu)點，圖6在此涉及本發(fā)明的一種實施例；
[0043]圖6為根據(jù)本發(fā)明的保護電路的示例性的電流時間曲線的示意圖。為了更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點，在橫坐標軸和縱坐標軸上標記出圖6的電流時間曲線與圖5的電流時間曲線之間的幾個定性和/或定量的區(qū)別。
【具體實施方式】
[0044]在下文中為熱自恢復的保險絲元件使用附圖標記“PF”。
[0045]借助下面的例子和圖2、圖3及圖4詳細說明兩個開頭提到的作用順序，其在本說明書中已經(jīng)在定義概念“過電流”時被提到。
[0046]第一種作用順序的特征在于:首先保險絲元件PF通過因過載引起的過電流發(fā)熱并且在發(fā)熱后置于截止狀態(tài)中(參見圖4中P2與P4之間的有關的特性曲線范圍)，在接下來的步驟中最終借助監(jiān)控電路WA使第一晶體管T1截止，并且之后進一步降低保險絲元件PF的溫度。通過借助受監(jiān)控電路WA影響的第一晶體管T1中斷第二電流12和與此有關的第一電流1:的顯著減小來降低保險絲元件PF的溫度TPF，盡管這在延遲時間之后導致保險絲元件PF恢復到導通狀態(tài)中(參見圖4中P1與P2之間的有關的特性曲線范圍)，但在根據(jù)圖1、圖2和圖3的實施形式中未設計，當連接在輸出端OUT上的過載未改變時，第一電流I:在輸出端OUT上再次上升，以致保險絲元件PF重新轉移到截止狀態(tài)中，這在此情況下完全是不必要的，因為只要未消除輸出端OUT上的過載，截止的第一晶體管T1就保持保護功能。因此基于連接的過載不產(chǎn)生保險絲元件PF的持續(xù)承受熱負載。換言之，借助監(jiān)控裝置WA和在過載時中斷第二電流12的晶體管T1使保險絲元件PF重新返回到低阻的特性曲線范圍中，該特性曲線范圍在圖4中在特性曲線點P1與P2之間被示出。當晶體管T1因過載而被置于截止狀態(tài)中后，第一晶體管T1保持截止狀態(tài)直至過載從輸出端OUT被分開或例如因負載LS內(nèi)的電阻變化引起的過載以其它方式失去其作為過載的作用。過載的消失或者第一電流^下降到復位電流值Imin或以下時，電子保護電路可又轉移到其初始狀態(tài)，在初始狀態(tài)中不僅第一晶體管T1而且保險絲元件PF都是“低阻”的。
[0047]第二作用順序的特征在于，首先保險絲元件PF通過因過載引起的過電流僅相對短時地發(fā)熱并且在此不置于截止狀態(tài)，這對應于圖4中特性曲線點P1與P2之間的特性曲線范圍，在接下來的步驟中借助監(jiān)控電路WA使第一晶體管T1截止，并且之后進一步降低保險絲元件PF的溫度。通過借助受監(jiān)控電路WA影響的第一晶體管T1中斷第二電流12和與此有關的第一電流L的顯著減小來降低保險絲元件PF的溫度TPF，這雖然在延遲時間之后導致保險絲元件PF恢復到低阻狀態(tài)中，這在圖4中在P1與P2之間的有關特性曲線范圍中被示出。當然，保險絲元件PF的低阻狀態(tài)也可在消除過載后出現(xiàn)。但在根據(jù)圖1、圖2和圖3的實施方式中未設計，當連接在輸出端OUT上的過載未改變時，第一電流^又上升，以致保險絲元件PF轉移到截止狀態(tài)(即高阻狀態(tài))中，這在此情況下完全是不必要的，因為只要未消除輸出端OUT上的過載，截止的第一晶體管T1就保持保護功能。因此由于連接的過載不產(chǎn)生保險絲元件PF的持續(xù)承受熱負載。換言之，借助監(jiān)控裝置WA和在過載時中斷第二電流12的晶體管T1使保險絲元件PF保持在低阻的特性曲線范圍中，該特性曲線范圍在圖4中在特性曲線點P1與P2之間被示出。當晶體管T1因過載而被置于截止狀態(tài)中后，第一晶體管T1保持截止狀態(tài)直至過載從輸出端OUT被分開或例如因負載LS內(nèi)的電阻變化引起的過載以其它方式失去其作為過載的作用。過載的消失或者第一電流L下降到復位電流值Imin或以下時，電子保護電路可又轉移到其初始狀態(tài)，在初始狀態(tài)中不僅第一晶體管T1而且保險絲元件PF都是“低阻”的。
[0048]在根據(jù)本發(fā)明的保護裝置的一種優(yōu)選的實施形式中設計，在第一晶體管T1和保險絲元件PF的串聯(lián)電路的第一端部上設置輸入端子IN，其中該輸入端子IN與電壓源VS連接，并且在第一晶體管T1和保險絲元件PF的串聯(lián)電路的第二端部上設置輸出端子0UT，該輸出端子OUT與負載LS連接，其中電子保護裝置ES設計并且構建為，在超過流經(jīng)負載LS的負載電流13的、預定義的最大允許值時借助影響第一晶體管T1的監(jiān)控電路WA在借助延時裝置C1、R2影響的時間間隔內(nèi)使第一晶體管T1截止，以便降低負載電流13的值，使得負載電流13下降到預定義的最大允許值或以下。
[0049]本 申請人:的研究顯示本發(fā)明的上述優(yōu)選實施形式的優(yōu)點如下:借助該實施形式可簡單且低成本地提供一種保護裝置，在出現(xiàn)過高的第一電流時易于根據(jù)電路開發(fā)者或使用者的愿望影響該保護裝置的在開關特性方面的慣性。“過高的電流”在本發(fā)明的范圍中是指電流的值超過預定義的最大允許值。在開關特性方面的慣性的上述可影響性尤其是借助延時裝置的可能的改變來實現(xiàn)，所述延時裝置特別優(yōu)選包括第一電容器和第二電阻。在此根據(jù)希望的慣性例如可改變第二電阻或第一電容器或這兩個器件。
[0050]在根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的另一種改進方案中設計，第一晶體管T1是具有源極端子、柵極端子和漏極端子的M0SFET，其中，柵極端子與電流源CS和監(jiān)控電路WA連接，可借助監(jiān)控電路WA影響MOSFET的柵源電壓。在本發(fā)明的該改進方案中，電流源CS提供電流Ics、在下文中稱為CS電流，該電流例如具有100 μ A的額定電流值。由于電流源CS既與第一晶體管T1的柵極端子又與監(jiān)控電路WA連接，所以電流Ics分為兩個子電流、既第四電流14和第八電流18。第四電流被饋入到監(jiān)控電路WA中。第八電流18影響第一晶體管T1的柵源電壓。例如當?shù)谒碾娏?4因第一電流L的上升而跟隨地上升時，在CS電流基本上恒定的情況下第八電流18因此下降，并且由此第一晶體管T1的柵極電壓下降并且第二電流12受到第一晶體管T1影響。當?shù)诎穗娏?8下降到預定義的值以下時，第一晶體管T1上的柵極電壓下降到所謂的門限電壓之下，由此第一晶體管T1轉移到截止狀態(tài)，其中截止狀態(tài)是指在不考慮可忽略不計的小漏電流的情況下從第一晶體管T1的源極向漏極流動的第二電流12被中斷。而當?shù)诎穗娏?8超過預定義的值時，第一晶體管T1上的柵極電壓超過門限電壓，由此第一晶體管T1轉移到導通狀態(tài)，其中“晶體管T1的導通狀態(tài)”在參考圖1至圖3時是指MOSFET的源極與漏極之間的導通狀態(tài)。因此可確定通過根據(jù)等式Ics =18 + 14將電流源CS的CS電流一方面劃分為第八電流18并且另一方面劃分為第四電流14來影響第一晶體管T1的控制電壓，其中該圖1至圖3的方案中該控制電壓構造為MOSFET的柵源電壓。包括監(jiān)控電路和第一晶體管T1 (其中監(jiān)控電路和第一晶體管T1優(yōu)選以上述方式與電流源CS連接)的限制裝置(如上所述地)在輸出端OUT上出現(xiàn)過載時限制流過保險絲元件PF的第一電流Ip
[0051]為了更好地理解本發(fā)明，在本段中簡要說明現(xiàn)有技術中已知的熱自恢復保險絲元件PF。圖4以示意圖示出保險絲元件PF從導通狀態(tài)到截止狀態(tài)的轉移，通過觀察圖4中的示例性的溫度電阻特性曲線可清楚保險絲元件PF的作用原理。在橫坐標軸上繪出保險絲元件PF的向右上升的溫度TPF。在縱坐標軸上繪出保險絲元件PF的歐姆電阻RPF。在圖4的以特性曲線起點P1開始并且在特性曲線點P2中結束的第一特性曲線范圍中可看到電阻RPF隨溫度TPF的上升而相對少地上升。該第一特性曲線范圍表征保險絲元件PF的導通狀態(tài)。在圖4的以第二特性曲線點P2開始并且沿上升的溫度TPF方向在第三特性曲線點P3處結束的第二特性曲線范圍中，在溫度TPF相對小地上升時，電阻RPF驟然上升，因此該特性曲線范圍表示保險絲元件PF從導通狀態(tài)到截止狀態(tài)中的轉移。在圖4的以第三特性曲線點P3開始并且從那里沿上升的溫度TPF方向延續(xù)的第三特性曲線范圍中，保險絲元件PF連續(xù)處于截止狀態(tài)中直到特性曲線的右側終點。在第三特性曲線范圍中同時示出特性曲線隨溫度較少上升。相應的適用于保險絲元件PF的特定定量特征數(shù)據(jù)可由保險絲元件制造商的數(shù)據(jù)頁獲知。例如在開頭所提的文獻PD1中列出了不同保險絲元件的特征曲線數(shù)據(jù)的一些細節(jié)。
[0052]在電子保護裝置ES的另一種擴展方案中，與第一晶體管T1的柵源結并聯(lián)地設置用于保護第一晶體管T1的過壓保護電路裝置。
[0053]在電子保護裝置ES的上述改進方案的一種優(yōu)選的實施形式中，MOSFET的柵極端子和MOSFET的源極端子與由第五電阻R5和齊納二極管D1構成的并聯(lián)電路連接，其中，齊納二極管D1的負極端子01￡與MOSFET的柵極端子連接，并且齊納二極管D1的正極端子D1A與MOSFET晶體管的源極端子連接。
[0054]圖1、圖2和圖3示出具有監(jiān)控電路WA的電子保護裝置ES的實施例，所述監(jiān)控電路包括具有晶閘管正極端子TA、晶閘管柵極端子Te和晶閘管負極端子Τκ的晶閘管電路ΤΗ，其中，晶閘管正極端子ΤΑ為了影響MOSFET的柵源電壓與MOSFET的柵極連接，并且可借助MOSFET的柵源電壓影響第一電流L，優(yōu)選可借助晶閘管TH降低MOSFET的柵極上的電勢。晶閘管TH在圖1、圖2和圖3的實施例中被顯示為分立構造的電路，該電路包括PNP晶體管T5和NPN晶體管T4，并且在圖1、圖2和圖3中借助標有附圖標記TH的虛線來圍起晶閘管TH。在圖1、圖2和圖3的實施例中，第一晶體管T1是所謂的增強型MOSFET (英語:Enhancement transistor),其在柵源電壓為零伏特時或在柵源電壓小于所謂的門限電壓時基本上處于截止狀態(tài)中，如不考慮基于可能情況下在導通方向上工作的所謂的體二極管的可能的電流流動和MOSFET中的所謂的漏電流。
[0055]在圖1、圖2和圖3中標出的第四電流14 (其在晶閘管TH的晶閘管正極TA上分為兩個子電流，這兩個子電流是第六電流16和第七電流17，納入下述等式中:
[0056]Ics = 14 + 18。
[0057]因此，當?shù)谒碾娏?4增大時，在CS電流基本上恒定的情況下第八電流18減小。
[0058]當?shù)谝浑娏鱚達到或超過預定義的最大值時，借助監(jiān)控電路WA自動引起第四電流14的增大。第一電流Ii達到或超過預定義的最大值例如會在下述情況下出現(xiàn)，即當負載LS具有在預定邊界以下(過小)的歐姆電阻值時，尤其是當負載LS是輸出端子OUT對參考電勢GND的短路時。隨后由于第八電流18下降到預定義的邊界值之下，第一晶體管T1的控制電極上的電勢、在當前實施例中即MOSFET的柵極端子上的電勢下降。一旦該電勢低于門限電壓，則MOSFET截止并且由此第二電流12中斷，由此第一電流L也顯著下降，從而使保險絲元件PF的溫度TPF下降。
[0059]在一種優(yōu)選的實施例中設計，晶閘管負極端子Τκ與第三晶體管Τ3的集電極端子連接，第三晶體管Τ3為ηρη雙極型晶體管，并且第三晶體管Τ3的基極端子與第三電阻R3的第一端子連接，并且第三電阻R3的第二端子與MOSFET的漏極端子連接，并且第三晶體管T3的基極端子與第四電阻R4的第二端子連接并且第四電阻R4的第一端子不僅與MOSFET的源極端子連接而且與第三晶體管T3的發(fā)射極端子連接。
[0060]在電子保護裝置ES的另一種實施例中，晶閘管柵極端子Te與第二晶體管T2的集電極端子連接。此外在該實施例中，第二晶體管T2的基極端子與第三晶體管T3的發(fā)射極和MOSFET的源極端子連接。
[0061]根據(jù)電子保護裝置ES的另一種有利的方案，第二晶體管T2的發(fā)射極端子不僅與延時裝置Cl、R2的第一電容器C1的第一端子而且與第二電阻R2的第一端子連接，并且第一電容器C1的第二端子不僅與保險絲元件PF的第一端子而且與第二晶體管T2的基極端子連接，并且保險絲元件PF的第二端子與第二電阻R2的第二端子連接，并且保險絲元件PF的第二端子與第二電阻R2的第二端子的連接點與電子保護裝置ES的輸出端子OUT連接。[0062]在電子保護裝置ES的另一種實施例中，晶閘管TH包括具有ηρη結的第四晶體管Τ4和具有ρηρ結的第五晶體管Τ5，在此通過第五晶體管Τ5的基極與第四晶體管Τ4的集電極之間的連接形成晶閘管柵極端子Te，并且晶閘管柵極端子Te與第二晶體管T2的集電極端子連接。
[0063]在上一種實施例中，晶閘管正極端子TA優(yōu)選構造為第五晶體管T5的發(fā)射極與第六電阻R6的第二端子的連接，第六電阻R6的第一端子不僅與第五晶體管T5的基極而且與第四晶體管T4的集電極連接。
[0064]在此在上一種實施例中特別優(yōu)選晶閘管負極端子Τκ構造為第四晶體管Τ4的發(fā)射極與第七電阻R7的第一端子的連接，第七電阻R7的第二端子不僅與第四晶體管Τ4的基極而且與第五晶體管Τ5的集電極連接。
[0065]在根據(jù)本發(fā)明的電子保護裝置ES的另一種方案中，負載LS的第一端子與輸出端子OUT連接并且負載LS的第二端子與參考電勢GND連接，其中電流源CS的參考電勢和/或電壓源VS的參考電勢是共同的參考電勢GND和/或負載LS的第二端子與該共同的參考電勢GND連接。
[0066]電子保護裝置ES的根據(jù)本發(fā)明的應用設計為，電子保護裝置ES用作用于測試至少一個控制設備或調節(jié)設備或用于仿真連接到該控制設備或調節(jié)設備上的電子技術的外圍裝置的測試或仿真裝置的組成部分。優(yōu)選，該電子保護裝置ES用于保護仿真裝置和/或與此電連接的用作負載LS的外圍電路的電源輸出端。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的用于驅動上述電子保護裝置ES的方法包括下述方法步驟:
[0068]a)電子保護裝置ES的輸入端子IN與電壓源VS連接，
[0069]b)電流源CS與第一晶體管T1的控制電極連接，其中該控制電極優(yōu)選構造為MOSFET的柵極，接著
[0070]c)電子保護裝置ES的輸出端子OUT與負載(LS)連接，
[0071]d)流過熱自恢復保險絲元件PF的第一電流L超過預定義的最大電流值Iwh，接著
[0072]e)監(jiān)控電路WA使得第一晶體管T1從導通狀態(tài)轉移到截止狀態(tài)，接著
[0073]f)提高負載LS的電阻或將負載與輸出端子OUT分開，使得第一電流L達到或低于預定義的復位電流值Imin,接著，
[0074]g)監(jiān)控電路WA使得第一晶體管T1從截止狀態(tài)轉移到導通狀態(tài)。
[0075]通過比較圖5和圖6，本發(fā)明的優(yōu)點特別明顯。
[0076]為了進行比較，借助圖5首先示出早已熟知的電路裝置(在其中僅一個熱自恢復保險絲元件用作保護裝置，其簡稱為保險絲元件)的示例性的電流時間曲線。相應的電路裝置的例子在已經(jīng)提到的文獻PD1中第三頁右列示出。圖5所示的保險絲元件的電流時間曲線在時刻t0和tl之間示出一種情況，在其中允許的電流值Iwm流經(jīng)保險絲元件和與其串聯(lián)的“正?！钡呢撦d。從時刻tl起，顯示流經(jīng)保險絲元件的電流(其在下面被稱為保險絲元件電流)驟然上升。直至值Iwh的驟然上升可歸因于過載，該過載在時刻tl與時刻t4之間與保險絲元件串聯(lián)連接。保險絲元件在時刻t2達到如下溫度，在該溫度中保險絲元件電阻顯著上升并且起保護作用，這因此在圖5的例子中使得保險絲元件電流從時刻t3起返回到值Iwn。從時刻t4起，過載從電路裝置中被消除并且通過“正?！钡呢撦d代替，該正常的負載已經(jīng)在t0與tl之間的時間間隔中與保險絲元件串聯(lián)連接。在保險絲元件于時刻t4至t6之間被冷卻后，保險絲元件電流從時刻t6起又達到值Iwm。
[0077]所描述的根據(jù)圖5的過程的缺點尤其在于:
[0078]-相對長的持續(xù)時間tl至t3，該持續(xù)時間被需要以便在出現(xiàn)過載時將保險絲元件電流降低至值Iwn，
[0079]-在起保護作用后在t3至t4的時間間隔內(nèi)保險絲元件電流相對高的值Iwn，由此與保險絲元件的加速老化相聯(lián)系，
[0080]-在過載在時刻t4從電路裝置中被消除并且通過“正?！钡呢撦d代替之后，保險絲元件的電路裝置在時刻t4至t6之間相對長的“恢復”持續(xù)時間。
[0081]如在圖6中概要地示出，借助本發(fā)明至少部分消除或減少了圖5中提到的現(xiàn)有技術的缺點。為了更好地進行比較，圖5和圖6中的例子所基于的負載和過載基本上相同。
[0082]圖6同樣示出保險絲元件電流時間曲線。在圖6中，在時刻t0與tl之間存在一種情況，在其中在電子保護裝置ES的輸出端OUT上首先連接“正?！钡呢撦dLS、即首先沒有過載。該“正?！钡呢撦dLS在時刻tl被過載代替并且過載直至時刻t4與輸出端OUT保持連接。借助本發(fā)明，保險絲元件電流在tl至t2*的相對短的時間間隔內(nèi)下降到保險絲元件電流的相對小的值Iwn*。該相對小的值Iwn*尤其是歸因于監(jiān)控電路WA和第一晶體管T1的作用，其中晶體管T1在時刻t2*與t4之間處于截止狀態(tài)中。在過載從時刻t4起被“正?！钡呢撦d所代替后，保險絲元件電流在相對短的時間間隔、即從t4持續(xù)到t5*又達到值Iwm。該相對短的從t4至t5*的“恢復持續(xù)時間”的原因在于，通過在t2*至t4的時間間隔內(nèi)截止的第一晶體管T1，防止保險絲元件PF在后述的時間間隔內(nèi)過電流，因此保險絲元件相對少地因過載而發(fā)熱。因而在過載在時刻t4被“正常”的負載代替后，電子保護裝置ES在時刻t5*就已相對迅速地返回到在時刻t0存在的初始狀態(tài)中。因此有利的是，在消除過載后最終更加迅速地提供所希望的用于負載LS的負載電流13。
[0083]下面以表格說明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實施例方式的圖1至圖3的附圖標記，必要時包括相應電子元件的參數(shù):
[0084]
【權利要求】
1.用于保護至少一個電負載(LS)的電子保護裝置(ES)，所述電負載能連接到保護裝置(ES)上，其中該電子保護裝置(ES)具有輸入端子(IN)和輸出端子(OUT)，該保護裝置(ES)具有熱自恢復的保險絲元件(PF)，并且該保險絲元件設計和構建為，根據(jù)保險絲元件溫度(TPF)傳導或限制第一電流(ip，其特征在于，為了限制第一電流(1義設置限制裝置(^八^該限制裝置^^八包括-與保險絲元件(PF)串聯(lián)的第一晶體管(T1)，和-影響第一晶體管(T1)的監(jiān)控電路(WA)，所述監(jiān)控電路(WA)設計和構建為，a)在第一電流(IP達到或超過預定義的最大電流值(Iwh)時使第一晶體管(T1)截止，以及b)在第一電流(ip達到或低于預定義的接通電流值(Iwh)時接通第一晶體管(T1)。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，在第一晶體管(T1)和保險絲元件(PF)的串聯(lián)電路的第一端部上設置輸入端子(IN)，其中該輸入端子(IN)與電壓源(VS)連接，并且在第一晶體管(T1)和保險絲元件(PF)的串聯(lián)電路的第二端部上設置輸出端子(OUT)，該輸出端子(OUT)與負載(LS)連接，其中電子保護裝置(ES)設計和構建為，借助影響第一晶體管(T1)的監(jiān)控電路(WA)在流經(jīng)負載(LS)的負載電流(13)超過預定義的最大允許值時在借助延時裝置(C1、R2)影響的時間間隔內(nèi)使第一晶體管(T1)截止，以便使負載電流(13)的值下降，使得負載電流(13)下降到或低于預定義的最大允許值。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，第一晶體管(T1)是具有源極端子、柵極端子和漏極端子的M0SFET，其中，柵極端子與電流源(CS)和監(jiān)控電路(WA)連接，能借助監(jiān)控電路(WA)影響M0SFET的柵源電壓。
4.根據(jù)權利要求3所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，與第一晶體管(T1)的柵源結并聯(lián)地設置用于保護第一晶體管(T1)的過電壓保護電路裝置(D1、R5)。
5.根據(jù)權利要求4所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，M0SFET的柵極端子和M0SFET的源極端子與由第五電阻(R5)和齊納二極管(D1)構成的并聯(lián)電路連接，其中，齊納二極管(D1)的負極端子(D1K)與M0SFET的柵極端子連接，并且齊納二極管(D1)的正極端子(D1a)與M0SFET晶體管的源極端子連接。
6.根據(jù)權利要求3至5之一所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，監(jiān)控電路(WA)包括具有晶閘管正極端子(TA)、晶閘管柵極端子(Te)和晶閘管負極端子(τκ)的晶閘管電路(ΤΗ)，其中，晶閘管正極端子(ΤΑ)為了影響M0SFET的柵源電壓與M0SFET的柵極連接，并且能借助M0SFET的柵源電壓影響第一電流(1:)。
7.根據(jù)權利要求6所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管負極端子(Τκ)與第三晶體管(Τ3)的集電極端子連接，第三晶體管(Τ3)為ηρη雙極型晶體管，并且第三晶體管(Τ3)的基極端子與第三電阻(R3)的第一端子連接，并且第三電阻(R3)的第二端子與M0SFET的漏極端子連接，并且第三晶體管(Τ3)的基極端子與第四電阻(R4)的第二端子連接并且第四電阻(R4)的第一端子不僅與M0SFET的源極端子連接而且與第三晶體管(Τ3)的發(fā)射極端子連接。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管柵極端子(Te)與第二晶體管(T2)的集電極端子連接，并且第二晶體管(T2)的基極端子與第三晶體管(T3)的發(fā)射極和MOSFET的源極端子連接。
9.根據(jù)權利要求8的電子保護裝置(ES)，其特征在于，第二晶體管(T2)的發(fā)射極端子不僅與延時裝置(C1、R2)的第一電容器(Cl)的第一端子而且與第二電阻(R2)的第一端子連接，并且第一電容器(C1)的第二端子不僅與保險絲元件(PF)的第一端子而且與第二晶體管(T2)的基極端子連接，并且保險絲元件(PF)的第二端子與第二電阻(R2)的第二端子連接，并且保險絲元件(PF)的第二端子與第二電阻(R2)的第二端子的連接點與電子保護裝置(ES)的輸出端子(OUT)連接。
10.根據(jù)權利要求6至9之一所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管(TH)包括具有ηρη結的第四晶體管(T4)和具有pnp結的第五晶體管(T5)，其中通過第五晶體管(T5)的基極與第四晶體管(T4)的集電極之間的連接形成晶閘管柵極端子(Te)，并且晶閘管柵極端子(Te)與第二晶體管(T2)的集電極連接。
11.根據(jù)權利要求10所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管正極端子(TA)構造為第五晶體管(T5)的發(fā)射極與第六電阻(R6)的第二端子的連接，其中第六電阻(R6)的第一端子不僅與第五晶體管(T5)的基極而且與第四晶體管(T4)的集電極連接。
12.根據(jù)權利要求10或11的電子保護裝置(ES)，其特征在于，晶閘管負極端子(Τκ)構造為第四晶體管(Τ4)的發(fā)射極與第七電阻(R7)的第一端子的連接，并且第七電阻(R7)的第二端子不僅與第四晶體管(Τ4)的基極而且與第五晶體管(Τ5)的集電極連接。
13.根據(jù)權利要求3至12之一所述的電子保護裝置(ES)，其特征在于，負載(LS)具有與輸出端子(OUT)連接的第 一端子并且負載(LS)具有與參考電勢(GND)連接的第二端子，其中電流源(CS)的參考電勢和/或電壓源(VS)的參考電勢是共同的參考電勢(GND)和/或負載(LS)的第二端子與該共同的參考電勢(GND)連接。
14.將根據(jù)權利要求1至13之一所述的電子保護裝置(ES)用作如下裝置的組成部分的應用，所述裝置是用于測試至少一個控制設備或調節(jié)設備或用于仿真連接到該控制設備或調節(jié)設備上的電子技術的外圍裝置的測試裝置或仿真裝置。
15.根據(jù)本發(fā)明的用于驅動根據(jù)權利要求1至13之一所述的電子保護裝置(ES)的方法，其包括下述方法步驟:a)電子保護裝置的輸入端子(IN)與電壓源(VS)連接，b)電流源(CS)與第一晶體管(T1)的控制電極連接，其中該控制電極優(yōu)選構造為MOSFET的柵極，接著c)電子保護裝置的輸出端子(OUT)與負載(LS)連接，d)流過熱自恢復保險絲元件(PF)的第一電流(L)超過預定義的最大電流值，接著e)監(jiān)控電路(WA)使得第一晶體管(T1)從導通狀態(tài)轉移到截止狀態(tài)，接著f)提高負載(LS)的電阻或將負載與輸出端子(OUT)分開，由此第一電流(IP達到或低于預定義的復位電流值(Imin)，接著，g)監(jiān)控電路(WA)使得第一晶體管(T1)從截止狀態(tài)轉移到導通狀態(tài)。
【文檔編號】H02H3/06GK103633614SQ201310365299
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權日:2012年8月23日
【發(fā)明者】P·格魯伯 申請人:帝斯貝思數(shù)字信號處理和控制工程有限公司
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