DE20302275U1 - Elektronischer Schalter - Google Patents
Elektronischer SchalterInfo
- Publication number
- DE20302275U1 DE20302275U1 DE20302275U DE20302275U DE20302275U1 DE 20302275 U1 DE20302275 U1 DE 20302275U1 DE 20302275 U DE20302275 U DE 20302275U DE 20302275 U DE20302275 U DE 20302275U DE 20302275 U1 DE20302275 U1 DE 20302275U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- load
- current
- electronic switch
- control device
- power transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 241000862969 Stella Species 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 101150087426 Gnal gene Proteins 0.000 description 1
- 235000010678 Paulownia tomentosa Nutrition 0.000 description 1
- 240000002834 Paulownia tomentosa Species 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
- H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
- H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Description
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg ,;.·..· · » ·* * J ! , *· Seite -]
2 Beschreibung
3 Elektronischer Schalter
5 Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Schalter zum Schalten einer
&bgr; Last in einem Gleichspannungsnetz, mit einem zwischen einem Betriebsspan-
7 nungsanschluss und einem Lastanschluss verlaufenden Strompfad, in den ein
&bgr; Leistungstransistor und ein Stromsensor geschaltet sind, sowie mit einer Rege-
9 !einrichtung, der zur strombegrenzenden Ansteuerung des Leistungstransistors
10 ein vom Stromsensor erfasster Messwert zugeführt ist.
12 Ein derartiger, z. B. aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 299 09 206 U1 be-
13 kannter Schalter für ein Gleichstromnetz eignet sich besonders zum Einsatz in &eegr; einem im 24V-DC Niedervoltbereich arbeitenden Stromverteilungssystem, bei is dem eine Anzahl von Stromkreisen mittels eines Netzteils gemeinsam gespeist 16 sind. Dadurch kann auch bei einem von einem getakteten Netzteil gespeisten &igr;? Gleichstromnetz im Falle eines Kurzschlusses innerhalb z. B. eines einzelnen is Stromkreises sichergestellt werden, dass die Sicherung in diesem Stromkreis
is auch auslöst.
21 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Schalter der ein-
22 gangs genannten Art hinsichtlich einer besonders zuverlässigen Strombegrenzung
23 weiterzubilden.
25 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
26 1. Dazu wird ein vom Stromsensor erfasster Messwert einem ersten Kompara-
27 toreingang und ein vorgebbarer Referenzwert einem zweiten Komparatoreingang
28 der Regeleinrichtung zugeführt. Bei Vorliegen eines Einschaltsignals steuert die
29 Regeleinrichtung den Leistungstransistor vollständig auf, solange der Messwert so den Referenzwert unterschreitet. Überschreitet dagegen der Messwert den Refe-31 renzwert so steuert die Regeleinrichtung den Leistungstransistor geregelt derart
(\\STELLA\USR\TEXTBAN\01982DE-G*doc* "letzte Speicherung! *11. Feb'ruar 200*3*
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg .!.*,.· · &iacgr; ·* * &Idigr; J, ; Seite
&igr; zu, dass der über diesen fließende Strom auf einen durch den Referenzwert vor-
2 gegebenen Maximalstrom begrenzt ist.
4 In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung zu deren Spannungsversor-
5 gung zwischen eine mit dem Betriebsspannungsabfluss verbundene Ladungs-
6 pumpe und den Lastanschluss geschaltet. Dadurch kann ein im Pluspfad der Re-
7 gelung liegender N-Kanal-MOS-Transistor als Leistungstransistor eingesetzt wer-
8 den, der dann drain-seitig an der Betriebsspannung und source-seitig am Pluspol
9 der Last liegt. Der Minuspol der Last liegt dann an Bezugspotential oder Ground.
11 Die Ladungspumpe dient zur Erhöhung der Spannung am Steuereingang oder
12 Gate des Leistungstransistors, da die Gate-Spannung zum Betrieb des Transi-
13 stors in dieser N-Kanal-Variante höher sein muss als dessen Drain-Spannung.
14 Zwar ist mit einer P-Kanal-Variante auch ohne Ladungspumpe die gleiche Funk-
15 tionalität erreichbar. Allerdings ist die N-Kanal-Variante gegenüber der P-Kanal-
16 Variante vergleichsweise preiswert. Der Einsatz einer Ladungspumpe bei einem &igr;/ einen FET- oder einen MOS-FET-Leistungstransistor aufweisenden Schalter ist 18 an sich aus der DE 197 37 586 A1 bekannt.
20 Zweckmäßigerweise wird das externe Einschaltsignal oder ein externes Aus-
21 schaltsignal der Regeleinrichtung über eine Steuerlogik zugeführt, die hierzu ein-
22 gangsseitig mit einem Ansteuereingang des elektronischen Schalters verbunden
23 ist. Um eine Zerstörung des Leistungstransistors zu vermeiden, insbesondere im
24 Falle eines andauernden Kurzschlusses, bei dem die gesamte Kurzschlusslei-
25 stung vom Leistungstransistor aufgenommen werden muss, ist dem Leistungs-
26 transistor ein Temperatursensor zugeordnet. Dieser führt der Regeleinrichtung bei
27 Überschreiten eines Temperaturschwellwertes ein Steuersignal zum Ausschalten
28 des Leistungstransistors zu. Dieses Steuersignal wird der Regeleinrichtung zweck-
29 mäßigerweise über die Steuerlogik zugeführt, die dann bei Erreichen des Tempeso raturschwellwertes ein internes Ausschaltsignal für den Leistungstransistor an die si Regeleinrichtung abgibt.
(\\STELLA\USR\TEXTE\AN\01982DE-G.doc)"le'zteSpeicherung'i 1. Februar2003
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg .1, *,,* ·..·.; · &iacgr;· ? Seite
&igr; Der Referenzwert wird zweckmäßigerweise von einer Konstantstromeinstellung
2 erzeugt, die somit als Schutzelement gegen Überlast, Kurzschluss und/oder
3 Stromspitzen dient. Derartige Stromspitzen treten, insbesondere bei einer kapazi-
4 tiven Last, in Form von Einschaltstromspitzen auf. Für die Konstantstromeinstel-
5 lung ist beispielsweise eine Umschaltung von einem ersten Stromwert, z.B. 6A, &bgr; auf einen zweiten Stromwert, z.B. 12A, vorgesehen. Dieser Konstantstrom ent-
7 spricht dann dem durch den Referenzwert vorgegebenen Maximalstrom, auf den
&bgr; eine Strombegrenzung erfolgen soll.
10 Die prinzipiell frei wählbare Konstantstromeinstellung kann mittels eines mechani-
11 sehen oder elektronischen Potentiometers oder eines mehrstufigen Schalters er-
12 folgen. Vorzugsweise ist die Konstantstromeinstellung in einfacher Art und Weise
13 durch einen einem ersten Widerstand zuschaltbaren zweiten Widerstand realisiert
16 Die Regeleinrichtung umfasst zweckmäßigerweise einen als Komparator arbei-
17 tenden Operationsverstärker, dessen einer Versorgungsanschluss mit dem Be-
18 triebsspannungsanschluss verbunden ist, und dessen anderer Versorgungsan-
19 Schluss an den Strompfad - insbesondere auf dem Potentialniveau des positiven
20 Lastanschlusses - geführt ist. Dabei ist zur Einstellung der für den Operationsver-
21 stärker zulässigen Versorgungsspannung zwischen dessen Versorgungsan-
22 Schlüsse ein Begrenzungselement geschaltet. Dieses in Form eines Spannungs-
23 reglers oder zweckmäßiger in Form einer Zenerdiode ausgeführte Begrenzungs-
24 element stellt die Spannung zwischen den Versorgungsanschlüssen auf einen
25 Wert von beispielsweise kleiner oder gleich 5V ein.
27 Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch
28 Regelung eines - bezogen auf den positiven Lastanschluss - im Plus-Strompfad
29 liegenden Leistungstransitor anhand einer Abweichung des über diesen fließen-
30 den Stromes von einem vorgegebenen Referenzwert eine zuverlässige Strombe-
31 grenzung sowohl im Kurzschluss- und Überlastfall als auch bei Auftreten von
32 Stromspitzen gewährleistet ist. Eine derart geregelte Strombegrenzung bewirkt,
(\\STELLA\USR\TEXTE\AN\01982DE-G.doc) letzte Speicherung: 11. Februar 2003
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg ,· · · · » ·* ° J I · Seite
&igr; dass nur ein vordefinierter Strom durch den Strompfad und - bei angeschlossener
2 Last - durch den Lastpfad fließen kann, so dass sowohl ein Leitungsschutz als
3 auch ein Verbraucherschutz hergestellt ist. Zudem können Verbraucher oder La-
4 sten mit Einschaltstromspitzen ohne Auftreten von Stromspitzen eingeschaltet und
5 betrieben werden.
7 Durch Integration eines Temperatursensors, der bei Übertemperatur den Strom-
8 pfad und damit den Lastpfad abschaltet, wird eine Zerstörung des Leistungstran-
9 sistors infolge dessen Überhitzung verhindert.
11 Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung
12 näher erläutert. Darin zeigen:
&eegr; Fig. 1 in einem Blockschaltbild einen elektronischen, strombegrenzenden is Schalter mit einem im Pluspfad einer Stromregelung liegenden Lei-
16 stungstransistor, und
17 Fig. 2 den elektronischen Schalter gemäß Fig. 1 in einem hinsichtlich der Reis gelung vergleichsweise detaillierten Blockschaltbild.
20 Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszei-
21 chen versehen.
23 Der in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellte elektronische Schalter 1
24 umfasst einen Leistungstransistor 2, dem in einem Strompfad 3 ein Stromsensor
25 in Form eines Shunts nachgeschaltet ist. Der Strompfad 3 erstreckt sich zwischen
26 einem Betriebsspannungsanschluss 5 und einem positiven Lastanschluss 6a. An
27 diesen Lastanschluss 6a wird der Pluspol (+L) einer zu schaltenden Last L ange-
28 schlossen, während deren Minuspol (-L) an einen entsprechenden negativen
29 Lastanschluss 6b des Schalters 1 anzuschließen ist. Dieser Lastanschluss 6b ist
so gegen Ground GND (-Ub) geführt. Die positive Betriebsspannung (+Ub) mit z.B. Ub
31 = 24V (DC) wird an den Betriebsspannungsanschluss 5 des Schalters 1 angelegt.
(\\STELLA\USR\TEXTE\AN\01982ol-G.doc)* lefzte Speicherung:*! 1. Februar 2&thgr;&dgr;§
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg .;,·..· · i ·* #J I. ; Seite
&igr; Bei angeschlossener Last L schließt sich an den Strompfad 3 ein Lastpfad 7 an.
2 Somit fließt beim Betrieb des Schalters 1 - in technischer Stromrichtung - ausge-
3 hend vom Betnebsspannungsanschluss 5 über den Strompfad 3 und den
4 Lastpfad 7 ein Laststrom IL gegen Bezugspotential oder Ground GND ab. Der
5 über den Strompfad 3 fließende Strom IL wird mittels des Shunts 4 als Messwert
6 Im, d. h. als entsprechendes Messsignal in Form des Spannungsabfalls über dem
7 Shunt 4 an eine nachfolgend auch als Regler bezeichnete Regeleinrichtung 8 ge-
8 führt. Dazu weist der Regler 8 einen ersten Komparatoreingang Ei auf. Der vom
9 Stromsensor 4 erfasste Messwert Im wird dem Regler 8 somit über diesen ersten
10 Komparatoreingang E1 zugeführt.
12 Einem zweiten Komparatoreingang E2 des Reglers 8 wird ein von einer Konstant-
13 Stromeinstellung 9 vorgegebener oder eingestellter Referenzwert Ir zugeführt. Ei-H nem weiteren Eingang E3 des Reglers 8 wird ein Steuersignal Se,a zugeführt, das is von einer Steuerlogik 10 erzeugt wird. Die Generierung des Steuersignals Se,a
16 erfolgt infolge eines externen Ein- oder Ausschaltbefehls oder -signals EIN/AUS,
&igr;? das dem Schalter 1 über einen mit der Steuerlogik 10 verbundenen Ansteueran-
18 Schluss 11 zugeführt wird. Die Steuerlogik 10 ist über eine Verbindung 12 an den
19 Lastanschluss 6b und damit an Ground GND geführt.
21 Der Leistungstransistor 2 ist ein N-Kanal-MOS-Transistor. Dessen Drain D ist mit
22 dem Betnebsspannungsanschluss 5 und dessen Source ist über den Shunt 4 mit
23 dem positiven Lastanschluss 6a verbunden. Bezogen auf die Last L, deren Mi-
24 nuspol (-L) an Ground GND liegt, liegt somit der Leistungstransistor 2 im Pluspfad
25 der Last L. Da in dieser sogenannten N-Kanal-Variante der N-Kanal-MOS-
26 Transistor 2 für das Schalten eine Ansteuerspannung benötigt, die größer ist als
27 die Betriebsspannung (+Ub) ist eine Ladungspumpe 13 vorgesehen. Diese ist ein-
28 gangsseitig mit dem Betnebsspannungsanschluss 5 verbunden und ausgangssei-
29 tig an einen Eingang E4 der Regeleinrichtung 8 geführt. Durch die Ladungspumpe so 13 wird am Gate G des N-Kanal-MOS-Transistors 2 eine um z.B. 5V größere
31 Spannung als an Drain D erzeugt. Die Gatespannung Ug beträgt somit im Ausfüh-
(WSTELLA\USR\TEXTE\AN\01982DE-V.doc}"letzte Speicherung:* 1. Feb*ruar
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg .i. *,.· · ··* * J J. · Seite
&igr; rungsbeispiel 29V (Ug = +Ub + 5V). Das Gate G des Leistungstransistors 2 ist mit
2 einem Steuerausgang &Agr;&igr; des Reglers 8 verbunden.
4 Dem Leistungstransistor 2 ist ein Temperatursensor 14 zugeordnet, der die Be-
5 triebstemperatur des Transistors 2 erfasst. Ausgangsseitig ist der Temperatursen-
6 sor 14 mit der Steuerlogik 10 verbunden und liefert über diese der Regeleinrich-
7 tung 8 ein Temperatursignal St.
9 Fig. 2 zeigt den elektronischen Schalter 1 mit einer bevorzugten Ausführungsform
10 der Regeleinrichtung bzw. des Reglers 8 einerseits und der Konstantstromein-
11 stellung 9 andererseits. Die Regeleinrichtung 8 umfasst einen Operationsverstär-
12 ker OP, dessen dem ersten Komparatoreingang Ei entsprechender Minus-
13 Eingang (-) der Messwert IM zugeführt ist. Dazu ist dieser Minus-Eingang (-) des &mgr; Operationsverstärkers OP zwischen dem Leistungstransistor 2 und dem Shunt 4 is mit dem Strompfad 3 verbunden. Am dem zweiten Komparatoreingang E2 ent-
16 sprechenden Plus-Eingang (+) des Operationsverstärkers OP liegen zwei Wider-
17 stände R2 und R4, denen in der dargestellten Schalterstellung eines Umschalters
18 S1 der Konstantstromeinstellung 9 ein weiterer Widerstand R3 zugeschaltet ist.
20 In der dargestellten Schalterstellung des Umschalters S1 ist der Widerstand R3
21 dem Widerstand R4 parallelgeschaltet. Der Widerstand R2 der Konstantstromein-
22 stellung 9 ist mit einem ersten Spannungsanschluss U+ des Operationsverstärkers
23 OP einerseits und über einen Widerstand R1 mit der Ladungspumpe 13 anderer-
24 seits verbunden. Ein zweiter Spannungsanschluss U. des Operationsverstärkers
25 OP ist mit dem Strompfad 3 verbunden und liegt dort zwischen dem Shunt 4 und
26 dem mit dem Pluspol der Last L zu verbindenden Lastanschluss 6a. Diese Ver-
27 bindung ist bei der Regeleinrichtung 8 gemäß Fig. 1 über deren Eingang E5 realise siert. An diese Verbindung zum Strompfad 3 sind auch der Widerstand R4 und
29 der Umschalter S1 der Konstantstromeinstellung 9 geführt.
31 Bei voll durchgesteuertem Leistungstransistor 2 liegt am positiven Versorgungs-
32 Spannungseingang U+ des Operationsverstärkers OP die um die Spannungserhö-
(\\STELLA\USR\TEXTE\AN\01982DE-*G.doc)*letzte Speicherung:*! 1. Februar 2003
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg .J. *.,· *···** &Idigr; J *· Seite
·· &Idigr; J
&igr; hung mittels der Ladungspumpe 13 erhöhte Betriebsspannung +Ub von im Aus-
2 führungsbeispiel 29V gegenüber Ground GND an. Aufgrund des nur geringen
3 Spannungsabfalls über dem Leistungstransistor 2 liegt am negativen Versor-
4 gungsspannungseingang U. des Operationsverstärkers OP ein zumindest annä-
5 hemd der Betriebsspannung +UB entsprechender Spannungswert von z.B. 23,5V
6 an. Die dadurch bewerkstelligte Betriebsspannung von etwa 5V des Operations-
7 Verstärkers OP wird mittels eines Begrenzungselementes in Form einer Zener-
8 diode Z stabilisiert, die dazu anodenseitig mit dem negativen Versorgungsspan-
9 nungsanschluss U. und katodenseitig mit dem positiven Versorgungsspannungs-
10 anschluss U+ des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Die Zenerdiode Z und
11 der Widerstand R1 bilden somit praktisch ein Netzteil 15 für den Operationsver-
12 stärker OP bzw. Regler 8.
14 Beim Betrieb bzw. beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des elektronischen
is Schalters 1 ist dem Operationsverstärker OP des Reglers 8 über dessen (+)-Ein-
16 gang E2 ein von der Konstantstromeinstellung 9 fest eingestellter Stromwert als
17 Referenzwert Ir zugeführt. Dabei können im Ausführungsbeispiel mittels des Um-
18 schalters S1 zwei unterschiedliche Stromwerte eingestellt werden. In der darge-
19 stellten Schalterstellung ist dem Widerstand R4 der Widerstand R3 parallelge-
20 schaltet, so dass ein vergleichsweise kleiner Referenzwert Ir von z.B. 6A einge-
21 stellt ist. In der anderen Schalterstellung des Umschalters Si ist die Parallelschal-
22 tung der Widerstände R4 und R3 aufgehoben, so dass ein vergleichsweise großer
23 Referenzwert IR von z.B. 12A eingestellt ist.
25 Ist der dem (-)-Eingang E1 der Regeleinrichtung 8 bzw. des Operationsverstärkers
26 OP zugeführte Messwert IM, der dem über den Strompfad 3 und den Lastpfad 7
27 fließenden Laststrom Il entspricht oder diesem proportional ist, kleiner als der
28 Referenzwert Ir, so steuert der Operationsverstärker OP und damit der Regler 8
29 den Leistungstransistor 2 vollständig auf. Demzufolge kann über den Leistungs-
30 transistor 2 der maximale Laststrom Il fließen. Wird infolge eines Kurzschlusses,
31 einer Überlast und/oder einer Stromspitze der Messwert IM größer als der Refe-
32 renzwert IR, so steuert der ausgangsseitig mit dem Gate G des Leistungstransi-
{\\STELLA\USR\TEXTE\AN\01982D*EI-G.dotc!1etzte Speicrierun'g* 11. ftibruar 2fl(*3 ##"
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg .·,·„·* &iacgr; &iacgr; .* ·· ·. *· Seite 8
&igr; stors 2 verbundene Operationsverstärker OP den Leistungstransistor 2 derart ge-
2 regelt zu, dass über diesen stets ein Strom IL fließt, der kleiner oder gleich dem
3 eingestellten Konstant- oder Referenzstrom Ir ist. Dadurch ist eine geregelte
4 Strombegrenzung erreicht.
e Der Regler 8 bzw. dessen als Komparator arbeitender Operationsverstärker OP
7 liefert somit ein Steuersignal Sr zur Rückregelung des Leistungstransistors 2 mit
8 der Folge, dass der über diesen fließende Laststrom L und damit der Messwert Im
9 kleiner wird. Die Regelung begrenzt somit den über den Leistungstransistor 2 flie-
10 ßenden Strom L auf z.B. 12A bzw. 6A. Dadurch kann einerseits kein Kurzschluss-
11 strom über den Pluspfad 3 fließen. Zudem werden insbesondere Einschaltstrom-
12 spitzen, die bei den üblicherweise eingesetzten kapazitiven Lasten L entstehen
13 können, durch die Regelung vermieden. Auch wird ein Überstrom entsprechend
14 begrenzt bzw. vermieden.
16 Zum Ein- und Ausschalten des Schalters 1 wird ein entsprechender externer Be-
17 fehl EIN/AUS (Ein-Ausschaltsignal SE, Sa) dem Regler 8 zur Ansteuerung des Lei-
18 stungstransistors 2 über die Steuerlogik 10 zugeführt. Für den Normalbetrieb
19 muss somit der externe Einschaltbefehl EIN gegeben sein, damit das Einschaltsi-
20 gnal Se am Eingang E3 des Reglers 8 ansteht. Dieses Einschaltsignal SE wird
21 über den Regler 8 an den Leistungstransistor 2 geführt, so dass der Regler den
22 Leistungstransistor 2 vollständig durchsteuern kann. Da beim Normalbetrieb über
23 den Leistungstransistor 2 nur eine geringe Spannung abfällt, muss dieser nur eine
24 geringe Verlustleistung aufnehmen und es erfolgt nur eine geringe Erwärmung
25 des Leistungstransistors 2.
27 Die Erwärmung des Leistungstransistors 2 nimmt jedoch zu, wenn dieser bei-
28 spielsweise infolge eines andauernden Kurzschlusses zur Strombegrenzung ent-
29 sprechend zugesteuert wird und eine entsprechend hohe Verlustleistung verar-
30 beiten muß. Bei Erreichen eines vorgegebenen Temperaturwertes von z.B. 1500C
31 gibt der Temperatursensor 14 ein entsprechendes Temperatur- oder Steuersignal
32 St an die Steuerlogik 10 mit der Folge ab, dass diese auch bei weiterhin anste-
(\\STELUV\USR\TEXTE\AN\01982DE-V.docVletzte Speicherung:*!. Februar 2&thgr;&dgr;5
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg .J. · ·*·&iacgr;·*·;· *· Seite
&igr; hendem Einschaltbefehl EIN das Ausschaltsignal Sa an die Regeleinrichtung 8
2 abgibt. Dadurch wird die Ansteuerung des Leistungstransistors 2 abgeschaltet.
4 Bei einem zeitlich begrenzten erhöhten Stromfluss über den Leistungstransistor
5 mit der Folge, dass innerhalb eines entsprechenden Zeitfensters der Temperatur-
6 schwellwert infolge des sich über die Zeit aufheizenden Leistungstransistors 2
7 nicht erreicht wird, arbeitet die Regelung mit oder ohne Strombegrenzung im
&bgr; Normalbetrieb. In einem solchen Fall unterschreitet der Messwert Im den Refe-
9 renzwert IR nach Ablauf des entsprechenden Zeitfensters aufgrund eines kurzzei-
10 tigen Kurzschlusses oder einer kurzzeitigen Überlast oder einer typischerweise
11 nur kurzzeitigen Stromspitze, so dass der Regler 8 den Leistungstransistor 2 er-
12 neut vollständig durchsteuert.
(\\STELLA\USR\TEXTE\AN\01982DE-*G.doc)*letzte Speicherung:* 1. Februar 20&3
Patentanwälte Tergau & Pohl, Nürnberg %·# · I ' i · ,·* · · i ·. Seite
Bezugszeichenliste
1 elektronischer Schalter
2 Leistungstransistor
3 Strompfad
4 Stromsensor/Shunt
5 Betriebsspannungsanschluss 6a,b Lastanschluss
| 7 | Lastpfad |
| 8 | Regeleinrichtung/Regler |
| 9 | Konstantstromeinstellung |
| 10 | Steuerlogik |
| 11 | Ansteueranschluss |
| 12 | Verbindung |
| 13 | Ladungspumpe |
| 14 | Temperatursensor |
| 15 | Netzteil |
| A1 | Ausgang |
| E1...5 | Eingang |
| Il | Laststrom |
| Im | Messwert |
| Ir | Referenzwert |
| GND | Ground |
| L | Last |
| OP | Operationsverstärker |
| R1-4 | Widerstand |
| S1 | Umschalter |
| Se,a | Ein-/Ausschaltsignal |
| Sr | Steuersignal |
| St | Temperatursignal |
| Z | Begrenzungselement/Zenerdiode |
(\\STELUV\USR\TEXTE\AN\01982DE-G*docVletzte Speicherung:*!. Februar 20?3
Claims (10)
1. Elektronischer Schalter (1) zum Schalten einer Last (L) in einem Gleichspannungsnetz, mit einem zwischen einem Betriebsspannungsanschluss (5) und einem Lastanschluss (6a) verlaufenden Strompfad (3), in den ein Leistungstransistor (2) und ein Stromsensor (4) geschaltet sind, sowie mit einer Regeleinrichtung (8), der zur strombegrenzenden Ansteuerung des Leistungstransistors (2) ein vom Stromsensor (4) erfasster Messwert (IM) zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Stromsensor (4) erfasste Messwert (IM) einem ersten Komparatoreingang (E1) und ein vorgebbarer Referenzwert (IR) einem zweiten Komparatoreingang (E2) der Regeleinrichtung (8) zugeführt ist,
- wobei bei Vorliegen eines Einschaltsignals (EIN, SE) und bei einem den Referenzwert (IR) unterschreitenden Messwert (IM) die Regeleinrichtung (8) den Leistungstransistor (2) aufsteuert, und
- wobei bei einem den Referenzwert (IR) überschreitenden Messwert (IM) die Regeleinrichtung (8) den Leistungstransistor (2) zusteuert und den über diesen fließende Strom (IL) auf den Referenzwert (IR) begrenzt.
2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (8) zur Spannungsversorgung zwischen eine mit dem Betriebsspannungsanschluss (5) verbundene Ladungspumpe (13) und den Lastanschluss (6a) geschaltet ist.
3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine mit einem Ansteueranschluss (11) verbundene Steuerlogik (10), über die der Regeleinrichtung (8) das Einschaltsignal (EIN, SE) oder ein Ausschaltsignal (AUS, SA) zugeführt ist.
4. Elektronischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen die Temperatur des Leistungstransistors (2) erfassenden Temperatursensor (14), der bei Überschreiten eines Temperaturschwellwertes der Regeleinrichtung (8) ein Steuersignal (ST) zum Ausschalten des Leistungstransistors (2) zuführt.
5. Elektronischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) über die Steuerlogik (10) mit der Regeleinrichtung (8) verbunden ist.
6. Elektronischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine als Schutzelement gegen Überlast, Kurzschluss und/oder Stromspitzen dienende Konstantstromeinstellung (9) zur Erzeugung des Referenzwertes (IR).
7. Elektronischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromeinstellung (9) einen einem ersten Widerstand (R4) zuschaltbaren zweiten Widerstand (R3) zur Vorgabe des Referenzwertes (IR) umfasst.
8. Elektronischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (8) einen Operationsverstärker (OP) mit einem mit dem Betriebsspannungsanschluss (5) verbundenen ersten Spannungsversorgungsanschluss (U+) und mit einem mit dem Strompfad (3) verbundenen zweiten Spannungsversorgungsanschluss (U-) umfasst, wobei zwischen die Spannungsversorgungsanschlüsse (U+, U-) ein Begrenzungselement (Z) zur Einstellung der Versorgungsspannung für den Operationsverstärker (OP) geschaltet ist.
9. Elektronischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungstransistor (2) ein N-Kanal-MOS-Transistor ist.
10. Elektronischer Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der N-Kanal-MOS-Transistor (2) drain-seitig am Betriebsspannungsanschluss (5) und source-seitig über den Stromsensor (4) am Pluspol (+L) des Lastanschlusses (6a, 6b) liegt, wobei die zwischen diesem und dem Minuspol (-L) des Lastanschlusses (6a, 6b) anschließbare Last (L) gegen Bezugspotential (GND) liegt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20302275U DE20302275U1 (de) | 2002-02-14 | 2003-02-12 | Elektronischer Schalter |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10206003 | 2002-02-14 | ||
| DE20302275U DE20302275U1 (de) | 2002-02-14 | 2003-02-12 | Elektronischer Schalter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20302275U1 true DE20302275U1 (de) | 2003-06-05 |
Family
ID=7713803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE20302275U Expired - Lifetime DE20302275U1 (de) | 2002-02-14 | 2003-02-12 | Elektronischer Schalter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE20302275U1 (de) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202009005420U1 (de) | 2009-03-11 | 2009-06-18 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| DE102005014167B4 (de) * | 2005-03-29 | 2010-06-17 | Hkr Climatec Gmbh | Treiberschutzschaltung |
| DE102009017322A1 (de) * | 2009-04-16 | 2010-10-28 | Hengst Gmbh & Co. Kg | Elektrische Schaltung einer Kraftstoffzusatzheizung |
| DE202014007096U1 (de) | 2014-09-05 | 2015-12-09 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schalter |
| DE102014012828A1 (de) | 2014-08-28 | 2016-03-03 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| DE202016102848U1 (de) | 2015-06-16 | 2016-08-10 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| DE202015009288U1 (de) | 2015-10-08 | 2017-01-23 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| DE102017202103B3 (de) | 2017-02-09 | 2018-03-01 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Schutzschalters und elektronischer Schutzschalter |
| EP3561981A1 (de) | 2018-04-27 | 2019-10-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur reduktion eines temperaturanstiegs bei einem steuerbaren schaltelement |
| WO2020099575A1 (de) | 2018-11-14 | 2020-05-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum schalten einer last |
| DE102023104899A1 (de) * | 2022-11-30 | 2024-06-06 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Elektronische Überstromschutzeinrichtung, Schaltungsanordnung, Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeugsteuergerät |
-
2003
- 2003-02-12 DE DE20302275U patent/DE20302275U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005014167B4 (de) * | 2005-03-29 | 2010-06-17 | Hkr Climatec Gmbh | Treiberschutzschaltung |
| DE202009005420U1 (de) | 2009-03-11 | 2009-06-18 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| DE102009017322A1 (de) * | 2009-04-16 | 2010-10-28 | Hengst Gmbh & Co. Kg | Elektrische Schaltung einer Kraftstoffzusatzheizung |
| DE102009017322B4 (de) | 2009-04-16 | 2023-05-25 | Hengst Se | Elektrische Schaltung einer Kraftstoffzusatzheizung |
| DE102014012828A1 (de) | 2014-08-28 | 2016-03-03 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| US10389110B2 (en) | 2014-08-28 | 2019-08-20 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Electronic circuit breaker |
| DE202014007096U1 (de) | 2014-09-05 | 2015-12-09 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schalter |
| WO2016034384A1 (de) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer schalter |
| US9985544B2 (en) | 2014-09-05 | 2018-05-29 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Electronic switch |
| DE202016102848U1 (de) | 2015-06-16 | 2016-08-10 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| WO2016202902A1 (de) | 2015-06-16 | 2016-12-22 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer schutzschalter |
| WO2017059983A1 (de) | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer schutzschalter |
| DE202015009288U1 (de) | 2015-10-08 | 2017-01-23 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Elektronischer Schutzschalter |
| US10720768B2 (en) | 2015-10-08 | 2020-07-21 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Electronic circuit breaker |
| DE102017202103B3 (de) | 2017-02-09 | 2018-03-01 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Schutzschalters und elektronischer Schutzschalter |
| US10777997B2 (en) | 2017-02-09 | 2020-09-15 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Method for operating an electronic circuit breaker, and electronic circuit breaker |
| WO2019206564A1 (de) | 2018-04-27 | 2019-10-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur reduktion einer thermischen belastung eines steuerbaren schaltelements |
| WO2019206964A1 (de) | 2018-04-27 | 2019-10-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur reduktion eines temperaturanstiegs bei einem steuerbaren schaltelement |
| US11349472B2 (en) | 2018-04-27 | 2022-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for reducing a thermal load on a controllable switching element |
| EP3561981A1 (de) | 2018-04-27 | 2019-10-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur reduktion eines temperaturanstiegs bei einem steuerbaren schaltelement |
| WO2020099575A1 (de) | 2018-11-14 | 2020-05-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum schalten einer last |
| DE102023104899A1 (de) * | 2022-11-30 | 2024-06-06 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Elektronische Überstromschutzeinrichtung, Schaltungsanordnung, Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeugsteuergerät |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0423885B1 (de) | Stromversorgungseinrichtung mit Einschaltstrombegrenzungsschaltung | |
| DE102006029475B4 (de) | Effiziente Einschaltstrom-Begrenzungsschaltung mit bidirektionellen Doppelgate-HEMT-Bauteilen | |
| EP1166420B1 (de) | Sicherheitsbarriere zum begrenzen von strom und spannung | |
| DE112006003483B4 (de) | Energieversorgungssteuerung und Schwellenwerteinstellverfahren dafür | |
| DE3402556A1 (de) | Anordnung zum schutz eines lastbauelements | |
| EP0637118B1 (de) | Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Einschaltstromes und der Ueberspannung eines elektronischen Vorschaltgerätes | |
| DE20302275U1 (de) | Elektronischer Schalter | |
| AT408494B (de) | Schutzschaltung für ein elektronisches gerät | |
| DE2343912C3 (de) | Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug | |
| DE3034927C2 (de) | Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungs-MOSFET gegen Überlastung | |
| DE4115295C2 (de) | ||
| DE19941489A1 (de) | Schutzschaltung für eine Reihenschaltung aus Leistungshalbleiter-Endstufe und induktivem Verbraucher | |
| DE10310764A1 (de) | Lichtschaltkreis einer Entladungslampe | |
| DE3441403A1 (de) | Schaltungsanordnung zum schalten ohmscher und induktiver elektrischer verbraucher in gleich- und wechselstromkreisen | |
| DE102006030594A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer Schaltungsanordnung | |
| DE10040879A1 (de) | Netzteil mit einer Batterie | |
| EP0849753A2 (de) | Getaktete Endstufenschaltung zur Steuerung oder Regelung induktiver Lasten | |
| DE1292722B (de) | Spannungsregler fuer einen Nebenschlussgenerator | |
| DE4233826C2 (de) | Spannungsstabilisierungsschaltung mit geringen Verlusten und einstellbarer Strombegrenzungskennlinie | |
| DE3041840C2 (de) | Zweidraht-Speiseschaltung | |
| WO2004082334A1 (de) | Heizgerät mit einem schmiegsamen wärmeteil | |
| EP0940907B1 (de) | Netzgerät für netzbetriebene elektronische Geräte, insbesondere für Elektrizitätszähler und/oder Rundsteuerempfänger, zur Erzeugung mindestens einer Gleichspannung mit einer zugehörigen vorgegebenen Leistung | |
| DE19853100A1 (de) | Stromversorgungsschaltung | |
| EP0757420A1 (de) | Elektronisches Vorschaltgerät mit Einschaltstrombegrenzung und/oder Überspannungsschutz | |
| DE4005815A1 (de) | Einrichtung zur strombegrenzung eines elektrischen verbrauchers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20030710 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20060530 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20090313 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20110307 |
|
| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |