DE10361641A1

DE10361641A1 - Aktive Sicherheitsschaltung mit Lasten, die durch Festkörperrelais geschützt werden

Info

Publication number: DE10361641A1
Application number: DE10361641A
Authority: DE
Inventors: Carles Valls Borrego Bel
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2004-10-14
Also published as: GB0330093D0; ES2211352B1; GB2396982B; GB2396982A; ES2211352A1

Abstract

Eine aktive Sicherheitsschaltung mit Lasten, die durch Festkörperrelais geschützt werden. DOLLAR A Die Sicherheitsschaltung umfasst mehrere Festkörperrelais, die Lasten versorgen und durch einen Mikrocontroller gesteuert werden, wobei die Relais geöffnet werden, wenn eine Anomalie in den Lasten auftritt, wobei eine Sicherung in einem Stromversorgungsnetz der Relais eingefügt ist, eine geerdete Nebenleitung von einem Punkt des Netzes zwischen der Sicherung und den Relais eingefügt ist und ein durch den Mikrocontroller gesteuerter Sicherheitsschalter in der Leitung eingefügt ist. Es ist entweder jeweils ein Temperaturdetektor mit jedem Relais assoziiert oder es wird ein Temperaturdetektor gemeinsam durch mehrere Relais verwendet, wobei die Detektoren bzw. der Detektor mit dem Mikrocontroller verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Sicherheitseinrichtungen mit Lasten, die durch Festkörperrelais wie etwa Mikrocontroller-gesteuerte Schalter des Feldeffekttransistor-Typs geschützt werden.
Der Bedarf für die vorgeschlagene Sicherheitsschaltung entsteht aus der gegenwärtigen Tendenz, die Anzahl von kontrollierten FET-Schaltern zum Schutz von verschiedenen Lasten zum Beispiel in einer Kraftfahrzeug-Elektronik zu erhöhen.
Ein Nachteil dieses Typs von Schaltern besteht jedoch insbesondere aufgrund des verwendeten Halbleitermaterials in dem besonderen Verhalten der Schalter, das einen Nebenwiderstand vorsieht, der wesentlich höher als der Nennwiderstand ist (wobei der Nebenwiderstand jedoch nicht so groß ist wie der Widerstand einer offenen Schaltung), was zu einer wesentlichen Erhöhung der Temperatur der FET-Einrichtung aufgrund einer Ableitung führt, was wiederum die Zerstörung und möglicherweise eine Flammenbildung und Beschädigung des Substrats der Sicherheitsschaltung zur Folge haben kann.

Die europäische Patentanmeldung EP-A-0148370 gibt eine Sicherheitsschaltung für ein Kraftfahrzeug an, um einen elektronischen Schaltungsaufbau in dem Kraftfahrzeug gegen eine Überlastung von der Stromversorgung zu schützen. Dazu umfasst die Schaltung eine in die Versorgungsleitung eingefügte Sicherung, eine geerdete Nebenleitung mit einem eingefügten Schalttransistor, der mit der Versorgungsleitung im wesentlichen an einem Punkt zwischen der Sicherung und der zu schützenden Schaltung verbunden ist. Ein Operationsverstärker überwacht die Spannung in der Versorgungsleitung, damit diese einen bestimmten Schwellwert nicht überschreitet. Der Verstärker wirkt außerdem auf dem Schalttransistor, um die Versorgungsleitung mit der Erde kurzzuschließen und die Sicherung unmittelbar zu schmelzen, damit die Schaltung in einer offenen Schaltung geschützt wird, wenn der Schwellwert überschritten wurde.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überhitzung und damit die Gefahr einer Flammenbildung an der Gruppe von FET-Schaltern zu verhindern. Indirekt werden dabei auch die durch die FET-Schalter kontrollierten Lasten oder Teilschaltungen gegen einen möglichen Kurzschluss geschützt, wobei bei einem Ausfall des FET-Schalters sichergestellt wird, dass dieser nicht zerstört wird und die Last nicht beschädigt wird.

Der hier vorgeschlagene Aufbau der Schutzschaltung beruht ebenfalls auf einer Nebenschaltung mit einer Sicherung und einem kontrollierten Sicherheitsschalter, wobei jedoch die Steuerung und Wartung digital erfolgt und nicht mit Bezug auf eine Überlastung in der Versorgungsleitung, sondern in Übereinstimmung mit der Integrität der FET-Schalter ausgeführt wird, die anhand der Temperatur gemessen wird.

Dazu sind Temperaturdetektoren vorgesehen, die mit dem Mikrocontroller verbunden sind, der in seinem normalen Betriebsmodus die FET-Schalter steuert, wobei ein einfacher Algorithmus gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandt wird, um die geerdete Nebenleitung offen zu halten oder kurzzuschließen, indem zu einem entsprechenden Zeitpunkt auf den Sicherheitsschalter eingewirkt wird. Im Gegensatz zu der analogen Steuerung, die gewöhnlich eine fixe Antwort ist, erlauben die digitalen Steuerbedingungen die Verwendung eines Mikrocontrollers und bieten den Vorteil, dass die Steuerung „intelligenter" sein kann und bei Bedarf weitere Parameter und Varianten in dem Entscheidungsprozess vorgesehen werden können. Ein Beispiel für diese Möglichkeiten wird weiter unten gegeben.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Wie zuvor angegeben, besteht einer der Fehler, die bei FET-Schaltern auftreten können, darin, dass in bestimmten Fällen eine höhere Impedanz als die Nennimpedanz des Leitungszustands vorgesehen wird (die jedoch nicht so hoch ist wie in der offenen Schaltung). Im Leitungszustand ist der Strom durch die Lasten fixiert, sodass wenn die Impedanz der FET-Schalter erhöht wird, die darin abgeleitete Leistung zusammen mit der Temperatur erhöht wird, was das Risiko einer Flammenbildung auf dem Substrat des Schaltungsgehäuses der FET-Schalter mit sich bringt.

In Übereinstimmung mit den Operationen zum Implementieren der vorliegenden Erfindung versetzt der Mikrocontroller nach der ersten Feststellung einer Temperaturerhöhung in wenigstens einem der Schalter diesen Schalter in einen offenen Schaltungszustand, wartet eine bestimmte Zeitdauer, um zu prüfen, ob die Anomalität verschwindet, und wenn diese fortdauert, veranlasst der Mikrocontroller die Kurzschließung der Nebenschaltung, um eine vollständige Öffnung und Isolation der Gruppe von FET-Schaltern und ihrer von der Stromversorgung abhängigen Lasten vorzusehen. Dies ist ein gutes Beispiel für die „Intelligenz", die unter Verwendung einer digitalen Schaltung anstelle einer wie zuvor mit Bezug auf den Stand der Technik erläuterten analogen Steuerung vorgesehen werden kann.

Die Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von mehreren Ausführungsformen verdeutlicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Sicherheitsschaltung einschließlich eines Temperaturdetektors zeigt, der mit einer Reihe von Festkörperrelais assoziiert ist, die mit entsprechenden Lasten verbunden sind, wobei der Temperaturdetektor mit einem Mikrocontroller verbunden ist.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei jedes Festkörperrelais mit einem dedizierten Temperaturdetektor versehen ist.
Ausführliche Beschreibung von mehreren Ausführungsformen
Wie in den Figuren gezeigt, umfasst die aktive Sicherheitsschaltung mit durch Festkörperrelais geschützten Lasten der Erfindung allgemein eine Gruppe von Lasten (nicht gezeigt), die über Festkörperrelais 1, 2, 3 (mittels eines Schalters schematisiert) versorgt werden, die wiederum von einer Einheit wie etwa einem Mikrocontroller 4 gesteuert werden, der ausgebildet ist, um das Öffnen des/der Relais 1, 2 und 3 zu veranlassen, falls eine Anomalität in den Lasten auftreten sollte, wobei weiterhin eine Stromunterbrechungseinrichtung 5 in ein Stromversorgungsnetz 6 zu den Festkörperrelais 1, 2, 3 eingefügt ist, eine geerdete Nebenleitung 7 von einem Punkt 8 des Stromversorgungsnetzes zwischen der Unterbrechungseinrichtung 5 und den Festkörperrelais 1, 2, 3 vorgesehen ist und ein durch den Mikrocontroller 4 gesteuerter Sicherheitsschalter 9 in die geerdete Nebenleitung 7 eingefügt ist. Gemäß den Prinzipien der Erfindung ist entweder jeweils ein Temperaturdetektor 10 mit jedem Festkörperrelais 1, 2, 3 (Beispiel von 2) assoziiert ist oder es wird ein einzelner Temperaturdetektor 10 gemeinsam durch mehrere der Festkörperrelais 1, 2, 3 (Beispiel von 1) verwendet, wobei der Temperaturdetektor bzw. die Temperaturdetektoren mit dem Mikrocontroller 4 verbunden sind.
Die Schaltung wird wie folgt betrieben: der Mikrocontroller 4 prüft sequentiell den Zustand des Temperaturdetektors 10 bzw. der Detektoren 10, 10a, 10b, um bei einer Anomalie der Temperatur die entsprechenden Festkörperrelais 1, 2, 3 (falls ein dedizierter Detektor für jedes Relais 1, 2, 3 verwendet wird) zu öffnen, und wenn das Problem fortbesteht, den gesteuerten Sicherheitsschalter 9 zu schließen, um einen Kurzschluss zur Erdung des Stromversorgungsnetzes 6 mittels der geerdeten Nebenleitung 7 vorzusehen, wobei die Unterbrechungseinrichtung 5 betätigt wird und damit eine Trennung des Festkörperrelais und des entsprechenden Satzes von assoziierten Lasten in Bezug auf die Stromversorgung vorgenommen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Festkörperrelais auf der Basis eines FET-Schalters aufgebaut, der durch den Mikrocontroller 4 gesteuert wird.
Die Bremsvorrichtung 5 ist allgemein eine Sicherung (mit einer entsprechenden Größe, sodass der Durchgang eines Überstroms (über einem vorbestimmten Schwellwert) ein Schmelzen der Sicherung veranlasst).
Wenn es sich um einen gesteuerten Sicherheitsschalter 9 handelt, kann dieser ein elektronischer Leistungsschalter insbesondere des FET-Typs oder ein Leistungsrelais sein.

Claims

Aktive Sicherheitsschaltung mit durch Festkörperrelais geschützten Lasten, des Typs, bei dem eine Last oder eine Gruppe von Lasten über wenigstens ein Festkörperrelais versorgt wird, das wiederum von einer Einheit wie etwa einem Mikrocontroller gesteuert wird, der ausgebildet ist, um die Öffnung des wenigstens einen Relais zu veranlassen, wenn eine Anomalie in den Lasten auftritt, wobei eine Stromunterbrechungseinrichtung in das Stromversorgungsnetz des wenigstens einen Festkörperrelais eingefügt ist, eine geerdete Nebenleitung von einem Punkt des Stromversorgungsnetzes zwischen der Sicherung und dem Festkörperrelais platziert ist und ein durch den Mikrocontroller gesteuerter Sicherheitsschalter in die geerdete Nebenleitung eingefügt ist, gekennzeichnet durch einen Satz von wenigstens einem Temperaturdetektor, der mit dem wenigstens einen Festkörperrelais assoziiert ist und mit dem Mikrocontroller verbunden ist, wobei der Mikrocontroller sequentiell den Zustand des Temperatursensors prüft, um bei einer Anomalie der Temperatur das entsprechende Festkörperrelais zu öffnen, und wenn das Problem fortbesteht, den gesteuerten Sicherheitsschalter zu schließen, um die Stromversorgung über die geerdete Nebenleitung zu erden, wobei die Unterbrechungseinrichtung betätigt wird, um die Trennung des Festkörperrelais und des entsprechenden Satzes von assoziierten Lasten von dem Stromversorgung zu veranlassen.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Festkörperrelais ein FET-Schalter ist, der durch den Mikrocontroller gesteuert wird.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungseinrichtung eine Sicherung ist, wobei der Durchgang eines Überstroms ein Schmelzen der Sicherung veranlasst.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Last mit einem FET-Schutzschalter assoziiert ist, wobei jeder dieser Schalter einen dedizierten Temperaturdetektor aufweist.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Lasten einen einzigen assoziierten FET-Schutzschalter aufweisen, der einen dedizierten Temperaturdetektor aufweist.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Sicherheitsschalter ein elektronischer Leistungsschalter ist.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Sicherheitsschalter vom FET-Typ ist.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Sicherheitsschalter ein Relais ist.