用於保護導體元件不受過載電流損害的電路裝置的製作方法
2023-07-15 06:19:46 2
專利名稱：用於保護導體元件不受過載電流損害的電路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分、用於防止導體元件過載電流的電路裝置。
背景技術：
在汽車製造中使用通常類型的電路裝置以保護板載網絡的線路不受過高電流負載損害，這種電流會導致線路過度加熱。例如，這種過載電流可能導致板載網絡中的短路。
根據本領域現狀，通過將保險絲插入對應的待保護線路而保護板載網絡不受過載電流損害，其中過度電流負載由於產生的熱量而導致保險絲中的熔斷元件熔化，從而中斷電源。這種保險絲的一個缺陷是它們反應非常遲緩，因此不能確保可靠的保護，特別是對於敏感電子元件而言。
本領域相關技術還包括用於測量待保護線路的某一點處溫度的電子監視傳感器，其中當超過某個溫度或者與導體元件的溫度相關的測量值過大時，在適當的伺服元件的協助下切斷或者降低電力供應。
這些公知電路裝置的缺陷在於車輛內或上的環境溫度以擾動變量的形式而被包含在測量結果中，並且在不同的環境溫度下導致不同的關斷特性。這意味著這樣配置的車輛需要單獨適應於各個使用區域並且通常是適應於該區域中的平均環境溫度，由此導致很高的附加費用。
發明內容
基於現有技術，本發明著眼於提出一種用於保護機動車輛中的導體元件的新的電路裝置。
該目標通過根據權利要求1的電路裝置而實現。
本發明的優選實施例實現了所附從屬權利要求的目標。
本發明的基本內容包括測量在測量區域和適當參考區域中溫度或者與溫度相關的值。然後在測量區域和參考區域中的這兩個測量值的結果被直接發送到比較器元件或者在經歷適當的中間處理步驟之後被發送到比較器元件並且互相比較。然後依賴於比較結果而控制用於降低或者關斷電力供應的伺服元件。由於環境溫度不僅影響測量區域中獲得的測量值，而且還影響參考區域中獲得的測量值，則在比較器元件中比較兩個測量值期間這種影響可以被消除。因此用於降低或者關斷電源的伺服元件的控制僅僅基於在測量區域和參考區域中獲得的測量值之間的相對比較。
在測量區域和參考區域中在原理上可以任意設計導體元件。根據一個優選實施例，參考區域應當具有不同於測量區域的截面積，特別是具有不同的寬度。由於這種測量，導體元件中電流的增加分別導致測量區域和參考區域中不同的溫度變化。優選的可以利用這種不同的溫度梯度來評估比較器元件中的測量結果。
根據一個優選實施例，導體元件的參考區域具有比測量區域遠遠更大截面。特別地，參考區域的寬度應當至少為測量區域的兩倍。由於這種測量，電流的增加僅導致參考區域中導體元件的溫度相對微弱增加，而在測量區域中的導體元件具有遠遠更加陡峭的溫度上升曲線。測量曲線之間的準確交叉點可以通過測量曲線的明顯不同的梯度而確定，其中伺服元件的切換過程可以在測量區域的交叉點處進行。
測量區域或者參考區域中的直接溫度測量相對複雜並且很容易產生誤差。根據本發明第一實施例，待測量的值並不是測量區域或者參考區域中的溫度值，而分別是測量區域中兩個測量點之間或者參考區域中兩個測量點之間的電壓降。導體元件的電阻值依賴於導體元件的溫度。因此導體元件的兩個測量點之間的電壓降與導體元件的溫度相關聯。如果導體元件中的溫度增加，則電阻也增加，從而在兩個測量點之間產生更顯著的電壓降。
適當選擇測量區域和參考區域中導體元件幾何形狀，使得可以將電路裝置校正到用於對測量區域和參考區域中兩個測量點之間的電壓降進行測量的所需測量範圍。如果選擇參考區域中測量點之間的距離與測量區域中測量點之間的距離的比值，使其對應於參考區域中導體元件截面積與測量區域中導體元件截面積的比值，則測量區域或者參考區域中的各個測量點之間的電壓降在導體元件的正常溫度下大致相等，儘管測量區域和參考區域中導體元件的截面積不同。
通過放大器對測量信號進行附加處理，也可以將測量信號校正為所需的信號強度級別。在此情況下，特別優選的是如果最初大致相等的兩個測量信號通過選擇不同放大因子而被放大為不同信號級別，從而如果導體元件發熱則信號曲線在一交叉點相交。這種交叉點可以通過相對簡單的裝置進行計算，並且可以接著用於控制影響電源的伺服元件。在此情況下，放大器還包括具有負放大因子的元件，例如電阻。
作為通過放大器將測量信號校正為不同信號級別的可替換實施例，還可以通過選擇參考區域中測量點之間的距離與測量區域中測量點之間的距離的對應比值而實現。因此，如果參考區域中測量點之間的距離與測量區域中測量點之間的距離的比值不同於參考區域中導體元件截面積與測量區域中導體元件截面積的比值，則信號級別不同。
作為對測量區域和參考區域中電壓降進行測量的可替換實施例，還可以利用類似於橋路電路設計的電路裝置以比較電勢。
所述橋路電路可以通過將第一電阻和第二電阻的串聯電路與測量區域和參考區域的串聯電路並聯而實現。作為測量橋路的連接線連接在位於測量區域和參考區域之間的第一接觸點和位於第一電阻和第二電阻之間的第二接觸點之間。比較器元件被插入所述連接線，從而在比較器元件中，第一接觸點的電勢可以相對於參考電勢例如車體與第二接觸點的電勢進行比較。如果適當選擇與測量區域和參考區域並聯的兩個電阻的尺寸，則可以按照如下方式解諧所述測量橋路，即使得如果導體元件溫度增加，則兩個接觸點的電勢緩慢的互相接近。一旦兩個接觸點的電勢相等，則可以被認為是切換點，此時伺服元件降低或者關斷對導體元件的電力供應。
測量橋路中的兩個電阻可以由適當的元件組成，例如SMD電阻。然而，在一個優選實施例中，第一電阻包括導體元件的第三區域，其截面積對應於測量區域的截面積，並且第二電阻包括導體元件的第四區域，其截面積對應於參考區域的截面積。通過這樣在測量區域或者參考區域中對導體元件上的溫度影響進行雙重評估，可以實現更高解析度的測量結果。
本發明的電路裝置的一個獨特的優點在於相關元件可以由條形導體自身形成。其他電氣或者電子元件在需要時可以接觸在條形導體上從而實現電路裝置。
下面通過參考附圖所示的實施例的示例方式描述本發明的電路裝置。在附圖中圖1為電路裝置第一實施例的示意頂視圖；圖2為根據圖1的電路裝置在低電流下的測量信號曲線；圖3為根據圖1的電路裝置在中等電流下的測量信號曲線；圖4為根據圖1的電路裝置在高電流下的測量信號曲線；圖5為電路裝置第二實施例的示意頂視圖；以及圖6為電路裝置第三實施例的示意頂視圖。
具體實施例方式
圖1顯示了用於保護條形導體02不受過載電流損害的電路裝置的第一實施例01。條形導體02通過碾壓在載體箔片上的銅層而形成，並且僅在陰影區域中顯示其實際的幾何形狀。電路裝置01的其他線路僅示意表示為連接線的形式，但是也可以由條形導體元件組成。
設置在條形導體02上遊的伺服元件03由比較器元件04而控制。條形導體02提供電能給下遊負載24。可以依賴於比較器元件04的輸出信號通過開啟伺服元件03而關斷條形導體02的電力供應。
電路裝置01進一步包括測量元件05a和測量元件06a。參考區域07中兩個測量點08和09之間的電壓降10可以通過測量元件06a而以與參考區域07中溫度相關聯的測量變量的形式進行測量。測量區域11的截面積對應於常規的條形導體02的截面積，該區域中兩個測量點12和13之間的電壓降14可以通過測量元件05a進行測量。
參考區域07的寬度等於測量區域11的寬度的兩倍，其中這種增加的導體截面積導致參考區域07的發熱比測量區域11更加不明顯。為了補償由於更大的截面積導致的參考區域07中更低的電阻，參考區域07的測量點08和09之間的距離是測量區域11的測量點12和13之間距離的兩倍。在條形導體02發熱程度僅為中等的正常溫度範圍內，參考區域07和測量區域11中的電壓10和14下降量大致相同。通過測量元件06a測量的電壓降10在沒有放大的情況下，被發送給比較器元件04的第一輸入。測量區域11中的電壓降14在測量元件05中通過適當的放大器以放大因子0.8而放大，接著發送到比較器元件04的第二輸入。下面參考圖2、圖3和圖4中的測量信號曲線描述通過比較器元件04而評估測量值並且依賴於此而控制伺服元件03的電路裝置01的功能。
圖2示意顯示了在提供低電流給條形導體02時比較器元件04的兩個輸入處的測量信號曲線。在這些低電流下，條形導體02在參考區域07或者測量區域11中均不會發熱，從而參考區域07和測量區域11中的電壓降即電壓降10和14在該電流負載持續期間保持相等。測量元件05和06中的不同放大將電壓降14降低到電壓降10的80％。
圖3顯示了平均強度電流流經條形導體02時的信號曲線。在此電流強度下，條形導體02已經在更薄的測量區域11中顯著發熱，其中條形導體02的參考區域07中的溫度由於其更大的寬度而不會顯著增加。對於電壓降10和14，這意味著參考區域07中的電壓降10不會改變，因為該區域中溫度沒有增加，然而測量區域11中的電壓降14由於溫度增加而隨著時間顯著增加。在時間點t1，通過因子0.8放大的電壓降14對應於參考區域07中電壓降10。提供給比較器元件04的輸入的測量信號的這種對應關係通過比較器元件04被認為作為切換點，並且控制伺服元件03以使得一旦達到切換點則關斷。
圖4顯示了高電流下的測量信號曲線10和14。在這種高電流下，條形導體02在參考區域07和測量區域11中均發熱，其中參考區域07中的發熱由於其更大的截面積而比測量區域11中的發熱更加緩慢並且具有更平緩的梯度。對於兩個測量信號曲線，這意味著電壓降10的曲線相比電壓降14的測量曲線按照更小因子上升。這樣導致在時間點t2產生兩個曲線之間的交叉點，該點再次被認為作為切換點以關斷伺服元件03。
圖5示意顯示了可以用於保護條形導體02不受過載電流損害的電路裝置的第二實施例15。在此實施例中，兩個測量元件05b和06b通過如下所述的橋路電路形成。
條形導體02也包括雙倍標準寬度的參考區域07和標準寬度的測量區域11。第一電阻16和第二電阻17的串聯電路與參考區域07和測量區域11的串聯電路相併聯。連接線18的兩個部分18a和18b將比較器元件04的兩個輸入連接到參考區域07和測量區域11之間的第一接觸點19以及第一電阻16和第二電阻17之間的第二接觸點20上。因此連接線18形成測量橋路，從而可以相對於電勢20比較並且評估第一接觸點19的電勢。因此，通過該橋路電路形成了用於電勢比較的兩個測量元件05b和06b。
如果兩個電阻16和17具有適當的尺寸，則該測量橋路可以按照如下方式被解諧，即使得當在條形導體02中達到某個溫度時，兩個接觸點19和20處的電勢在數量上互相對應。在比較器元件04中檢測這種對應關係，並且接著致動(actuate)伺服元件03。
圖6顯示了本發明電路裝置的第三實施例21。在實施例21中，同樣通過橋路電路而形成用於電勢比較的兩個測量元件05c和06c。因此該電路裝置21的功能基本對應於電路裝置15的功能，然而其中通過兩個附加區域22和23形成兩個電阻16和17。在此情況下，第三區域22的設計對應於測量區域11的設計，而第四區域23的設計對應於參考區域07的設計。
權利要求
1.一種用於在機動車輛中保護導體元件(02)特別是條形導體不受過載電流損害的電路裝置(01，15，21)，具有第一測量元件(05)，用於直接或者間接測量所述導體元件(02)的測量區域(11)中的溫度或者與溫度相關聯的值；並且具有伺服元件(03)，用於降低或者特別是關斷對所述導體元件(02)的電力供應，其特徵在於，所述導體元件(02)的參考區域(07)上或參考區域(07)中的溫度或者與溫度相關聯的值可以由第二測量元件(06)而被直接或者間接地測量，其中相同的電流流過所述導體元件(02)的參考區域(07)和測量區域(11)，其中所述第一測量元件(05)和第二測量元件(06)的測量結果可以直接或者間接地在比較器元件(04)中進行比較，並且其中所述伺服元件(03)依賴於所述比較的結果而被控制。
2.根據權利要求1所述的電路裝置，其特徵在於，所述導體元件(02)在所述測量區域(11)中具有不同於所述參考區域(07)中的截面積，特別是具有不同寬度。
3.根據權利要求2所述的電路裝置，其特徵在於，所述導體元件(02)在所述參考區域(07)中具有比所述測量區域(11)中顯著更大的截面積，特別是在所述參考區域(07)中具有至少兩倍的寬度。
4.根據權利要求1至3中任何一者所述的電路裝置，其特徵在於，所述第一測量元件(05)實現為電壓測量元件的形式，用於測量所述導體元件(02)的測量區域(11)中的兩個測量點(12，13)之間的電壓降(14)；並且所述第二測量元件(06)實現為電壓測量元件的形式，用於測量所述導體元件(02)的參考區域(07)中的兩個測量點(08，09)之間的電壓降(10)。
5.根據權利要求4所述的電路裝置，其特徵在於，所述參考區域(07)中測量點(08，09)之間的距離與所述測量區域(11)中測量點(12，13)之間的距離的比值對應於所述參考區域(07)中導體元件(02)截面積與所述測量區域(11)中導體元件(02)截面積的比值。
6.根據權利要求4或者5所述的電路裝置，其特徵在於，在所述比較器元件(04)中執行比較之前按照預定的第一放大因子對所述第一電壓測量元件(05)的測量信號進行放大，並且/或者在所述比較器元件(04)中執行比較之前按照預定的第二放大因子對所述第二電壓測量元件(06)的測量信號進行放大。
7.根據權利要求6所述的電路裝置，其特徵在於，所述第一放大因子不同於所述第二放大因子。
8.根據權利要求4所述的電路裝置，其特徵在於，所述參考區域(07)中測量點(08，09)之間的距離與所述測量區域(11)中測量點(12，13)之間的距離的比值不同於所述參考區域(07)中導體元件(02)截面積與所述測量區域(11)中導體元件(02)截面積的比值。
9.根據權利要求4至8中任何一者所述的電路裝置，其特徵在於，所述比較器元件(04)致動所述伺服元件，特別是使得所述伺服元件在兩個差分電壓相等時切斷電力供應。
10.根據權利要求1至3中任何一者所述的電路裝置，其特徵在於，所述第一測量元件(05)和第二測量元件(06)通過橋路電路而形成。
11.根據權利要求10所述的電路裝置，其特徵在於，第一電阻(16，22)和第二電阻(17，23)的串聯電路與所述導體元件(02)的參考區域(07)和所述導體元件(02)的測量區域(11)的串聯電路並聯，其中作為連接線(18)形式的測量橋路設置在位於所述參考區域(07)和所述測量區域(11)之間的第一接觸點(19)與位於所述第一電阻(16，22)和所述第二電阻(17，23)之間的第二接觸點(20)之間，其中所述比較器元件(04)被插入所述連接線(18)中，並且其中所述第一接觸點(19)處的電勢可以與所述第二接觸點(20)處的電勢在所述比較器元件(04)中進行比較。
12.根據權利要求11所述的電路裝置，其特徵在於，所述參考區域(07)直接變形至所述測量區域(11)，並且所述第一接觸點(19)設置在所述參考區域(07)和所述測量區域(11)之間的過渡處。
13.根據權利要求11或者12所述的電路裝置，其特徵在於，所述第一電阻由所述導體元件(02)的第三區域(22)而形成，所述第三區域(22)的截面積對應於所述導體元件(02)的測量區域(11)，並且所述第二電阻由所述導體元件(02)的第四區域(23)而形成，所述第四區域(23)的截面積對應於所述導體元件(02)的參考區域(07)。
14.根據權利要求13所述的電路裝置，其特徵在於，所述第三區域(22)的長度對應於所述測量區域(11)的長度，並且所述第四區域(23)的長度對應於所述參考區域(07)的長度。
15.根據權利要求13或者14所述的電路裝置，其特徵在於，所述第三區域(22)的長度和所述測量區域(11)的長度分別並不對應於所述第四區域(23)的長度和所述參考區域(07)的長度。
16.根據權利要求13至15中任意一者所述的電路裝置，其特徵在於，所述第三區域(22)直接變形至所述第四區域(23)，並且所述第二接觸點(20)設置在所述第三區域(22)和所述第四區域(23)之間的過渡處。
17.根據權利要求1至16中任何一者所述的電路裝置，其特徵在於，所述第一測量元件(05)和/或第二測量元件(06)和/或比較器元件(04)和/或伺服元件(03)通過所述條形導體(02)和接觸在所述條形導體(02)上的電氣或者電子元件而形成。
18.根據權利要求1至17中任何一者所述的電路裝置，其特徵在於，所述導體元件(02)特別是所述條形導體設置在載體材料特別是載體箔片或者電路板上。
19.根據權利要求1至18中任何一者所述的電路裝置，其特徵在於，所述導體元件(02)特別是所述條形導體是通過對金屬層特別是銅層進行蝕刻或者打孔而製造的。
全文摘要
一種用於在機動車輛中保護導體元件(02)特別是條形導體不受過載電流損害的電路裝置(01，15，21)，其中所述電路裝置包括第一測量元件(05)，用於在所述導體元件(02)的測量區域(11)中直接或者間接測量溫度或者與溫度相關聯的測量值；並且包括伺服元件(03)，用於降低或者特別是關斷提供給所述導體元件(02)的電力供應。所述導體元件(02)的參考區域(07)中的溫度或者與溫度相關聯的測量值可以通過第二測量元件(06)進行直接或者間接測量，其中流過所述導體元件(02)的參考區域(07)的電流與流過測量區域(11)的電流相同，並且所述第一測量元件(05)和第二測量元件(06)的測量結果可以直接或者間接的在比較器元件(04)中進行比較，並且其中所述伺服元件(03)依賴於所述比較結果而被控制。
文檔編號H02H5/00GK101036274SQ200580026866
公開日2007年9月12日 申請日期2005年6月15日 優先權日2004年8月13日
發明者R·瓦格曼 申請人:因特蒂斯兩合公司