[发明专利]带有热机械保险丝的电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电路，其中，当出现故障时，热机械保险丝中断对负载的供电。汽车需要这样的电路。在汽车中使用了诸如进气加热器和附加的加热器的电子加热装置。

背景技术

进气加热器是用于对内燃机进气进行预热的加热装置。通过预热发动机将吸入的冷空气，可以改善燃烧性能并降低污染物排放和汽油消耗。

具有直接燃料喷射的现代柴油机和奥托(Otto)发动机具有高的热效率。这意味着，相对而言，它们不会产生太多的会加热车辆的乘客室的余热。这可以通过具有PTC电阻作为加热元件的电子的附加的加热器来弥补。

例如，在DE19515533C2和US6,073,615A中公开了进气加热器。例如，在EP390219B1和DE 10049030A1中公开了附加的加热器。

公知，通过功率半导体来控制用于操作这样的加热装置的加热元件的负载电流，例如通过脉宽调制过程进行的重复连接和断开。在该过程中，切换安培数达到三位数安培数范围即100安培以上的12伏、24伏或者将来的42伏的典型汽车电源电压的电流。因此，加热装置及其控制的操作故障很容易导致局部过热。因此，需要防止尤其是会使车辆或其乘客遇到危险的后果，特别是车辆中的加热装置或配线的起火。必须不惜任何代价来防止这样的危险情况。因此，公知，电子监视功率半导体和操作条件。为了检测短路，一种可能的监视在于确定流动通过功率半导体的电流，即，设置有电子加热元件的电路的负载电流。不仅负载或负载的一部分(尤其是电子加热电阻)会发生短路，而且用于控制功率输入的功率半导体自身也会发生短路。

公知具有集成温度保护的功率半导体。在加热电阻或其他负载中的短路引起温度偏移的情况下，它们能够独立地断开。功率半导体甚至不仅能够确定短路，而且能够通过监视电流和电压并将其与限值相比较来确定其他故障事件。如果功率半导体以这样的方式识别出欠压、过压或过载电流，它们可以独立地使其自身停止工作。

然而，如果功率半导体的电子监视也出现故障，其就不能履行其职责来阻止局部过热以及由此引起的故障和损害。已经发现非常难以控制的故障原因为预损伤的(pre-damaged)功率半导体，制造功率半导体的质量控制不能探知出预损伤的功率半导体的损伤。发现，预损伤的功率半导体的故障原因是其半导体材料失效，以至其总是导电的并短路负载电路。如果发生这种情况，则该负载电路总是流过仅仅由负载本身的电阻所限制的电流。即使监视电子装置探知出输出过高，功率输入也不再受到控制或者与这样损坏的功率半导体断开。监视电子装置对过量的输出是无能为力的，因为不再可以关断电流路径(损坏的功率半导体)。功率半导体的过热会延及设置了该功率半导体的印刷电路板由此会使电路板材料过热，致使后者生成同样会使车辆及其乘客遇到危险的有毒的和/或易燃的气体。另一后果为使负载供电系统中的电缆燃烧。

作为汽车中的负载电路的安全特征的用于极高电流的保险丝，不是熔断得太慢，就是不够可靠，以致不能及时中断所述类型的电子加热系统中的负载电流电路。

DE3825897C2公开了用于膜集成电路的热保险丝。公知的保险丝具有配置为U形或V形带的弹簧，其两个腿连接在载流电路中设置的两个焊料点，在该两个焊料点之间限定了由该弹簧跨过的间隙。该电路位于承载有将监视的集成膜电路的基板上。该集成膜电路与两个焊料点中的一个处于良好的热传导连接。在过热的情况下焊料点被加热。通过精心选择焊料，使该焊料在将保护的电路元件由于过热而被损坏之前软化。然而，缺点是该弹簧受到持续的预张力(pretension)，该持续的预张力倾向于使弹簧腿从焊料点松脱。振动、加热以及腐蚀增强了该倾向，使得保险丝出现不希望的跳闸或在太低的温度下跳闸。不可以消除这样的伪跳闸。由该保险丝保护的集成膜电路不能操作，尽管此后其还是可以操作的。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，通过所述方法，电路可由保险丝可靠地保护，其中所述电路设置有作为负载一个或多个加热电阻和控制功率输入的一个或多个功率半导体。该保护尤其适于机动车辆中的电附加的加热器和电进气加热器，适用于当功率半导体的介质击穿时保护功率半导体或者适用于当短路时保险丝保护加热元件。然而，重要的是，保险丝保护必须制造成本低并具有易于安装的简单结构。

通过具有权利要求1的特征的电路来实现该目的。其他有利的实施方式是从属权利要求的目的。