DE102015121568B4

DE102015121568B4 - System und verfahren für eine kontaktmessschaltung

Info

Publication number: DE102015121568B4
Application number: DE102015121568.3A
Authority: DE
Inventors: Anton Mauder; Jens Barrenscheen
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: CN105699778B; DE102015121568A1; US10042002B2; US20160169945A1; CN105699778A

Abstract

Kontaktmessschaltung, die dazu ausgebildet, zwischen einen ersten Kontakt (A) und einen zweiten Kontakt (B) gekoppelt zu werden, wobei die Kontaktmessschaltung (101c-101e) aufweist:einen ersten Transistor (108) mit einem ersten Leitungsanschluss (D), der dazu ausgebildet ist, mit dem ersten Kontakt (A) gekoppelt zu werden, einem zweiten Leitungsanschluss (S) und einem ersten Steueranschluss (G);einen Steuerkondensator (C3) mit einem direkt mit dem zweiten Leitungsanschluss (S) gekoppelten ersten Kondensatoranschluss und einem direkt mit dem ersten Steueranschluss (G) gekoppelten zweiten Kondensatoranschluss, wobei der zweite Kondensatoranschluss dazu ausgebildet, mit dem zweiten Kontakt (B) gekoppelt zu werden, undeine mit dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss gekoppelte Spannungsmesseinheit (106).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektronische Schaltungen und in bestimmten Ausführungsformen ein System und ein Verfahren für eine Kontaktmessschaltung.
Elektrische Schaltungen sind in der Technik überall vorhanden und existieren sowohl als technologische Innovationstreiber wie auch als Gegenstand zahlreicher Erfindungen von gestern und heute. Allgemein umfassen elektrische Schaltungen bekannte Elemente und werden nach bekannten Gesetzen verstanden. Zum Beispiel umfassen Schaltungselemente oft Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Transistoren, Dioden, Transformatoren, Batterien und Relais, um einige zu nennen. Ferner können diese Schaltungen, zumindest teilweise, mithilfe des Ohm'schen Gesetzes, der Kirchhoff schen Regeln und diversen anderen Schaltungstricks verstanden werden. In diesem Sinne ist eine der wichtigen Eigenschaften der meisten Schaltungselemente die elektrische Impedanz oder, in einem vereinfachten Fall, der elektrische Widerstand wie in dem vereinfachten Ohm'schen Gesetz $V = I \cdot R$
gezeigt, wobei V die Spannung, R der elektrische Widerstand, und I der elektrische Strom ist. Hier bestimmt, im einfachsten Grundprinzip des Betriebs von Schaltungen, der elektrische Widerstand R das Zusammenspiel von Spannung und Strom.
Das Verständnis des Widerstands von elektrischen Elementen ist somit für den Betrieb von elektrischen Schaltungen oft nützlich. Zum Beispiel kann, in dem Rahmen, in dem höhere Spannungen an elektrische Elemente angelegt werden, die im elektrischen Element abgeführte Leistung mit einem höheren elektrischen Widerstand erheblich ansteigen. Des Weiteren wird mit steigendem elektrischem Widerstand und steigender Verlustleistung zusätzliche Wärme im elektrischen Element produziert. Wenn zu viel Wärme produziert wird, kann es sein, dass die elektrische Schaltung in irgendeiner Weise versagt, z. B. durch Schmelzen, Brand oder Fehlfunktion. Der elektrische Widerstand elektrischer Elemente hat somit eine Wirkung auf elektrische Schaltungen und damit auf die Technik, in der diese Schaltungen verwendet werden, von Kraftfahrzeugen bis hin zu Computern, zum Beispiel.
Der elektrische Widerstand ist, zur weiteren Illustration, oft an einer Schnittstelle wichtig. In manchen Fällen wird der elektrische Widerstand an einer Schnittstelle als Kontaktwiderstand bezeichnet. Auch der Kontaktwiderstand ist in zahlreichen elektrischen Schaltungen sowohl im großen wie im kleinen Maßstab wichtig. Zum Beispiel werden elektrische Kontakte dazu verwendet, Schnittstellen mit Halbleiter-Dies, z. B. im Mikrometer(µm)-Maßstab zu bilden, und sie werden auch in mechanischen Relais verwendet, die Ströme von z. B. einer 1000-Volt-Quelle leiten oder sperren können. Im kleinen wie im großen Maßstab können elektrische Kontakte sowohl für ein Versagen als auch für einen besseren Betrieb verantwortlich sein. Das Verständnis des Kontaktwiderstands ist somit für innovative Lösungen ein wichtiges Ziel.
Die US 6 407 534 B1 beschreibt einen Batterieüberwachungsschaltung mit einem ersten und zweiten Schalter, einem Stromspiegel und einem Kondensator. Der erste und zweite Schalter, der Stromspiegel und der Kondensator sind so verschaltet, dass bei geschlossenem ersten Schalter und geöffnetem zweiten Schalter der Kondensator über den Stromspiegel aus der Batterie geladen wird. Bei geöffnetem ersten Schalter und geschlossenem zweiten Schalter ist der Kondensator von der Batterie getrennt und wird über eine externe Last, an die der Kondensator über den zweiten Schalter angeschlossen ist, entladen. Der Ladezustand des Kondensators wird beim Laden und Entladen durch eine Steuerschaltung überwacht, um auf einen Zustand der Batterie schließen zu können.
Die JP 2009 - 239 535 A beschreibt eine Gleichrichterschaltung mit einem ersten Kondensator, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe zu einer Parallelschaltung mit einem Widerstand und einem Kondensator geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung mit dem Transistor und der Parallelschaltung eine Gleichspannung erhält. Zwischen der Basis des ersten Transistor und einem dem ersten Transistor abgewandten Anschluss der Parallelschaltung liegt eine Wechselspannung an, nach deren Maßgabe der Kondensator geladen wird. Der Ladezustand des Kondensators bestimmt den Arbeitspunkt eines zweiten Transistors, an dem eine vom Ladezustand des Kondensators abhängige Ausgangsspannung zur Verfügung steht. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Schaltung zur Messung eines Kontaktwiderstands und ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktmessschaltung nach Anspruch 1 oder 16 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Kontaktmessschaltung ausgelegt, zwischen einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt gekoppelt zu werden, und die Kontaktmessschaltung umfasst einen ersten Transistor, einen Steuerkondensator und eine Spannungsmesseinheit. Der erste Transistor umfasst einen ersten Leitungsanschluss, der dazu ausgebildet, mit dem ersten Kontakt, einem zweiten Leitungsanschluss und einem ersten Steueranschluss gekoppelt zu werden. Der Steuerkondensator umfasst einen mit dem zweiten Leitungsanschluss direkt gekoppelten ersten Kondensatoranschluss und einen mit dem ersten Steueranschluss direkt gekoppelten zweiten Kondensatoranschluss. Die Spannungsmesseinheit ist mit dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss gekoppelt, und der zweite Kondensatoranschluss ist ausgelegt, mit dem zweiten Kontakt gekoppelt zu werden.
Für ein eingehenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen

1 ein Systemblockschaltbild eines ausführungsgemäßen Relaissystems veranschaulicht;
2 eine schematische Darstellung einer möglichen Kontaktmessschaltung veranschaulicht;
3 eine schematische Darstellung einer anderen möglichen Kontaktmessschaltung veranschaulicht;
4 eine schematische Darstellung einer Kontaktmessschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
5 eine schematische Darstellung einer anderen Kontaktmessschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
6 ein Systemblockschaltbild eines Kontaktmesssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
7a eine schematische Darstellung einer weiteren Kontaktmessschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
7b eine schematische Darstellung einer Transistorimplementierung gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Kontaktmessschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
8 eine schematische Darstellung einer anderen Kontaktmessschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
9a, 9b, 9c, 9d, 9e, und 9f Strom- und Spannungsverlaufsdiagramme von ausführungsgemäßen Messschaltungen im simulierten Betrieb veranschaulicht und
10 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Messen von Kontakten gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich einander entsprechende Zahlen und Symbole in den verschiedenen Figuren allgemein auf einander entsprechende Teile. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die wichtigen Gesichtspunkte der Ausführungsformen klar darstellen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet.
Die Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen werden nachfolgend ausführlich erörtert. Es versteht sich dabei jedoch, dass die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen in einer breiten Vielzahl spezieller Zusammenhänge anwendbar sind. Die erörterten speziellen Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend für spezielle Wege der Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen und sind nicht als den Schutzbereich der Erfindung einschränkend auszulegen.
Die Beschreibung richtet sich auf verschiedene Ausführungsformen in einem speziellen Zusammenhang, nämlich Messschaltungen, und insbesondere Kontaktmessschaltungen, für mechanische Kontakte. Einige der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen umfassen Kontaktmessschaltungen, die in Hochspannungsanwendungen, wie zum Beispiel Anwendungen in Kraftfahrzeugen, mit mechanischen Relais gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen können Aspekte auch auf andere Anwendungen mit jeglicher Art von Messschaltung gemäß einer beliebigen im Stand der Technik bekannten Machart angewendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen überwacht eine selbstschützende automatische Messschaltung den Kontaktwiderstand an der Ankopplung eines elektrischen Elements. Elektrische Elemente mit wichtigen Kontaktwiderständen können zum Beispiel mechanische Relais, elektrische Sicherungen, elektrische Schalter und Kontaktstöpsel umfassen, um einige zu nennen.
1 zeigt ein Systemblockschaltschema eines ausführungsgemäßen Relaissystems 100 gemäß einer speziellen beispielhaften Ausführungsform. In dieser speziellen beispielhaften Ausführungsform umfasst das Relaissystem 100 ein zwischen eine als Hochspannungsbatterie 102 dargestellte Spannungsquelle und einen als elektrischen Motor 104 für ein Kraftfahrzeug dargestellten Verbraucher gekoppeltes mechanisches Relais 105. Im Betrieb verbindet das mechanische Relais 105 die Hochspannungsbatterie 102, die eine Versorgungsspannung VSUP von z. B. zwischen 400 V und 800 V erzeugen kann, mit dem elektrischen Motor 104 und kann einen Strom in der Größenordnung von 10 oder 100 Ampere leiten.
In einer solchen Ausführungsform weist das mechanische Relais 105 einen elektrischen Widerstand R_Relais auf, der ungefähr gleich dem Kontaktwiderstand R_AB des mechanischen Relais 105 zwischen den Knoten A und B ist. In einer idealen Situation ist der Kontaktwiderstand R_AB null. In der Praxis kann der elektrische Widerstand R_Relais ≈ R_AB in der Größenordnung von Milliohm (mΩ) oder Mikroohm (µΩ) liegen. Der Kontaktwiderstand R_AB kann gemäß verschiedenen Techniken gesenkt werden, wie etwa durch Einstellen der chemischen Eigenschaften und Vergrößern der Kontakte, was zu höheren Kosten führen kann. Im Verlauf der Zeit kann jedoch der Gebrauch des mechanischen Relais 105 zur Abnutzung der Kontakte führen, wodurch sich die Kontakte verschlechtern, und es können sich auch Oxide oder andere Substanzen anlagern, so dass sich die Leistung reduziert und der Kontaktwiderstand R_AB erhöht.
Falls, als Beispiel, der Kontaktwiderstand R_AB im Laufe der Zeit durch Abnutzung auf 1 Ω ansteigt, würde ein durch das Relais fließender Strom von 40 A der folgenden Leistungsgleichung zufolge 1600 Watt abführen $P = I^{2} \cdot R,$
wobei P die Verlustleistung, I der Strom und R der elektrische Widerstand ist, was die Rechnung (40A)²·(1Ω) = 1600 W ergibt. In solchen Fällen würden im mechanischen Relais 105 1600 W abgeführt, was zu übermäßiger Wärme und zur Zerstörung des Systems führen kann und im System eine Quelle von Ineffizienz sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen misst somit die Kontaktmessschaltung 101 den Kontaktwiderstand R_AB zwischen den Knoten A und B, um den Kontaktwiderstand zu überwachen und ein Versagen oder eine Leistungsminderung zu verhindern. In manchen Ausführungsformen ist die Kontaktmessschaltung 101 selbstschützend und automatisch, und erfordert keine Steuersignale von einer externen oder zusätzlichen Steuereinheit. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Kontaktmessschaltung 101 durch den Betrieb eines im Folgenden hier in Bezug auf die Transistoren 108 und 109 beschriebenen selbstleitenden Verarmungstyp-Bauelementes selbstanpassend. Wie oben erörtert, ist das Relaissystem 100 eine beispielhafte Ausführungsform, die sich speziell auf einen elektrischen Motor, eine Hochspannungsbatterie und ein mechanisches Relais bezieht. In anderen Ausführungsformen können ausführungsgemäße Kontaktmessschaltungen in einem beliebigen Typ von Schaltung oder System mit einem beliebigen Typ von Schalter oder elektrischem Element wie mechanischen Relais, mechanischen Schaltern, elektrischen Sicherungen, elektrischen Schaltern (mechanisch oder elektronisch) und Kontaktstöpseln umfasst sein, um einige zu nennen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer über den Schalter S1 gekoppelten Kontaktmessschaltung 101a, die den Messkondensator C1, die Spannungsmesseinheit 106 und eine Widerstandstrennschaltung mit zwischen die Knoten A und B gekoppelten Widerständen R1, R2 und R3 umfasst. Die Kontaktmessschaltung 101a kann auch ein mit dem Messkondensator C1 parallel gekoppeltes Spannungsbegrenzungselement umfassen, wie die Zener-Dioden 114 und 116 oder den Varistor 112.
Die Kontaktmessschaltung 101a misst eine Spannung über dem Messkondensator C1 und Widerstand R2, die proportional mit einer Spannung über dem zwischen die Knoten A und B gekoppelten Schalter S1 in Beziehung steht. Die Spannung über dem Schalter S1 zeigt den elektrischen Widerstand im Schalter S1 an, einschließlich des Kontaktwiderstands R_AB zwischen den Knoten A und B, da die Spannung nach dem Ohm'schen Gesetz proportional zum elektrischen Widerstand ansteigt. In dieser möglichen Ausgestaltung kann die Widerstandsteilerschaltung mit den Widerständen R1, R2 und R3 im Falle eines Hochspannungsbetriebs die Spannungsmesseinheit 106 in der wirksamen Bestimmung der Spannung über dem Schalter S 1 einschränken, da die Widerstände R1 und R3 in Hochspannungsausgestaltungen wie zwischen 500 kΩ und 50 MΩ sehr hoch sein können, um die Spannungsmesseinheit 106 vor hohen Spannungen, wie zum Beispiel zwischen 400 V und 1500 V, zu schützen, und um bei geöffnetem Schalter S1 hohe Ströme in der Kontaktmessschaltung 101a zwischen den Knoten A und B zu verhindern. Die Spannungsmesseinheit 106 kann zum Beispiel einen Betriebsbereich von 100 mV bis 300 mV aufweisen und kann eine Spannungstoleranz von bis zu 3 V umfassen. In anderen Anwendungen kann die Spannungsmesseinheit 106 einen Betriebsbereich unter 100 mV oder über 300 mV aufweisen und kann eine Spannungstoleranz über 3 V umfassen. In solchen Fällen, wie in 2 gezeigt, in denen die Widerstände R1 und R3 groß sind, kann es schwierig sein, unter Verwendung der an den Messkondensator C1 und R2 gekoppelten Spannungsmesseinheit 106 einen Spannungsabfall im Millivoltbereich zwischen den Knoten A und B zu bestimmen.
Um ein vollständiges Gleichstrom-Sperren bereitzustellen und die Baugröße der Widerstände in einer Messschaltung zu verringern, kann in den Messschaltungsstromweg zwischen die Knoten A und B ein zusätzlicher Schalter eingebunden werden. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Kontaktmessschaltung 101b, die den mit dem Messkondensator C2 und Messwiderstand R4 zwischen den Knoten A und B in Reihe gekoppelten Schalter S2 umfasst. Der Messkondensator C2 und Messwiderstand R4 sind parallel gekoppelt und die Spannungsmesseinheit 106 ist mit der Parallelkombination von C2 und R4 gekoppelt und ausgelegt, die Spannung an der Parallelkombination von C2 und R4 zu messen. Wenn die Schalter S1 und S2 geschlossen sind, misst die Spannungsmesseinheit 106 direkt die Spannung über dem Schalter S1, die je nach dem elektrischen Widerstand, einschließlich dem Kontaktwiderstand, des Schalters S 1, im Millivolt- oder Voltbereich liegen kann. Wenn der Schalter S1 geöffnet ist, muss auch der Schalter S2 mittels der Steuereinheit 110 gesteuert werden, um ebenfalls geöffnet zu werden. Falls der Schalter S1 geöffnet und der Schalter S2 nicht geöffnet wird, kann die Spannungsmesseinheit 106 zerstört werden falls eine mäßige oder hohe Spannung an den Knoten A angelegt wird. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Schalter S1 vor dem Schließen des Schalters S2 geschlossen, und der Schalter S2 wird vor dem Öffnen des Schalters S1 geöffnet, um eine Beschädigung oder Zerstörung der Spannungsmesseinheit 106 zu verhindern. Im Fall eines zum Beispiel durch einen Zeitsteuerungsfehler verursachten Versagens des Schalters S1 oder Schalters S2 kann eine Beschädigung oder Zerstörung der Spannungsmesseinheit 106 eintreten.
Die Kontaktmessschaltung 101b ermöglicht das Entfernen der Widerstände R1 und R3 für hohe Spannungen und bietet verbesserte Messungen der Spannung über dem Schalter S1, wenn der Schalter S1 geschlossen ist. In solchen Fällen, wie in 3 gezeigt, kann der Einbau einer Steuereinheit 110 und des Schalters S2 die Kosten und Komplexität des Betriebs erhöhen. Wie oben erwähnt, kann es, falls die Steuereinheit 110 und der Schalter S2 fehlerhaft arbeiten, möglich sein, dass die Spannungsmesseinheit 106 zerstört wird. Der Betrieb der Steuereinheit 110 kann daher ein zusätzliches Prüfen oder eine zusätzliche Redundanz erfordern, wodurch sich die Komplexität erhöhen kann.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer ausführungsgemäßen Kontaktmessschaltung 101c, die den mit dem Steuerkondensator C3 über den zwischen die Knoten A und B gekoppelten Schalter S1 in Reihe gekoppelten Transistor 108 umfasst. Die Spannungsmesseinheit 106 ist über Anschlüsse des Steuerkondensators C3 gekoppelt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die Kontaktmessschaltung 101c am Knoten A mit der positiven Spannung VP gespeist und durch den Knoten B an einen Verbraucher gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Kontaktmessschaltung 101c mittels Spannungen an den Knoten A und B und dem Einfluss des Steuerkondensators C3 automatisch gesteuert, in den Ein-Zustand und den Aus-Zustand überzugehen. In solchen Ausführungsformen ist die Kontaktmessschaltung 101c selbstschützend und stellt mit dem Transistor 108 zwischen den Knoten A und B ein Gleichspannungssperren bereit, wenn der Schalter S1 geöffnet ist und der Knoten A mit einer positiven Spannung VP versorgt wird. Die Kontaktmessschaltung 101c kann somit ein gesteuertes Schalten ohne Steuersignal oder externe Steuerschaltung aufweisen. In manchen speziellen Ausführungsformen umfasst die Kontaktmessschaltung 101c zum Steuern des Transistors 108 nur nicht-schaltende Impedanzelemente.
In verschiedenen Ausführungsformen geht der Transistor 108 in einen leitenden Zustand, einen Ein-Zustand, über, wenn der Schalter S1 geschlossen wird und der Spannungsabfall VAB über dem Schalter S1 klein ist. In einer speziellen Ausführungsform ist der Transistor 108 in leitendem Zustand, wenn der Spannungsabfall VAB kleiner ist als die Schwellenspannung des Transistors 108. Der Transistor 108 geht in einen Sperrzustand über, wenn der Spannungsabfall VAB größer ist als die Schwellenspannung des Transistors 108, wie zum Beispiel wenn der Schalter S1 geöffnet ist und die positive Spannung VP sperrt, was dazu führt, dass sich der Spannungsabfall VAB erhöht. In manchen Ausführungsformen können die Spannungspolarität und Bauelementtypen getauscht werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann, wenn die Größenordnung des Spannungsabfalls VAB größer ist als die Größenordnung der Schwellenspannung des Transistors 108, der Transistor 108 in einen Sperrzustand übergehen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Transistor 108 ein selbstleitender Transistor, wie z. B. ein Verarmungstyp-Transistor. In solchen Ausführungsformen ist der Drain des Transistors 108 mit dem Knoten A gekoppelt, die Source des Transistors ist mit einem ersten Anschluss des Steuerkondensators C3 gekoppelt, und das Gate des Transistors 108 ist mit einem zweiten Anschluss des Steuertransistors C3 gekoppelt. Wenn der Schalter S1 geschlossen wird und der Spannungsabfall VAB klein oder nahe null ist, weist auch der Transistor 108 eine kleine über das Gate und die Source angelegte Spannung oder Spannung nahe null auf, was dazu führt, dass der Transistor 108 in einen leitenden Zustand übergeht und ermöglicht, dass der Spannungsabfall VAB vom Steuerkondensator C3 abgetastet werden kann. Wenn der Schalter S1 geöffnet wird, fällt die Spannung am Knoten B verglichen mit der Spannung am Knoten A ab. Der Spannungsabfall VAB wird als -VAB über das Gate und die Source des Transistors 108 angelegt, so dass der Transistor 108 abgeschaltet wird, oder in einen nicht-leitenden Zustand übergeht, wenn der Spannungsabfall VAB von größerer Größenordnung ist als die Schwellenspannung, d. h. VGS des Transistors 108. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist somit die Kontaktmessschaltung 101c in der Lage, kleine Spannungen über dem Schalter S1 zu messen, wie etwa wenn der Schalter S1 geschlossen wird, und ist auch in der Lage, eine Gleichstromsperrung für große Spannungen über dem Schalter S1 bereitzustellen, wie etwa wenn der Schalter S1 geöffnet ist. In solchen Ausführungsformen kann, aufgrund des beschriebenen Betriebs, die Kontaktmessschaltung 101c als automatische selbst-schützende Messschaltung bezeichnet werden, die ohne Steuergerät oder externe Steuerungseingaben eine Gleichstromsperrung bereitstellt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Kontaktmessschaltung 101c durch den Betrieb des Transistors 108, bei welchem es sich um ein selbstleitendes Verarmungstyp-Bauelement handelt, selbstschützend oder selbstanpassend.
In manchen Ausführungsformen ist die positive Spannung VP eine Hochspannung. In einer speziellen Ausführungsform ist die positive Spannung VP größer als 100 V. In einer anderen Ausführungsform ist die positive Spannung VP größer als 400 V. Gemäß weiterer spezieller Ausführungsformen ist der Transistor 108 ein Hochspannungs-Verarmungstyp-Transistor. Der Transistor 108 kann ein selbstleitendes vertikales Hochspannungs-Leistungsbauelement sein. In einigen speziellen Ausführungsformen weist der Transistor 108 einen negativen Gate-Source-Spannungsschwellenwert zwischen -0,6 V und -3 V auf. In anderen Ausführungsformen weist der Transistor 108 einen Gate-Source-Spannungsschwellenwert außerhalb dieses Bereichs auf.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannungsmesseinheit 106 verschiedene Typen von Spannungsmesselementen umfassen. Zum Beispiel kann die Spannungsmesseinheit 106 einen Analog-Digital-Wandler (ADW) umfassen. In einer Ausführungsform ist die Spannungsmesseinrichtung 106 ein Sigma-Delta-ADW. Ein Vorteil eines Sigma-Delta ADW kann hochgenaue Wandlungsergebnisse mit einer einfachen Schnittstelle umfassen.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen ausführungsgemäßen Kontaktmessschaltung 101d, die den Transistor 108, den Steuerkondensator C3, die Spannungsmesseinheit 106, den Widerstand R5 und ein Spannungsbegrenzungselement wie z. B. Zener-Dioden 118 und 120 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kontaktmessschaltung 101d in ähnlicher Weise arbeiten wie oben in Bezug auf die Kontaktmessschaltung 101c in 4 beschrieben. Die Beschreibung ähnlicher Elemente in Bezug auf 4 gilt somit auch für ähnlich nummerierte Elemente in 5 und die Beschreibung wird hier der Kürze halber nicht wiederholt.
In verschiedenen Ausführungsformen sind zusätzlich der Widerstand R5 und die Zener-Dioden 118 und 120 in der Kontaktmessschaltung 101d umfasst, verglichen mit der Kontaktmessschaltung 101c. Der Widerstand R5 kann die RC-Zeitkonstante der Kontaktmessschaltung 101d beeinflussen oder verändern und kann auch den anderen Elementen in der Kontaktmessschaltung 101d Schutz gegen Stromspitzen oder andere Fehler bieten.
Die Zener-Dioden 118 und 120 können die Spannung über dem Steuerkondensator C3 begrenzen. In manchen Ausführungsformen kann sich der Steuerkondensator C3 aufgrund des Verluststroms des Transistors 108, wenn der Spannungsabfall VAB groß ist, wie etwa wenn der Schalter S1 geöffnet ist, langsam auf eine höhere Spannung als die Schwellenspannung des Transistors 108 aufladen. Die Spannungsmesseinheit 106 kann beschädigt werden, falls die Spannung über dem Steuerkondensator C3 eine sichere Betriebsspannung für die Spannungsmesseinheit 106 übersteigt. In manchen Ausführungsformen können die Zener-Dioden 118 und 120 so gewählt werden, dass sie die Spannung über dem Steuerkondensator C3 auf unter die sichere Betriebsspannung der Spannungsmesseinheit 106 begrenzen. Zum Beispiel kann die sichere Betriebsspannung der Spannungsmesseinheit 106 3 V sein, und die Zener-Dioden 118 und 120 sind ausgelegt, einen Strom zu leiten, wenn eine Spannung von 2 V an die Zener-Dioden 118 und 120 angelegt wird. In verschiedenen anderen Ausführungsformen können die Zener-Dioden 118 und 120 als andere Typen von Spannungsbegrenzungselementen wie reguläre Dioden oder Varistoren implementiert werden.
6 zeigt ein Systemblockschaltbild eines ausführungsgemäßen Kontaktmesssystems 200, das die Kontaktmessschaltung 101, den Schalter S1, das Systemsteuergerät 202, das galvanische Trennelement 204 und eine potentialfreie Versorgung 206 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Schalter S1 zwischen die Spannungsversorgung 208, die entweder Wechselstrom oder Gleichstrom (AC oder DC) liefert, und das Verbraucherelement 210 gekoppelt sein. Die Kontaktmessschaltung 101 kann eine beliebige der hier beschriebenen Kontaktmessschaltungen umfassen, und arbeitet dahingehend, den Kontaktwiderstand R_AB zwischen den Knoten A und B für den Schalter S1 wie oben beschrieben zu bestimmen und zu überwachen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Kontaktmessschaltung 101 hier beschriebene Kontaktmessschaltungen 101c, 101d oder 101e umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen stellt das Systemsteuergerät 202 dem Schalter S1 Steuersignale bereit, um das Schalten des Schalters S 1 zu regeln, und das Systemsteuergerät 202 kommuniziert durch ein galvanisches Trennelement 204 mit der Kontaktmessschaltung 101, um Spannungsmessungen zu erhalten. Anhand der von der Kontaktmessschaltung 101 durch das galvanische Trennelement 204 erhaltenen Spannungsmessungen bestimmt das Systemsteuergerät 202 den Kontaktwiderstand R_AB zwischen den Knoten A und B. Falls der Kontaktwiderstand R_AB über einen Fehlerschwellenwert hinaus ansteigt, kann das Systemsteuergerät dies dem Benutzer durch die Fehlermeldeeinheit 212 melden. Zum Beispiel kann die Fehlermeldeeinheit 212 im Fall eines mechanischen Relais für ein Kraftfahrzeug eine für den Fahrer sichtbare Warnleuchte aufleuchten lassen. In anderen Ausführungsformen, in denen der Schalter S1 ein mechanisches Relais ist, kann das Systemsteuergerät 202 eine Reparatursequenz einleiten, um den Schalter S 1 unter hoher Spannung zu öffnen und zu schließen, um einen elektrischen Überschlag zu bewirken, um Material von den Kontakten zu beseitigen und den Kontaktwiderstand zu senken.
Das Systemsteuergerät 202 kann das Ergebnis der Kontaktmessung für Plausibilitätsprüfungen anderer Systemkomponenten verwenden. In einer Ausführungsform liefert ein zwischen der Spannungsversorgung 208, bei der es sich um eine Hochspannungsversorgung handeln kann, und einem Verbraucherelement 210 gelegener Stromsensor (nicht gezeigt) ein den Verbraucherstrom anzeigendes Signal. Die über dem Schalter S1 gemessene Spannung enthält auch Informationen über den tatsächlichen Strom durch den Schalter S1, der gleich dem Verbraucherstrom ist. In manchen Ausführungsformen können diese zwei gemessenen Werte verglichen werden, um zu bestimmen, ob eine der beiden Messungen falsch ist. Zum Beispiel kann das Systemsteuergerät, falls der Stromsensor ein Ergebnis liefert, das null Strom anzeigt, und die Kontaktmessschaltung 101 einen Wert liefert, der noch im Messbereich für die Kontaktmessung aber nicht nahe bei null liegt, einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb oder einen Fehlerzustand für den Stromsensor identifizieren.
In manchen Ausführungsformen kann, falls der Schalter S1 ein mechanischer Schalter oder ein mechanisches Relais ist, ein Schließen des Schalters eine Streuung oder ein Kontaktprellen verursachen. Während dieser Zeit kann die Kontaktmessung nicht die niedrige Spannung eines geschlossenen Kontakts im statischen Betrieb zeigen. Daher kann das Systemsteuergerät 202 eine Kontaktverifizierung durch Spannungsmessungen nach einer eingestellten Verzögerungszeit nach dem Schließen des Schalters S 1 ermöglichen. Eine Kontaktstreuung wird auch durch Parameter beeinflusst, die ein mechanisches Relais steuern, wie z. B. den Versorgungsstrom durch eine Spule, der die Kontakte ansteuert, oder die interne Struktur eines Relais, wie z. B. die Steifigkeit von Federn, die einen Kontakt bereitstellen. Eine Veränderung der Steuerung des mechanischen Relais oder in der internen Struktur des mechanischen Relais kann zu längerer Kontaktstreuung führen. Wenn die Kontaktstreuung länger andauert als die ursprünglich festgelegte oder eingestellte Verzögerungszeit, kann das Systemsteuergerät 202 eine andauernde Kontaktstreuung identifizieren und den Benutzer durch die Fehlermeldeeinheit 212 benachrichtigen.
Die Kontaktmessschaltung 101 umfasst eine Spannungsmesseinheit, wie hier in Bezug auf 2-5 und 7 beschrieben. In verschiedenen Ausführungsformen kann zum Beispiel die Spannungsmesseinheit als ADW, als Sigma-Delta-ADW oder als Komparator zum Vergleichen des Spannungsabfalls VAB über die Anschlüsse A und B mit einem Schwellenwert oder einer analogen Spannungsmessung implementiert werden. Je nach dem Typ der Spannungsmesseinheit kann der Kommunikationskanal zwischen dem Systemsteuergerät 202 und der Spannungsmesseinheit in der Kontaktmessschaltung 101 verschiedene Typen von Signalen umfassen. In einer Ausführungsform empfängt ein Sigma-Delta-ADW ein Sigma-Delta-Taktsignal aus dem Systemsteuergerät 202 (durch das galvanische Trennelement 204) und kommuniziert Informationen mit einem Sigma-Delta-Datensignal (wieder durch das galvanische Trennelement 204). In anderen Ausführungsformen können weitere Ausgestaltungen von Signalen, einschließlich mehr oder weniger Signalen, verwendet werden, um zwischen der Spannungsmesseinheit und dem Systemsteuergerät 202 zu kommunizieren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Systemsteuergerät 202 eine Mikroprozessorsteuerung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), oder zusammengebaute diskrete digitale oder analoge Komponenten sein. Das galvanische Trennelement 204 kann als induktives, kapazitives oder optisches Isolationselement implementiert sein. In bestimmten Ausführungsformen ist das galvanische Trennelement 204 als Optokoppler oder als Transformator implementiert. Der Schalter S1 kann ein mechanisches oder ein Festkörperrelais, eine Sicherung oder ein elektrischer Schalter sein. In weiteren Ausführungsformen kann das Kontaktmesssystem 200 für einen beliebigen Typ von Kontaktmessung angeordnet sein, einschließlich zum Messen von nicht-schaltenden Elementen wie Kontaktstöpseln, zum Beispiel. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine potentialfreie Versorgung 206 als potentialfreie Leistungsversorgung mit einem Transformator implementiert werden. In anderen Ausführungsformen können alternative bekannte Lösungsansätze angewendet werden, um eine potentialfreie Leistungsversorgung zu implementieren.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren ausführungsgemäßen Kontaktmessschaltung 101e, die über dem Schalter S 1 befestigt ist und den Transistor 108, den Transistor 109, den Steuerkondensator C3, die Widerstände R6 und R7 und die Dioden 122a, 122b, 122c, 124a, 124b, und 124c umfasst. Die Spannungsquelle 126 versorgt den Knoten A und der Verbraucher 128 ist mit dem Verbraucher B gekoppelt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannungsquelle 126 eine AC-Spannungsquelle sein, und der Verbraucher 128 wird mittels des induktiven Bauelements LL und des Widerstands RL modelliert. Der Betrieb der Kontaktmessschaltung 101e ist ähnlich wie der Betrieb der in Bezug auf 4 und 5 beschriebenen Kontaktmessschaltungen, mit dem Zusatz, dass der Transistor 109 bewirkt, dass die Kontaktmessschaltung 101e einen bipolaren Betrieb und ein bipolares Sperren bereitstellt. In solchen Ausführungsformen können Spannungen einer der beiden Polaritäten zwischen den Knoten A und B angelegt werden, und die Kontaktmessschaltung 101e arbeitet dahingehend, den Spannungsabfall VAB zu messen, oder ein DC-Sperren zwischen den Knoten A und B bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen kann die Spannungsquelle 126 auch eine DC-Spannungsquelle sein.
In verschiedenen Ausführungsformen arbeiten die Transistoren 108 und 109 dahingehend, in einen Ein-Zustand oder leitenden Zustand überzugehen, wenn der Spannungsabfall VAB von geringerer Größenordnung ist als eine Schwellenspannung, und in einen Aus-Zustand oder nicht-leitenden Zustand überzugehen, wenn der Spannungsabfall VAB von größerer Größenordnung ist als die Schwellenspannung. In manchen Ausführungsformen ist die Schwellenspannung die Schwellenspannung der Transistoren 108 und 109. In speziellen Ausführungsformen sind Transistoren selbstleitende Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren (FETs) und die Schwellenspannung ist die Gate-Source-Spannung VGS des Transistors. In einer noch spezielleren Ausführungsform sind die Transistoren 108 und 109 jeweils als Hochspannungs-Verarmungstyp-FET implementiert.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen sind die Transistoren 108 und 109 beide im Ein-Zustand und die Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3 ist gleich dem Spannungsabfall VAB über dem Schalter S1, wenn der Spannungsabfall VAB von geringerer Größenordnung ist als die Schwellenspannung, wie etwa wenn der Schalter S1 geschlossen ist. Wenn der Spannungsabfall VAB von größerer Größenordnung ist als die Schwellenspannung, wie etwa wenn der Schalter S1 geöffnet ist, ist einer der Transistoren 108 und 109 im Aus-Zustand und die Messspannung VM kann auf die Schwellenspannung begrenzt sein. In solchen Ausführungsformen kann die Messspannung VM am Steuerkondensator C3 dem Spannungsabfall VAB folgen, bis sie in der Größenordnung die Schwellenspannung erreicht. In einer speziellen Ausführungsform ist, wenn der Spannungsabfall VAB bei einer der Polaritäten von größerer Größenordnung ist als die Gate-Source-Schwellenspannung VGS der Transistoren 108 und 109, einer der Transistoren 108 und 109 im Aus-Zustand, oder nicht-leitend. Zum Beispiel ist, wenn der Spannungsabfall VAB positiv ist (von links nach rechts über dem Schalter S1, wie gezeigt) und größer als die Gate-Source-Schwellenspannung VGS der Transistoren 108 und 109, der Transistor 108 im Aus-Zustand, weil die an den Transistor 108 angelegte Gate-Source-Spannung von negativer Größenordnung -||VAB|| ist, während die an den Transistor 109 angelegte Gate-Source-Spannung von positiver Größenordnung +||VAB|| ist. Andererseits ist, wenn der Spannungsabfall VAB negativ ist (das Gegenteil vom gezeigten Fall) und größer als die Gate-Source-Schwellenspannung VGS der Transistoren 108 und 109, der Transistor 109 im Aus-Zustand, da die an den Transistor 109 angelegte Gate-Source-Spannung von negativer Größenordnung - ||VAB|| ist, während die an den Transistor 108 angelegte Gate-Source-Spannung von positiver Größenordnung +||VAB|| ist.
In verschiedenen Ausführungsformen misst und überwacht der Sigma-Delta-ADW 107 die Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3, die dem Spannungsabfall VAB, wenn der Schalter S 1 geschlossen wird, entsprechen kann, und überträgt die Messspannung VM durch die Datensignalleitung DATEN basierend auf der Taktsignalleitung CLK. In manchen Ausführungsformen empfängt der Sigma-Delta-ADW Leistung durch die potentialfreie Spannungsversorgung 130. In alternativen Ausführungsformen kann der Sigma-Delta-ADW 107 als beliebiger Typ von Spannungsmessschaltung implementiert werden, wie etwa als andere Typen von ADWs.
In manchen Ausführungsformen kann, wie in Bezug auf 6 beschrieben wird, das Systemsteuergerät 202 (nicht gezeigt) basierend auf der Messspannung VM bestimmen, ob der Schalter S 1 geöffnet oder geschlossen wird, und kann auch Fehlerzustände identifizieren. Basierend auf dem Fehlerzustand kann das Systemsteuergerät 202 eine Fehlermeldung signalisieren oder eine Reparatursequenz ausführen, wie oben in Bezug auf 6 beschrieben.
Manche Ausführungsformen umfassen ein Zeitverhalten des Steuerkondensators C3, des Widerstands R6 und des Widerstands R7, wenn der Schalter S1 geöffnet oder geschlossen wird, oder z. B. während hoher Spannungsspitzen, wenn der Schalter S 1 geschlossen wird, die zu kurzen Übergangsvorgängen im Spannungsabfall VAB führen. Dementsprechend besteht, wenn der Schalter S1 geöffnet oder geschlossen wird, eine mittels der RC-Zeitkonstante von R6, R7 und C3 eingestellte Zeitdauer, während derer sich die Spannung über dem Kondensator C3 schnell ändert bevor die Transistoren 108 und 109 entweder in den Ein-Zustand (wenn der Schalter S 1 geschlossen wird) oder in den Aus-Zustand (wenn der Schalter S 1 geöffnet wird) geschaltet werden. In manchen Ausführungsformen wird die RC-Zeitkonstante mittels R6, R7 und C3 eingestellt, um den Betrieb der Kontaktmessschaltung 101e zu filtern. In einer speziellen Ausführungsform sind der Widerstand R6 und R7 und der Steuerkondensator C3 als Tiefpassfilter (Low Pass Filter, LPF) ausgelegt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen verhindern die Dioden 122a, 122b, 122c, 124a, 124b und 124c durch Ladungsspeicherung am Steuerkondensator C3 verursachte Schäden am Sigma-Delta-ADW 107, wenn der Schalter S1 geöffnet wird und die Kontaktmessschaltung 101e die Versorgungsspannung VSUP sperrt. In solchen Ausführungsformen können die Transistoren 108 und 109 einen gewissen Leckstrom zulassen, der sich im Steuerkondensator C3, der in solchen Fällen als Integrator fungiert, speichert. Es kann somit möglich sein, dass sich die Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3 über eine sichere Spannung hinaus erhöht und den Sigma-Delta-ADW 107 beschädigt, wenn keine spannungsbegrenzenden Elemente verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein beliebiger Typ von Spannungsbegrenzungselement verwendet werden, um die Messspannung VM auf eine sichere Spannung zu begrenzen.
Zum Beispiel kann der Sigma-Delta-ADW 107 eine sichere Betriebsspannungsgrenze von 3 V aufweisen. In einem solchen Fall kann das spannungsbegrenzende Element so gewählt werden, dass es die Messspannung VM auf etwa 2 V begrenzt. In der gezeigten Ausführungsform begrenzen die Dioden 122a, 122b, 122c, 124a, 124b und 124c die Messspannung VM in beiden Richtungen auf die Summe des Durchlassspannungsabfalls VFD über die drei Dioden in beiden Richtungen. In einer speziellen Ausführungsform weist jede der Dioden 122a, 122b, 122c, 124a, 124b und 124c einen Durchlassspannungsabfall VFD von 0,7 V auf, was dazu führt, dass die Messspannung VM in beiden Richtungen auf 2,1 V begrenzt wird, wegen der drei Dioden 122a, 122b und 122c in der ersten Richtung und der drei Dioden 124a, 124b und 124c in der zweiten Richtung. Gemäß anderen Ausführungsformen kann in beiden Richtungen eine beliebige Anzahl von Dioden, einschließlich null Dioden verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein beliebiger Typ von Diode mit beliebigem Durchlassspannungsabfall VFD verwendet werden. In einer Ausführungsform werden Zener-Dioden verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Schalter S2 eine fakultative Komponente, die als volles Gleichstromtrennungs-Sicherheitselement bereitgestellt werden kann. Der Schalter S2 kann von einem separaten Benutzer-Übersteuerungsschalter gesteuert werden, um die Kontaktmessschaltung 101e vom Schalter S1 und von der Spannungsquelle 126 zu entkoppeln. Zum Beispiel kann es in einem Kraftfahrzeug möglich sein, wenn ein Mechaniker oder Techniker Wartungen an Teilen des Systems ausführt, den Schalter S2 als Sicherheits-Übersteuerungsschalter zu verwenden, und die Spannungsquelle 126 von Spannungsteilen zu entkoppeln, die vom Mechaniker oder Techniker berührt werden, und damit die Gefahr eines Tods durch Stromschlag zu reduzieren.
7b zeigt eine schematische Darstellung einer ausführungsgemäßen Transistorimplementierung für eine ausführungsgemäße Kontaktmessschaltung. In solchen Ausführungsformen kann der Transistor 108 oder der Transistor 109 als Reihenschaltung von zwei oder mehreren Einzeltransistoren implementiert werden. In manchen Ausführungsformen können in Reihe geschaltete Transistoren die Sperrfähigkeit der resultierenden Kette erhöhen. Wie in 7b gezeigt, kann eine die Transistoren 108a und 108b umfassende Kaskodeschaltung verwendet werden, um den in Bezug auf 7a beschriebenen Transistor 108 zu implementieren. Für den Transistor 108b wird eine zusätzliche Gate-Versorgung VG implementiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gateversorgung VG auf einen einzelnen der Pole von C3 bezogen sein, wie durch die gestrichelten Linien angegeben, oder jeweils auf ein Referenzpotential oder Masse der Spannungsmesseinheit 106 oder des ADW 107. In manchen Ausführungsformen kann eine in 7b gezeigte Kaskodeschaltung eine hohe Sperrfähigkeit des Transistors 108b kombiniert mit einer hohen Empfindlichkeitsschwelle des Transistors 108a ermöglichen. In manchen Ausführungsformen kann der Transistor 108a somit eine Sperrfähigkeit umfassen, die nur wenig höher ist als die Gateversorgung des Transistors 108b. In anderen alternativen Ausführungsformen kann eine herkömmliche Reihenschaltung von Transistoren mit angepasster Gatesteuerung verwendet werden. 7b zeigt eine Implementierung für den Transistor 108, derselbe Lösungsansatz kann jedoch auch für den Transistor 109 verwendet werden.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines anderen ausführungsgemäßen Kontaktmesssystems 250, das die vorstehend in Bezug auf die anderen Figuren beschriebene Kontaktmessschaltung 101 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Kontaktmessschaltung 101 zwischen den Verbraucherkontakt 252 und einen Messkontakt 254 gekoppelt. Der Verbraucherkontakt 252 kann eine Schaltungssonde oder ein Bonddraht zum Befestigen eines Kontaktpads 260 auf einem Halbleiter-Die oder einer Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) sein, zum Beispiel. Der Messkontakt 254 ist durch die Messschnittstelle 256 auch mit dem Kontaktpad 260 gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Messschnittstelle 256 ein zweiter Punkt auf dem Kontaktpad 260 oder eine Metallisierung zu einem zweiten Kontaktpad sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen funktioniert die Kontaktmessschaltung 101 wie oben beschrieben, um den Kontaktwiderstand zwischen dem Verbraucherkontakt 252 und dem Kontaktpad 260 zu messen. Das Kontaktpad 260 kann durch eine Metallisierung 258 mit Schaltungselementen (nicht gezeigt) gekoppelt sein. In verschiedenen Ausführungsformen können der Verbraucherkontakt 252 und der Messkontakt 254 feste Kontakte sein, wie z. B. Bonddrähte oder Löt-/Schweißverbindungen, oder lösbare Kontakte, wie z. B. Fedem oder Verbinder.
In einer Ausführungsform stellt das Verbraucherkontaktpad 260 die mechanische Verbindung eines Stöpsels (engl.: plug) dar. Der Messkontakt oder die Schnittstelle 256 kann kleiner sein als der Verbraucherkontakt 260, da er im Betrieb kleinere Ströme führen kann. Der Messkontakt 256 wird als Spannungsrückkopplung verwendet. Der Zustand, in dem die Kontakte 252 und 254 „gelöst“ sind, d.h. nicht verbunden, entspricht einem geöffneten Schalter S1 in anderen Ausführungsformen, wie in den anderen Figuren gezeigt.
9a, 9b, 9c, 9d, 9e, und 9f zeigen Strom- und Spannungsverlaufsdiagramme von simulierten ausführungsgemäßen Messschaltungen im Betrieb. Das Verlaufsdiagramm 300 in 9a zeigt drei Aufzeichnungen 302, 304 und 306 der Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3, während der Schalter S1 geöffnet und geschlossen wird, für simulierte Kontaktwiderstände von 1 mΩ in Aufzeichnung 302, 10 mΩ in Aufzeichnung 304 und 100 mΩ in Aufzeichnung 306 für den Schalter S1. Im Mittelbereich des Verlaufsdiagramms 300 ist der Schalter S1 geschlossen und leitet ein Wechselstrom(AC)-Signal. In solchen Ausführungsformen folgt die Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3 dem AC-Signal und die Messspannung VM ist proportional zum simulierten Kontaktwiderstand. In den anderen Abschnitten des Verlaufsdiagramms 300 wird der Schalter S1 geöffnet, wenn die Messspannung VM auf etwa +/- 1,5 V begrenzt ist, und der Spannungsabfall VAB (nicht gezeigt) sperrt die volle Versorgungsspannung.
Das Verlaufsdiagramm 310 in 9b zeigt in der Aufzeichnung 312 den Strom durch den Schalter S 1 gemäß derselben Zeitskala wie das Verlaufsdiagramm 300 für alle drei Kontaktwiderstände in den Aufzeichnungen 302, 304 und 306. In diesem Fall kann der Kontaktwiderstand eine vernachlässigbare Veränderung im Stromwert bewirken, so dass alle drei Aufzeichnungen in dem Verlaufsdiagramm 310 grob als eine Aufzeichnung 312 überlagert sind. Die Verlaufsdiagramme 300 und 310 zeigen das Schalten des Schalters S1 bei null Strom.
Ähnlich wie die Verlaufsdiagramme 300 und 310 zeigt das Verlaufsdiagramm 320 in 9c die Aufzeichnung 322 der Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3 während der Schalter S1 geöffnet und geschlossen wird, und der Wellenverlauf 330 in 9d zeigt in der Aufzeichnung 332 den Strom durch den Schalter S1 gemäß derselben Zeitskala wie das Verlaufsdiagramm 320. Die Verlaufsdiagramme 320 und 330 zeigen das Schalten des Schalters S1 bei einem von null verschiedenen Strom, mit einem beim Schließen des Schalters S1 durch den Schalter S1 fließendem Spitzenstrom, und einer Spitzenüberspannung beim Öffnen des Schalters S1. Ein solcher Betrieb kann zu einem Überschlag in einem mechanischen Relais führen, falls er mit hohen Spannungen durchgeführt wird. Wie in 9c und 9d dargestellt, sind die ausführungsgemäßen Messschaltungen, wenn der Schalter S 1 geschlossen wird, immer noch im Gleichlauf mit dem Spannungsabfall VAB, und stellen, wenn der Schalter S1 geöffnet wird, eine selbstanpassende Spannungsbegrenzung für die Messschaltung bereit. Dementsprechend ist im Mittelbereich des Verlaufsdiagramms 320 der Schalter S1 geschlossen und leitet ein Wechselstrom(AC)-Signal. In solchen Ausführungsformen folgt die Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3 dem AC-Signal und die Messspannung VM ist proportional zum simulierten Kontaktwiderstand. In den anderen Abschnitten des Verlaufsdiagramms 320 wird der Schalter S1 geöffnet, wenn die Messspannung VM auf ungefähr +/- 1,5 V begrenzt ist, und der Spannungsabfall VAB (nicht gezeigt) sperrt die volle Versorgungsspannung. Das Verlaufsdiagramm 330 in 9d zeigt die Aufzeichnung 332 des Stroms, der durch den Schalter S1 fließt, welcher bei einem Spitzeneingangssignal geschlossen und bei einem Spitzeneingangssignal geöffnet wird.
Das Verlaufsdiagramm 340 in 9e und das Verlaufsdiagramm 350 in 9f zeigen Aufzeichnungen der Messspannung VM über dem Steuerkondensator C3 (Verlaufsdiagramm 340) und des Stroms durch den Schalter S1 (Verlaufsdiagramm 350), während der Schalter S1 geöffnet und geschlossen wird, für verschiedene simulierte Werte des Steuerkondensators C3 und Reihenwiderstands RSIM (wie dem Widerstand R5 oder der Summe von R6 und R7, wie in 4, 5 und 7 gezeigt, zum Beispiel) in Reihe mit dem Steuerkondensator C3. Das Verlaufsdiagramm 340 veranschaulicht, dass die vom Steuerkondensator C3 und dem Reihenwiderstand RSIM gebildeten verschiedenen RC-Zeitkonstanten bei der aufgezeichneten Auflösung ein ähnliches Verhalten bereitstellen, da die Aufzeichnungen nahezu überlagert sind. Das Verlaufsdiagramm 350 zeigt eine vergrößerte Ansicht nahe dem Punkt 342 mit einer viel höheren Auflösung, die den Einfluss der für die Aufzeichnungen 352, 354, 356 und 358 verwendeten verschiedenen RC-Zeitkonstanten zeigt. Gemäß dieser Simulation zeigt die Aufzeichnung 352 C3 = 100 pF und RSIM = 470 kΩ; die Aufzeichnung 354 zeigt C3 = 470 pF und RSIM = 470 kΩ; die Aufzeichnung 356 zeigt C3 = 470 pF und RSIM = 1 MΩ; und die Aufzeichnung 358 zeigt C3 = 1 nF and RSIM = 1 MΩ. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die RC-Zeitkonstante angepasst werden, um unterschiedliche Filtereffekte bereitzustellen.
In Bezug auf 9a-9f sind die Spannungs- und Stromwerte veranschaulichende Ausführungsformen und in anderen Ausführungsformen werden andere Werte vorgesehen.
10 zeigt ein Blockschaltbild eines ausführungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktmessen 400, das die Schritte 402-408 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das Verfahren 400 ein Verfahren zum Messen des Kontaktwiderstands von Kontakten unter Verwendung von in Reihe geschalteten Elementen, die einen zwischen den Kontakten in Reihe gekoppelten Transistor und Kondensator umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 mit einer beliebigen der hier beschriebenen Kontaktmessschaltungen implementiert werden. Die Kontakte können für ein mechanisches Relais sein, zum Beispiel. In einer Ausführungsform umfasst der Schritt 402, den Transistor unter Verwendung des Kondensators automatisch in einen Ein-Zustand oder leitenden Zustand vorzuspannen, wenn eine Spannung über die Kontakte unter einem ersten Schwellenwert liegt. Der Kondensator kann als Steuerkondensator bezeichnet werden, der einen Reihenweg mit dem Transistor zwischen den Kontakten bildet, und kann auch eine Kurzschlussverbindung von einem nicht an einen Leitungsanschluss des Transistors angeschlossenen Kondensatoranschluss zu einem Steueranschluss des Transistors aufweisen. Der erste Schwellenwert kann mittels der Schwellenwertspannung des Transistors eingestellt werden.
Nach dem Schritt 402 umfasst der Schritt 404, den Transistor unter Verwendung des Kondensators automatisch in einen Aus-Zustand vorzuspannen, wenn die Spannung an den Kontakten über dem ersten Schwellenwert liegt. In beiden Schritten 402 und 404 kann das automatische Vorspannen des Transistors umfassen, die Spannung auf dem Kondensator anzupassen, und die Spannung auf dem Kondensator an den Steueranschluss und einen Leitungsanschluss des Transistors anzulegen. In manchen Ausführungsformen ist der Transistor ein Verarmungstyp-FET und die Spannung wird aus dem Kondensator als Gate-Source-Spannung VGS des Transistors angelegt. In solchen Ausführungsformen wird die Spannung über dem Kondensator proportional zur Spannung an den Kontakten angepasst, bis eine Schwellenspannung erreicht wird, die das Gate und die Source des Verarmungstyp-FET in einen Aus-Zustand vorspannt. In verschiedenen Ausführungsformen folgt der Schritt 406 auf den Schritt 404 und umfasst, eine Spannung über dem Kondensator zu messen, wenn der Transistor in den Ein-Zustand vorgespannt ist. Schritt 408 umfasst, in manchen Ausführungsformen, basierend auf dem Messen der Spannung über dem Kondensator einen Kontaktwiderstand der Kontakte zu bestimmen. In manchen Ausführungsformen kann der Strom in einem anderen Abschnitt der Schaltung separat gemessen werden. Basierend auf der Spannungsmessung und dem Strom kann der elektrische Widerstand bestimmt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich hohe Spannungen auf jeden Zeitpunkt beziehen, zu dem die angelegte Spannung über der Toleranzspannung einer Messschaltung wie der Kontaktmessschaltung 101, der Spannungsmessschaltung 106 oder einem ADW (wie dem Sigma-Delta-ADW 107) liegt, zum Beispiel. Zum Beispiel kann eine mit einer Messschaltung mit einer maximalen Toleranzspannung von 3 V gekoppelte 10-V-Versorgung ausführungsgemäße Schaltungen triggern, um die Messschaltung vor dem 100-V-Hochspannungssignal zu schützen. In anderen Ausführungsformen kann ein Hochspannungssignal jede Spannung über 100 V sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Kontaktmessschaltung ausgelegt, zwischen einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt gekoppelt zu werden, und die Kontaktmessschaltung umfasst einen ersten Transistor, einen Steuerkondensator und eine Spannungsmesseinheit. Der erste Transistor umfasst einen ersten Leitungsanschluss, der dazu ausgebildet, mit dem ersten Kontakt gekoppelt zu werden, einen zweiten Leitungsanschluss und einen ersten Steueranschluss. Der Steuerkondensator umfasst einen mit dem zweiten Leitungsanschluss gekoppelten ersten Kondensatoranschluss und einen mit dem ersten Steueranschluss gekoppelten zweiten Kondensatoranschluss. Die Spannungsmesseinheit ist mit dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss gekoppelt, und der zweite Kondensatoranschluss ist ausgelegt, mit dem zweiten Kontakt gekoppelt zu werden.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Kontaktmessschaltung auch ein mit dem ersten Leitungsanschluss gekoppeltes erstes Impedanzbauelement, das dazu ausgebildet, zwischen den ersten Leitungsanschluss und den ersten Kontakt gekoppelt zu werden. In manchen Ausführungsformen umfasst die Kontaktmessschaltung ein zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppeltes Spannungsbegrenzungsbauelement. Das Spannungsbegrenzungsbauelement kann ausgelegt sein, die Spannung zwischen dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss auf eine erste Schwellenspannung zu begrenzen. Die Spannungsmesseinheit kann ein Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler (ADW) sein. In manchen Ausführungsformen ist der erste Transistor ein selbstleitender Transistor. Der erste Transistor kann in einer Ausführungsform ein Hochspannungs-Verarmungstyp-Transistor sein.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Kontaktmessschaltung einen zweiten Transistor mit einem an den zweiten Kondensatoranschluss gekoppelten dritten Leitungsanschluss, einen vierten Leitungsanschluss, und einen mit dem ersten Kondensatoranschluss gekoppelten zweiten Steueranschluss. In solchen Ausführungsformen ist der vierte Leitungsanschluss ausgelegt, mit dem zweiten Kontakt gekoppelt zu werden. In manchen Ausführungsformen umfasst die Kontaktmessschaltung auch ein mit dem ersten Leitungsanschluss gekoppeltes erstes Impedanzbauelement, das dazu ausgebildet, zwischen den ersten Leitungsanschluss und den ersten Kontakt gekoppelt zu werden, und ein mit dem vierten Leitungsanschluss gekoppeltes zweites Impedanzbauelement, das dazu ausgebildet, zwischen den vierten Leitungsanschluss und den zweiten Kontakt gekoppelt zu werden. Die Kontaktmessschaltung kann auch ein zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppeltes Spannungsbegrenzungsbauelement umfassen. In solchen Ausführungsformen ist das Spannungsbegrenzungsbauelement ausgelegt, die Spannung zwischen dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss auf eine erste Schwellenspannung zu begrenzen. Das Spannungsbegrenzungsbauelement kann eine erste Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden umfassen, die dazu ausgebildet, einen Strom vom ersten Kondensatoranschluss zum zweiten Kondensatoranschluss zu leiten, wenn die Spannung vom ersten Kondensatoranschluss zum zweiten Kondensatoranschluss über dem ersten Schwellenwert liegt. Das Spannungsbegrenzungsbauelement kann auch eine zweite Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden umfassen, die dazu ausgebildet, einen Strom vom zweiten Kondensatoranschluss zum ersten Kondensatoranschluss zu leiten, wenn die Spannung vom zweiten Kondensatoranschluss zum ersten Kondensatoranschluss über dem ersten Schwellenwert liegt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Messen des Kontaktwiderstands von Kontakten unter Verwendung von in Reihe geschalteten Elementen zwischen den Kontakten eine Anzahl von Schritten. Die in Reihe geschalteten Elemente umfassen einen in Reihe gekoppelten Transistor und Kondensator. Das Verfahren umfasst, den Transistor unter Verwendung des Kondensators automatisch in einen Ein-Zustand vorzuspannen, wenn eine Spannung über die Kontakte unter einem ersten Schwellenwert liegt; den Transistor unter Verwendung des Kondensators automatisch in einen Aus-Zustand vorzuspannen, wenn eine Spannung über die Kontakte über dem ersten Schwellenwert liegt; eine Spannung über dem Kondensator zu messen, wenn der Transistor in den Ein-Zustand vorgespannt ist; und basierend auf dem Messen der Spannung über dem Kondensator einen Kontaktwiderstand der Kontakte zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst den Transistor automatisch vorzuspannen, unter Verwendung des Kondensators einen Steueranschluss des Transistors vorzuspannen, ohne Steuersignale von einer zusätzlichen Steuerschaltung zu erhalten. In manchen Ausführungsformen ist der Transistor ein Hochspannungs-Verarmungstyp-Bauelement. Der erste Schwellenwert kann gleich einer Gate-Source-Schwellenspannung des Hochspannungs-Verarmungstyp-Bauelements sein. Das Verfahren kann auch umfassen, unter Verwendung eines Spannungsbegrenzungselements eine Spannung über dem Kondensator auf einen zweiten Schwellenwert zu begrenzen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst eine Kontaktmessschaltung einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, eine mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gekoppelte Isolationsschaltung, und eine mit dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss gekoppelte Messeinheit. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss sind ausgelegt, über Kontakte eines Leitungsbauelements gekoppelt zu werden. In solchen Ausführungsformen umfasst die Isolationsschaltung einen ersten Messanschluss und einen zweiten Messanschluss, und die Isolationsschaltung ist ausgelegt, eine Anschlussspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zu überwachen; basierend auf dem Überwachen der Anschlussspannung einen Signalpfad zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zu sperren; und eine Messspannung zwischen dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss auf den ersten Schwellenwert zu begrenzen, wenn der Signalpfad gesperrt ist. Der Signalpfad ist gesperrt, wenn die Anschlussspannung über einem ersten Schwellenwert liegt.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Isolationsschaltung einen ersten Transistor mit einem ersten Steueranschluss und mit einem ersten Leitungsweg zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss. Die Isolationsschaltung umfasst auch eine mit dem zweiten Anschluss und dem ersten Steueranschluss gekoppelte automatische Steuerschaltung. In bestimmten Ausführungsformen ist die automatische Steuerschaltung nur nicht-schaltende Impedanzelemente. In manchen Ausführungsformen ist die automatische Steuerschaltung ausgelegt, den ersten Transistor automatisch zu steuern, ohne Steuersignale zu erhalten. Die automatische Steuerschaltung kann einen mit dem ersten Leitungsweg in Reihe gekoppelten Kondensator umfassen. In solchen Ausführungsformen weist der Kondensator einen ersten Kondensatoranschluss und einen zweiten Kondensatoranschluss auf. Der erste Kondensatoranschluss ist mit dem ersten Messanschluss gekoppelt und der zweite Kondensatoranschluss ist mit dem ersten Steueranschluss und dem zweiten Messanschluss gekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Isolationsschaltung auch einen zweiten Transistor mit einem mit dem ersten Kondensatoranschluss gekoppelten zweiten Steueranschluss und mit einem zwischen den zweiten Kondensatoranschluss und den zweiten Anschluss gekoppelten zweiten Leitungsweg. In manchen Ausführungsformen umfasst die automatische Steuerschaltung außerdem eine zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppelte erste Diode und eine zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppelte zweite Diode. Die erste Diode weist eine erste Leitungsrichtung auf und die zweite Diode weist eine der ersten Leitungsrichtung entgegengesetzte zweite Leitungsrichtung auf. In einer Ausführungsform umfasst die erste Diode eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden und die zweite Diode umfasst eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die automatische Steuerschaltung auch ein zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppeltes Spannungsbegrenzungselement. Das Spannungsbegrenzungselement ist ausgelegt, Strom in einer ersten Leitungsrichtung zu leiten, wenn eine an das Spannungsbegrenzungselement angelegte Spannung einen Leitungsschwellenwert übersteigt. In manchen Ausführungsformen ist der erste Transistor ein Hochspannungs-Verarmungstyp-Transistor. Der erste Schwellenwert kann gleich einer Schwellenspannung des ersten Transistors sein.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Kontaktmessschaltung auch das Leitungsbauelement, und das Leitungsbauelement ist ein Relais. In manchen Ausführungsformen umfasst die Kontaktmessschaltung auch das Leitungsbauelement, und das Leitungsbauelement ist eine Sicherung, ein elektrischer Schalter oder ein Stöpselkontakt (engl.: plug contact).
Ein Vorteil von verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen kann kleinere Kontakte in bestimmten Anwendungen, wie etwa für mechanische Relais, umfassen, was zu reduzierten Kosten führt. Ein anderer Vorteil kann eine erhöhte Sicherheit umfassen, da der elektrische Widerstand überwacht wird und ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Kontaktwiderstand über einen Schwellenwert ansteigt. Ein zusätzlicher Vorteil kann Ausführungsformen umfassen, die automatisch selbstschützend sind, um den Kontaktwiderstand zu messen und automatisch ohne Eingreifen von externen Steuersignalen oder logischen Steuerschaltungen in einen Sperrzustand zu schalten.

Claims

Kontaktmessschaltung, die dazu ausgebildet, zwischen einen ersten Kontakt (A) und einen zweiten Kontakt (B) gekoppelt zu werden, wobei die Kontaktmessschaltung (101c-101e) aufweist: einen ersten Transistor (108) mit einem ersten Leitungsanschluss (D), der dazu ausgebildet ist, mit dem ersten Kontakt (A) gekoppelt zu werden, einem zweiten Leitungsanschluss (S) und einem ersten Steueranschluss (G); einen Steuerkondensator (C3) mit einem direkt mit dem zweiten Leitungsanschluss (S) gekoppelten ersten Kondensatoranschluss und einem direkt mit dem ersten Steueranschluss (G) gekoppelten zweiten Kondensatoranschluss, wobei der zweite Kondensatoranschluss dazu ausgebildet, mit dem zweiten Kontakt (B) gekoppelt zu werden, und eine mit dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss gekoppelte Spannungsmesseinheit (106).
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 1, die außerdem ein mit dem ersten Leitungsanschluss (D) gekoppeltes erstes Impedanzbauelement (R5) aufweist, das dazu ausgebildet ist, zwischen den ersten Leitungsanschluss (D) und den ersten Kontakt (A) gekoppelt zu werden.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem ein zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppeltes Spannungsbegrenzungsbauelement (118, 120) aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss auf eine erste Schwellenspannung zu begrenzen.
Kontaktmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spannungsmesseinheit (106) einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler (ADW) aufweist.
Kontaktmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Transistor (108) einen selbstleitenden Transistor aufweist.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 5, bei der der erste Transistor (108) einen Hochspannungs-Verarmungstyp-Transistor aufweist.
Kontaktmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem einen zweiten Transistor (109) aufweist, der einen mit dem zweiten Kondensatoranschluss gekoppelten dritten Leitungsanschluss, einen vierten Leitungsanschluss und einen mit dem ersten Kondensatoranschluss gekoppelten zweiten Steueranschluss aufweist, wobei der vierte Leitungsanschluss dazu ausgebildet ist, mit dem zweiten Kontakt (B) gekoppelt zu werden.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 7, die außerdem aufweist: ein mit dem ersten Leitungsanschluss gekoppeltes erstes Impedanzbauelement (R6), das dazu ausgebildet ist, zwischen den ersten Leitungsanschluss und den ersten Kontakt (A) gekoppelt zu werden, und ein mit dem vierten Leitungsanschluss gekoppeltes zweites Impedanzbauelement (R7), das dazu ausgebildet ist, zwischen den vierten Leitungsanschluss und den zweiten Kontakt (B) gekoppelt zu werden.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 7, die außerdem ein zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppeltes Spannungsbegrenzungsbauelement (122a-122c, 124a-124c) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Spannung zwischen dem ersten Kondensatoranschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss auf eine erste Schwellenspannung zu begrenzen.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 9, bei dem das Spannungsbegrenzungsbauelement aufweist: eine erste Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden (122a-122c), die dazu ausgebildet ist, einen Strom vom ersten Kondensatoranschluss zum zweiten Kondensatoranschluss zu leiten, wenn die Spannung vom ersten Kondensatoranschluss zum zweiten Kondensatoranschluss über dem ersten Schwellenwert liegt, und eine zweite Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden (124a-124c), die dazu ausgebildet sind, einen Strom vom zweiten Kondensatoranschluss zum ersten Kondensatoranschluss zu leiten, wenn die Spannung vom zweiten Kondensatoranschluss zum ersten Kondensatoranschluss über dem ersten Schwellenwert liegt.
Verfahren zum Messen des Kontaktwiderstands von Kontakten (A, B) unter Verwendung von in Reihe geschalteten Elementen zwischen den Kontakten, wobei die in Reihe geschalteten Elemente einen Transistor (108) und einen Kondensator (C3), die in Reihe geschaltet sind, aufweisen, wobei das Verfahren aufweist: den Transistor (108) unter Verwendung des Kondensators (C3) automatisch in einen Ein-Zustand vorzuspannen, wenn eine Spannung über den Kontakten unter einem ersten Schwellenwert liegt; den Transistor unter Verwendung des Kondensators automatisch in einen Aus-Zustand vorzuspannen, wenn die Spannung über den Kontakten über dem ersten Schwellenwert liegt; eine Spannung über dem Kondensator (C3) zu messen, wenn der Transistor in den Ein-Zustand vorgespannt ist; und basierend auf dem Messen der Spannung über dem Kondensator (C3) einen Kontaktwiderstand der Kontakte zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Transistor (108) ein Hochspannungs-Verarmungstyp-Bauelement aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der erste Schwellenwert gleich einer Gate-Source-Schwellenspannung des Hochspannungs-Verarmungstyp-Bauelements ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das außerdem aufweist, unter Verwendung eines Spannungsbegrenzungselements (118, 120) eine Spannung über dem Kondensator (C3) auf einen zweiten Schwellenwert zu begrenzen.
Kontaktmessschaltung, die aufweist: einen ersten Anschluss (A); einen zweiten Anschluss (B), wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss dazu ausgebildet sind, über Kontakte eines Leitungsbauelements (S1) gekoppelt zu werden; eine mit dem ersten Anschluss (A) und dem zweiten Anschluss gekoppelte Isolationsschaltung (101b-101e), wobei die Isolationsschaltung einen ersten Messanschluss und einen zweiten Messanschluss aufweist, wobei die Isolationsschaltung dazu ausgebildet ist: eine Anschlussspannung zwischen dem ersten Anschluss (A) und dem zweiten Anschluss (B) zu überwachen, basierend auf dem Überwachen der Anschlussspannung einen Signalpfad zwischen dem ersten Anschluss (A) und dem zweiten Anschluss (B) zu sperren, wobei der Signalpfad gesperrt wird, wenn die Anschlussspannung über einem ersten Schwellenwert liegt, und eine Messspannung zwischen dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss auf den ersten Schwellenwert zu begrenzen, wenn der Signalpfad gesperrt ist, und eine mit dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss gekoppelte Messeinheit (106).
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 15, bei der die Isolationsschaltung (101c-101e) aufweist: einen ersten Transistor (108), der einen ersten Steueranschluss (G) aufweist und einen ersten Leitungspfad zwischen dem ersten Anschluss (A) und dem zweiten Anschluss (B) aufweist; und eine mit dem zweiten Anschluss (B) und dem ersten Steueranschluss (G) gekoppelte automatische Steuerschaltung.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 16, bei der die automatische Steuerschaltung aus nicht-schaltenden Impedanzelementen besteht.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 16, bei der die automatische Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den ersten Transistor (108) automatisch zu steuern, ohne Steuersignale zu erhalten.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 16, bei der die automatische Steuerschaltung einen mit dem ersten Leitungspfad in Reihe gekoppelten Kondensator (C3) aufweist, bei der der Kondensator (C3) einen ersten Kondensatoranschluss und einen zweiten Kondensatoranschluss aufweist, bei der erste Kondensatoranschluss mit dem ersten Messanschluss gekoppelt ist, und bei der der zweite Kondensatoranschluss mit dem ersten Steueranschluss (G) und dem zweiten Messanschluss gekoppelt ist.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 19, bei der die Isolationsschaltung (101e) außerdem einen zweiten Transistor (109) mit einem mit dem ersten Kondensatoranschluss gekoppelten zweiten Steueranschluss und mit einem zwischen den zweiten Kondensatoranschluss und den zweiten Anschluss (B) gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 20, bei der die automatische Steuerschaltung außerdem aufweist: eine zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppelte erste Diode (122a-122c), wobei die erste Diode eine erste Leitungsrichtung aufweist, und eine zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppelte zweite Diode (124a-124c), wobei die zweite Diode eine der ersten Leitungsrichtung entgegengesetzte zweite Leitungsrichtung aufweist.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 21, bei der die erste Diode (122a-122c) eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden aufweist und die zweite Diode (124a-124c) eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Dioden aufweist.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 19, bei der die automatische Steuerschaltung außerdem ein zwischen den ersten Kondensatoranschluss und den zweiten Kondensatoranschluss gekoppeltes Spannungsbegrenzungselement (118, 120) aufweist, wobei das Spannungsbegrenzungselement dazu ausgebildet ist, Strom in eine erste Leitungsrichtung zu leiten, wenn eine an das Spannungsbegrenzungselement angelegte Spannung einen Leitungsschwellenwert übersteigt.
Kontaktmessschaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei der der erste Transistor (108) einen Hochspannungs-Verarmungstyp-Transistor aufweist.
Kontaktmessschaltung nach Anspruch 24, bei der der erste Schwellenwert gleich einer Schwellenspannung des ersten Transistors (108) ist.
Kontaktmessschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, die außerdem das Leitungsbauelement (S1) aufweist, und bei der das Leitungsbauelement ein Relais aufweist.
Kontaktmessschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, die außerdem das Leitungsbauelement aufweist, wobei das Leitungsbauelement eine Sicherung, einen elektrischen Schalter oder einen Stöpselkontakt aufweist.