(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作回路を作成するために、電源と電気負荷との間に接続され、そのように接続されるとき、回路を過電流から保護する電気システムであって、
該電気システムは、
ａ．動作回路において、負荷に対して並列に接続される制御要素と、
ｂ．動作回路において、互いに並列に接続される回路遮断要素とバイパス要素とを含み、回路遮断要素とバイパス要素の並列結合は、電気負荷と制御要素の並列結合と直列に接続され、
ｉ．回路遮断要素は、
（１）通常の電流ＩNORMALが回路遮断要素を流れる閉じた状態と、
（２）多くてもＩNORMALより実質的に少ない減少した電流が回路遮断要素を流れる開いた状態とを有し、
ii．制御要素は、
（１）制御要素にかかる電圧が通常電圧ＶNORMALであるときのオン状態と、制御要素にかかる電圧が値ＶFAULT以下に降下するときのオフ状態とを有し、
（２）制御要素がオン状態にあるとき、回路遮断要素は閉じた状態であり、制御要素がオフ状態のとき、回路遮断要素は開いた状態であるように、回路遮断要素に機能的に接続されており、
iii．バイパス要素は、
（１）ＰＴＣデバイスと第２継電器接点セットの直列結合を含む第１バイパスパスと、第２継電器接点セットに接続される第２継電器コイルを含みかつ第１バイパスパスに対して並列に接続され第２バイパスパスとを含み、
（２）回路遮断要素が開いた状態にあり、電流ＩNORMALがバイパス要素を流れるならば、バイパス要素を流れる電流の実質的に全てが第１バイパスパスを流れ、制御要素にかかる電圧がＶFAULTより大きくなる始動状態と、
（３）制御要素にかかる電圧が値ＶFAULT以下に降下する結果として、回路遮断要素が開いた状態にあるならば、バイパス要素を流れる電流の実質的に全てが第２バイパスパスを流れ、バイパス要素を流れる電流が制御要素にかかる電圧をＶFAULT以下の値にとどめる停止状態とを含み、
バイパス要素が始動状態であるとき、第２継電器コイルは作動せず、第２継電器接点セットは閉じ、
バイパス要素が停止状態であるとき、第２継電器コイルが作動し、第２継電器接点セットは開くことを特徴とする電気システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
ａ．制御要素は第１継電器コイルを含み、該第１継電器は、
（１）第１継電器コイルにかかる電圧がＶNORMALであるときに作動し、
（２）第１継電器コイルにかかる電圧がＶFAULT以下に降下するときに作動せず、
ｂ．回路遮断要素は、第１継電器コイルに接続される第１継電器接点セットを含み、該第１継電器接点セットは、
（１）第１継電器コイルが作動するときに閉じ、
（２）第１継電器コイルが作動しないときに開くことを特徴とするシステム。
【請求項３】
ＰＴＣデバイスが重合体のＰＴＣデバイスである請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
ａ．回路遮断要素は、ゲートと、ソースと、ドレインとを含む第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み、該トランジスタは、
（１）第１ＦＥＴのゲート電圧が通常のゲート電圧であるとき、通常の回路電流ＩNORMALを流すことができ、
（２）第１ＦＥＴのゲート電圧が所定のゲート電圧量だけ通常のゲート電圧未満に降下するとき、多くてもＩNORMALより実質的に小さな減少した電流を流すために切りかえ、
ｂ．制御要素は、ＦＥＴのゲート電圧を定めるために分圧器を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５】
電源と、電気負荷と、請求項１から４までのいずれか１つに記載の電気保護システムとを含む電気回路。
【請求項６】
動作回路を作成するために、電源と電気負荷との間に接続され、そのように接続されるとき、回路を過電流から保護する電気システムであって、
該電気システムは、
ａ．動作回路において、負荷に対して並列に接続される制御要素と、
ｂ．動作回路において、互いに並列に接続される回路遮断要素とバイパス要素とを含み、回路遮断要素とバイパス要素の並列結合は、電気負荷と制御要素の並列結合と直列に接続され、
ｉ．回路遮断要素は、
（１）通常の電流ＩNORMALが回路遮断要素を流れる閉じた状態と、
（２）多くてもＩNORMALより実質的に少ない減少した電流が回路遮断要素を流れる開いた状態とを有し、
回路遮断要素は、ゲートと、ソースと、ドレインとを含む第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み、該トランジスタは、
（１）第１ＦＥＴのゲート電圧が通常のゲート電圧であるとき、通常の回路電流ＩNORMALを流すことができ、
（２）第１ＦＥＴのゲート電圧が所定のゲート電圧量だけ通常のゲート電圧未満に降下するとき、多くてもＩNORMALより実質的に小さな減少した電流を流すために切りかえ、
ii．制御要素は、
（１）制御要素にかかる電圧が通常電圧ＶNORMALであるときのオン状態と、制御要素にかかる電圧が値ＶFAULT以下に降下するときのオフ状態とを有し、
（２）制御要素がオン状態にあるとき、回路遮断要素は閉じた状態であり、制御要素がオフ状態のとき、回路遮断要素は開いた状態であるように、回路遮断要素に機能的に接続されており、
（３）ＦＥＴのゲート電圧を定めるために分圧器を含み、
iii．バイパス要素は、
（１）ＰＴＣデバイスと第２ＦＥＴの直列結合を含む第１バイパスパスと、第２ＦＥＴのゲート電圧を定める第２分圧器を含みかつ第１バイパスパスに対して並列に接続され第２バイパスパスとを含み、
（２）回路遮断要素が開いた状態にあり、電流ＩNORMALがバイパス要素を流れるならば、バイパス要素を流れる電流の実質的に全てが第１バイパスパスを流れ、制御要素にかかる電圧がＶFAULTより大きくなる始動状態と、
（３）制御要素にかかる電圧が値ＶFAULT以下に降下する結果として、回路遮断要素が開いた状態にあるならば、バイパス要素を流れる電流の実質的に全てが第２バイパスパスを流れ、バイパス要素を流れる電流が制御要素にかかる電圧をＶFAULT以下の値にとどめる停止状態とを含み、
バイパス要素が始動状態にあるとき、第２分圧器にかかる電圧は所定のバイパス電圧より小さく、第２ＦＥＴはオン状態であり、
バイパス要素が停止状態にあるとき、第２分圧器にかかる電圧は所定のバイパス電圧より大きく、第２ＦＥＴはオフ状態であり、そこに多くても減少した電流が流れることを特徴とする電気システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電気回路の過電流保護に関するものである。
【０００２】
ＰＴＣの回路保護デバイスはよく知られている。このデバイスは、負荷に対して直列に配置され、通常の動作条件の下では、低温、低抵抗状態である。しかしながら、ＰＴＣデバイスを流れる電流が急激に増加するならば、および／またはＰＴＣデバイス付近の周辺温度が急激に上昇するならば、および／または通常の動作電流が通常の動作時間以上の間維持されるならば、ＰＴＣデバイスは、「作動」し、つまり高温、高抵抗状態になり、電流は実質的に減少する。たとえ電流および／または温度が通常レベルに戻ったとしても、ＰＴＣデバイスが電源から切断されて冷めるまで、ＰＴＣデバイスは作動状態である。特に役に立つＰＴＣデバイスは、ＰＴＣ伝導性ポリマーで構成されるＰＴＣ要素を含み、つまり（１）有機ポリマーと、（２）ポリマー中に散在または分散させた粒状の伝導性充填材、好ましくはカーボンブラックとを含む。それらを含むＰＴＣ伝導性ポリマーおよびデバイスは、例えば米国特許第４，２３７，４４１号、第４，２３８，８１２号、第４，３１５，２３７号、第４，３１７，０２７号、第４，４２６，６３３号、第４，５４５，９２６号、第４，６８９，４７５号、第４，７２４，４１７号、第４，７７４，０２４号、第４，７８０，５９８号、第４，８００，２５３号、第４，８４５，８３８号、第４，８５７，８８０号、第４，８５９，８３６号、第４，９０７，３４０号、第４，９２４，０７４号、第４，９３５，１５６号、第４，９６７，１７６号、第５，０４９，８５０号、第５，０８９，８０１号、第５，３７８，４０７号において記載され、その開示は、全ての目的のために参照によってここに組み込まれる。
【０００３】
ＰＴＣ保護デバイスの既知の使用における制限は、過電流が比較的小さく、例えば通常の回路電流の数倍程度までならば、ＰＴＣデバイスが作動状態に変わるのに比較的長い時間がかかるということである。米国特許第５，６６６，２５４号およびそれに対応する国際公開ＷＯ９７／１０６３５は、過電流保護システムを開示しており、それは負荷にかかる電圧における減少を引き起こす過電流に迅速に反応し、例えば負荷を部分的にまたは完全にショートする。またこの過電流保護システムは、そのような故障により比較的小さな過電流が生じるとき、回路を保護するために特に適切である。そのシステムにおいて、制御要素は負荷に対して並列に配置される。負荷にかかる電圧が降下するとき、同じように制御要素にかかる電圧も降下する。制御要素は負荷と直列である回路遮断要素と機能的に結合している。そのため、制御要素にかかる電圧が降下するとき、回路遮断要素は、相対的伝導状態から相対的絶縁状態（完全開いた状態を含む）に変化する。システムは、回路遮断要素に対して並列であるバイパス要素も含む。回路がオンに切り替えられたとき、電流は回路に流れ、制御要素を作動させ、それにより、回路遮断要素を相対的伝導状態にするために、バイパス要素は必要とされる。しかしながら、バイパス要素は以下のようなものでなければならない。それは、故障により回路遮断要素が相対的絶縁状態に変化するならば、その結果としてバイパス要素を流れる電流が、バイパス要素を高インピーダンス状態に変え、そのため制御要素にかかる電圧が、回路遮断要素を相対的絶縁状態に保つために十分低くなるようなバイパス要素でなければならない。
【０００４】
米国特許第５，６６６，２５４号とそれに対応する国際公開ＷＯ９７／１０６３５において開示された発明の好ましい実施の形態において、回路遮断要素は通常開いた状態にある継電器接点セットであり、制御要素は作動するとき、継電器接点を閉じる継電器コイルであり、作動しないとき、接点を開く。バイパス要素は、ＰＴＣデバイス、好ましくは重合体のＰＴＣデバイスである。通常の回路動作中は、継電器コイルは作動し、それによって接点を閉じる。電圧不足のケースにおいて、継電器コイルは作動せず、接点を開く。電流はＰＴＣデバイスに流れ、それによりＰＴＣデバイスは高抵抗状態になる。ＰＴＣデバイスと機械的接点の結合により、通常の回路電圧より実質的に低い電圧の場合を除き、過電流を遮断するために定格された接点を使用できる。さらにこの結合は、通常の回路電流より実質的に低い電流レベルで作動するために定格されたＰＴＣデバイスを使用することもできる。
【０００５】
しかしながら、継電器コイルが開かれ、さらにＰＴＣデバイスが高抵抗状態であるとき、継電器が例えば電力を再利用することによってリセットされるまで、ＰＴＣデバイスは電源電圧に対する耐性がなければならない。一部の回路の適用例において、これはＰＴＣの作動耐久性に、つまり高抵抗、高温状態に長い間さらされるときのデバイスの安定性に影響を及ぼす可能性がある。したがって、ＰＴＣから電源電圧を取り除くための手段を設ける必要があり、そのとき回路保護装置は故障状態のままであり、それによって負荷を保護し続ける。
【０００６】
本発明者らは、新しい過電流保護システムを開発した。このシステムは、負荷にかかる電圧の降下に、例えば負荷を部分的にまたは完全にショートすることを引き起こす過電流に迅速に反応し、保護システムにおいて使用されるＰＴＣデバイスの作動耐久性を保護する。新しいシステムはＰＴＣから電源電圧を取り除くことによってＰＴＣデバイスの作動耐久性を保ち、そのとき回路保護装置は故障状態のままであり、それによって負荷を保護しつづける。これらの結果は、並列に接続された２つのバイパスパスを有するバイパス要素を使用することによって達成される。
【０００７】
新しいシステムにおいて、制御要素は負荷に対して並列に配置される。負荷にかかる電圧が降下するとき、同様に制御要素にかかる電圧も降下する。制御要素は、バイパス要素に対して並列に接続される回路遮断要素に機能的に接続され、この並列結合は制御要素と負荷の並列結合と直列に接続される。制御要素にかかる電圧が降下するとき、回路遮断要素は相対的伝導状態から相対的絶縁状態（完全に開いた状態を含む）に変化する。
【０００８】
バイパス要素は２本の平行なパスを有する。回路遮断要素が相対的絶縁状態に変化するとき、電流はバイパス要素に流れ、電流の実質的に全ては第１バイパスパスを流れる。第１バイパスパスにおいて接続されたＰＴＣデバイスは、最初は低インピーダンス状態にある。第１バイパスパスへ電流の流れが変わることに応じて、ＰＴＣデバイスの抵抗は大きくなり、それによって電流は第２バイパスパスへ流れるようになる。第２バイパスパスにおけるバイパスセンサーは、例えば継電器コイルまたは分圧器は、バイパス要素にかかる電圧レベルを検出する。バイパス要素にかかる電圧が所定のレベルに達するとき、バイパスセンサーは、ＰＴＣデバイスに対して直列に接続されるバイパススイッチを、例えば継電器接点またはＦＥＴを、閉じた状態またはオン状態から、開いた状態またはオフ状態に切り替える。バイパスセンサーのインピーダンスは十分高く、そのため電気が供給される限り、非常にわずかな電流がバイパスセンサーに流れつづけ、それによってバイパススイッチをオフ状態または開いた状態に保つが、非常にわずかな電流を負荷に流すことができる。さらにこれにより、ＰＴＣデバイスを流れる電流を非常に小さく（または０に）保ち、バイパスセンサーとバイパススイッチに電源電圧を印加し、それによってＰＴＣデバイスを低インピーダンス状態に戻す。故障により、回路遮断要素が相対的絶縁状態に変わるならば、結果としてバイパス要素を流れる電流がバイパス要素を変え、その結果制御要素を流れる電圧が回路遮断要素を相対的絶縁状態に保つのに十分低いままであるように、バイパス要素は配置される。
【０００９】
回路がちょうどオンに切り替えられるとき、電流は回路を流れ、制御要素を作動させることができ、それからそれは回路遮断要素を相対的伝導状態に変えるというさらなる作用を、バイパス要素は実行する。
【００１０】
好ましい態様において、本発明は、動作回路を作成するために電源と電気負荷との間に接続される電気システムを提供し、そのシステムはそのように接続されるとき、回路を過電流から保護する。さらにそのシステムは、
ａ．動作回路において、負荷に対して並列に接続される制御要素と、
ｂ．動作回路において、互いに並列に接続される回路遮断要素とバイパス要素とを含む。回路遮断要素とバイパス要素の並列結合は、電気負荷と制御要素の並列結合と直列に接続される。ここにおいて、
ｉ．回路遮断要素は、
（１）通常の電流ＩNORMALが回路遮断要素を流れる閉じた状態と、
（２）多くても通常の電流ＩNORMALより実質的に少ない減少した電流が回路遮断要素を流れる開いた状態とを有する。
ii．制御要素は、
（１）制御要素にかかる電圧が通常電圧ＶNORMALであるときのオン状態と、制御要素にかかる電圧が値ＶFAULT以下に降下するときのオフ状態とを有し、
（２）制御要素がオン状態にあるとき、回路遮断要素は閉じた状態にあり、制御要素がオフ状態にあるとき、回路遮断要素は開いた状態にあるように回路遮断要素に機能的に接続される。
iii．バイパス要素は、
（１）第１バイパスパスと、第１バイパスパスに対して並列に接続される第２バイパスパスとを含み、
（２）回路遮断要素が開いた状態にあり、電流ＩNORMALがバイパス要素を流れるならば、バイパス要素を流れる電流の実質的に全てが第１バイパスパスを流れ、制御要素にかかる電圧はＶFAULTより大きくなる始動状態を有し、
（３）制御要素にかかる電圧が値ＶFAULT以下に降下する結果として、回路遮断要素が開いた状態にあるならば、バイパス要素を流れる電流の実質的に全てが第２バイパスパスを流れ、バイパス要素を流れる電流は、制御要素にかかる電圧をＶFAULT以下の値にとどめる停止状態とを有する。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態において、回路遮断要素は、通常開いている第１継電器接点セットであり、制御要素は、作動するとき、第１継電器接点セットを閉じ、作動しないとき、第１継電器接点セットを開く。第１バイパスパスは、通常開いている第２継電器接点セットとＰＴＣデバイスの直列結合である。第２バイパスパスは、作動するとき、第２継電器接点セットを開き、作動しないとき、第２継電器接点セットを閉じる第２継電器コイルである。過電流により、第１継電器コイルにかかる電圧が降下するケースにおいて、第１継電器コイルは、作動しないとき、第１継電器接点セットを開く。それによって、電流は第１バイパスパスと第２バイパスパスの並列結合に流れる。低インピーダンス状態において、ＰＴＣデバイスのインピーダンスは、第２継電器コイルのインピーダンスより実質的に小さい。したがって、流れを変えられた電流の実質的に全ては、ＰＴＣデバイスを含む第１バイパスパスに流れる。増加した電流に反応して、ＰＴＣデバイスは、熱くなりインピーダンスが上昇する。それによって、電流は第２バイパスパス、つまり第２継電器コイルに流れる。第２継電器コイルは作動することによって、第２接点セットを開き、それによって、ＰＴＣデバイスを流れる電流を止める。それからＰＴＣデバイスは冷め低インピーダンス状態に戻る。電気が加えられている限り、過電流状態の原因は残り、少量の電流は第２継電器コイルを流れつづける。それによって、第２継電器コイルは作動状態に、第２接点セットは開いた状態に保たれる。加えられた電源電圧の実質的に全ては、第２継電器コイルと、第２継電器接点セットとに現れ、ＰＴＣデバイスにかかる電圧は非常に小さいか、または全くない。
【００１２】
別の好ましい実施の形態において、両方の継電器コイルは、分圧器に置きかえられ、両方の継電器接点セットは、ＦＥＴに置きかえられる。分圧器の出力は、それぞれのＦＥＴのゲートに接続される。保護システムの動作は、実質的に上記の記載と同じであり、主な違いは、オフ状態において、両方のＦＥＴは非常にわずかな漏れ電流を流すことができることである。
【００１３】
好ましい実施の形態のどちらも、負荷にかかる電圧降下を引き起こす過電流に対して迅速に反応する。どちらの実施の形態も、ＰＴＣにかかる電源電圧を取り除くことにより、ＰＴＣデバイスの作動耐久性を維持する。そのとき、回路保護装置は故障状態に保たれたままであり、それによって、負荷を保護しつづける。ソリッドステート(solid state)装置は、継電器コイルのインピーダンスよりもかなり高いインピーダンスを示すように分圧器を選択可能であるという点で、継電器装置を上回る利点がある。それによって、継電器コイルによって消費されるパワーよりかなり少ないパワーが消費される。ソリッドステート装置は、耐用期間がより長い、コストがより安い、大きさがより小さいという潜在的な利点をさらに有する。
【００１４】
本発明は、図面において説明されており、ここにおいて、同一部品は、各図面において同一の参照番号がつけられている。
図１は、米国特許第５，６６６，２５４号および国際公開ＷＯ９７／１０６３５の図１の補正されたものである。この補正図面は、バイパス要素１０６が２つのバイパスパス１０５、１０７を含むものである。図１において図示されている５つの作動要素は、電源１０２、制御要素１０４、バイパス要素１０６、遮断要素１０８、負荷１１２である。電源１０２は、電力を回路に与え、負荷１１２は、回路の意図された目的を実行する。制御要素１０４、遮断要素１０８、バイパス要素１０６は、過電流保護を行うために共同して作用する。
【００１５】
図２は、米国特許第５，６６６，２５４号および国際公開ＷＯ９７／１０６３５の図２と同一である。この図は、電源１２と、電源インピーダンス１３と、スイッチ１５と、負荷８と、過電流保護システム１０とを含む電気回路２０を示す。過電流保護システム１０は、通常開いた状態にある第１継電器接点セット２と、継電器接点に対して並列に接続されるＰＴＣデバイス４と、負荷８に対して並列に接続される電圧検出第１継電器コイル６とを含む。通常の動作において、スイッチ１５を閉じることによって電源１２が接続されるとき、第１継電器接点セット２は、最初は開いているが、第１継電器コイル６は、ＰＴＣデバイス４を流れる電流によって作動し、それによって、第１継電器接点セット２を閉じる。第１継電器接点セット２が閉じるならば、ＰＴＣデバイス４には、通常の回路電流が流れない。負荷８において故障が生じるならば、回路２０における電流は増加し、負荷８と第１継電器コイル６にかかる電圧は減少する。それによって、第１継電器コイル６は作動しなくなり、第１継電器接点セット２は開かれる。それから過電流がＰＴＣデバイス４を流れる。それは、高抵抗状態になり、電流を安全レベルに減らす。
【００１６】
図２の回路において、第１継電器コイル６は、制御要素１０４として作用し（図１）、第１継電器接点セット２は、遮断要素１０８として作用し、ＰＴＣデバイス４は、米国特許出願第０８／５６４，４５７号の図１のバイパス要素１０２として作用する。
【００１７】
第１継電器接点セット２に対して並列なＰＴＣデバイス４が存在することにより、通常の回路電流を流し、通常印加される電圧より低い電圧での最大過電流を遮断するために定格された第１継電器接点セット２を使用することができる。ＰＴＣデバイス４が、ＲPTC LOWの低抵抗状態であるならば、回路２０は、負荷８をショートしたＩMAX OVERCURRENTの最大過電流を有する。そのとき、第１継電器接点セット２は、ＲPTC LOW×ＩMAX OVERCURRENTより小さな電圧でＩMAX OVERCURRENTを遮断するために定格される。
【００１８】
図３は、本発明の回路保護装置の実施の形態を示す。図３は、図２において図示されている電気回路２０と似ている電気回路４０を示す。図３における保護システム３０は、バイパス要素１０６（図１）が１つのパスの代わりに、２つのパスを含むという点で、図２における保護システム１０と異なる。第１バイパスパス１０５（図１）は、第２継電器接点セット１７に対して直列に接続されたＰＴＣデバイス４を含み、第２バイパスパス１０７（図１）は、第２継電器接点セット１７に対して並列に接続される電圧検出第２継電器コイル１９を含む。
【００１９】
通常の動作において、スイッチ１５を閉じることによって、電源１２は接続され、第１継電器接点セット２は最初は開いており、第２継電器接点セット１７は最初は閉じている。第２継電器接点セット１７とＰＴＣデバイス４（つまり、第１バイパスパス１０５（図１））を電流が流れることによって、第１リレーコイル６は作動し、それによって、第１継電器接点セット２を閉じる。第１継電器接点セット２が閉じられることによって、実質的に全ての電流が第１継電器接点セット２を流れる。故障が負荷８で生じるならば、回路４０において電流が増加し、負荷８と第１継電器コイル６にかかる電圧が降下する。それによって、第１継電器コイル６は、電源から切断され、第１継電器接点セット２を開く。過電流が、第２継電器接点セット１７とＰＴＣデバイス４を流れる。ＰＴＣデバイス４は、高抵抗状態になり、それによって、電流は第２バイパスパス１０７（図１）における第２継電器コイル１９に流れる。第２継電器コイル１９は作動し、第２継電器接点セット１７を開き、それによって、第１バイパスパス１０５（図１）を開き、ＰＴＣデバイス４から電流を除去する。第２継電器コイル１９のインピーダンスは、回路４０における電流を十分低く保ち、負荷８を保護するために十分高く、さらに第１継電器コイル６を作動しない状態に保つためにも十分高い。
【００２０】
図２と図３において図示されている過電流保護装置１０、３０において、第１継電器コイル６は、通常動作中に連続的に作動し、したがって電源１２からパワーが連続的に引き出される。図２の回路に代わるソリッドステートの回路は、図４の回路６０に図示されている。これは、米国特許第５，６６６，２５４号と国際公開ＷＯ９７／１０６３５の図５に図示されている。図２において図示されている継電器コイル６と継電器接点２の代わりに、ソリッドステートシステム５０は、回路６０の線に接続される、例えば第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１４のようなソリッドステートスイッチを含む。第１ＦＥＴ１４のゲートは第１分圧器２２に接続される。第１分圧器２２は、負荷８に対して並列に接続され、第１ＦＥＴ１４のゲートに結合される直列接続抵抗１６、１８で構成される。ソリッドステート装置５０は、図２の過電流保護装置２０と本質的に同じ方法で作用する。スイッチを入れるとき、ＰＴＣデバイス４を電流が流れることによって、負荷８と第１分圧器２２にかかる電圧が生じるまで、第１ＦＥＴ１４は最初はオフ状態である。第１ＦＥＴ１４のゲートに生じる電圧により、第１ＦＥＴ１４はオン状態になる。それによって、電流が回路６０に流れる。負荷８でショートまたはその他の故障が生じたならば、結果として生じる分圧器２２の電圧不足により、第１ＦＥＴ１４はオフ状態になる。そのとき、電流はＰＴＣデバイス４に流れ、ＰＴＣデバイス４は高抵抗状態になる。第１ＦＥＴ１４とＰＴＣデバイス４の結合により第１ＦＥＴ１４の切り替えエネルギーは減少し、より小さなＦＥＴを使用することができる。
【００２１】
図５は、本発明の回路保護装置の第２の実施の形態である。図５は、図３において図示された回路４０における保護システム３０と似ている、第１と第２バイパスパス１０５、１０７（図１）を含む電気回路８０を示す。しかしながら、電気回路８０は、図２において図示された回路６０の保護システム５０と似ているソリッドステートデバイス、例えばＦＥＴを使用する。図５における保護システム７０において、第１バイパスパス１０５（図１）は、第２ＦＥＴ２４に対して直列に接続されるＰＴＣデバイス４を含み、第２バイパスパス１０７（図１）は、第２ＦＥＴ２４とＰＴＣデバイス４の直列結合に対して並列に接続される直列接続抵抗２６、２８を含む第２分圧器３２を含む。第２分圧器３２は、第２ＦＥＴ２４のゲートに接続される。第２ＦＥＴ２４は、通常オン状態であるｐチャネル型接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）またはその他の類似のデバイスであってもよい。
【００２２】
通常の動作において、スイッチ１５を閉じることによって電源１２が接続されるとき、第１ＦＥＴ１４は最初はオフ状態であり、第２ＦＥＴ２４は最初はオン状態である。第２ＦＥＴ２４とＰＴＣデバイス４（つまり、第１バイパスパス１０５（図１））を電流が流れることによって、第１分圧器２２は作動する。第１ＦＥＴ１４のゲートにおける電圧が第１ＦＥＴ１４をオン状態にするために十分な正の値になる。第１ＦＥＴ１４がオン状態にあるならば、実質的に全ての回路電流は、第１ＦＥＴ１４を流れる。負荷８において故障が生じるならば、回路８０の電流は増加し、負荷８と第１分圧器２２にかかる電圧は減少する。それによって、第１ＦＥＴ１４はオフ状態になる。そのとき、過電流は、第２ＦＥＴ２４とＰＴＣデバイス４を流れる。ＰＴＣデバイス４は、高抵抗状態になり、それによって、第２バイパスパス１０７（図１）における第２分圧器３２に電流を流す。第２分圧器３２の増加した電圧により、第２ＦＥＴ２４のゲートにおける電圧が増加し、第２ＦＥＴ２４をオフ状態にする。ＰＴＣデバイス４を含む第１バイパスパス１０５（図１）における電流は、第２ＦＥＴ１４のオフ状態漏れ電流にさらに減少する。第２分圧器３２のインピーダンスは、回路７０の電流を十分低く保ち、負荷８を保護するために十分高く、それによって、第１ＦＥＴ１４をオフ状態に保つ。
【００２３】
図５において図示されたソリッドステート保護システム７０において、他の装置が、第１と第２分圧器２２、３２の代わりに使用されてもよい。例えば、ツェナーダイオードまたはその他の電圧調整デバイスもしくは電圧クランピングデバイスを含む装置が使用されてもよい。
【００２４】
ソリッドステート過電流保護システム７０は、継電器過電流保護システム３０を上回る利点を有する。それは、第１分圧器２２を含む抵抗１６、１８の値が第１継電器コイル６のインピーダンスより大きなインピーダンスを有するように選択可能であり、それによって通常の動作中に、第１継電器コイル６を含む装置によって消費されるパワーより少ないパワーを消費することである。ソリッドステート装置７０は、耐用期間がより長い、コストがより安い、大きさがより小さいという潜在的な利点をさらに有する。バイポーラトランジスタ、トライアック、シリコン制御整流器のようなその他のソリッドステートスイッチングデバイスが、ＦＥＴの代わりに使用されてもよい。例えばソリッドステート装置が制御要素１０４と遮断要素１０８のために使用され、継電器装置がバイパス要素１０６において使用されるハイブリッド結合か、またはその逆、例えば継電器装置が制御要素１０４と遮断要素１０８のために使用され、ソリッドステート装置がバイパス要素１０６において使用されるハイブリッド結合が使用されてもよい。
【００２５】
本発明の先の詳細な記載は、主に本発明の特定の部分もしくは態様に関するものか、またはそれのみである変形例を含む。これが明瞭さと便利さのためであり、特定の特徴が開示された変形例以上に関連していてもよく、さらにここにおける開示が、異なる変形例において発見された情報の適切な組み合わせの全てを含むことがわかるであろう。同様に、ここにおいてさまざまな図面と説明が本発明の特定の実施の形態と関係しているが、特定の特徴が特定の図の説明において開示されており、そのような特徴がある程度、別の図の説明において、別の特徴と組み合わせて、または一般に本発明において使用されることも可能であることがわかるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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