Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuerschaltung für eine Mehrzahl elektrischer Verbraucher mit erhöhter Sicherheit gegen Ausfall eines in der Steuerschaltung angeordneten Halbleiterschalters, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen.

Halbleiterschalter werden heutzutage in Kraftfahrzeugbordnetzen in großen Stückzahlen und in einer Vielzahl von Anwendungen zum Ein- und Ausschalten von Verbrauchern und auch zum Steuern des Stromflusses durch den Verbraucher eingesetzt. Dabei werden teilweise Ströme bis zu über 50 Ampere geschaltet. Bei einer elektrischen Zusatzheizung als zu steuernder Verbraucher mit einer Heizleistung von beispielsweise 1.600 Watt, die auf vier Stromkreise aufgeteilt ist, kann die Leistungsaufnahme durch Pulsbreitenmodulation (PWM) stufenlos zwischen 0 % und 100 % eingestellt werden. Jeder Stromkreis wird durch einen Halbleiterschalter (vorzugsweise einen MOSFET) periodisch ein- und ausgeschaltet. Dabei fließen durch jeden Halbleiterschalter Ströme von bis zu 50 Ampere.

Im Gegensatz zu mechanischen Schaltern wie Relais sind Halbleiterschalter jedoch empfindlich gegen Überlastung. Im Überlastungsfall (EOS - electrical overstress) kann es zu einem "Durchlegieren" des Halbleiterschalters kommen. Der Halbleiterschalter ist dann dauerhaft leitend und nicht mehr abschaltbar.

Der leitende Zustand eines Halbleiterschalters ist undefiniert, der Durchlasswiderstand des Schalters in diesem Zustand kann so um ein Mehrfaches höher als der Normalzustand sein. Durch den erhöhten Durchlasswiderstand vergrößert sich der Spannungsabfall in dem Halbleiterbauelement und die umgesetzte Verlustleistung wächst entsprechend an. Die übermäßige Erwärmung des Halbleiterbauteils führt zu einer thermischen Überlastung, die die gesamte Steuerelektronik mit der Folge von Verschmorungen in Mitleidenschaft zieht und auch eine Zerstörung vom Komponenten zur Folge haben kann, die im Umfeld der Heizvorrichtung angeordnet sind.

Halbleiterschalter zum Schalten hoher Ströme werden heutzutage in Millionenstückzahlen in Kraftfahrzeugen eingebaut. Die Gefahr, dass es trotz der hohen Zuverlässigkeiten von Halbleiterbauelementen mit Ausfallraten im ppm-Bereich zu Schäden am Kraftfahrzeug kommt, ist nicht vernachlässigbar. Zu diesem Zweck sind Sicherungen erforderlich, die im Falle eines dauernd leitenden Halbleiterbauelementes den Stromfluss zuverlässig unterbrechen. Diese Anforderung gilt insbesondere für Anwendungen, bei denen das Halbleiterbauelement und die von diesem gesteuerte Last ständig mit der Fahrzeugbatterie verbunden ist, insbesondere so genannten "Klemme-30-Applikationen". Bei diesen Anwendungen ist auch bei abgestelltem Fahrzeug, d.h. Zündung AUS, eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie und der Anwendung vorhanden.

Gemäß einem herkömmlichen Ansatz zur Erhöhung der Sicherheit gegen den Ausfall eines Leistungshalbleiters werden zwei Halbleiterschalter in Reihe geschaltet. Ein Beispiel für eine entsprechende Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Strom I_L durch den Lastkreis kann erst dann fließen, wenn beide Leistungshalbleiter eingeschaltet sind. Eine Schutzfunktion wird damit auch bei abgestelltem Fahrzeug erreicht, da in diesem Fall beide Leistungshalbleiter automatisch nicht-leitend geschaltet sind.

Nachteilig an dieser herkömmlichen Absicherung eines Halbleiterschalters ist, dass immer zwei Halbleiterbauelemente von dem Laststrom durchflossen sind und eine entsprechende Verlustleistung erzeugen. Beide Halbleiterschalter müssen zur Wärmeabfuhr an ein Kühlelement angebunden werden, so dass der Hardwareaufwand und auch der Platzbedarf deutlich ansteigen. Zusätzlich müssen in der Regel teurere Halbleiterbausteine verwendet werden, um die zusätzlich entstehende Verlustleistung zu vermindern.

Eine weitere herkömmliche Alternative zur Absicherung des Ausfalls eines Leistungshalbleiters ist in Fig. 2 gezeigt. Ein thermisches Schutzelement TPE ist in Reihe mit dem Leistungshalbleiter geschaltet. Durch eine thermische Kopplung löst das thermische Schutzelement, beispielsweise eine Schmelzsicherung, bei einer Überhitzung des Halbleiterschalters aus und trennt den Strompfad zum Halbleiterschalter dauerhaft auf.

Nachteilig an einem solchen thermischen Schutzelement ist der erforderliche Bauraum im Bereich des zu schützenden Leistungshalbleiters. Außerdem ist zum Auslösen eines solchen thermischen Schutzelementes eine hohe Temperatur im Bereich von mindestens 200°C am Halbleiterbauelement erforderlich. Da bei der Verwendung von effizienten Kühlkörpern zur Abfuhr der Verlustleistung von dem Halbleiterbauelement solche Temperaturen auch im Fehlerfall nicht immer erreicht werden, ist eine zuverlässige Abschaltung nicht garantiert.

Eine zweistufige Sicherheitsschaltung, die auf hohe Temperaturen anspricht, ist in GB-2 396 982 gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. In einer ersten Stufe löst ein Temperatursensor das Abfallen von Relais aus, während in einer zweiten Stufe eine dauerhafte Stromunterbrechung durch eine Kurzschlusssicherung erfolgt. Diese zweite Stufe löst aus, wenn die erste Stufe nicht nach einer bestimmten Zeit zum Absenken der Temperatur in den Normalbereich führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Steuerschaltung und ein Verfahren zum Steuern einer Mehrzahl elektrischer Verbraucher anzugeben, die das Risiko, das von einem Transistorausfall ausgeht, vermindern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 14 gelöst.

Es ist der besondere Ansatz der vorliegenden Erfindung, die Sicherheit von Halbleiterschaltern, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß die Funktion der Leistungshalbleiter, die den Verbrauchern Strom zuführen, überwacht. Die Stromzuführungen zu der Mehrzahl von Leistungshalbleitern sind mit einem gemeinsamen Kurzschlussschalter verbunden. Wird einer der mit diesem Kurzschlussschalter verbundenen Leistungshalbleiter nicht zur Abgabe von Strom an den zugeordneten Verbraucher angesteuert und führt der Leistungshalbleiter dem Verbraucher dennoch Strom zu, so wird der Kurzschlussschalter aktiviert und die Stromzuführung zu allen mit dem Kurzschlussschalter verbundenen Leistungshalbleitern unterbrochen.

Auf diese Weise wird sowohl der defekte Leistungshalbleiter als auch der mit diesem verbundene Verbraucher bei Ausfall eines Leistungshalbleiters zuverlässig von der Stromzufuhr getrennt. Damit kann bei einem Ausfall des Leistungshalbleiters ein Folgeschaden wirksam verhindert werden, da weder eine Überhitzung des Leistungshalbleiters noch des Verbrauchers stattfinden kann. Somit wird die Sicherheit beim Einsatz von Leistungshalbleitern zum Schalten von Strom in Kraftfahrzeugen deutlich erhöht.

Dadurch dass eine Mehrzahl von Leistungshalbleitern über einen gemeinsamen Kurzschlussschalter bei Ausfall eines der mit dem Kurzschlussschalter verbundenen Leistungshalbleiter abgeschaltet wird, kann die zusätzliche Sicherheit mit geringst möglichem zusätzlichen Hardwareaufwand und Platzbedarf erreicht werden.

Vorzugsweise ist die Stromüberwachungsfunktion in den Leistungshalbleiter integriert. Durch die Verwendung von "intelligenten" Transistoren, die als Zusatzfunktion eine Strommessung bzw. Spannungsüberwachung des Lastkreises erlauben, kann eine Überwachung der Funktionalität des Leistungshalbleiters in besonders einfacher Weise realisiert werden.

Ein Unterbrecherelement ist vorzugsweise ein Leiterbahnabschnitt, dessen Querschnitt so dimensioniert ist, dass eine Unterbrechung bei einem vorgegebenen Stromwert erfolgt. Der Stromwert liegt vorzugsweise um einen festgelegten Betrag oberhalb des maximal den PTC-Heizelementen über die Leiterbahn zugeführten Stroms.

Vorzugsweise wird zur Überwachung der Funktionalität des Leistungshalbleiters die Spannung des Lastkreises überwacht. Damit kann auch bei Ausfall einer in den Leistungshalbleiter integrierten Strommessung eine sichere Überwachung erreicht werden.

Vorzugsweise werden von der Steuereinheit alle Leistungshalbleiter abgeschaltet, wenn eine Unterbrechung der Stromzufuhr zu einem der Leistungshalbleiter bewirkt werden soll. Damit wird garantiert, dass zur Unterbrechung ein maximaler Kurzschlussstrom zur Verfügung steht.

Die Unterbrechung über den Kurzschlussschalter erfolgt durch Ansteuerung des Kurzschlussschalters für eine vorgegebene Zeitdauer. Anschließend wird die erreichte Wirkung vorzugsweise noch einmal überprüft. Sollte dabei festgestellt werden, dass der betroffene Leistungshalbleiter immer noch Strom den PTC-Heizelementen zuführt, so kann die Ansteuerung des Kurzschlussschalters gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden. Dadurch kann eine zuverlässige Abschaltung des ausgefallenen Leistungshalbleiters über die Leiterbahnsicherungen erreicht werden, auch wenn der Kurzschlussstrom aufgrund der Stromentnahme anderer Verbraucher zum Zeitpunkt des ersten erzeugten Kurzschlusses nicht zur Unterbrechung der Stromzuführung zu dem Leistungshalbleiter ausgereicht haben sollte.

Vorzugsweise wird als Kurzschlussschalter ein Relais oder ein Halbleiterschalter verwendet, insbesondere ein IGBT, d.h. ein Insulated Gate Bipolar Transistor.

Die einzelnen Stromzuführungen, die mit demselben Kurzschlussschalter verbunden sind, werden aufeinanderfolgend aufgetrennt. Damit ist sichergestellt, dass der Kurzschlussstrom jeweils zur Durchtrennung der jeweiligen Stromzuführung ausreichend ist. Auf diese Weise kann auch bei schwacher Batterie eines Kraftfahrzeugs eine sichere Abschaltung erreicht werden.

Vorzugsweise werden die Unterbrecherelemente schrittweise durchtrennt, und zwar ausgehend von dem Unterbrecherelement, das zu dem Kurzschlussschalter benachbart angeordnet ist. Mit jeder Durchtrennung einer Stromzuführung wird ein maximale Kurzschlussstrom der benachbarten, von dem Kurzschlussschalter jeweils weiter entfernten Stromzuführung zur Verfügung gestellt und damit schrittweise eine Durchtrennung aller Unterbrecherelemente der "sicherheitstechnisch gekoppelten" Leistungshalbleiter bewirkt.

Zwei benachbarte Stromzuführungen zu den Leistungshalbleitern sind über einen Quersteg miteinander verbunden. In dieser Art kann eine beliebige Anzahl von Stromzuführungen mit dem Kurzschlussschalter verbunden werden. Dazu verbindet der Quersteg vorzugsweise jeweils die Leitungsabschnitte der Stromzuführungen zwischen dem Unterbrecherelement und dem Leistungshalbleiter. Durch geeignete Dimensionierung des elektrischen Widerstandes des Quersteges lässt sich der im Kurzschlussfall an den einzelnen Stromzuführungen anliegende Kurzschlussstrom einstellen.

Die elektrischen Widerstände des Querstegs und der Unterbrecherelemente werden so ausgelegt, dass gleichzeitig jeweils nur durch ein Unterbrecherelement ein ausreichend hoher Kurzschlussstrom fließt. Damit lässt sich in einfacher Weise eine sichere, aufeinanderfolgende Abschaltung der Leistungshalbleiter, die mit einem Kurzschlussschalter verbunden sind, erreichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1

die Schaltung einer herkömmlichen Absicherung eines Halbleiterschalters in einem Kraftfahrzeug durch Reihenschaltung von zwei Halbleiterschaltern zeigt,

Fig. 2

eine weitere Schaltung einer alternativen herkömmlichen Absicherung eines Halbleiterschalters in einem Kraftfahrzeug durch eine thermische Sicherung zeigt,

Fig. 3

schematisch den Aufbau des der erfindungsgemäßen Absicherung zugrundeliegenden Konzepts wiedergibt,

Fig. 4

ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben der Absicherung gemäß Fig. 3 zeigt,

Fig. 5

eine beispielhafte Schaltung zur Absicherung eines Halbleiterschalters gemäß dem Aufbau aus Fig. 3 zeigt

Fig. 6

schematisch den Aufbau einer Leiterbahnsicherung für die Schaltung gemäß Fig. 7 zeigt,

Fig. 7

eine beispielhafte Schaltung für eine erfindungsgemäße gleichzeitige Absicherung einer Mehrzahl von Halbleiterschaltern zeigt,

Fig. 8

ein Beispiel für ein Leiterbahnlayout einer Leitbahnsicherung von zwei Leistungshalbleitern über einen gemeinsamen Kurzschlussschalter zeigt,

Fig. 9

eine elektrische Ersatzschaltung für die Leiterbahnstruktur der Fig. 8 zeigt,

Fig. 10a

eine Seitenansicht einer elektrischen Heizvorrichtung mit Halbleiterschaltern zum Ansteuern einer Mehrzahl von Heizstufen zeigt,

Fig. 10b

eine Aufsicht auf die elektrische Heizvorrichtung gemäß Fig. 10a zeigt,

Fig. 11

eine perspektivische Ansicht eines zu Fig. 10 alternativen Aufbaus einer elektrischen Heizvorrichtung zeigt,

Fig. 12

eine perspektivische Ansicht einer Steuerschaltung der in Fig. 11 gezeigten Heizvorrichtung zeigt,

Fig. 13

eine Aufsicht auf die in Fig. 12 dargestellte Steuerschaltung zeigt und

Fig. 14

schematisch den Aufbau eines Heiz-Klimagerätes in einem Kraftfahrzeug mit eine elektrischen Heizvorrichtung zeigt.

Die Erfindung betrifft Steuerschaltungen mit Leistungshalbleitern, die den den jeweils angeschlossenen Verbrauchern zuzuführenden Strom einstellen. Die Stromeinstellung erfolgt in Abhängigkeit von einem externen Signal, das der Steuerschaltung zugeführt wird.

Das Prinzip, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist in dem schematisch dargestellten Aufbau des Sicherungskonzeptes einer Steuerschaltung in Fig. 3 wiedergegeben. Eine Steuereinheit 30 der Steuerschaltung erhält ein von außen zugeführtes Steuersignal, beispielsweise eine Heizleistungsanforderung für eine elektrische Heizvorrichtung. Das extern zugeführte Signal wird von der Steuerschaltung 30 in eine Ansteuerung, insbesondere eine Zu- bzw. Abschaltung der Verbraucher 32 umgesetzt. Der Einfachheit halber ist in Fig. 3 nur ein einziger Lastkreis mit Verbrauchern 32 dargestellt. In entsprechender Weise kann jedoch eine Vielzahl von Verbrauchern von der Steuereinheit 30 angesteuert werden. Die erfindungsgemäße Stromsicherung ist dabei gemeinsam für eine vorgegebene Mehrzahl von Leistungshalbleitern vorgesehen.

Die Steuereinheit 30 stellt den den Verbrauchern 32 zugeführten Strom ein. Über eine Stromüberwachung 33 wird die Funktion der Leistungshalbleiter 31 kontrolliert, die in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch die Steuereinheit 30 den jeweils erforderlichen Strom den Verbrauchern 32 zuführen.

Die Stromüberwachung kann entweder über eine Strommessung oder alternativ über eine Überwachung der an dem Lastkreis des Leistungshalbleiters 31 anliegenden Spannung U_L realisiert werden. Vorzugsweise ist die Überwachungsfunktion des Lastkreises in den Leistungshalbleiter integriert (durch die gestrichelte Einfassung der Blöcke 31 und 33 in Fig. 3 angedeutet).

Stellt die Steuereinheit 30 fest, dass ein Strom von dem Leistungshalbleiter 31 den zugeordneten Verbrauchern 32 zugeführt wird, obwohl der Leistungshalbleiter nicht entsprechend angesteuert wird, so leitet die Steuereinheit 30 eine Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem Leitungshalbleiter 31 ein.

Vorzugsweise wird die Unterbrechung über eine Leiterbahnsicherung erreicht, die einem Kurzschlussstrom nicht standhält. Die Steuereinheit 30 erzeugt zu diesem Zweck ein Unterbrechungssignal, über das ein Kurzschlussschalter 34 die Stromzufuhr zu dem Leitungshalbleiter 31 kurzschließt. Diesem Kurzschlussstrom, der höher als der im ordnungsgemäßen Betrieb maximal fließende Strom ist, hält die im Strompfad liegende Leiterbahnsicherung 35 nicht stand. Das Leiterbahnstück 35 brennt an der Engstelle durch und unterbricht damit dauerhaft den Stromfluss zu dem Leitungshalbleiter 31. Auf diese Weise kann zuverlässig ein fehlerhaftes Halbleiterbauelement erkannt und dauerhaft außer Betrieb gesetzt werden.

Das entsprechende Verfahren ist in dem Ablaufdiagramm der Fig. 4 dargestellt. In Abhängigkeit von einer externen Steuerungsanforderung werden die Leistungshalbleiter 31 im Schritt S1 angesteuert. Das tatsächliche Funktionieren der Leistungshalbleiter wird im Schritt S2 überwacht. Dazu wird erfasst, ob der Lastkreis des jeweiligen Leistungshalbleiters stromführend ist. Eine nicht ordnungsgemäße Funktionalität des Leistungshalbleiters liegt vor, wenn der Lastkreis stromführend ist, der Leistungshalbleiter jedoch nicht von der Steuereinheit entsprechend angesteuert wird (Schritt S3). Daraufhin wird im Schritt S4 die Stromzufuhr zu dem Leistungshalbleiter unterbrochen.

Um zuverlässig eine dauerhafte Unterbrechung der Stromzufuhr bei einer Mehrzahl separat angesteuerter Verbraucher erreichen zu können, werden vorzugsweise vor Aktivierung des Kurzschlussschalters 34 alle (abschaltbaren) Verbraucher abgeschaltet. Damit fließt kein Strom über die anderen Verbraucher ab und es kann ein möglichst hoher Kurzschlussstrom und damit eine sichere Unterbrechung der Zuleitung zu dem ausgefallenen Leistungshalbleiter 31 erreicht werden.

Zur Unterbrechung der Zuleitung zu dem ausgefallenen Leistungshalbleiter wird der Kurzschlussschalter 34 nur für eine kurze Zeit T_Br aktiviert. Diese Zeitspanne ist so ausgelegt, dass der während dieser Zeitdauer fließende Kurzschlussstrom die Leiterbahnsicherung 35 sicher auftrennen sollte.

Die Sicherheit, bei Ausfall eines Leistungshalbleiters diesen zuverlässig abzuschalten, kann dadurch weiter erhöht werden, dass nach Ablauf der Zeitspanne T_Br eine Überprüfung durchgeführt wird, ob die Stromzuführung zu dem ausgefallenen Leistungshalbleiter tatsächlich unterbrochen ist. Dazu wird, wie zuvor im Schritt S2, überprüft, ob der Lastkreis des Leitungshalbleiters stromdurchflossen ist. Wird dabei festgestellt, dass die Stromzufuhr nicht unterbrochen ist, so wird der Schritt S4 gegebenenfalls mehrfach wiederholt.

In Fig. 5 ist beispielhaft eine sichere Steuerschaltung für die Ansteuerung von Halbleiterschaltern dargestellt. Die Steuereinheit µC stellt über den Halbleiterschalter 51 jedem Verbraucher den von der Batterie 55 zuzuführenden Strom ein. Entsprechend der Ansteuerung der Halbleiterschalter 51 durch die Steuereinheit wird den Verbrauchern 52 Strom zugeführt.

Zusätzlich sind in Fig. 5 zwei Kurzschlussschalter 53 dargestellt, die jeweils einem Leistungshalbleiter 51 zugeordnet sind. Als Kurzschlussschalter werden vorzugsweise Halbleiterschalter mit einer hohen Stromtragfähigkeit verwendet.

Zusätzlich ist in den Strompfad zu den jeweiligen Leistungshalbleitern 51 eine Sicherung 54 geschaltet. Diese Sicherung ist vorzugsweise als Leiterbahnsicherung ausgestaltet. Wird einer der Kurzschlussschalter 53 von Steuereinheit leitend geschaltet, so wird die Stromzufuhr zu dem zu schützenden Leistungshalbleiter 51 und zu dem mit diesem verbundenen Verbraucher dauerhaft unterbrochen.

Durch die Ausbildung der Sicherung 54 als Leiterbahnsicherung ist diese Bestandteil der Leiterbahnstruktur und muss nicht als zusätzliches Bauteil montiert oder bestückt werden.

Im Gegensatz zur bekannten Schmelzsicherung löst das beschriebene Sicherungskonzept nicht passiv aufgrund eines erhöhten Stroms durch den Verbraucher, d.h. des Lastkreises aus. Ein erhöhter Lastkreisstrom kann beispielsweise durch einen Kurzschluss in der Last verursacht sein. Im Gegensatz dazu ist ein separater Kurzschlusspfad vorgesehen, in dem bei Aktivierung des Kurzschlussschalters ein erhöhter Strom fließt und ein Auslösen der Sicherung bewirkt. Anders als bei herkömmlichen Sicherungskonzepten wird nicht ein fehlerhafter Verbraucher abgeschaltet, sondern zuverlässig ein fehlerhafter Leistungshalbleiter.

Eine beispielhafte Gestaltung einer solchen Leiterbahnsicherung 54 ist in Fig. 6 dargestellt. Die Leiterbahnsicherung 60 ist vorzugsweise als Engstelle 62 mit der Breite B_E in einem Leiterbahnzug 61 mit der Breite B angeordnet. Durch die Engstelle 62 kommt es in einem im Vergleich zu einer Gesamtlänge L_G der Leiterbahn 60 kurzen Leiterbahnstück der Länge L_E zu einer deutlichen Erhöhung des Widerstandes pro Länge. Damit bleibt der Gesamtwiderstand des Leiterbahnzuges und damit auch der Spannungsabfall über diesem nahezu unverändert niedrig, an der Engstelle 62 kommt es dagegen zu einem deutlichen Spannungsabfall &Dgr;U.

Im Kurzschlussfall kommt es durch den Kurzschlussstrom I_K an der Engstelle 62 zu einer Verlustleistung P_V mit einer starken Erwärmung, so dass das Leiterbahnstück 60 an der Engstelle 62 durchbrennt. Damit sind der Leiterbahnzug und der Stromfluss unterbrochen.

An der Engstelle 62 ist die Leiterbahn typischerweise aus einer Kupferfolie mit einer Dicke von 35 bis 70 µm ausgebildet. Durch eine geeignete Dimensionierung wird gewährleistet, dass im Normalbetrieb, wenn der Nennstrom I_N mit I_N << I_K fließt, die Erwärmung an der Engstelle 62 gering ist. Im Normalbetrieb kommt es somit nicht zu einem Durchbrennen des Leiterbahnstücks an der Engstelle 62.

Um ein zuverlässiges Durchbrennen der Leiterbahnsicherung 60 im Ansprechfall zu gewährleisten, muss der für das Durchbrennen erforderliche Kurzschlussstrom I_K fließen. Der Kurzschlussstrom wird im Wesentlichen durch die Bordnetzspannung U_B und über die Zuleitungswiderstände R_Zul bestimmt. In erster Näherung gilt: $${\mathrm{I}}_{\mathrm{k}}\mathrm{=}{\mathrm{U}}_{\mathrm{B}}\mathrm{/}{\mathrm{R}}_{\mathrm{Zul}}\mathrm{.}$$

Elektrische Steuerschaltungen zur Einstellung des einer Mehrzahl von Verbrauchern zuzuführenden Stroms weisen im Allgemeinen mehrere, getrennt schaltbare Lastkreise auf. Dadurch sind die Zuleitungswiderstände R_Zul, ausreichend niedrig, da die Zuleitungen nicht auf den Nennstrom eines Lastkreises, sondern auf den Summenstrom aller Lastkreise ausgelegt sind. In Fig. 5 sind beispielsweise zwei Lastkreise mit entsprechenden Verbrauchern 52 dargestellt, denen der benötigte Strom über die Leistungshalbleiter 51 zugeführt wird.

Um den Fehlerfall zu detektieren und die Leiterbahnsicherung auszulösen, wird zunächst die Erkennung eines nicht abschaltbaren Leistungshalbleiters durchgeführt. Zu diesem Zweck wird bei in der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform die Spannung U_L des Lastkreises des Leistungshalbleiters 51 abgefragt. Bei einem nicht angesteuerten Leistungshalbleiter 51 ist der Lastkreis nicht stromdurchflossen und die Spannung daher 0 Volt. Wird jedoch eine Spannung U_L größer als 0 Volt festgestellt, so ist der Leistungshalbleiter 51 trotz fehlender Ansteuerung leitend. In diesem Fall leitet die Steuereinheit eine Unterbrechung der Stromzufuhr zu diesem Leistungshalbleiter ein.

Um ein sicheres Durchbrennen der entsprechenden Leiterbahnsicherung 54 zu gewährleisten, werden in einem ersten Schritt alle Lastkreise abgeschaltet. Mit dieser Maßnahme wird gewährleistet, dass der Kurzschlussstrom I_K vollständig zum Durchbrennen der Leiterbahnsicherung zur Verfügung steht. Anschließend wird der Kurzschlussschalter 53 für eine festgelegte Zeit T_Br angesteuert.

Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne T_Br wird überprüft, ob die Leiterbahnsicherung 54 tatsächlich durchgebrannt ist bzw. die Mehrzahl von Leiterbahnsicherungen. Zu diesem Zweck wird wiederum die Spannung U_L des Lastkreises des entsprechenden Leistungshalbleiters 51 abgefragt. Gegebenenfalls werden die letzten beiden Schritte wiederholt durchgeführt, nämlich die Ansteuerung des Kurzschlussschalters 53 und die Überprüfung, ob die Leiterbahnsicherung tatsächlich durchgebrannt ist.

Als Kurzschlussschalter 53 kommen vorzugsweise Halbleiterschalter IGBTs oder Bipolartransistoren zum Einsatz, aber auch MOSFETs oder Thyristoren. Grundsätzlich sind ebenfalls elektromechanische Schalter in Form von Relais als Kurzschlussschalter verwendbar.

Eine erfindungsgemäße Implementierung des Sicherungskonzeptes für eine elektrische Steuerschaltung ist in Fig. 7 dargestellt. Um den zusätzlichen Hardwareaufwand und insbesondere auch den zusätzlichen Platzbedarf auf einer Steuerplatine zu vermindern, der durch das Sicherungskonzept erforderlich ist, wird ein Kurzschlussschalter 70 gleichzeitig zur Absicherung einer Mehrzahl von Lastkreisen verwendet. Der in Fig. 7 gezeigte Kurzschlussschalter 70 ersetzt die beiden in Fig. 5 dargestellten Kurzschlussschalter 53, die jeweils nur einem einzigen Leistungshalbleiter zugeordnet waren. Der Kurzschlussschalter 70 dient vorzugsweise zur Absicherung von zwei Lastkreisen, es ist aber auch jede andere Anzahl von entsprechend gekoppelten Lastkreisen möglich. Damit kann die Anzahl der zusätzlich erforderlichen Halbleiterbausteine für die Kurzschlussschalter und der zusätzliche Platzbedarf so gering wie möglich gehalten werden.

Mit dem in Fig. 7 gezeigten Sicherungskonzept werden im Fehlerfall zwei Leiterbahnsicherungen 54 mit der Auslösung des Kurzschlussschalters 70 durchtrennt. Eine beispielhafte Ausgestaltung für zwei entsprechend verbundene Leiterbahnsicherungen ist in Fig. 8 dargestellt.

Zwischen der ersten Leiterbahn-Sicherung 81 und dem zugehörigen Leistungshalbleiter T₁ und der Leiterbahn-Sicherung 82 mit dem dazugehörigen Leistungshalbleiter T₂ befindet sich ein Quersteg 85 als elektrische Querverbindung, vorzugsweise in Form einer Leiterbahn Jedes Stück Leiterbahn der in Fig. 8 gezeigten beispielhaften Implementierung besitzt eine endliche elektrische Leitfähigkeit, die bei hohen Strömen nicht vernachlässigbar ist und zu Spannungsabfällen führt. Eine elektrische Ersatzschaltung mit elektrischen Widerständen der Anordnung nach Fig. 8 ist in Fig. 9 wiedergegeben.

Die beiden Leiterbahnzüge mit den Leiterbahn-Sicherungen 81, 82 werden durch die Widerstände R_Si1, R_Si2 repräsentiert. Die elektrische Querverbindung 85 wird durch den Widerstand R_Q dargestellt. Bei durchgeschaltetem Kurzschlussschalter 70 (T_KS) teilt sich der Kurzschlussstrom I_K auf die beiden Zweige auf, nämlich durch den Widerstand R_Si2 und durch die Reihenschaltung aus R_Si1 und R_Q. Für den Stromfluss gilt: $${\mathrm{I}}_{\mathrm{k}}\mathrm{=}{\mathrm{I}}_{\mathrm{k}1}+{\mathrm{I}}_{\mathrm{k}2}\mathrm{.}$$

Für die Stromaufteilung auf die beiden Zweige gilt: $${\mathrm{I}}_{\mathrm{k}\mathrm{2}}\mathrm{/}{\mathrm{I}}_{\mathrm{k}\mathrm{1}}\mathrm{=}\left({\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}\mathrm{1}},\mathrm{+},{\mathrm{R}}_{\mathrm{Q}}\right)\mathrm{/}{\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}\mathrm{2}}\mathrm{.}$$

Durch geeignete Wahl der Widerstände R_Si1, R_Si2, R_Q lässt sich die Aufteilung des Kurzschlussstroms I_K auf die Leiterbahnsicherungen 81, 82 einstellen. Damit lässt sich der Kurzschlussstrom so aufteilen, dass im Kurzschlussfall nur durch eine der Sicherungen ein um ein Mehrfaches höherer Strom als durch die andere/anderen fließt. Die Sicherung mit dem höheren Kurzschlussstrom wird daher zunächst durchbrennen. Anschließend fließt der gesamte Kurzschlussstrom über die andere Leiterbahnsicherung, so dass auch diese zuverlässig durchbrennt. Erfindungsgemäß wird daher bei einer Mehrzahl durchzutrennender Stromzuführungen eine schrittweise Durchtrennung jeder einzelnen Leiterbahnsicherung bewirkt. Auf diese Weise kann sicher ein zu niedriger Kurzschlussstrom für jede der durchzutrennenden Leiterbahnsicherungen verhindert werden.

Die aufeinanderfolgende Durchtrennung der Leiterbahnsicherungen einer "Sicherungsgruppe" wird im folgenden Ausführungsbeispiel erläutert. Dazu wird angenommen, dass: $${\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}\mathrm{1}}={\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}\mathrm{2}}={\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}}$$ $${\mathrm{R}}_{\mathrm{Q}}\mathrm{=}\mathrm{2}\mathrm{*}{\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}}$$

Demzufolge ergibt sich: $${\mathrm{I}}_{\mathrm{k}\mathrm{2}}\mathrm{/}{\mathrm{I}}_{\mathrm{k}\mathrm{1}}\mathrm{=}\left({\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}},\mathrm{+},2,*,\mathrm{RSi}\right)\mathrm{/}{\mathrm{R}}_{\mathrm{Si}}=3$$ bzw. $${\mathrm{I}}_{\mathrm{k}2}\mathrm{=}3*{\mathrm{I}}_{\mathrm{k}1}\mathrm{.}$$

Im Kurzschlussfall fließen demgemäss zunächst 75 % des Kurzschlussstroms I_K durch die Leiterbahnsicherung 82. Nachdem die Leiterbahnsicherung 82 durchgebrannt ist, fließt der gesamte Kurzschlussstrom (100 %) durch die zweite Leiterbahnsicherung 81. Damit ist ein sicheres Durchbrennen beider Leiterbahnsicherungen 81, 82 gewährleistet, um den Stromfluss durch die Lastkreise beider Leistungshalbleiter 51 bei einem Defekt eines der beiden Halbleiterschalter 51 sicher zu unterbrechen.

Das obengenannte Ausführungsbeispiel dient nur der Illustration der besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Selbstverständlich sind beliebige andere Kombinationen von Widerständen R_Si1, R_Si2, R_Q bzw. Auslegungen der beiden Leiterbahnsicherungen 81, 82 und des Querstegs 85 möglich. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Auslegung der Widerstände eingeschränkt. Ebenso ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von einer Gruppe aus allein zwei Leiterbahnsicherungen 81, 82 die über einen Quersteg miteinander verbunden sind, beschränkt. Eine beliebige Anzahl von Leistungshalbleitern 51 kann in entsprechender Weise abgesichert werden.

Normalerweise wird die Steuervorrichtung beim Ausschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs deaktiviert. Ausgewählte Lastkreise können jedoch auch so an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein, dass Sie bei abgestelltem Fahrzeug aktivierbar sind. Ein Halbleiterausfall kann somit auch bei ausgeschalteter Zündung auftreten. Das ausgefallene Leistungshalbleiterbauelement führt dann Strom dem entsprechenden Verbraucher zu - mit den oben beschriebenen negativen Folgen. Um auch bei abgestelltem Kraftfahrzeug einen Schaden für die den Verbraucher, die Steuerschaltung und das Kraftfahrzeug bei Ausfall eines Transistors zu vermeiden, werden nachfolgend zwei alternative, besondere Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Gemäß einer ersten Ausführungsform zur Absicherung der Steuerschaltung gegen einen Ausfall eines Leistungshalbleiters bei Zündung AUS wird die Betriebsspannung jedes Lastkreises U_L der in Fig. 5 und Fig. 7 gezeigten Steuereinheit bzw. dem Spannungsregler zugeführt.

Sobald einer der Leistungshalbleiter 51 ausfällt und ständig leitend ist, liegt die Spannung U_L auf Batterieniveau. Diese Spannung wird dem Spannungsregler zugeführt, der daraufhin die Steuereinheit µC mit Spannung versorgt und aktiviert.

Bei der Stellung Zündung AUS des Kraftfahrzeugs ist die Steuereinheit µC abgeschaltet und alle Leistungshalbleiter 51 gesperrt geschaltet. Keiner der Verbraucher ist daher mit Strom versorgt und die Spannung U_L ist Null. Tritt ein Halbleiterdefekt in einem der Leistungshalbleiter 51 auf, so ist der entsprechende Lastkreis von Strom durchflossen und die Steuereinheit µC wird automatisch aktiviert. Durch diese Aktivierung wird der Fehler in der Funktion einer der Leistungshalbleiter 51 detektiert und der entsprechende Leistungshalbleiter (bzw. die Gruppe von Leistungshalbleitern gemäß Fig. 7) von der Stromzuführung durch Unterbrechung der Leiterbahnsicherungen - wie oben beschrieben - getrennt.

Mit der erfolgreichen Trennung des defekten Leistungshalbleiters 51 von der Stromversorgung ist auch die Steuereinheit µC von der Stromzufuhr getrennt und damit anschließend wieder automatisch deaktiviert.

Gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform wird die Steuereinheit µC in periodischen Zeitabständen aktiviert. Zu diesem Zweck befindet sich die Steuereinheit in einem "Sleep"-Modus mit einer Stromaufnahme von nur wenigen µA. Durch einen internen Zeitgeber, der vorzugsweise in den Spannungsregler oder die Steuereinheit µC integriert ist, wechselt die Steuereinheit in den aktiven Arbeitsmodus und überprüft die ordnungsgemäße Funktionalität der Ansteuerung der Lastkreise.

Zur periodischen Überwachung wechselt die Steuereinheit vorzugsweise in Zeitabständen zwischen 10ms und 1 s zwischen dem Sleep-Modus und dem aktiven Arbeitsmodus. Damit wird erreicht, dass die mittlere Stromaufnahme im Bereich weniger µA bleibt. Wird ein defekter Leistungshalbleiter 51 erkannt, löst die Steuereinheit automatisch ein Abtrennen dieses Leistungshalbleiters von der Stromversorgung in der erfindungsgemäßen Weise aus.

Nachfolgend wird der Einsatz der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in einer elektrischen Heizvorrichtung beschrieben. Dazu wird zunächst der Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung mit Heizelementen als Verbraucher dargestellt, und zwar in unterschiedlichen Ausführungsformen zum Einsatz in Kraftfahrzeugen.

Ein Beispiel einer elektrischen Heizvorrichtung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ist in Fig. 10a und Fig. 10b dargestellt. Während Fig. 10b eine Aufsicht auf die elektrische Heizvorrichtung zeigt, ist in Fig. 10a eine Seitenansicht wiedergegeben. Die elektrische Heizvorrichtung 100 weist ein Heizregister auf, das aus einer Mehrzahl geschichteter Heizelemente und benachbart zu diesen angeordneten Radiatorelementen bzw. Wärmeleitblechen besteht. Die Heizelemente sind als Widerstandselemente, insbesondere als PTC-Heizelemente ausgebildet.

Das in Fig. 10a und Fig. 10b gezeigte Heizregister ist in einem Rahmen gehalten, der aus gegenüberliegend angeordneten Längsholmen 103 und senkrecht zu diesen angeordneten Seitenholmen-104 und 105 besteht. Die Holme des Rahmens sind aus Metall oder Kunststoff gefertigt.

Die beiden Fig. 10b gezeigten Längsholme 103 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut. Die gegenüberliegend angeordneten Seitenholme 104 und 105 unterscheiden sich jedoch dahingehend, dass der Seitenholm 105 als einseitig offener Kasten ausgebildet ist. Der kastenförmige Seitenholm 105 ist auf der dem Heizregister gegenüberliegenden Seite offen ausgebildet. In diesen Kasten ist eine Steuervorrichtung einsetzbar, die die Wärmeabgabe der Heizstufen des Heizregisters, insbesondere der PTC-Heizelemente, über eine Regelung des zugeführten Stroms steuert. Die offene Seite des als Kasten ausgebildeten Seitenholms 105 kann nach dem Einsetzen der Steuervorrichtung mit einem aufsteckbaren oder aufklebbaren Deckel vorschlossen werden.

Andere Bauformen einer elektrischen Heizvorrichtung halten den geschichteten Aufbau aus Heizelementen und Radiatorelementen in einem Kunststoffgehäuse zusammen. Ein Beispiel für einen solchen Aufbau ist in Fig. 11 wiedergegeben und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 11 im einzelnen beschrieben.

In die Heizvorrichtung ist eine Steuereinheit integriert, die die Heizleistung der Heizelemente einstellt. Die Steuereinheit ist vorzugsweise in Form einer Platine mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen realisiert. Die Leistungshalbleiter stellen den den Heizelementen zuzuführenden Strom gemäß der Ansteuerung durch die Steuereinheit ein. Der von der Steuereinheit auf die einzelnen Heizstufen aufgeteilte Strom wird über Anschlussbolzen 118 der Heizvorrichtung zugeführt. Die Anschlussbolzen sind so ausgebildet, dass sie die geforderten Heizströme bis zu 200 Ampere problemlos leiten können.

Zusätzlich ist die Heizvorrichtung, insbesondere im Bereich der Steuereinheit, mit einem Steckersockel ausgestattet, der eine externe Ansteuerung der Heizvorrichtung ermöglicht, insbesondere zur Zuführung einer Heizleistungsanforderung. Vorzugsweise wird die Heizleistungsanforderung über einen Kraftfahrzeugbus zugeführt.

In den in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigten Ausführungsformen elektrischer Luftheizer ist jeweils an einem Ende des Heizregisters in einem Gehäuseabschnitt eine Steuerplatine mit den Leistungshalbleitern angeordnet. Die in Fig. 11 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform in dem Aufbau des Heizregistergehäuses. Während die Radiatorelemente und Heizelemente gemäß Fig. 10 in einem aus Holmen 103, 104 und 105 gebildeten Rahmen gehalten werden, werden gemäß Fig. 11 die Radiatorelemente 112 und Heizelemente in einem Kunststoffgehäuse gehalten, das an den Luftdurchtrittsöffnungen über ein gitterartige Struktur 113 verstärkt ist.

Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 10 und Fig. 11 ist die Steuereinheit außerhalb des Luftkanals des aufzuheizenden Luftstroms eines Heiz-Klimagerätes in einem Kraftfahrzeug angeordnet, und zwar in einem separaten Gehäuseabschnitt. In den Luftkanal des Heiz-Klimagerätes des Kraftfahrzeugs ragt nur das Heizregister 111.

Fig. 11 zeigt zusätzlich eine besondere Ausgestaltung der Kühlung der Leistungshalbleiter der Steuereinheit. Zu diesem Zweck ragen die Kühlelemente 119 in Fenster, die in dem Heizregisterabschnitt vorgesehen sind. Die Fenster für die Kühlelemente ragen ebenfalls in den Luftkanal und geben ihre Wärme an die aufzuheizende Luft ab. Auf diese Weise kann die in den Leistungshalbleitern produzierte Verlustleistung effizient und energiesparend abgeführt werden.

Die in Fig. 11 gezeigte Heizvorrichtung 110 umfasst außer dem Heizregister 111 einen Gehäuseabschnitt 114, der die Steuerplatine aufnimmt, und einen Deckel 115, der den "Elektronikraum" der Steuerelektronik abdeckt.

Die elektrische Heizvorrichtung weist folgende externe Anschlüsse- auf. Zwei Anschlussbolzen 108 bzw. 116, 117, über die die Heizvorrichtung mit Masse und dem Pluspol des Bordnetzes verbindbar ist. Zusätzlich ist die Heizvorrichtung mit einem Anschluss 118 ausgestattet, über den insbesondere eine Heizleistungsanforderung an die Steuerschaltung übertragen wird. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Heizleistungsanforderung und möglicher weiterer Steuerbefehle über einen Kraftfahrzeugdatenbus, insbesondere den CAN-Bus.

Eine beispielhafte Realisierung der Steuerschaltung einer Heizvorrichtung ist in Fig. 12 und Fig. 13 wiedergegeben. Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Steuerschaltung der in Fig. 11 dargestellten Heizvorrichtung, bei der der Deckel 115 abgenommen wurde, und Fig. 13 eine Aufsicht auf die Steuerplatine 120.

Die in den Gehäuseabschnitt 114 eingesetzte Steuerplatine 120 verteilt den über den Anschlussbolzen 116 aufgenommen Strom und verteilt diesen über eine Stromschiene 121 an die einzelnen Leistungshalbleiter 124 über Stromzuführungen 122, 123. In Abhängigkeit von der Heizleistungsanforderung steuert der Microcontroller 126 (d.h. die Steuereinheit) die Leistungshalbleiter 124 an. Die Leistungshalbleiter 124 führen gemäß den Steuersignalen von dem Microcontroller 126 Strom den jeweiligen Heizstufen zu. Vorzugsweise setzt der Microcontroller die Heizleistungsanforderung über eine Puls-Breiten-Modulation (PWM) in Steuersignale an die Leistungshalbleiter um. Gemäß der in Fig. 12 und Fig. 13 dargestellten Ausführungsform wird der Strom über aus dem Heizregister in die Federelemente 125 ragende Kontaktzungen übertragen.

Die in Fig. 12 und Fig. 13 dargestellte Heizvorrichtung umfasst insgesamt vier Heizstufen, die von jeweils einem Leistungshalbleiter 124 gesteuert werden. Jedem Leistungshalbleiter 124 wird Strom zur Zuführung zu den Heizelementen von der Stromschiene 121 über Leiterbahnverbindungen 122, 123 zugeführt. Gemäß der leitend/nicht-leitend Ansteuerung durch den Microcontroller 126 stellt jeder Leistungshalbleiter den jeweils den Heizelementen zuzuführenden Strom ein, so dass der Strom entsprechend an die-PTC-Heizelemente in dem Heizregister-weitergeleitet wird.

Bei einem Ausfall des Leistungshalbleiters 124 ist dieser dauerhaft leitend und erlaubt keine Abschaltung des den Heizelementen zugeführten Stroms mehr. Dabei wächst die im Leistungshalbleiter 124 umgesetzte Verlustleistung an und es kommt zu einer übermäßigen Erwärmung dieses Bauteils. Dies führt zu einer thermische Überlastung der gesamten Baugruppe mit der Folge von Verschmorung und auch von weiteren Schäden im Umfeld.

Um einen solchen Defekt in einer PTC-Heizung sicher erkennen zu können, wird überprüft, ob der Lastkreis des Leistungshalbleiters 124 stromdurchflossen ist. Zu diesem Zweck wird entweder der Strom gemessen oder die Spannung des Lastkreises überprüft. Besonders effizient und mit besonders geringem zusätzlichen Hardwareaufwand und zusätzlichem Platzbedarf werden als Leistungshalbleiter 124 vorzugsweise Bauelemente mit integrierter Stromüberwachung verwendet, sogenannte "smart power Transistors".

Sobald in der Steuereinheit 126 festgestellt wird, dass ein Leistungshalbleiter 124 seinem Lastkreis, d.h. seiner Heizstufe, Strom zuführt, obwohl keine entsprechende Ansteuerung durch die Steuereinheit 126 vorliegt, wird eine Unterbrechung der Stromzufuhr zu (mindestens) diesem Leistungshalbleiter 124 eingeleitet. Zu diesem Zweck sind entsprechende Kurzschlussschalter 130, 131 auf der Steuerplatine 120 vorgesehen, die die Stromzufuhr von der Stromschine 121 zu diesem Leistungshalbleiter direkt auf Masse schalten, um durch die Stromüberlastung der Leitung eine Unterbrechung in der Zuleitung zu dem Leistungshalbleiter 124 zu erreichen.

Damit durch den erhöhten Strom eine entsprechende Unterbrechung der Stromzufuhr erreicht wird, sind in dem Strompfad zu allen Leistungshalbleitern 124 jeweils Leiterbahnsicherungen 132 vorgesehen. Die Leiterbahnsicherungen 132 sind als Engstelle in dem Strompfad ausgebildet, die jeweils dem Kurzschlussstrom nicht standhält.

Die Ausgestaltung der Absicherung entspricht dem im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 9 beschriebenen Sicherungskonzept.

In Kraftfahrzeugen mit verbrauchsoptimierten Motoren werden elektrische Heizvorrichtungen zur Beheizung des Innenraums und auch des Motors verwendet. Gleich nach dem Start des Verbrennungsmotors kann dieser noch nicht ausreichend Wärmeenergie zur Verfügung stellen. Dieser Zeitraum kann mit elektrischen Zusatzheizungen überbrückt werden.

Der Einsatz von elektrischen Heizvorrichtungen ist jedoch nicht auf den Kraftfahrzeugbereich beschränkt. Elektrische Heizvorrichtungen sind auch für eine Mehrzahl anderer Einsatzzwecke geeignet, insbesondere im Bereich von Hausinstallationen zur Raumklimatisierung, Industrieanlagen und dergleichen.

Die elektrischen Zusatzheizungen dienen vorzugsweise zum Einsatz in einem Heiz-Klimagerät in Kraftfahrzeugen. Ein Beispiel für ein solches Heiz-Klimagerät ist in Fig. 14 dargestellt. Das Heiz-Klimagerät saugt Außenluft 1410 über ein Gebläse 1411 an, die dem Kraftfahrzeuginnenraum 1413 zugeführt wird. Dabei durchströmt die Luft zuvor einen Verdampfer 1414 und einen Wasser-Wärmetauscher 1415. Der Wasser-Wärmetauscher 1415 gibt die Wärmeenergie des Kühlwassers an die dem Innenraum zuzuführende Luft ab. Anschließend strömt die erwärmte Luft 1412 über entsprechende Ausströmer in den Kraftfahrzeuginnenraum 1413.

Solange die Höhe der Kühlwassertemperatur nicht ausreicht, um die angesaugte Luft 1410 genügend zu erwärmen, übernimmt diese Aufgabe eine elektrische Zusatzheizung 1401. Diese ist vorzugsweise dem Wärmetauscher 1415 nachgeschaltet.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische- Steuerschaltung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Verbrauchern mit einem verbesserten Sicherheitskonzept. Zu diesem Zweck wird die Funktion eines Leistungshalbleiters, der zur Einstellung des Stroms, der einem Verbraucher zugeführt wird, dient, überwacht. Sobald der Leistungshalbleiter einem Verbraucher ohne eine entsprechende Ansteuerung Strom zuführt, wird der Strompfad zu dem Leistungshalbleiter dauerhaft unterbrochen, und zwar über einen Kurzschlussschalter, der eine Mehrzahl von Stromzuführungen zu den Leistungshalbleitern gemeinsam durchtrennt und diese damit abschaltet. Auf diese Weise kann ein fehlerhafter Lastschalter zuverlässig außer Betrieb gesetzt und ein Folgeschaden mit minimalem Aufwand insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen verhindert werden.