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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenlegungsschrift betrifft elektrische Trennanordnungen und ein System, das solche Anordnungen enthält.
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Hintergrund
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Elektrische Trennsysteme beinhalten einen oder mehrere Trennschalter. Ein Trennschalter (z. B. ein Relais) verbindet oder trennt selektiv elektrische Geräte mit/voneinander. Beispielsweise verbindet oder trennt ein Trennschalter selektiv eine Batterie und eine Last. Trennschalter werden in unterschiedlichsten Fahrzeugen verwendet, darunter Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und einem Start-Stopp-System, Fahrzeuge mit mehreren Batterien und Hybridfahrzeuge. Je nach den Anforderungen können in den Trennsystemen normalerweise geschlossene (normally closed, „NC”) Trennschalter, normalerweise offene (normally opened, „NO”) Trennschalter oder sowohl NC-Trennschalter als auch NO-Trennschalter verwendet werden. Mitunter muss eine Messung von Schaltspannung und Schaltstrom des Trennschalters vorgenommen werden.
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Zusammenfassung
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Vorgesehen ist eine Anordnung zum Bereitstellen eines elektrischen Trennsystems mit einem oder zwei Trennschaltern in einem aus einer Vielzahl von verschiedenen Stromversorgungssystemen. Die Anordnung beinhaltet eine gedruckte Leiterplatte (PCB) mit einer intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung mit einem ersten und einem zweiten Schalterbereich für erste und zweite Gruppen von Festkörpervorrichtungen, die jeweils darauf montiert werden können, einem ersten und zweiten Treiberbereich für einen ersten und zweiten Schaltertreiber, die jeweils darauf montiert werden können, eine erste und zweite Sammelschiene, und einen ersten, zweiten und dritten Stromanschluss, die extern zugänglich für Steckverbinder eines Stromversorgungssystems sind. Der erste Schalterbereich beinhaltet eine erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen, die darauf montiert sind, und der erste Treiberbereich beinhaltet den ersten Schaltertreiber, der darauf montiert ist. Der erste Schaltertreiber ist dazu konfiguriert, die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen als einen ersten Trennschalter in Form eines normalerweise geschlossenen (NC) Trennschalters und eines normalerweise offenen (NO) Trennschalters anzusteuern. Die erste Sammelschiene verbindet ein Ende des ersten Trennschalters mit dem ersten Stromanschluss und die zweite Sammelschiene verbindet ein anderes Ende des ersten Trennschalters mit dem zweiten Stromanschluss, so dass ein geschlossener Stromkreis mit einem Stromversorgungssystem, das den ersten Trennschalter aufweist, dadurch entsteht, dass die Steckverbinder des Stromversorgungssystems jeweils mit dem ersten und zweiten Stromanschluss verbunden werden.
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In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung des Weiteren eine dritte Sammelschiene. Der zweite Schalterbereich beinhaltet eine zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen, die darauf montiert sind, und der zweite Treiberbereich beinhaltet den zweiten Schaltertreiber, der darauf montiert ist. Der zweite Schaltertreiber ist dazu konfiguriert, die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen als einen zweiten Trennschalter in Form des anderen aus einem NC-Trennschalter und einem NO-Trennschalter anzusteuern. Die zweite Sammelschiene verbindet ein Ende des zweiten Trennschalters mit dem zweiten Stromanschluss und die dritte Sammelschiene verbindet ein anderes Ende des zweiten Trennschalters mit dem dritten Stromanschluss, so dass ein geschlossener Stromkreis mit dem Stromversorgungssystem, das den zweiten Trennschalter aufweist, dadurch entsteht, dass die Steckverbinder des Stromversorgungssystems jeweils mit dem zweiten und dritten Stromanschluss verbunden werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Trennschalter ein NC-Trennschalter und der zweite Trennschalter ist ein NO-Trennschalter. In diesem Fall können die erste und zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen N-Kanal-MOSFETs sein. Alternativ kann die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen aus P-Kanal-MOSFETs bestehen, und die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen kann aus N-Kanal-MOSFETs bestehen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Trennschalter ein NO-Trennschalter und der zweite Trennschalter ist ein NC-Trennschalter. In diesem Fall kann die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen aus N-Kanal-MOSFETs bestehen, und die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen kann aus N-Kanal-MOSFETs bestehen. Alternativ kann die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen aus N-Kanal-MOSFETs bestehen, und die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen kann aus P-Kanal-MOSFETs bestehen.
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Ein Stromversorgungssystem zum Liefern von Energie von einer Batterie zu einer Last ist bereitgestellt. Das System beinhaltet eine Anordnung mit einer intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung mit einer PCB mit einem ersten und einem zweiten Schalterbereich für eine erste und zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen, die jeweils darauf montiert werden können, einem ersten und zweiten Treiberbereich für einen ersten und zweiten Schaltertreiber, die jeweils darauf montiert werden können, eine erste und zweite Sammelschiene, und einen ersten, zweiter und dritten extern zugänglichen Stromanschluss. Der erste Schalterbereich beinhaltet eine erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen, die darauf montiert sind, und der erste Treiberbereich beinhaltet den ersten Schaltertreiber, der darauf montiert ist. Der erste Schaltertreiber ist dazu konfiguriert, die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen als einen ersten Trennschalter in Form eines normalerweise geschlossenen (NC) Trennschalters und eines normalerweise offenen (NO) Trennschalters anzusteuern. Die erste Sammelschiene verbindet ein Ende des ersten Trennschalters mit dem ersten Stromanschluss und die zweite Sammelschiene verbindet ein anderes Ende des ersten Trennschalters mit dem zweiten Stromanschluss. Das System beinhaltet des Weiteren einen ersten Steckverbinder, der die Batterie mit dem ersten Stromanschluss verbindet, und eine zweiten Steckverbinder, der die Last mit dem zweiten Stromanschluss verbindet, so dass die Batterie durch den ersten Trennschalter mit der Last verbunden ist.
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In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung des Weiteren eine dritte Sammelschiene. Der zweite Schalterbereich beinhaltet eine zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen, die darauf montiert sind, und der zweite Treiberbereich beinhaltet den zweiten Schaltertreiber, der darauf montiert ist. Der zweite Schaltertreiber ist dazu konfiguriert, die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen als einen zweiten Trennschalter in Form des anderen aus einem NC-Trennschalter und einem NO-Trennschalter anzusteuern. Die zweite Sammelschiene verbindet ein Ende des zweiten Trennschalters mit dem zweiten Stromanschluss und die dritte Sammelschiene verbindet ein anderes Ende des zweiten Trennschalters mit dem dritten Stromanschluss. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet das System des Weiteren einen dritten Steckverbinder, der eine zweite Batterie mit dem dritten Stromanschluss verbindet, so dass die zweite Batterie durch den zweiten Trennschalter mit der Last verbunden ist.
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In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Bereitstellen eines elektrischen Trennsystems mit einem oder zwei Trennschaltern zur Verwendung in einem aus verschiedenen Stromversorgungssystemen das Anordnen einer PCB solcherart, dass sie einen ersten und zweiten Schalterbereich aufweist, einen ersten und zweiten Treiberbereich, eine erste und zweite Sammelschiene, und einen ersten, zweiten und dritten Stromanschluss, und das Bereitstellen der PCB in einem Gehäuse, so dass der erste, zweite und dritte Stromanschluss von außerhalb des Gehäuses zugänglich sind. Das Verfahren beinhaltet des Weiteren bei einem elektrischen Trennsystem mit einem Trennschalter zur Verwendung in einem Stromversorgungssystem das Bestücken von einem der Schalterbereiche mit einer Gruppe von Festkörpervorrichtungen und einer der Treiberbereiche mit einem Schaltertreiber, der dazu konfiguriert ist, die Gruppe von Festkörpervorrichtungen als einen Trennschalter in Form von einem aus einem NC-Trennschalter und einem NO-Trennschalter anzusteuern, das Anschließen von einer der Sammelschienen zwischen einem Ende des Trennschalters und einem der Stromanschlüsse, und das Anschließen der anderen Sammelschiene zwischen einem anderen Ende des Trennschalters einem anderen der Stromanschlüsse, so dass ein geschlossener Stromkreis mit dem Stromversorgungssystem, das den Trennschalter aufweist, entsteht, wenn Steckverbinder des Stromversorgungssystems jeweils mit den Stromanschlüssen verbunden werden, die über Sammelschienen mit dem Trennschalter verbunden sind.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der eine Schalterbereich, der mit der Gruppe von Festkörpervorrichtungen bestückt ist, der erste Schalterbereich, der eine Treiberbereich, der mit dem Schaltertreiber bestückt ist, ist der erste Treiberbereich, die eine Sammelschiene ist die erste Sammelschiene, die andere Sammelschiene ist die zweite Sammelschiene, der eine Stromanschluss ist der erste Stromanschluss und der andere Stromanschluss ist der zweite Stromanschluss. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren des Weiteren das Anordnen der PCB solcherart beinhalten, dass sie des Weiteren eine dritte Sammelschiene enthält, und bei dem elektrischen Trennsystem mit zwei Trennschaltern zur Verwendung in dem Stromversorgungssystem, das Bestücken des zweiten Schalterbereichs mit einer zweiten Gruppe von Festkörpervorrichtungen und des zweiten Treiberbereichs mit einem zweiten Schaltertreiber, der dazu konfiguriert ist, die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen als einen zweiten Trennschalter in Form des anderen aus einem NC-Trennschalter und einem NO-Trennschalter anzusteuern, das Anschließen der zweiten Sammelschiene zwischen einem Ende des zweiten Trennschalters und dem zweiten Stromanschluss, und das Anschließen der dritten Sammelschiene zwischen einem anderen Ende des zweiten Trennschalters und dem dritten Stromanschluss, so dass ein geschlossener Stromkreis mit dem Stromversorgungssystem, das den zweiten Trennschalter aufweist, entsteht, wenn Steckverbinder des Stromversorgungssystems jeweils mit dem zweiten und dritten Stromanschluss verbunden werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm einer Baugruppe mit einer intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung zur Verwendung als ein oder zwei Trennschalter in Stromversorgungssystemen, die eine mit den Stromversorgungssystemen gemeinsame externe Verpackung aufweist;
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2 ist ein Blockdiagramm eines ersten möglichen Schaltplans der Komponenten der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung der Baugruppe;
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3A ist ein elektrisches Schaltschema eines ersten Stromversorgungssystems mit einer Batterie und einem normalerweise geschlossenen („NC”) Trennschalter;
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3B ist ein Blockdiagramm der Baugruppe, bei der die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung der Baugruppe so konfiguriert ist, dass sie der NC-Trennschalter in dem ersten Stromversorgungssystem ist;
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4A ist ein elektrisches Schaltschema eines zweiten Stromversorgungssystems mit zwei Batterien und einem normalerweise offenen („NO”) Trennschalter;
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4B ist ein Blockdiagramm der Baugruppe, bei der die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung der Baugruppe so konfiguriert ist, dass sie der NO-Trennschalter in dem zweiten Stromversorgungssystem ist;
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5A ist ein elektrisches Schaltschema eines dritten Stromversorgungssystems mit zwei Batterien, einem NO-Trennschalter und einem NC-Trennschalter;
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5B ist ein Blockdiagramm der Baugruppe, bei der die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung der Baugruppe so konfiguriert ist, dass sie der NO-Trennschalter und der NC-Trennschalter in dem dritten Stromversorgungssystem ist;
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6A ist ein elektrisches Schaltschema des zweiten Stromversorgungssystems, das des Weiteren einen Stromsensor aufweist;
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6B ist ein Blockdiagramm der Baugruppe, bei der die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung der Baugruppe so konfiguriert ist, dass sie der NO-Trennschalter in dem zweiten Stromversorgungssystem ist, und die Baugruppe des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den Stromsensor enthält; und
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7 ist ein Blockdiagramm eines zweiten möglichen Schaltplans der Komponenten der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung der Baugruppe.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachfolgend sind hier ausführliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung offengelegt, doch versteht sich dabei, dass die offengelegten Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale sind vergrößert oder verkleinert dargestellt, um Details bestimmter Komponenten hervorzuheben. Spezielle, hier offengelegte, strukturelle und funktionelle Details sind somit nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis zur Veranschaulichung der vielfältigen Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung für Fachleute aufzufassen.
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In 1 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung 10 mit einer intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 zur Verwendung als ein oder zwei Trennschalter in Stromversorgungssystemen, die eine mit den Stromversorgungssystemen gemeinsame externe Verpackung 14 aufweist.
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Ein Trennschalter kann ein normalerweise geschlossener („NC”) Trennschalter oder ein normalerweise offener („NO”) Trennschalter sein. In dieser Hinsicht kann ein elektrischer Schaltkreis mit einem Trennschalter ein geschlossener Schaltkreis sein, bei dem Strom fließt, oder ein offener Schaltkreis, bei dem der Strom nicht fließt. Wenn der Trennschalter ein NC-Trennschalter ist, ermöglicht der Schalter den Stromfluss, bis der Schalter aktiviert (d. h. geöffnet) und dadurch das Fließen von Strom verhindert wird. Wenn der Trennschalter dagegen ein NO-Trennschalter ist, verhindert der Schalter den Stromfluss, bis der Schalter aktiviert (d. h. geschlossen) und dadurch das Fließen von Strom ermöglicht wird.
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Ein Stromversorgungssystem eines Fahrzeugs, wie beispielsweise ein Fahrzeug mit einem Start-Stopp-System, kann zwei Batterien aufweisen. Die zwei Batterien beinhalten eine Hauptbatterie zum Versorgen von elektrischen Lasten des Fahrzeugs und eine Starterbatterie zum Anlassen des Fahrzeugs. Zum Schutz des Systems kann die Möglichkeit für eine oder beide Batterien vorgesehen sein, von ihren jeweiligen Lasten getrennt zu werden. Somit beinhaltet das Stromversorgungssystem des Weiteren einen Trennschalter für jede Batterie, die dazu in der Lage sein soll, von ihrer Last getrennt zu werden.
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Je nach Konfiguration des Stromversorgungssystems sind ein NC-Trennschalter, ein NO-Trennschalter oder sowohl ein NC-Trennschalter als auch ein NO-Trennschalter in dem Stromversorgungssystem vorgesehen. Mitunter ist auch ein Stromsensor an einer der Batterien, wie beispielsweise der Starterbatterie, angeordnet. Daher wäre es zweckmäßig, ein Trennsystem in Form eines konfigurierbaren elektronischen Moduls zu haben. welches dieselbe externe Verpackung und dieselben Anschlussklemmen aufweist, und das als der eine oder mehrere Trennschalter in den anderen erwähnten elektrischen Stromversorgungssystemen verwendet werden kann.
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Ein Trennschalter kann als ein elektromechanisches Relais oder ein Festkörperrelais implementiert sein. Ein Trennschalter, der als elektromechanisches Relais implementiert ist, ist in der Regel ein NC-Trennschalter. Ein elektromechanischer Trennschalter hat nahezu null Ruhestrom, weist jedoch eine relativ langsame Öffnungs- und Schließzeit (z. B. > 10 ms) auf. Ein Trennschalter, der als Festkörperrelais implementiert ist, ist in der Regel ein NO-Trennschalter, der von N-Kanal-MOSFETs gebildet wird. Ein Festkörper-Trennschalter hat eine relativ schnelle Öffnungs- und Schließzeit (z. B. < 1 ms), weist jedoch auch einen Ruhestrom auf (z. B. < 100 μA). Daher ist es bei Stromsystemen mit einem NC-Trennschalter und einem NO-Trennschalter nicht üblich, dass beide Trennschalter unter Verwendung von Festkörpertechnologie implementiert werden. Stattdessen ist es üblich, den NC-Trennschalter als elektromechanischen Schalter zu implementieren und den NO-Trennschalter als Festkörperschalter zu implementieren. Bei einem Trennsystem mit einem elektromechanischen NC-Trennschalter und einem Festkörper-NO-Trennschalter ist es unpraktisch und unwirtschaftlich, dass das Trennsystem im Falle der erwähnten anderen Stromversorgungssysteme eine gemeinsame externe Verpackung aufweist.
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Die Anordnung 10 ermöglicht es auf praktische und wirtschaftliche Weise, dass ein elektrisches Trennsystem eine gemeinsame externe Verpackung für die verschiedenen erwähnten Stromversorgungsfälle aufweist. In dieser Hinsicht beinhaltet ein Merkmal der Anordnung 10 duale konfigurierbare Festkörperschalter für Batterie-Trennsysteme. Die Anordnung 10 sieht ein elektronisches Modul mit einer ersten und zweiten Gruppe von Festkörpervorrichtungen vor. Die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen bildet einen ersten Trennschalter und die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen bildet einen zweiten Trennschalter. Das elektronische Modul beinhaltet einen ersten Schaltertreiber und einen zweiten Schaltertreiber für die erste bzw. zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen. Der erste Schaltertreiber kann in Betrieb die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen dazu ansteuern, als NC-Trennschalter zu wirken. Der zweite Schaltertreiber kann in Betrieb die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen dazu ansteuern, als NO-Trennschalter zu wirken. Auf diese Weise kann die Anordnung 10 so konfiguriert sein, dass sie als ein einzelner NC-Trennschalter, ein einzelner NO-Trennschalter, oder sowohl als ein NC-Trennschalter als auch ein NO-Trennschalter wirkt. Unabhängig davon, wie die Anordnung 10 für die Funktion aus einer der drei verschiedenen Trennschalterkonfigurationen konfiguriert ist, kann die Anordnung 10 in verschiedenen Stromversorgungssystemen ohne externe Änderung verwendet werden. Die verschiedenen Stromversorgungssysteme können unterschiedliche Stromversorgungssysteme in Automobilen einschließen, wie beispielsweise diejenigen, die in Fahrzeugen mit Stopp- und Startfunktionen und in Hybridfahrzeugen verwendet werden.
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In einer Version der Anordnung 10 ist jede aus der ersten und zweiten Gruppe von Festkörpervorrichtungen eine Gruppe aus N-Kanal-MOSFETs, wobei die erste Gruppe einen NC-Trennschalter bildet und die zweite Gruppe einen NO-Trennschalter bildet. in einer anderen Version der Anordnung 10 ist die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen eine Gruppe aus P-Kanal-MOSFETs, die einen NC-Trennschalter bilden, und die zweite Gruppe aus Festkörpervorrichtungen ist eine Gruppe von N-Kanal-MOSFETs, die einen NO-Trennschalter bilden. Die Verwendung von P-Kanal-MOSFETs ermöglicht die Implementierung eines NC-Trennschalters mit relativ schnellen Öffnungs- und Schließzeiten, jedoch mit etwas Ruhestrom. Allerdings müssten mehr P-Kanal-MOSFETs als N-Kanal-MOSFETs vorgesehen werden, um die gleiche Menge an Leistung zu erzeugen. In einer weiteren Version ist es möglich, dass jede aus der ersten und zweiten Gruppe von Festkörpervorrichtungen eine Gruppe von P-Kanal-MOSFETs ist.
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Das Blockdiagramm der Anordnung 10 in 1 ist ein Blockdiagramm einer höheren Ebene. Wie dargestellt, beinhaltet die Baugruppe 10 eine intern konfigurierbare duale Schalteranordnung 12 und eine externe Verpackung 14. Die duale Anordnung 12 ist so konfigurierbar, dass sie als ein NC-Trennschalter, ein NO-Trennschalter oder sowohl ein NC-Trennschalter als auch ein NO-Trennschalter in Stromversorgungssystemen fungiert. Die externe Verpackung 14 stellt eine gemeinsame externe Konfiguration mit den elektrischen Versorgungssystemen da.
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Die Baugruppe beinhaltet eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 16, auf der die duale Schalteranordnung 12 angeordnet ist. Die Baugruppe 10 beinhaltet außerdem einen Satz von Stromanschlüssen 18a, 18b, 18c und 18d, die Teil einer externen Verpackung 14 sind. Die Stromanschlüsse 18a, 18b, 18c und 18c sind extern zum Anschluss an entsprechende Kontaktpunkte eines Stromversorgungssystems zugänglich. Zur Referenz, die Stromanschlüsse 18a, 18b, 18c und 18d sind in den Zeichnungen mit den Bezugszeichen „1”, „2”, „3” bzw. „4” dargestellt.
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Die PCB 16 beinhaltet einen ersten festgelegten Schalterbereich 20 für eine erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen (z. B. MOSFETs), die darauf montiert werden können. Des Weiteren beinhaltet die PCB 16 einen ersten festgelegten Treiberbereich 22 für einen ersten Schaltertreiber 24, der darauf montiert werden kann. Der erste Schaltertreiber 24 kann in Betrieb die erste Gruppe von Festkörpervorrichtungen dazu ansteuern, als NC-Trennschalter 26 zu wirken.
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Die PCB 16 beinhaltet einen zweiten festgelegten Schalterbereich 28 für eine zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen (z. B. MOSFETs), die darauf montiert werden können. Des Weiteren beinhaltet die PCB 16 einen zweiten festgelegten Treiberbereich 30 für einen zweiten Schaltertreiber 32, der darauf montiert werden kann. Der zweite Schaltertreiber 32 kann in Betrieb die zweite Gruppe von Festkörpervorrichtungen dazu ansteuern, als NO-Trennschalter 34 zu wirken.
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Die PCB 16 beinhaltet einen Steuerungsteckverbinder 36, der daran montiert ist. Der Steuerungssteckverbinder ist elektrisch mit dem ersten und zweiten festgelegten Treiberbereich 22 und 30 verbunden, der jeweils mit dem ersten und zweiten Treiber 24 und 32 in Kommunikation steht. Der Steuerungssteckverbinder 36 ist außerdem von außen zum Anschluss mit einer entsprechenden Steuerung von Stromversorgungssystemen zugänglich. Auf diese Weise ist der Steuerungssteckverbinder 36 außerdem Teil der externen Verpackung 14.
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Die PCB 16 beinhaltet einen ersten Schalteranschluss 38, einen gemeinsamen Schalteranschluss 40, und einen zweiten Schalteranschluss 42, der daran montiert ist. Der erste Schalteranschluss 38 ist elektrisch mit einem Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden und der gemeinsame Schalteranschluss 40 ist elektrisch mit dem anderen Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden. Folglich würde ein Stromversorgungssystem mit einer Batterie (z. B. einer Hauptbatterie oder einer Starterbatterie), dem NC-Trennschalter 26 und einer Last (z. B. elektrische Lasten, Gleichstrom-/Gleichstromversorgung, Wechselstromgenerator oder Anlasser) durch Verbinden des ersten Schalteranschlusses 38 mit der Batterie und des gemeinsamen Schalteranschlusses 40 mit der Last gebildet.
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Der zweite Schalteranschluss 42 ist elektrisch mit einem Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden und der gemeinsame Schalteranschluss 40 ist elektrisch mit dem anderen Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden. Folglich würde ein Stromversorgungssystem mit einer Batterie, dem NO-Trennschalter 34 und einer Last durch Verbinden des zweiten Schalteranschlusses 42 mit der Bakterie und des gemeinsamen Schalteranschlusses 40 mit der Last gebildet.
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Wie beschrieben, zeigt 1 ein Blockdiagramm einer höheren Ebene der Baugruppe 10 mit dem NC-Trennschalter 26, dem NO-Trennschalter 34, den korrespondierenden Schaltertreibern 24 und 32 und den Stromanschlüssen 18a, 18b, 18c und 18d. Durch Anordnen/Entfernen der ersten und/oder zweiten Gruppe von Festkörpervorrichtungen zum Bilden eines NC-Trennschalter 26 und/oder eines NO-Trennschalters und durch Einsetzen von entsprechenden Sammelschienen zwischen den Trennschaltern und den Stromanschlüssen 18a, 18b, 18c und 18d bietet die Baugruppe 10 ein Trennsystem, das, da es dieselbe externe Verpackung 14 aufweist, als NC-Trennschalter, als NO-Trennschalter oder sowohl als NC-Trennschalter als auch als NO-Trennschalter in Stromversorgungssystemen unterschiedlicher Art eingesetzt werden kann.
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Das heißt, durch Kombinieren der ersten und/oder zweiten Gruppe von Festkörpervorrichtungen mit den entsprechenden Treibern auf einer einzigen PCB 16 und den entsprechenden Sammelschienen für die Stromverteilung ist es möglich, die Anordnung 10 in verschiedenen Stromversorgungssystemen durch Anordnen/Entfernen von entsprechenden Komponenten und ohne Änderungen an der PCB 16 selbst oder der externen Verpackung einzusetzen.
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In 2 wird, weiterhin unter Bezug auf 1, ein Blockdiagramm eines ersten möglichen Schaltplans der Komponenten der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 der Baugruppe 10 dargestellt. In dem ersten möglichen Schaltplan befinden sich eine erste und zweite Gruppe von N-Kanal-MOSFETs. Wenn die erste und zweite Gruppe von N-Kanal-MOSFETs jeweils von den entsprechenden Treibern 24 und 32 angesteuert werden, bilden sie den NC-Trennschalter 26 bzw. den NO-Trennschalter 34. In dem ersten möglichen Schaltplan beinhaltet die PCB 16 die erste, zweite und dritte Sammelschiene 44b, 44c und 44d (je nach Konfiguration montiert oder nicht). Die Stromanschlüsse 18a, 18b, 18c und 18d sind für alle möglichen Komponentenschaltungen der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 angeordnet.
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Die erste Sammelschiene 44b dient dazu, den zweiten Schalteranschluss 42, der elektrisch mit einem Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden ist, elektrisch mit dem Stromanschluss 18b zu verbinden. Die zweite Sammelschiene 44c dient dazu, den gemeinsamen Schalteranschluss 40, der elektrisch mit dem anderen Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden ist, elektrisch mit dem Stromanschluss 18c zu verbinden. Folglich wird ein Stromversorgungssystem mit einer Batterie, dem NO-Trennschalter 34 und einer Last durch Verbinden der Batterie mit dem Stromanschluss 18b und der Last mit dem Stromanschluss 18c gebildet, wenn die erste und zweite Sammelschiene 44b und 44c jeweils an den Stromklemmen 18b und 18c montiert sind.
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Die zweite Sammelschiene 44c dient ferner dazu, den gemeinsamen Schalteranschluss 40, der auch elektrisch mit einem Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden ist, elektrisch mit dem Stromanschluss 18c zu verbinden. Die dritte Sammelschiene 44d dient dazu, den ersten Schalteranschluss 38, der elektrisch mit dem anderen Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden ist, elektrisch mit dem Stromanschluss 18d zu verbinden. Folglich wird ein Stromversorgungssystem mit einer Batterie, dem NC-Trennschalter 26 und einer Last durch Verbinden der Batterie mit dem Stromanschluss 18d und der Last mit dem Stromanschluss 18c gebildet, wenn die zweite und dritte Sammelschiene 44c und 44d jeweils an den Stromanschlüssen 18c und 18d montiert sind.
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Ferner wird ein Stromversorgungssystem mit einer ersten und zweiten Batterie, dem NC-Trennschalter 26, dem NO-Trennschalter 34 und einer Last durch Verbinden der ersten Batterie mit dem Stromanschluss 18d, der zweiten Batterie mit dem Stromanschluss 18b, und der Last mit dem Stromanschluss 18c gebildet, wenn die erste, zweite und dritte Sammelschiene 44b, 44c und 44d, die jeweils mit den Anschlüssen 42, 40 und 38 verbunden sind, an den Stromanschlüssen 18b, 18c und 18d montiert werden.
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Unter Bezugnahme auf 3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B werden, wobei weiterhin auf 1 und 2 Bezug genommen wird, andere Konfigurationen der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 der Baugruppe 10 zur Verwendung als Trennsystem mit einem NC-Trennschalter, einem NO-Trennschalter oder sowohl einem NC-Trennschalter als auch einem NO-Trennschalter in verschiedenen Stromversorgungssystemen beschrieben. Die Baugruppe 10 weist dieselbe externe Verpackung 14, unabhängig von der Konfiguration der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 auf.
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3A ist ein elektrisches Schaltschema eines ersten Stromversorgungssystems 50 mit einer Batterie 52 und einem NC-Trennschalter 26. Das erste Stromversorgungssystem 50 ist für ein Fahrzeug mit einem Anlasser 54 und einer elektrischen Last 56 vorgesehen. Die Batterie 52 (d. h. eine Gleichstrombatterie (DC)) liefert Strom für den Anlasser 54 und die elektrische Last 56. Die elektrische Last 56 beinhaltet beispielsweise eine Gleichstrom-/Gleichstromversorgung. Wie in 3A dargestellt, ist der NC-Trennschalter 26 geschlossen.
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3B ist ein Blockdiagramm der Baugruppe 10, bei der die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung 12 der Baugruppe so konfiguriert ist, dass sie ein Trennsystem mit dem NC-Trennschalter 26 in dem ersten Stromversorgungssystem 50 ist. in dieser Konfiguration ist die erste Sammelschiene 44b elektrisch mit dem zweiten Stromanschluss 18b und einem Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden und eine zweite Sammelschiene 44c ist elektrisch mit dem dritten Stromanschluss 18c und dem anderen Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden.
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Der Einbau der Baugruppe 10 in das erste Stromversorgungssystem 50, damit die Baugruppe den NC-Trennschalter 26 in dem ersten Stromversorgungssystem bietet, beinhaltet, dass der erste Schaltertreiber 24 die erste Gruppe von N-Kanal-MOSFETs zum Betrieb als NC-Trennschalter 26 ansteuert, das Anschließen der elektrischen Last 56 an den dritten Stromanschluss 18c, der mit der zweiten Sammelschiene 44c verbunden ist, die mit einem Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden ist, und das Anschließen des Anlassers 54 mit dem zweiten Stromanschluss 18b, der mit der ersten Sammelschiene 44b verbunden ist, die mit dem anderen Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden ist. Der Einbau der Baugruppe 10 in das erste Stromversorgungssystem 50 beinhaltet des Weiteren das Montieren einer externen Sammelschiene 58 zum Verbinden der Stromanschlüsse 18a und 18b miteinander und zum Verbinden der Batterie 52 mit dem ersten Stromanschluss 18a.
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4A ist ein elektrisches Schaltschema eines zweiten Stromversorgungssystems 60 mit einer Hauptbatterie 62 und einer Starterbatterie 64 und einem NO-Trennschalter 34. Das zweite Stromversorgungssystem 60 ist für ein Fahrzeug mit einem Anlasser 66 und einer elektrischen Last 68 vorgesehen. Die Hauptbatterie 62 dient zur Versorgung der elektrischen Last 68, die einen Wechselstromgenerator beinhalten kann, mit Gleichstrom. Die Starterbatterie 64 dient zur Versorgung des Anlassers 66 mit Gleichstrom. Wie in 4A dargestellt, ist der NO-Trennschalter 34 offen.
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48 ist ein Blockdiagramm der Baugruppe 10, bei welcher die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung 12 der Baugruppe als Trennsystem mit einem NO-Trennschalter 34 in dem zweiten Stromversorgungssystem 60 konfiguriert ist. In dieser Konfiguration ist die erste Sammelschiene 44b elektrisch mit dem zweiten Stromanschluss 18b und einem Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden und die zweite Sammelschiene 44c ist elektrisch mit dem dritten Stromanschluss 18c und dem anderen Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden.
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Der Einbau der Baugruppe 10 in das zweite Stromversorgungssystem 50, damit die Baugruppe den NO-Trennschalter 34 in dem zweiten Stromversorgungssystem bietet, beinhaltet, dass der zweite Schaltertreiber 32 die zweite Gruppe von N-Kanal-MOSFETs zum Betrieb als NO-Trennschalter 34 ansteuert, das Anschließen der elektrischen Last 68 an den dritten Stromanschluss 18c, der mit der zweiten Sammelschiene 44c verbunden ist, die mit einem Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden ist, und das Anschließen des Anlassers 66 mit dem zweiten Stromanschluss 18b, der mit der ersten Sammelschiene 44b verbunden ist, die mit dem anderen Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden ist. Der Einbau der Baugruppe 10 in das zweite Stromversorgungssystem 60 beinhaltet des Weiteren: Montieren der externen Sammelschiene 58 so, dass die Stromanschlüsse 18a und 18b miteinander verbunden werden und Verbinden der Starterbatterie 64 mit dem ersten Stromanschluss 18a; und Montieren einer zweiten externen Sammelschiene 69 so, dass die Stromanschlüsse 18c und 18d miteinander verbunden werden und Verbinden der Hauptbatterie 62 mit dem vierten Stromanschluss 18d.
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5A ist ein elektrisches Schaltschema eines dritten Stromversorgungssystems 70 mit einer Hauptbatterie 72 und einer Starterbatterie 74, einer NC-Trennschalter 26 und einem NO-Trennschalter 34. Das dritte Stromversorgungssystem 70 ist für ein Fahrzeug mit einem Anlasser 76 und einer elektrischen Last 78 vorgesehen. Die Hauptbatterie 72 dient zur Versorgung der elektrischen Last 8 mit Gleichstrom. Die Starterbatterie 74 dient zur Versorgung des Anlassers 76 mit Gleichstrom. Wie in 5A dargestellt, ist der NC-Trennschalter 26 geschlossen und der NO-Trennschalter 34 ist offen.
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5B ist ein Blockdiagramm der Baugruppe 10, bei der die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung 12 der Baugruppe so konfiguriert ist, dass sie ein Trennsystem mit dem NC-Trennschalter 26 und dem NO-Trennschalter 34 in dem dritten Stromversorgungssystem 70 ist.
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In dieser Konfiguration ist die erste Sammelschiene 44b elektrisch mit dem zweiten Stromanschluss 18b und einem Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden, die zweite Sammelschiene 44c ist elektrisch mit dem dritten Stromanschluss 18c und dem anderen Ende des NO-Trennschalters 34 und einem Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden, und die dritte Sammelschiene 44d ist elektrisch mit dem vierten Stromanschluss 18b und dem anderen Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden.
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Der Einbau der Baugruppe 10 in das dritte Stromversorgungssystem 70, damit die Baugruppe den NC-Trennschalter 26 und den NO-Trennschalter 34 in dem dritten Stromversorgungssystem bietet, beinhaltet, dass der erste Schaltertreiber 24 die erste Gruppe von N-Kanal-MOSFETs zum Betrieb als NC-Trennschalter 26 ansteuert, der zweite Schaltertreiber 32 die zweite Gruppe von N-Kanal-MOSFETs zum Betrieb als NO-Trennschalter 34 ansteuert, das Verbinden der elektrischen Last 78 mit dem dritten Stromanschluss 18c, der mit der zweiten Sammelschiene 44c verbunden ist, die mit einem Ende des NC-Trennschalters 26 und einem Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden ist, und das Anschließen des Anlassers 76 mit dem zweiten Stromanschluss 18b, der mit der ersten Sammelschiene 44b verbunden ist, die mit dem anderen Ende des NO-Trennschalters 34 verbunden ist, und das Verbinden der Hauptbatterie 72 mit dem vierten Stromanschluss 18b, der mit der dritten Sammelschiene 44d verbunden ist, die mit dem anderen Ende des NC-Trennschalters 26 verbunden ist. Der Einbau der Baugruppe 10 in das dritte Stromversorgungssystem 70 beinhaltet das Montieren der externen Sammelschiene 58 so, dass Stromanschlüsse 18a und 18b miteinander verbunden werden und das Verbinden der Starterbatterie 76 mit dem ersten Stromanschluss 18a. Ein Vorteil der Verwendung der ersten Gruppe von N-Kanal-MOSFETs als NC-Trennschalter 26 besteht darin, dass die Starterbatterie 74 mit sehr schneller Reaktionszeit vom Rest des Netzwerks getrennt werden kann.
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Andere Konfigurationen des elektrischen Moduls mit dualem konfigurierbarem Festkörperschalter in der Anordnung 10 wurden unter Bezug auf 3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B beschrieben. Wie beschrieben, kann mit derselben PCB 16 und denselben Stromanschlüssen 18a, 18b und 18d die Baugruppe 10 nur durch Montieren der entsprechenden MOSFETs und der korrespondierenden Treiber, der korrespondierenden Sammelschienen zur Verbindung der Stromanschlüsse mit der PCB (die Sammelschienen werden an die Stromanschlüsse geschraubt und an die PCB gelötet), und der entsprechenden externen Sammelschienen (bei Bedarf) zum Verbinden der Stromanschlüsse (die externen Sammelschienen werden zwischen die Stromanschlüsse geschraubt) konfiguriert werden.
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Durch Wiederverwenden derselben PCB und der externen Verpackung kann die Anordnung 10 für verschiedene Stromversorgungssysteme verwendet werden und ist sehr viel günstiger als die Verwendung speziell für die verschiedenen Stromversorgungssysteme entworfener Baugruppen. Das heißt, die Implementierung von Festkörperschaltern der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 der Baugruppe 10 ist mühelos zur Verwendung in verschiedenen Modi und verschiedenen Systemen konfigurierbar.
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Ferner ist die Integration von Stromsensoren (entweder resistiv oder magnetisch) einfach, da der Sensor mühelos in die Sammelschienen eingebaut werden kann, welche die Stromanschlüsse verbinden. Dieses Konzept ist unter Bezug auf 6A und 6B dargestellt. Insbesondere zeigt 6A ein elektrisches Schaltschema des zweiten Stromversorgungssystems 60, das des Weiteren einen Stromsensor 82 aufweist; 6B ist ein Blockdiagramm der Baugruppe 10, bei der die intern konfigurierbare duale Schalteranordnung 12 der Baugruppe so konfiguriert ist, dass sie der NO-Trennschalter 34 in dem zweiten Stromversorgungssystem 60 ist, und die Baugruppe des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den Stromsensor 82 enthält. Der Stromsensor 82 ist in der Anordnung 10 enthalten, in dem der Stromsensor an die externe Sammelschiene 58 montiert wird, die zwischen dem ersten und zweiten Stromanschluss 18a und 18b angeschlossen ist.
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Die Festkörpervorrichtungen der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 der Baugruppe 10, die unter Bezugnahme auf 2, 3B, 4B, 5B und 6B beschrieben wurde, sind N-Kanal-MOSFETs. Folglich kann eine erste Gruppe N-Kanal-MOSFETs den ersten NC-Trennschalter 26 bilden und eine zweite Gruppe von N-Kanal-MOSFETs kann den NO-Trennschalter 34 bilden. Wie oben beschrieben, kann jede Gruppe von Festkörpervorrichtungen stattdessen aus P-Kanal-MOSFETs bestehen. In diesem Fall kann beispielsweise eine Gruppe von P-Kanal-MOSFETs den ersten NC-Trennschalter 26 bilden und eine Gruppe von N-Kanal-MOSFETs kann den NO-Trennschalter 34 bilden.
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In 7 wird, weiterhin unter Bezug auf 2, ein Blockdiagramm eines zweiten möglichen Schaltplans der Komponenten der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 der Baugruppe 10 dargestellt. In dem zweiten möglichen Schaltplan befinden sich eine Gruppe von P-Kanal-MOSFETs und eine Gruppe von N-Kanal-MOSFETs. Wenn sie von einem korrespondierenden ersten Schaltertreiber 24 angetrieben werden, bilden die P-Kanal-MOSFETs den NC-Trennschalter 26. Wenn sie von einem korrespondierenden zweiten Schaltertreiber 32 angetrieben werden, bilden die N-Kanal-MOSFETs den NO-Trennschalter 34. In dem zweiten möglichen Schaltplan enthält die PCB 16 eine erste, zweite und dritte Sammelschiene 44b, 44c und 44d (je nach Konfiguration montiert oder nicht) und die Stromanschlüsse 18a, 18b, 18c und 18d, die für alle Komponentenschaltungen der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 bereit gestellt sind.
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Andere Konfigurationen der intern konfigurierbaren dualen Schalteranordnung 12 der Baugruppe 10 mit P-Kanal-MOSFETs anstelle der ersten Gruppe von N-Kanal-MOSFETs gemäß dem zweiten möglichen Schaltplan entsprechen den anderen Konfigurationen gemäß dem ersten möglichen Schaltplan, der unter Bezug auf 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A und 6B dargestellt und beschrieben wird. Ein Unterschied besteht darin, dass der zweite mögliche Schaltplan der Gruppe von P-Kanal-MOSFETs mehr Festkörpervorrichtungen als die Gruppe von N-Kanal-MOSFETs beinhaltet. Dies liegt daran, dass mehr P-Kanal-MOSFETs erforderlich sind, um die gleiche Menge an Leistung wie eine Gruppe von N-Kanal-MOSFETs zu erzeugen.
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Zwar wurden vorstehend einige Ausführungsbeispiele beschrieben, doch enthalten diese Ausführungsbeispiele keineswegs alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe haben keinen einschränkenden, sondern vielmehr beschreibenden Charakter und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu bilden.
