DE102020206253B3 - Overvoltage protection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz (16), mit einem ersten Anschluss (18), und mit einem zweiten Anschluss (20), zwischen die elektrisch ein Strang (28) mit einem Widerstand (30) geschaltet ist. Der Widerstand (30) ist zwischen den ersten Anschluss (18) und ein einen Steuereingang (34) aufweisendes Schaltelement (32) geschaltet, wobei der Steuereingang (34) des Schaltelements (32) über ein einen weiteren Steuereingang (44) aufweisendes weiteres Schaltelement (42) mit dem zweiten Anschluss (20) elektrisch verbunden ist. Das weitere Schaltelement (42) ist in Abhängigkeit der über dem Schaltelement (32) anfallenden elektrischen Spannung betätigt. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Überspannungsschutzes (16).The invention relates to an overvoltage protection device (16) having a first connection (18) and a second connection (20), between which a strand (28) with a resistor (30) is electrically connected. The resistor (30) is connected between the first connection (18) and a switching element (32) having a control input (34), the control input (34) of the switching element (32) having a further switching element (44) having a further control input (44). 42) is electrically connected to the second connection (20). The further switching element (42) is actuated as a function of the electrical voltage occurring across the switching element (32). The invention also relates to the use of an overvoltage protection device (16).
Description
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz.The invention relates to overvoltage protection.
Elektrische Geräte weisen üblicherweise eine elektrische Nennspannung auf, bei der diese betrieben werden. Sofern diese Nennspannung signifikant überstiegen wird, ist eine Beschädigung des elektrischen Geräts möglich. Ein Übersteigen der Nennspannung tritt beispielsweise aufgrund eines technischen Defekts des elektrischen Geräts oder eines sonstigen Bestandteils des Stromkreises auf, dessen Bestandteil das elektrische Gerät ist. Zur Absicherung des elektrischen Geräts gegenüber derartigen elektrischen Spannungen werden üblicherweise Sicherungen oder Schutzschalter verwendet.Electrical devices usually have a nominal electrical voltage at which they are operated. If this nominal voltage is significantly exceeded, damage to the electrical device is possible. Exceeding the nominal voltage occurs, for example, due to a technical defect in the electrical device or some other component of the circuit of which the electrical device is a component. To protect the electrical device against such electrical voltages, fuses or circuit breakers are usually used.
Ferner ist es erforderlich, dass elektrische Geräte gegen eine Überspannung gesichert werden, die beispielsweise aufgrund eines Blitzschlages in eine Leitung des Stromkreises oder das elektrische Gerät selbst entstehen. Auch ist es möglich, dass innerhalb des Stromkreises aufgrund einer induktiven Kopplung eines Bestandteils des Stromkreises mit einem Blitz eine derartige Überspannung entsteht. Zudem können aufgrund von elektromagnetischen Pulsen (EMP) oder aufgrund elektrostatischer Entladungen (ESD) sowie Schaltvorgängen in dem Stromkreis derartige Überspannungen entstehen, die zu einer Beschädigung des Geräts führen können. Derartige Überspannungen übersteigen in einem vergleichsweise großen Maß die Nennspannung. Auch entstehen die Überspannungen aufgrund externer Ereignisse und sind daher durch das elektrische Gerät nicht beeinflussbar und können deswegen nicht vermieden werden.It is also necessary that electrical devices are secured against overvoltage, which may arise, for example, due to a lightning strike in a line of the circuit or the electrical device itself. It is also possible that such an overvoltage arises within the circuit due to an inductive coupling of a component of the circuit with a lightning bolt. In addition, due to electromagnetic pulses (EMP) or due to electrostatic discharges (ESD) as well as switching processes in the circuit, such overvoltages can occur, which can lead to damage to the device. Such overvoltages exceed the nominal voltage to a comparatively large extent. The overvoltages also arise due to external events and can therefore not be influenced by the electrical device and therefore cannot be avoided.
Zur Absicherung des elektrischen Geräts gegen Überspannungen wird ein Überspannungsschutz herangezogen, der parallel zu dem zu schützenden Gerät geschaltet wird. Der Überspannungsschutz selbst weist beispielsweise eine Funkenstrecke oder einen Varistor auf. Hierbei wird die Überspannung um das zu schützende Gerät herumgeleitet, wobei beispielsweise ein Lichtbogen erzeugt wird. Die Funkenstrecke und der Varistor unterliegen Alterungseffekten, sodass nach einer bestimmten Zeitdauer die elektrische Spannung variiert, ab der der Überspannungsschutz anspricht. Auch führen auftretende Überspannungen zu einem Verschleiß des Überspannungsschutzes. Infolgedessen ist nicht sichergestellt, dass sämtliche Überspannungen, die zu einer Beschädigung des Geräts führen könnten, stets mittels des Überspannungsschutzes abgefangen werden. Somit muss der Überspannungsschutz nach bestimmten Zeitspannen ausgetauscht werden, um eine bestimmungsgemäße Funktionsweise zu gewährleisten.To protect the electrical device against overvoltages, overvoltage protection is used, which is connected in parallel to the device to be protected. The overvoltage protection itself has, for example, a spark gap or a varistor. In this case, the overvoltage is diverted around the device to be protected, with an electric arc being generated, for example. The spark gap and the varistor are subject to aging effects, so that after a certain period of time the electrical voltage at which the overvoltage protection responds varies. Occurring overvoltages also lead to wear of the overvoltage protection. As a result, there is no guarantee that all overvoltages that could lead to damage to the device will always be intercepted by means of the overvoltage protection. The overvoltage protection must therefore be replaced after certain periods of time in order to ensure that it functions as intended.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Überspannungsschutz als auch eine besonders geeignete Verwendung eines Überspannungsschutzes anzugeben, wobei insbesondere eine Sicherheit erhöht und vorzugsweise Herstellungs- und/oder Betriebskosten gesenkt sind.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable overvoltage protection device and also a particularly suitable use of an overvoltage protection device, in particular increasing safety and preferably reducing production and / or operating costs.
Hinsichtlich des Überspannungsschutzes wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.With regard to overvoltage protection, this object is achieved according to the invention by the features of
Der Überspannungsschutz weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Dabei dient der Überspannungsschutz der Vermeidung einer (elektrischen) Überspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss. Hierfür ist der Überspannungsschutz zweckmäßigerweise geeignet, vorgesehen und/oder eingerichtet. Die Überspannung ist beispielsweise eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung. Beispielsweise ist der Überspannungsschutz geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, (andere) Bauteile mit einer (elektrischen) Nennspannung vor einer Überspannung zu schützen. Die Nennspannung ist vorzugsweise größer oder gleich 12 V, 24 V, 48 V, 100 V oder 200 V. Beispielsweise ist die maximale Nennspannung 6kV, 5kV, 4,5kV, 4kV, 3kV, 2kV, 1.500 V, 1.200V, 1.100 V, 1.000 V, 900 V oder 800 V.The overvoltage protection has a first connection and a second connection. The overvoltage protection serves to avoid an (electrical) overvoltage between the first connection and the second connection. The overvoltage protection is expediently suitable, provided and / or set up for this. The overvoltage is, for example, an alternating voltage or a direct voltage. For example, the overvoltage protection is suitable, in particular provided and set up, to protect (other) components with an (electrical) rated voltage from an overvoltage. The nominal voltage is preferably greater than or equal to 12 V, 24 V, 48 V, 100 V or 200 V. For example, the maximum nominal voltage is 6kV, 5kV, 4.5kV, 4kV, 3kV, 2kV, 1,500 V, 1,200V, 1,100 V, 1,000 V, 900 V or 800 V.
Der Überspannungsschutz weist einen Strang auf, der zwischen die beiden Anschlüsse geschaltet und beispielsweise mit diesen elektrisch direkt verbunden ist. Alternativ hierzu ist zumindest einer der Anschlüsse, beispielsweise beide, über ein zusätzliches Bauteil mit dem Strang elektrisch verbunden. Insbesondere wird als derartiges Bauteil eine oder mehrere Dioden herangezogen.The overvoltage protection has a branch which is connected between the two connections and, for example, is electrically connected directly to them. Alternatively, at least one of the connections, for example both, is via a additional component electrically connected to the string. In particular, one or more diodes are used as such a component.
Zweckmäßigerweise ist ein derartiges Bauteil eine B4-Brücke. Infolgedessen ist es möglich, den Überspannungsschutz bidirektional zu betreiben. Insbesondere ist der Überspannungsschutz somit bidirektional ausgestaltet, wobei dies zum Beispiel mittels der B4-Brücke erfolgt. Alternativ hierzu erfolgt die Bereitstellung der Bidirektionalität mittels weiterer Bestandteile. In einer Alternative hierzu ist der Überspannungsschutz unidirektional ausgestaltet.Such a component is expediently a B4 bridge. As a result, it is possible to operate the overvoltage protection bidirectionally. In particular, the overvoltage protection is thus designed to be bidirectional, this being done, for example, by means of the B4 bridge. Alternatively, the bidirectionality is provided by means of further components. In an alternative to this, the overvoltage protection is designed to be unidirectional.
Der Strang weist einen Widerstand auf, der zweckmäßigerweise ein ohmscher Widerstand ist. Der Widerstand ist dabei zwischen den ersten Anschluss und ein Schaltelement geschaltet, wobei das Schaltelement ein Bestandteil des Strangs ist. Mit anderen Worten sind das Schaltelement und der Widerstand elektrisch in Reihe geschaltet. Mittels des Schaltelements ist es dabei möglich, einen Stromfluss über den Strang zu unterbrechen. Mit anderen Worten wird bei Ein- oder Ausschalten des Schaltelements der Strang elektrisch geschlossen bzw. aufgetrennt.The strand has a resistor, which is expediently an ohmic resistor. The resistor is connected between the first connection and a switching element, the switching element being part of the strand. In other words, the switching element and the resistor are electrically connected in series. By means of the switching element, it is possible to interrupt a current flow via the strand. In other words, when the switching element is switched on or off, the strand is electrically closed or disconnected.
Das Schaltelement weist einen Steuereingang auf, mittels dessen eine Betätigung des Schaltelements erfolgt. Somit wird insbesondere in Abhängigkeit eines an dem Steuereingang anliegenden elektrischen Potentials der Schaltzustand des Schaltelements verändert. Mittels Betätigung des Schaltelements ist es somit möglich, den Strang elektrisch zu schließen, sodass ein Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen über den Strang erfolgt. Infolgedessen wird aufgrund des zugeordneten Widerstands eine elektrische Spannung begrenzt bzw. ein elektrischer Stromfluss eingestellt. Daher ist es möglich, die zwischen den beiden Anschlüssen anfallende elektrische Spannung zu begrenzen und somit die Überspannung zwischen den beiden Anschlüssen zu verhindern.The switching element has a control input by means of which the switching element is actuated. The switching state of the switching element is thus changed in particular as a function of an electrical potential applied to the control input. By actuating the switching element, it is thus possible to electrically close the strand so that a current flows between the two connections via the strand. As a result, an electrical voltage is limited or an electrical current flow is set on the basis of the associated resistance. It is therefore possible to limit the electrical voltage occurring between the two connections and thus prevent the overvoltage between the two connections.
Vorzugsweise wird dann, wenn zwischen den Anschlüssen eine Überspannung anliegt, das Schaltelement betätigt, sodass der Strang zunächst stromführend ist. Infolgedessen sinkt eine elektrische Spannung zwischen den beiden Anschlüssen ab. Wenn diese geringer als ein bestimmter Wert ist, wird der Strang abgeschaltet, also das Schaltelement geöffnet, sodass ein Stromfluss über diesen verhindert ist, weswegen eine elektrische Spannung zwischen den beiden Anschlüssen erneut ansteigt, jedoch auf einen geringeren Wert als die ursprüngliche Überspannung.If an overvoltage is present between the connections, the switching element is preferably actuated so that the strand is initially live. As a result, an electrical voltage between the two connections drops. If this is less than a certain value, the string is switched off, i.e. the switching element is opened, so that a current flow through it is prevented, which is why an electrical voltage between the two connections rises again, but to a lower value than the original overvoltage.
Zum Beispiel ist das Schaltelement mittels eines Relais realisiert. Besonders bevorzugt jedoch ist das Schaltelement ein Halbleiterschalter, sodass eine Wartung vereinfacht ist. Auch ist das Ausbilden eines Lichtbogens bei Betätigung vermieden. Da das Schaltelement lediglich im Überspannungsfall, also dann, wenn zwischen den beiden Anschlüssen eine Überspannung oder zumindest eine bestimmte elektrische Spannung anliegt, stromführend ist, sind auftretende elektrische Verluste lediglich zeitweise und somit begrenzt. Zum Beispiel ist das Schaltelement ein IGBT, IGTC oder GTO. Besonders bevorzugt jedoch ist das Schaltelement ein Feldeffekttransistor und besonders bevorzugt ein MOSFET. Dieser ist vergleichsweise kostengünstig und in unterschiedlichen Leistungsklassen vorhanden, sodass ein Einsatzbereich des Überspannungsschutzes vergrößert ist. Auch weist dieser eine Freilaufdiode auf, sodass ein Betrieb des Überspannungsschutzes vereinfacht ist.For example, the switching element is implemented by means of a relay. However, the switching element is particularly preferably a semiconductor switch, so that maintenance is simplified. The formation of an arc during actuation is also avoided. Since the switching element is current-carrying only in the event of an overvoltage, that is to say when an overvoltage or at least a certain electrical voltage is present between the two connections, electrical losses that occur are only temporary and thus limited. For example, the switching element is an IGBT, IGTC or GTO. However, the switching element is particularly preferably a field effect transistor and particularly preferably a MOSFET. This is comparatively inexpensive and available in different performance classes, so that the area of application of the overvoltage protection is increased. This also has a freewheeling diode, so that operation of the overvoltage protection is simplified.
Der Überspannungsschutz weist ferner ein weiteres Schaltelement auf, das einen weiteren Steuereingang umfasst. Hierbei ist das weitere Schaltelement in Abhängigkeit eines an dem weiteren Steuereingang anliegenden elektrischen Potentials betätigt und somit in dem elektrisch leitenden bzw. elektrisch nichtleitenden Zustand. Das weitere Schaltelement ist zwischen den Steuereingang des Schaltelements und den zweiten Anschluss geschaltet. Mit anderen Worten ist der Steuereingang des Schaltelements über das weitere Schaltelement mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden.The overvoltage protection also has a further switching element which comprises a further control input. Here, the further switching element is actuated as a function of an electrical potential applied to the further control input and is thus in the electrically conductive or electrically non-conductive state. The further switching element is connected between the control input of the switching element and the second connection. In other words, the control input of the switching element is electrically connected to the second connection via the further switching element.
Das weitere Schaltelement ist in Abhängigkeit der über dem Schaltelement anfallenden elektrischen Spannung betätigt. Hierfür weist der Überspannungsschutz vorzugsweise eine entsprechende Verschaltung und/oder geeignete elektrische/elektronische Bauteile auf. Vorzugsweise ist das weitere Schaltelement dann betätigt, wenn die über dem Schaltelement anfallende elektrische Spannung einen bestimmten Wert überschreitet. Dann, wenn das weitere Schaltelement betätigt wird, wird der Steuereingang des Schaltelements auf das elektrische Potential des zweiten Anschlusses geschaltet, oder zumindest auf ein elektrisches Potential, das abhängig von dem elektrischen Potential an dem zweiten Anschluss ist. Infolgedessen wird das Schaltelement insbesondere in den elektrisch nichtleitenden Zustand überführt, sodass ein Stromfluss über den Strang unterbrochen ist.The further switching element is actuated as a function of the electrical voltage occurring across the switching element. For this purpose, the overvoltage protection preferably has a corresponding interconnection and / or suitable electrical / electronic components. The further switching element is preferably actuated when the electrical voltage occurring across the switching element exceeds a certain value. Then, when the further switching element is actuated, the control input of the switching element is switched to the electrical potential of the second connection, or at least to an electrical potential that is dependent on the electrical potential at the second connection. As a result, the switching element is converted, in particular, into the electrically non-conductive state, so that a current flow via the strand is interrupted.
Aufgrund des weiteren Schaltelements wird somit dann, wenn über dem Schaltelement eine bestimmte elektrische Spannung auftritt, dieses abgeschaltet. Insbesondere tritt dabei eine entsprechende elektrische Spannung, die zum Abschalten führt, dann auf, wenn ein Widerstand des Schaltelements zunimmt. Der Widerstand nimmt dabei beispielsweise aufgrund einer Überbelastung des Schaltelements zu. Aufgrund des Abschaltens mittels des weiteren Schaltelements wird somit der Stromfluss über das Schaltelement unterbrochen, sodass eine Zerstörung verhindert ist. Ferner wird aufgrund des Schaltens in Abhängigkeit der elektrischen Spannung eine übermäßige Erwärmung aufgrund eines erhöhten inneren Widerstands vermieden, der ebenfalls zu einer Überbelastung und daher einer Zerstörung des Schaltelements führen kann. Auch wird beispielsweise dann, wenn das an dem Steuereingang des Schaltelements anliegende elektrische Potential sich verändert und sich insbesondere dem elektrischen Potential annähert, bei dem ein Abschalten des Schaltelements erfolgt, sukzessive der innere Widerstand des Schaltelements erhöht. Aufgrund des weiteren Schaltelements erfolgt somit kein graduelles Abschalten des Schaltelements, sondern im Wesentlichen ein schlagartiges, weswegen eine Überlastung des Schaltelements vermieden ist. Folglich ist eine Sicherheit erhöht, und es ist kein Austausch von Komponenten des Überspannungsschutzes erforderlich, weswegen Betriebskosten reduziert sind. Dabei ist es ferner möglich, ein vergleichsweise kostengünstiges Bauteil für das Schaltelement heranzuziehen, weswegen Herstellungskosten reduziert sind.Because of the further switching element, when a certain electrical voltage occurs across the switching element, it is switched off. In particular, a corresponding electrical voltage, which leads to disconnection, occurs when a resistance of the switching element increases. The resistance increases, for example, due to an overload of the switching element. As a result of the shutdown by means of the further switching element, the current flow is thus reduced Interrupted via the switching element so that destruction is prevented. Furthermore, due to the switching as a function of the electrical voltage, excessive heating due to an increased internal resistance is avoided, which can also lead to overloading and therefore destruction of the switching element. For example, if the electrical potential applied to the control input of the switching element changes and in particular approaches the electrical potential at which the switching element is switched off, the internal resistance of the switching element is gradually increased. Because of the further switching element, the switching element is not switched off gradually, but essentially suddenly, which is why overloading of the switching element is avoided. As a result, safety is increased and there is no need to replace components of the surge protector, which is why operating costs are reduced. It is also possible to use a comparatively inexpensive component for the switching element, which is why manufacturing costs are reduced.
Beispielsweise ist zwischen dem Steuereingang und dem zweiten Anschluss ferner ein weiteres Bauteil vorhanden, das somit parallel zu dem weiteren Schaltelement geschaltet ist. Mittels des weiteren Bauteils werden hierbei insbesondere weitere Funktionen übernommen, sodass eine Funktionalität erhöht ist.For example, a further component is also present between the control input and the second connection, which is thus connected in parallel to the further switching element. By means of the further component, in particular further functions are taken over, so that functionality is increased.
Insbesondere ist das weitere Schaltelement ein Feldeffekttransistor. Beispielsweise ist das Schaltelement und auch das weitere Schaltelement als MOSFET ausgestaltet. Das weitere Schaltelement ist beispielsweise baugleich zu dem Schaltelement. Besonders bevorzugt jedoch ist das weitere Schaltelement für geringere (elektrische) Spannungen als das Schaltelement geeignet, sodass ein kostengünstigeres Bauteil verwendet werden kann. Die Ansteuerung des weiteren Schaltelements erfolgt beispielsweise mittels geeigneter Komponenten.In particular, the further switching element is a field effect transistor. For example, the switching element and also the further switching element are designed as MOSFETs. The further switching element is, for example, identical in construction to the switching element. However, the further switching element is particularly preferably suitable for lower (electrical) voltages than the switching element, so that a more cost-effective component can be used. The activation of the further switching element takes place, for example, by means of suitable components.
Der Überspannungsschutz weist ein zusätzliches Schaltelement auf, das einen zusätzlichen Steuereingang umfasst. Hierbei ist das zusätzliche Schaltelement in Abhängigkeit des an dem zusätzlichen Steuereingang anliegenden elektrischen Potentials betätigt. Der weitere Steuereingang ist über das zusätzliche Schaltelement gegen den zweiten Anschluss geführt. Somit ist es möglich, mittels Betätigung des zusätzlichen Schaltelements das weitere Schaltelement und daher das Schaltelement zu betätigen. Hierbei ist eine für die Ansteuerung des zusätzlichen Schaltelements erforderliche elektrische Spannung geringer als für das weitere Schaltelement, weswegen vergleichsweise kostengünstige Bauteile herangezogen werden können. Insbesondere ist das zusätzliche Schaltelement ein Transistor, was Herstellungskosten weiter reduziert.The overvoltage protection has an additional switching element which comprises an additional control input. Here, the additional switching element is actuated as a function of the electrical potential applied to the additional control input. The additional control input is routed to the second connection via the additional switching element. It is thus possible to actuate the further switching element and therefore the switching element by actuating the additional switching element. Here, an electrical voltage required to control the additional switching element is lower than for the further switching element, which is why comparatively inexpensive components can be used. In particular, the additional switching element is a transistor, which further reduces manufacturing costs.
Der zusätzliche Steuereingang ist gegen einen ersten zusätzlichen Widerstand und einen zweiten zusätzlichen Widerstand geführt, die insbesondere zueinander elektrisch in Reihe geschaltet sind. Mit anderen Worten ist der erste zusätzliche Widerstand und der zweite zusätzliche Widerstand elektrisch miteinander sowie mit dem zusätzlichen Steuereingang kontaktiert. Die beiden zusätzlichen Widerstände sind zweckmäßigerweise ohmsche Widerstände, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. Auch sind auf diese Weise eine Dimensionierung und Auslegung des Überspannungsschutzes vereinfacht.The additional control input is routed to a first additional resistor and a second additional resistor, which in particular are electrically connected in series with one another. In other words, the first additional resistor and the second additional resistor are electrically contacted with one another and with the additional control input. The two additional resistors are expediently ohmic resistors, which is why manufacturing costs are reduced. Dimensioning and design of the overvoltage protection are also simplified in this way.
Mittels der beiden zusätzlichen Widerstände ist insbesondere ein zusätzlicher Spannungsteiler bereitgestellt, mittels dessen das Schaltelement überbrückt ist. Der zweite zusätzliche Widerstand ist gegen den zweiten Anschluss geführt. Der erste zusätzliche Widerstand ist über den Widerstand mit dem ersten Anschluss elektrisch kontaktiert. Zusammenfassend ist somit der zusätzliche Steuereingang über den ersten zusätzlichen Widerstand und den Widerstand gegen den ersten Anschluss und über den zweiten zusätzlichen Widerstand gegen den zweiten Anschluss geführt. Geeigneterweise ist hierbei zwischen dem ersten zusätzlichen Widerstand und dem Widerstand eine Diode angeordnet, sodass ein elektrischer Stromfluss lediglich in eine einzige Richtung, zweckmäßigerweise von dem ersten zusätzlichen Widerstand zu dem Widerstand, möglich ist. Folglich sind eine Rückwirkung und ungewollte Effekte vermieden. Zudem erfolgt auch keine Überlastung des zusätzlichen Schaltelements aufgrund der elektrischen Kontaktierung mit dem Strang.By means of the two additional resistors, in particular an additional voltage divider is provided, by means of which the switching element is bridged. The second additional resistor is led to the second connection. The first additional resistor is in electrical contact with the first connection via the resistor. In summary, the additional control input is thus routed via the first additional resistor and the resistor to the first connection and via the second additional resistor to the second connection. In this case, a diode is suitably arranged between the first additional resistor and the resistor, so that an electrical current flow is only possible in a single direction, expediently from the first additional resistor to the resistor. As a result, feedback and unwanted effects are avoided. In addition, there is also no overloading of the additional switching element due to the electrical contact with the strand.
Insbesondere ist der zweite zusätzliche Widerstand mit einem zusätzlichen Kondensator überbrückt. Somit erfolgt ein Verzögertes Einschalten sowie Abschalten des zusätzlichen Schaltelements, weswegen lediglich kurzzeitige übermäßige Spannungen an dem Schaltelement nicht zu einer Betätigung des zusätzlichen Schaltelements und daher des weiteren Schaltelements und somit des Schaltelements führen. Folglich ist eine Zuverlässigkeit des Überspannungsschutzes erhöht.In particular, the second additional resistor is bridged with an additional capacitor. Thus, the additional switching element is switched on and switched off with a delay, which is why only brief excessive voltages on the switching element do not lead to an actuation of the additional switching element and therefore the further switching element and thus the switching element. As a result, a reliability of the surge protector is increased.
In einer Weiterbildung ist der zusätzliche Steuereingang über den ersten zusätzlichen Widerstand und ein Widerstandselement gegen den ersten Anschluss geführt. Beispielsweise sind hierbei zwischen dem Widerstandselement und dem ersten zusätzlichen Widerstandselement keine weiteren Bauteile angeordnet. Besonders bevorzugt jedoch ist zwischen diesen zumindest eine zusätzliche Diode angeordnet, mittels derer ein elektrischer Stromfluss von dem ersten zusätzlichen Widerstand zu dem Widerstandselement unterbunden ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zwischen dem ersten zusätzlichen Widerstand und dem Widerstandselement ein ohmscher Widerstand angeordnet, sodass eine Reihenschaltung von unterschiedlichen Widerständen erfolgt. Somit ist ein Schutz verbessert.In one development, the additional control input is routed to the first connection via the first additional resistor and a resistor element. For example, no further components are arranged between the resistance element and the first additional resistance element. Particularly preferably, however, at least one additional diode is arranged between these, by means of which an electrical current flow from the first additional resistor to the resistance element is prevented. Alternatively or in In combination with this, an ohmic resistor is arranged between the first additional resistor and the resistor element, so that different resistors are connected in series. Thus, protection is improved.
Beispielsweise ist das Widerstandselement ein ohmscher Widerstand. Besonders bevorzugt jedoch ist das Widerstandselement eine Zener-Diode, wobei mittels dieser ein Stromfluss von dem ersten Anschluss zu dem ersten zusätzlichen Widerstand unterbunden ist, sofern eine elektrische Spannung geringer als die Durchbruchsspannung der Zener-Diode, auch als Z-Diode bezeichnet, ist. Insbesondere ist dabei das Widerstandselement gegen den Steuereingang des Schaltelements geführt, sodass dann, wenn zwischen den beiden Anschlüssen eine Überspannung anliegt, aufgrund des Widerstandselements ein Einschalten des Schaltelements erfolgt. Folglich sind zur Betätigung des Schaltelements keine zusätzlichen elektrischen/elektronischen Bauteile erforderlich, weswegen Herstellungskosten reduziert sind.For example, the resistance element is an ohmic resistor. However, the resistance element is particularly preferably a Zener diode, by means of which a current flow from the first connection to the first additional resistor is prevented if an electrical voltage is lower than the breakdown voltage of the Zener diode, also referred to as a Zener diode. In particular, the resistance element is led against the control input of the switching element, so that when an overvoltage is present between the two connections, the switching element is switched on due to the resistance element. Consequently, no additional electrical / electronic components are required to actuate the switching element, which is why manufacturing costs are reduced.
In einer Weiterbildung ist der weitere Steuereingang über eine weitere Zener-Diode gegen den zweiten Anschluss geführt. Somit ist das zusätzliche Schaltelement mittels der weiteren Zener-Diode überbrückt, sodass stets eine Ableitung der elektrischen Spannung erfolgt, falls diese größer als die Durchbruchsspannung der weiteren Zener-Diode ist. Folglich wird das zusätzliche Schaltelement mittels der weiteren Zener-Diode geschützt. Auch ist auf diese Weise ein entsprechendes Einschalten des weiteren Schaltelements sichergestellt, sodass dieses entsprechend betätigt wird. Somit ist eine Sicherheit erhöht.In a further development, the further control input is routed to the second connection via a further Zener diode. The additional switching element is thus bridged by means of the further Zener diode, so that the electrical voltage is always diverted if this is greater than the breakdown voltage of the further Zener diode. Consequently, the additional switching element is protected by means of the further Zener diode. This also ensures that the further switching element is switched on accordingly, so that it is actuated accordingly. Thus, security is increased.
Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist der weitere Steuereingang über eine weitere Diode gegen den ersten Anschluss geführt. Somit ist das am weiteren Steuereingang anliegende elektrische Potential abhängig von dem elektrischen Potential des ersten Anschlusses, sodass gegebenenfalls eine entsprechende Ansteuerung des weiteren Schaltelements erfolgen kann. Vorzugsweise ist hierbei auch der weitere Steuereingang über die weitere Zener-Diode gegen den zweiten Anschluss geführt, sodass die zwischen den Anschlüssen anliegende elektrische Spannung bei der Ansteuerung des weiteren Schaltelements berücksichtigt wird. Vorzugsweise ist die Sperrrichtung der weiteren Diode entgegengesetzt zur Sperrrichtung der Zener-Diode.Alternatively or particularly preferably in combination with this, the further control input is routed to the first connection via a further diode. The electrical potential present at the further control input is therefore dependent on the electrical potential of the first connection, so that, if necessary, a corresponding control of the further switching element can take place. In this case, the further control input is preferably also routed to the second connection via the further Zener diode, so that the electrical voltage present between the connections is taken into account when the further switching element is activated. The reverse direction of the further diode is preferably opposite to the reverse direction of the Zener diode.
Vorzugsweise ist zwischen der weiteren Diode und dem ersten Anschluss ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise das Widerstandselement, geschaltet, sodass nicht in das vollständige an dem ersten Anschluss anliegende elektrische Potential an dem weiteren Steuereingang anliegt, weswegen insbesondere nicht eine gleichzeitige Betätigung des weiteren Schaltelements und des Schaltelements erfolgt.An additional component, for example the resistance element, is preferably connected between the further diode and the first connection, so that the full electrical potential applied to the first connection is not applied to the further control input, which is why, in particular, the further switching element and the switching element are not actuated at the same time he follows.
Besonders bevorzugt ist der weitere Steuereingang über einen weiteren Widerstand gegen den ersten Anschluss geführt. Dabei ist der weitere Widerstand zweckmäßigerweise ein ohmscher Widerstand, was Herstellungskosten reduziert. Vorzugsweise ist der Wert des weiteren Widerstands größer als der Wert des Widerstands des Strangs. Somit erfolgt mittels des weiteren Widerstands ein Schutz des weiteren Schaltelements. Geeigneterweise ist dabei die weitere Zener-Diode vorhanden, sodass zumindest teilweise ein Spannungsteiler gebildet ist.The further control input is particularly preferably routed to the first connection via a further resistor. The further resistor is expediently an ohmic resistor, which reduces manufacturing costs. The value of the further resistor is preferably greater than the value of the resistance of the strand. The further switching element is thus protected by means of the further resistor. The further Zener diode is suitably present so that a voltage divider is at least partially formed.
Beispielsweise ist der Überspannungsschutz ohne Varistoren ausgestaltet und somit varistorfrei. Somit sind Herstellungskosten reduziert, und auch eine Alterung des Überspannungsschutzes ist im Wesentlichen unterbunden. Alternativ hierzu ist parallel zu dem Schaltelement ein Varistor geschaltet. Aufgrund des Varistors wird eine etwaige elektrische Spannung, die aufgrund der Betätigung des Schaltelements verbleibt, abgebaut, sodass der Überspannungsschutz nach Betrieb in einen im Wesentlichen stromlosen Zustand überführt wird. Alternativ oder in Kombination hierzu ist parallel zu dem Schaltelement, und somit auch zu dem etwaigen Varistor, ein weiterer Kondensator geschaltet, sodass eine Spannungsspitze der aufgrund des Abschaltens des Schaltelements an dem Schaltelement anliegenden elektrischen Spannung vermieden ist. Vorzugsweise ist zu dem weiteren Kondensator/dem Varistor/dem Schaltelement eine Diode parallel geschaltet, sodass die Ausbildung eines Schwingkreises mittels des etwaigen weiteren Kondensators und des Varistors vermieden ist. Die Diode ist zum Beispiel eine TVS-Diode (Suppressordiode) oder eine Zener-Diode.For example, the overvoltage protection is designed without varistors and thus varistor-free. Manufacturing costs are thus reduced, and aging of the overvoltage protection is also essentially prevented. As an alternative to this, a varistor is connected in parallel with the switching element. Due to the varistor, any electrical voltage that remains due to the actuation of the switching element is reduced, so that the overvoltage protection is transferred to an essentially currentless state after operation. Alternatively or in combination with this, a further capacitor is connected in parallel to the switching element, and thus also to the varistor, if any, so that a voltage spike in the electrical voltage applied to the switching element due to the switching off of the switching element is avoided. A diode is preferably connected in parallel with the further capacitor / varistor / switching element, so that the formation of an oscillating circuit by means of the possible further capacitor and the varistor is avoided. The diode is, for example, a TVS diode (suppressor diode) or a Zener diode.
Beispielsweise weist der Überspannungsschutz lediglich den einzigen Strang auf, weswegen die etwaige Überspannung zwischen den beiden Anschlüssen lediglich mittels des einen Strangs abgefangen werden kann. Besonders bevorzugt jedoch weist der Überspannungsschutz mehrere Stränge auf, die zueinander parallel geschaltet sind. Der Strang ist hierbei einer der Stränge. Die Stränge sind zueinander baugleich oder zumindest schaltungsgleich und weisen somit jeweils einen Widerstand und ein Schaltelement mit einem Steuereingang auf, wobei der jeweilige Widerstand zwischen den ersten Anschluss und das Schaltelement des jeweiligen Strangs geschaltet sind. Aufgrund der Mehrzahl an Strängen ist ein Einstellen des ohmschen Widerstandes zwischen den beiden Anschlüssen mittels unterschiedlicher Betätigung der Schaltelemente möglich.For example, the overvoltage protection only has the single strand, which is why any overvoltage between the two connections can only be intercepted by means of the one strand. Particularly preferably, however, the overvoltage protection has a plurality of strings which are connected in parallel to one another. The strand here is one of the strands. The strings are structurally identical to one another or at least have the same circuit and thus each have a resistor and a switching element with a control input, the respective resistor being connected between the first connection and the switching element of the respective strand. Due to the large number of strands, it is possible to set the ohmic resistance between the two connections by actuating the switching elements differently.
Insbesondere weist der Überspannungsschutz zwischen 2, 3 oder 4 entsprechenden Strängen auf. Zweckmäßigerweise ist die Anzahl der Stränge zwischen 5 Strängen und 20 Strängen und beispielsweise zwischen 6 Strängen und 15 Strängen. Somit ist ein Platzbedarf nicht übermäßig erhöht, wobei aufgrund der Mehrzahl an Strängen an jedem der Stränge eine geringere elektrische Spannung anliegt, weswegen vergleichsweise kostengünstige Bauteile herangezogen werden können.In particular, the overvoltage protection has between 2, 3 or 4 corresponding strings. The number of strands is expediently between 5 strands and 20 strands and, for example, between 6 strands and 15 strands. The space requirement is thus not excessively increased, with a lower electrical voltage being applied to each of the strands due to the plurality of strands, which is why comparatively inexpensive components can be used.
Ferner weist der Überspannungsschutz bevorzugt einen Spannungsteiler auf, der zwischen den Steuereingang eines der Schaltelemente und den ersten Anschluss geschaltet ist. Der Spannungsteiler weist eine zu der Anzahl an Strängen korrespondierende Anzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Widerstandselementen auf. Somit ist die Anzahl der Widerstandselemente beispielsweise gleich der Anzahl an Strängen oder in einer festen Beziehung hierzu. Insbesondere ist die Anzahl an Widerstandselementen kleiner oder größer um 1 als die Anzahl an Strängen. Zwischen jeweils benachbarten Widerstandselementen ist ein Abgriff gebildet, und jeder Abgriff ist jeweils gegen den Steuereingang eines der verbleibenden Schaltelemente geführt. Somit ist jedem Abgriff jeweils ein unterschiedliches Schaltelement zugeordnet, und jedes der Schaltelemente ist mit dem Spannungsteiler elektrisch kontaktiert, also mit dem Ende oder einem der Abgriffe.Furthermore, the overvoltage protection preferably has a voltage divider which is connected between the control input of one of the switching elements and the first connection. The voltage divider has a number of resistance elements electrically connected in series that corresponds to the number of strings. Thus, the number of resistance elements is, for example, the same as the number of strings or in a fixed relationship thereto. In particular, the number of resistance elements is less than or greater by 1 than the number of strings. A tap is formed between adjacent resistor elements, and each tap is led to the control input of one of the remaining switching elements. Thus, each tap is assigned a different switching element, and each of the switching elements is electrically contacted with the voltage divider, that is to say with the end or one of the taps.
Aufgrund des Spannungsteilers erfolgte somit eine sukzessive Betätigung der Schaltelemente in Abhängigkeit der zwischen den beiden Anschlüssen anliegenden elektrischen (Über-)Spannung. Falls diese um mehr als einen mittels des Spannungsteilers vorgegebenen Wert abgesunken ist, erfolgt ein Abschalten zumindest eines der Stränge, nämlich des Strangs, dessen Schaltelement mit dem einen Ende des Spannungsteilers kontaktiert ist. Bei einem weiteren Absinken der (Über-)Spannung wird das Schaltelement betätigt, das mit dem diesem Ende nächsten Abgriff elektrisch kontaktiert ist usw. Somit erfolgt keine gleichzeitige Betätigung der Schaltelemente, auch wenn die Widerstandselemente vergleichsweise große Fertigungstoleranzen aufweisen sollten.Due to the voltage divider, the switching elements were then actuated successively as a function of the electrical (over) voltage applied between the two connections. If this has fallen by more than a value predetermined by means of the voltage divider, at least one of the strings is switched off, namely the strand whose switching element is in contact with one end of the voltage divider. If the (over) voltage drops further, the switching element is actuated, which is electrically contacted with the tap closest to this end, etc. Thus, the switching elements are not actuated at the same time, even if the resistance elements should have comparatively large manufacturing tolerances.
Zum Beispiel sind die einzelnen Schaltelemente zueinander unterschiedlich oder mittels unterschiedlicher Arten von Schaltern realisiert. Insbesondere sind sämtliche Schaltelemente und/oder Widerstände zueinander baugleich. Insbesondere ist der Steuereingang jedes der Schaltelemente über ein jeweils zugeordnetes weiteres Schaltelement gegen den zweiten Anschluss geführt, das in Abhängigkeit der über dem jeweils zugeordneten Schaltelement anfallende elektrischen Spannung betätigt ist. Somit sind genauso viele weitere Schaltelemente wie Stränge vorhanden. Insbesondere ist hierbei jedem der weiteren Schaltelemente jeweils ein zusätzliches Schaltelement zugeordnet. Hierbei ist insbesondere jedem zusätzlichen Schaltelement ein erster und zweiter zusätzlicher Widerstand zugeordnet. Dabei ist der zusätzliche Steuereingang jedes zusätzlichen Schaltelements über den jeweils zugeordneten ersten zusätzlichen Widerstand und vorzugsweise über das Widerstandselement gegen den ersten Anschluss geführt, wobei das Widerstandselement zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Spannungsteilers ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der weitere Steuereingang sämtlicher weiterer Schaltelemente über jeweils eine zugeordnete weitere Diode und/oder einen weiteren Widerstand sowie ebenfalls das gemeinsame Widerstandselement gegen den ersten Anschluss geführt, wobei das Widerstandselement insbesondere ebenfalls das gleiche ist, das auch für den zusätzlichen Steuereingang verwendet wird, und/oder das ein Bestandteil des Spannungsteilers ist. Alternativ ist der Spannungsteiler über dieses Widerstandselement gegen den ersten Anschluss geführt, das somit kein Bestandteil des Spannungsteilers ist.For example, the individual switching elements are different from one another or implemented by means of different types of switches. In particular, all switching elements and / or resistors are structurally identical to one another. In particular, the control input of each of the switching elements is routed to the second connection via a respectively assigned further switching element, which is actuated as a function of the electrical voltage occurring across the respectively assigned switching element. This means that there are just as many other switching elements as there are strands. In particular, an additional switching element is assigned to each of the further switching elements. In particular, a first and a second additional resistor are assigned to each additional switching element. The additional control input of each additional switching element is routed to the first connection via the respectively assigned first additional resistor and preferably via the resistor element, the resistor element expediently being part of the voltage divider. Alternatively or in combination with this, the further control input of all further switching elements is routed to the first connection via an associated further diode and / or a further resistor and also the common resistance element, the resistance element in particular also being the same as that for the additional control input is used, and / or that is part of the voltage divider. Alternatively, the voltage divider is led via this resistance element to the first connection, which is therefore not part of the voltage divider.
Beispielsweise sind die Widerstandselemente zueinander unterschiedliche Bauteile oder besonders bevorzugt zueinander ähnliche Komponenten, wobei sich zum Beispiel die Werte der Komponenten unterscheiden. Zum Beispiel sind die Widerstandselemente oder zumindest eines davon ein ohmscher Widerstand oder ein Kondensator. Besonders bevorzugt jedoch ist eines der Widerstandselemente, vorzugsweise sämtliche Widerstandselemente, eine Zener-Diode. Mit anderen Worten sind die Widerstandselemente Zener-Dioden. Hierbei sind die Widerstandselemente zueinander beispielsweise gleich oder unterscheiden sich anhand der jeweiligen Durchbruchspannung. Da die Widerstandselemente Zener-Dioden, auch als Z-Diode bezeichnet, sind, ist die elektrische Spannung, die zum Schalten des jeweils zugeordneten Schaltelements führt, konstant, auch wenn der zwischen den Anschlüssen über den jeweiligen Strang fließende elektrische Strom unterschiedliche Werte annimmt. Somit sind eine Dimensionierung und Auslegung des Überspannungsschutzes vereinfacht. Auch ist auf diese Weise sichergestellt, dass die Schaltelemente stets bei der jeweils zugeordneten gleichen elektrischen Spannung betätigt werden, die mittels des Spannungsteilers somit eingestellt ist. Die Sperrrichtung der Zener-Dioden ist zweckmäßigerweise in Richtung des ersten Anschlusses gerichtet, sodass lediglich dann, wenn zwischen den beiden Anschlüssen eine bestimmte elektrische Spannung anliegt, die Schaltelemente betätigt sind. Mit anderen Worten ist der Stromfluss von dem ersten Anschluss über den Spannungsteiler unterbunden, sofern die elektrische Spannung geringer als ein bestimmter Wert ist, der anhand der Widerstandselemente vorgegeben ist.For example, the resistance elements are components that are different from one another or, particularly preferably, components that are similar to one another, the values of the components differing, for example. For example, the resistance elements or at least one of them is an ohmic resistor or a capacitor. However, one of the resistance elements, preferably all of the resistance elements, is particularly preferably a Zener diode. In other words, the resistance elements are Zener diodes. Here, the resistance elements are, for example, identical to one another or differ on the basis of the respective breakdown voltage. Since the resistance elements are Zener diodes, also referred to as Z diodes, the electrical voltage that leads to the switching of the respectively assigned switching element is constant, even if the electrical current flowing between the connections via the respective strand assumes different values. This simplifies the dimensioning and design of the overvoltage protection. It is also ensured in this way that the switching elements are always actuated at the same electrical voltage assigned in each case, which is thus set by means of the voltage divider. The reverse direction of the Zener diodes is expediently directed in the direction of the first connection, so that the switching elements are actuated only when a certain electrical voltage is applied between the two connections. In other words, the flow of current from the first connection via the voltage divider is prevented if the electrical voltage is less than a specific value that is specified on the basis of the resistance elements.
Beispielsweise ist jeder Abgriff direkt mit dem jeweils zugeordneten Steuereingang elektrisch kontaktiert. Besonders bevorzugt jedoch ist zwischen jedem Abgriff und dem jeweils zugeordneten Steuereingang ein weiteres Bauteil angeordnet, beispielsweise eine zweite Diode. Hierbei ist die zweite Diode zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass ein elektrischer Stromfluss von dem Steuereingang zu dem Abgriff unterbunden ist. Somit ist eine Rückwirkung der einzelnen Schaltelemente auf andere Schaltelemente unterbunden. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist zwischen jedem Abgriff und dem jeweiligen Steuereingang ein zweiter Widerstand geschaltet. Der zweite Widerstand ist hierbei insbesondere ein ohmscher Widerstand. Aufgrund des zweiten Widerstands erfolgt ein Schutz des jeweils zugeordneten Schaltelements. Vorzugsweise ist zwischen dem einen der Enden des Spannungsteilers und dem diesem Ende zugeordneten Steuereingang ebenfalls eine zweite Diode und/oder ein zweiter Widerstand geschaltet, sodass auch dieses Schaltelement geschützt ist, bzw. eine Rückwirkung von diesem unterbunden ist.For example, each tap is in direct electrical contact with the respectively assigned control input. Particularly preferably, however, a further component is arranged between each tap and the respectively assigned control input, for example a second diode. Here, the second diode is expediently arranged in such a way that an electrical current flow from the control input to the tap is prevented. This prevents the individual switching elements from having any effect on other switching elements. Alternatively or particularly preferably in combination with this, a second resistor is connected between each tap and the respective control input. The second resistor is in particular an ohmic resistor. The respectively assigned switching element is protected on the basis of the second resistor. A second diode and / or a second resistor is preferably also connected between one of the ends of the voltage divider and the control input assigned to this end, so that this switching element is also protected or any reaction from it is prevented.
Besonders bevorzugt ist jeder Steuereingang oder zumindest einer der Steuereingänge über ein weiteres Widerstandselement gegen den zweiten Anschluss geführt. Aufgrund des weiteren Widerstandselements wird dabei ein Bezugspotential festgelegt, sodass die an jedem Steuereingang anliegende elektrische Spannung vergleichsweise genau definiert ist, die zum Schalten des jeweiligen Schaltelements führt. Somit ist eine Betriebssicherheit erhöht.Particularly preferably, each control input or at least one of the control inputs is routed to the second connection via a further resistance element. On the basis of the further resistance element, a reference potential is established so that the electrical voltage applied to each control input is relatively precisely defined, which leads to the switching of the respective switching element. Operational reliability is thus increased.
Beispielsweise sind die weiteren Widerstandselemente ohmsche Widerstände. Besonders bevorzugt jedoch sind diese als Zener-Dioden, auch als Z-Diode bezeichnet, ausgeführt. Hierbei ist die Sperrrichtung insbesondere derart, dass ein Stromfluss von dem jeweiligen Steuereingang zu dem zweiten Anschluss unterbunden ist, sofern eine bestimmte elektrische Spannung nicht überschritten ist. Auch ist auf diese Weise ein Schutz des jeweiligen Schaltelements gegen eine übermäßig anliegende elektrische Spannung realisiert. Somit ist eine Betriebssicherheit weiter erhöht. Auch ist somit sichergestellt, dass eine Betätigung der Schaltelemente stets dann erfolgt, wenn zwischen den Anschlüssen die Überspannung anliegt.For example, the further resistance elements are ohmic resistors. However, these are particularly preferably designed as Zener diodes, also referred to as Zener diodes. In this case, the blocking direction is in particular such that a current flow from the respective control input to the second connection is prevented if a specific electrical voltage is not exceeded. In this way, the respective switching element is also protected against an excessively applied electrical voltage. Operational reliability is thus further increased. This also ensures that the switching elements are always actuated when the overvoltage is present between the connections.
Der Überspannungsschutz wird zur Absicherung eines zu schützenden Geräts gegen eine Überspannung und/oder einen Impulsstrom verwendet. Mit anderen Worten dient der Überspannungsschutz der Absicherung des zu schützenden Geräts, insbesondere der elektrischen Absicherung. Vorzugsweise wird mittels des Überspannungsschutzes eine Überspannung an dem zu schützenden Gerät oder ein durch das zu schützende Gerät fließender Impulsstrom vermieden. Die Überspannung/der Impulsstrom entsteht dabei unabhängig von dem Überspannungsschutz und dem zu schützenden Gerät, insbesondere durch ein externes Ereignis, wie einen Blitzschlag. Die Überspannung/der Impulsstrom ist insbesondere derart, dass diese das zu schützenden Gerät beschädigen würde, und mittels des Überspannungsschutzes wird zweckmäßigerweise die an dem zu schützenden Gerät anliegende elektrische Spannung begrenzt. Vorzugsweise fungiert der Überspannungsschutz als Ableiter und ist beispielsweise ein Überspannungs- und/oder Blitzstromableiter.The overvoltage protection is used to secure a device to be protected against an overvoltage and / or an impulse current. In other words, the overvoltage protection is used to protect the device to be protected, in particular for electrical protection. An overvoltage on the device to be protected or a pulse current flowing through the device to be protected is preferably avoided by means of the overvoltage protection. The overvoltage / impulse current occurs independently of the overvoltage protection and the device to be protected, in particular due to an external event such as a lightning strike. The overvoltage / impulse current is such that it would damage the device to be protected, and the overvoltage protection device expediently limits the electrical voltage applied to the device to be protected. The overvoltage protection preferably functions as an arrester and is, for example, an overvoltage and / or lightning current arrester.
Das zu schützende Gerät ist beispielsweise ein Schalter oder weist zumindest einen Schalter auf. Beispielsweise ist der Schalter ein Halbleiterschalter, ein Relais oder weist beide auf, die zum Beispiel zueinander parallel geschaltet sind. Somit wird mittels des Überspannungsschutzes eine bei Einschalten des Schalters oder bei Abschalten des Schalters anliegende Überspannung vermieden oder zumindest abgebaut. In einer weiteren Alternative ist das zu schützende Gerät beispielsweise ein Mobilfunkmast oder ein sonstiges elektrisches Gerät.The device to be protected is, for example, a switch or has at least one switch. For example, the switch is a semiconductor switch, a relay, or has both, which are connected in parallel to one another, for example. Thus, by means of the overvoltage protection, an overvoltage that is present when the switch is switched on or when the switch is switched off is avoided or at least reduced. In a further alternative, the device to be protected is, for example, a cell phone mast or some other electrical device.
Der Überspannungsschutz weist dabei einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, zwischen die elektrisch ein Strang mit einem Widerstand geschaltet ist, der zwischen den ersten Anschluss und ein einen Steuereingang aufweisendes Schaltelement geschaltet ist. Ferner umfasst der Überspannungsschutz ein weiteres Schaltelement mit einem weiteren Steuereingang, über das der Steuereingang des Schaltelements mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist. Das weitere Schaltelement ist in Abhängigkeit der über dem Schaltelement anfallenden elektrischen Spannung betätigt.The overvoltage protection has a first connection and a second connection, between which a strand with a resistor is electrically connected, which is connected between the first connection and a switching element having a control input. Furthermore, the overvoltage protection comprises a further switching element with a further control input, via which the control input of the switching element is electrically connected to the second connection. The further switching element is actuated as a function of the electrical voltage occurring across the switching element.
Das zu schützende Gerät ist zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet und somit mittels des Überspannungsschutzes oder zumindest mittels des Strangs überbrückt. Mit anderen Worten ist der Strang parallel zu dem zu schützenden Gerät geschaltet. Die Erfindung betrifft ferner eine derartige Verschaltung eines zu schützenden Geräts mit einem Überspannungsschutz.The device to be protected is connected between the first connection and the second connection and is thus bridged by means of the overvoltage protection or at least by means of the string. In other words, the line is connected in parallel to the device to be protected. The invention also relates to such an interconnection of a device to be protected with overvoltage protection.
Der Überspannungsschutz wird zum Vorladen eines Hauptkondensators verwendet. Der Überspannungsschutz weist dabei einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, zwischen die elektrisch ein Strang mit einem Widerstand geschaltet ist, der zwischen den ersten Anschluss und ein einen Steuereingang aufweisendes Schaltelement geschaltet ist. Ferner umfasst der Überspannungsschutz ein weiteres Schaltelement mit einem weiteren Steuereingang, über das der Steuereingang des Schaltelements mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist. Das weitere Schaltelement ist in Abhängigkeit der über dem Schaltelement anfallenden elektrischen Spannung betätigt.The surge protector is used to pre-charge a main capacitor. The overvoltage protection has a first connection and a second connection, between which a strand with a resistor is electrically connected, which is connected between the first connection and a switching element having a control input. Furthermore, the overvoltage protection comprises a further switching element with a further control input, via which the control input of the switching element is electrically connected to the second connection. The other switching element is in Actuated as a function of the electrical voltage occurring across the switching element.
Der Hauptkondensator ist elektrisch in Reihe zu dem Strang geschaltet, vorzugsweise zu dem vollständigen Überspannungsschutz. Mit anderen Worten ist einer der Anschlüsse des Hauptkondensators mit dem ersten oder dem zweiten Anschluss elektrisch kontaktiert. Aufgrund des Überspannungsschutzes wird bei Einschalten eines den Hauptkondensator aufweisenden Stromkreises mittels des Überspannungsschutzes eine Vorladung des Hauptkondensators durchgeführt, sodass in dem Stromkreis zunächst ein elektrischer Stromfluss und eine elektrische Spannung begrenzt sind, die aufgrund des Hauptkondensators hervorgerufen werden. Eine unbegrenzte Spannung/Stromfluss würde beispielsweise zur Beschädigung von weiteren Komponenten des Stromkreises führen oder zum Auslösen eines Schutzschalters oder einer Sicherung, mittels derer der Stromkreis abgesichert ist. Aufgrund des Überspannungsschutzes wird ein Auslösen verhindert und die weiteren Komponenten des Stromkreises vor einer Überbelastung geschützt. Der Hauptkondensator ist beispielsweise ein Zwischenkreiskondensator eines Umrichters, und das Vorladen wird beispielsweise vor einer Inbetriebnahme oder zur Inbetriebnahme des Umrichters durchgeführt.The main capacitor is electrically connected in series with the string, preferably for complete overvoltage protection. In other words, one of the connections of the main capacitor is in electrical contact with the first or the second connection. Due to the overvoltage protection, when a circuit having the main capacitor is switched on, the overvoltage protection is used to precharge the main capacitor, so that an electric current flow and an electric voltage that are caused by the main capacitor are initially limited in the electric circuit. An unlimited voltage / current flow would, for example, damage other components of the circuit or trigger a circuit breaker or a fuse by means of which the circuit is protected. The overvoltage protection prevents tripping and protects the other components of the circuit from overload. The main capacitor is, for example, an intermediate circuit capacitor of a converter, and the precharging is carried out, for example, before commissioning or for commissioning the converter.
Eine nicht beanspruchte Ausgestaltung betrifft ferner eine derartige Verschaltung eines Hauptkondensators mit einem Überspannungsschutz.An embodiment not claimed also relates to such an interconnection of a main capacitor with overvoltage protection.
Sofern einzelne Bauteile als weiteres, zusätzliches, erstes, zweites, drittes... Bauteil bezeichnet werden, dient dies insbesondere lediglich der Bezeichnung des jeweiligen Bauteils. Insbesondere impliziert dies nicht das Vorhandensein einer bestimmten Anzahl von Bauteilen.If individual components are referred to as further, additional, first, second, third ... component, this is only used to denote the respective component. In particular, this does not imply the presence of a specific number of components.
Die im Zusammenhang mit dem Überspannungsschutz und/oder der Schaltung genannten Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf die Verwendung sowie die Verschaltungen sowie untereinander zu übertragen und umgekehrt.The advantages and developments mentioned in connection with the overvoltage protection and / or the circuit are also to be applied analogously to the use and the interconnections as well as to one another and vice versa.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch vereinfacht eine Verschaltung mit einem Überspannungsschutz, einem zu schützenden Gerät und einem Hauptkondensator, -
2 einen Schaltplan des Überspannungsschutzes, -
3 ein Teil des Schaltplans, und -
4 einen weiteren Teil des Schaltplans.
-
1 schematically simplified an interconnection with an overvoltage protection, a device to be protected and a main capacitor, -
2 a circuit diagram of the surge protection, -
3 part of the schematic, and -
4th another part of the schematic.
Einander entsprechende Teile sind in sämtlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
In
Das zu schützende Gerät
Der Überspannungsschutz
Auch wird der Überspannungsschutz
Bei einer weiteren Anwendung wird der Überspannungsschutz
In
Der Überspannungsschutz
Der zweite weitere Widerstand
Jede weitere Zener-Diode
Ferner ist jeder zusätzliche Steuereingang
Der Überspannungsschutz
Der Spannungsteiler
Jeder Steuereingang
Jeder zusätzliche Steuereingang
Zu einem der Schaltelemente
In
Wenn die an den Anschlüssen
Der Spannungsteiler
In
Aufgrund der beiden diesem Schaltelement
Aufgrund der weiteren Zener-Diode
Zusammenfassend erfolgt somit ein Betätigen des zusätzlichen Schaltelements
Sofern sämtliche Stränge
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- VerschaltungInterconnection
- 44th
- GleichspannungsquelleDC voltage source
- 66th
- erster Polfirst pole
- 88th
- zweiter Polsecond pole
- 1010
- Schaltercounter
- 1212th
- zu schützendes Gerätdevice to be protected
- 1414th
- HauptkondensatorMain capacitor
- 1616
- ÜberspannungsschutzOvervoltage protection
- 1818th
- erster Anschlussfirst connection
- 2020th
- zweiter Anschlusssecond connection
- 2222nd
- LeistungshalbleiterschalterPower semiconductor switch
- 2424
- HauptvaristorMain varistor
- 2626th
- Steuerungsteering
- 2828
- Strangstrand
- 3030th
- Widerstandresistance
- 3232
- SchaltelementSwitching element
- 3434
- SteuereingangControl input
- 3636
- weiteres Widerstandselementanother resistance element
- 4040
- zweiter weiterer Widerstandsecond further resistance
- 4242
- weiteres Schaltelementfurther switching element
- 4444
- weiterer Steuereingangfurther control input
- 4646
- weitere Zener-Diodeanother Zener diode
- 4848
- zusätzliches Schaltelementadditional switching element
- 5050
- zusätzlicher Steuereingangadditional control input
- 5252
- zweiter zusätzlicher Widerstandsecond additional resistance
- 5454
- zusätzlicher Kondensatoradditional capacitor
- 5656
- erster zusätzlicher Widerstandfirst additional resistance
- 5858
- Diodediode
- 6060
- SpannungsteilerVoltage divider
- 6262
- WiderstandselementResistance element
- 6464
- AbgriffTap
- 6666
- gemeinsames Widerstandselementcommon resistance element
- 6868
- zweite Diodesecond diode
- 7070
- zweiter Widerstandsecond resistance
- 7272
- weitere Diodeanother diode
- 7474
- weiterer Widerstandfurther resistance
- 7676
- erste zusätzliche Diodefirst additional diode
- 7878
- zweite zusätzliche Diodesecond additional diode
- 8080
- dritter zusätzlicher Widerstandthird additional resistance
- 8282
- zusätzliche Zener-Diodeadditional zener diode
- 8484
- VaristorVaristor
- 8686
- weiterer Kondensatoranother capacitor
- 8888
- zweites Widerstandselementsecond resistance element
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020206253.6A DE102020206253B3 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Overvoltage protection |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020206253B3 true DE102020206253B3 (en) | 2021-09-09 |
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ID=77388922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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-
2020
- 2020-05-18 DE DE102020206253.6A patent/DE102020206253B3/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |