CN109643887B - 保护开关器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种保护开关器(1)，其包括从保护开关器(1)的第一接线端子(3)至保护开关器(1)的第二接线端子(4)的至少一个开关段(2)，其中，在开关段(2)中设置有至少一个半导体开关(5)，其中，半导体开关(5)被保护开关器(1)的触发器(6)操控用以可预定地中断开关段(2)，其中，保护开关器(1)具有用于确定通过半导体开关(5)的电流特性曲线的电流测量装置(7)，其中，电流测量装置(7)与保护开关器(1)的特征参量单元(8)连接，该特征参量单元与触发器(6)连接，规定，所述特征参量单元(8)构成为，使得从通过半导体开关(5)的电流特性曲线确定出与半导体开关(5)的阻隔层温度相关的特征参量。

Description

保护开关器
技术领域
本发明涉及一种保护开关器。
背景技术
已知在过电流或短路情况下切断设置在下游的电路的保护开关器。为此，在电子开关器中已知，除了电流特性曲线之外还确定其对时间的一阶导数、即其斜率，并且一起评价这两个参量，以便确定当前的状态是否需要切断网络。
然而，本身可简单实施的该已知的方法尤其是在快速的、短时间的并且本身功率小的电流升高、所谓的过渡过程——如其例如可能在切换过程中出现——中导致不必要的触发和网络切断。因而，这些方法在实践中具有显著的缺点，并且视应用环境而定可能导致许多在安全技术上不必要的切断。
已知的目的在于避免这样的错误触发的备选方法在实施方面更复杂并且更耗费得多。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种开头所述类型的保护开关器，利用该保护开关器能避免所提到的缺点，利用该保护开关器可以可靠地保护电气设备以防短路电流和过电流，利用该保护开关器可实现设备的高的可用性，并且该保护开关器具有长的使用寿命。
按照本发明，提供了一种保护开关器，包括从保护开关器的第一接线端子至保护开关器的第二接线端子的至少一个开关段，其中，在开关段中设置有至少一个半导体开关，其中，半导体开关被保护开关器的触发器操控用以可预定地中断开关段，其中，保护开关器具有用于确定通过半导体开关的电流特性曲线的电流测量装置，其中，电流测量装置与保护开关器的特征参量单元连接，该特征参量单元与触发器连接。所述特征参量单元构成为，使得从通过半导体开关的电流特性曲线确定出与半导体开关的阻隔层温度相关的特征参量，所述触发器将所确定的特征参量与至少一个可预定的边界阻隔层温度进行比较，并且在超过边界阻隔层温度时操控半导体开关用以中断开关段。
由此可以形成一种保护开关器，该保护开关器可靠地保护电气设备以防短路电流和过电流。所涉及的保护开关器可简单地实施并且具有长的使用寿命。通过评价阻隔层温度，即使在过渡过程中也可以减少错误触发的数量，由此可以实现设备的高的可用性。同时，由此可以提高保护开关器的使用寿命，因为利用阻隔层温度刚好监控可在半导体开关的使用寿命方面有限制作用的参数。由此可以通过监控仅仅唯一一个特征值而保护连接在下游的电气设备的以及保护开关器本身的功能能力。
附图说明
参照附图更详细地描述本发明，在这些附图中示例性地示出仅优选的实施方式。在此：
图1示出本发明保护开关器的一种实施方式的框图，和
图2示出半导体开关的一部分的示例图。
具体实施方式
图1示出一种保护开关器1，其具有从保护开关装置1的第一接线端子3至保护开关器1的第二接线端子4的至少一个开关段(Schaltstrecke)2，其中，在开关段2中设置有至少一个半导体开关5，半导体开关5由保护开关器1的触发器6操控用以可预定地中断开关段2，其中，保护开关器1具有用于确定通过半导体开关5的电流特性曲线的电流测量装置7，其中，电流测量装置7与保护开关器1的特征参量单元8连接，该特征参量单元与触发器6连接，其中，特征参量单元8构成为使得从通过半导体开关5的电流特性曲线确定出与半导体开关5的阻隔层温度相关的特征参量。
由此可以形成保护开关器1，该保护开关器可靠地保护电气设备以防短路电流和过电流。所涉及的保护开关器1可简单地实施并且具有长的使用寿命。通过评价阻隔层温度，即使在过渡过程中也能减少错误触发的数量，由此可以实现设备的高的可用性。同时，由此可以提高保护开关器1的使用寿命，因为利用阻隔层温度刚好监控可在半导体开关5的使用寿命方面有限制作用的参数。由此，通过监控仅仅唯一一个特征值就可以保护连接在下游的电气设备的以及保护开关器1本身的功能能力。
本发明的保护开关器1可以是任何类型的保护开关器1，该保护开关器能实现自动中断电流以及具有另外的描述的组件。
本发明的保护开关器1具有至少一个开关段2、因而通过保护开关器1的能够可预定地中断的电流路径或者说电流通路。保护开关器1当然可以具有更大数量的开关段2。为了中断经由或通过保护开关器1的电流之目的，所述保护开关器在开关段2之内具有至少一个半导体开关5。此外，保护开关器1可以在开关段2之内或与该开关段串联地具有另外的半导体开关5和/或机械触点，以便在开关段2断开时实现完全的电流切断。相应构成的保护开关器1也称为混合型保护开关。
半导体开关5优选是IGBT，其中，也可以设有另外的功率半导体。
保护开关器1具有触发器6，该触发器在功能上与半导体开关5连接，以便操控该半导体开关用以中断和/或建立开关段2。
在开关段2中或上设置有电流测量装置7用于确定通过半导体开关5的电流特性曲线。在此，电流测量装置7可以构成为不同的，例如包括分流电阻、测量变换器或霍尔传感器。
电流测量装置7优选构成为数字式电流测量装置7，并且在其输出端提供相应的时间离散并且数值离散的电流信号或者说相应的电流特性曲线。在此，优选电流测量装置7的多个部分构成为模拟式的。也可以规定，电流测量装置7构成为完全模拟式的并且后续使由该电流测量装置提供的模拟电流信号数字化。
特别优选地规定，电流测量装置7与保护开关器1的特征参量单元8连接。特征参量单元8在此由电流特性曲线形成一值或者说参量、即所谓的特征参量，将所述特征参量在触发器6中与至少一个边界值进行比较。特征参量单元8相应地至少间接与触发器6连接。
特征参量单元8被规定为这样构成，使得从通过半导体开关5的电流特性曲线确定出与半导体开关5的阻隔层温度相应的或者说成比例的特征参量。在此，阻隔层温度基本上表示相应当前的阻隔层温度，只要这能实现在数字式电流测量时时间离散的探测。
为了确定相应的特征参量，已知不同的模型、例如所谓的Foster模型(也称为Pi模型)或者Cauer模型(也称为T模型或Ladder网络)。按照本发明的优选的实施方式规定使用所谓的Cauer模型。不仅在Foster模型中、而且在Cauer模型中，借助等效的RC网络可以计算或者确定阻隔层温度或者相应成比例的特征参量。
图2示出半导体开关5的一部分的示例图，其包括铜基12、钎焊层13、陶瓷层14、另一钎焊层13以及硅树脂基材15。
下面给出用于确定相应半导体的阻隔层温度的方程：
Figure GDA0002387363810000041
其中：
Figure GDA0002387363810000042
Cth＝c·ρ·d·A
可以规定，特征参量单元8构造成离散的，其中，特别优选地规定，构造成离散的特征参量单元8具有RC低通、优选第五阶的RC低通，在该低通的输入端上存在电流测量装置7。这被证实为可能的离散的实施方式。
优选规定，特征参量单元8构成为集成的电路装置的、即IC的或者微控制器9的或者说μC的一部分。由此可以灵活地并且功率强地实施特征参量单元8。作为集成的电路装置，也可以设有可编程的逻辑组件、例如FPGA，在该逻辑组件中例如也可以实施μC。
在此可以规定，触发器6的和/或电流测量装置7的至少部分和特征参量单元8设置或者构成在同一个集成的电路装置或同一个微控制器9中。
按照一种优选的实施方式规定：保护开关器1具有用于检测壳体内部温度的温度传感器10，并且温度传感器10的输出端与特征参量单元9的输入端相连接。尽管保护开关器1的壳体11之内的温度通常在很大程度上是恒定的，然而通过设置温度传感器10和在确定特征参量时确定和考虑相应当前的壳体内部温度，可以更精确地确定特征参量，并且在触发时实现更高的精确性。
优选在触发器6中或通过该触发器将所确定的特征参量与至少一个可预定的边界阻隔层温度、尤其是多个边界阻隔层温度进行比较，其中，触发器6在超过边界阻隔层温度时操控半导体开关5用以中断开关段2。在此，边界阻隔层温度一方面相应于通过保护开关器1的电流，其中，可以附加地监控涉及的半导体开关5的纯热力边界。由此，不仅可以可靠地触发保护开关器1，而且同时给出了保护开关器1的高度的自保护。
图1示出相应构成的保护开关器1的框图。在此，保护开关器1具有壳体11以及至少一个第一接线端子3和第二接线端子4。在第一接线端子3和第二接线端子4之间存在开关段2形式的电流路径，在该开关段中设置有半导体开关5。开关段2配设有电流测量装置7。保护开关器1还具有特征参量单元8，该特征参量单元在输入侧与电流测量装置7以及温度传感器10连接。特征参量单元8的输出端与触发器6连接，该触发器与半导体开关5作用连接。在此，特征参量单元8和触发器6构成为微控制器9的一部分。

Claims (9)

1.保护开关器(1)，包括从保护开关器(1)的第一接线端子(3)至保护开关器(1)的第二接线端子(4)的至少一个开关段(2)，其中，在开关段(2)中设置有至少一个半导体开关(5)，其中，半导体开关(5)被保护开关器(1)的触发器(6)操控用以可预定地中断开关段(2)，其中，保护开关器(1)具有用于确定通过半导体开关(5)的电流特性曲线的电流测量装置(7)，其中，电流测量装置(7)与保护开关器(1)的特征参量单元(8)连接，该特征参量单元与触发器(6)连接，其特征在于，所述特征参量单元(8)构成为，使得从通过半导体开关(5)的电流特性曲线确定出与半导体开关(5)的阻隔层温度相关的特征参量，所述触发器(6)将所确定的特征参量与多个可预定的边界阻隔层温度进行比较，并且在超过边界阻隔层温度时操控半导体开关(5)用以中断开关段(2)。
2.根据权利要求1所述的保护开关器(1)，其特征在于，所述特征参量单元(8)构造成离散的。
3.根据权利要求2所述的保护开关器(1)，其特征在于，构造成离散的所述特征参量单元(8)具有RC低通，在该低通的输入端上存在所述电流测量装置(7)。
4.根据权利要求3所述的保护开关器(1)，其特征在于，构造成离散的所述特征参量单元(8)具有第五阶的RC低通。
5.根据权利要求1所述的保护开关器(1)，其特征在于，所述特征参量单元(8)构成为集成的电路装置的或者为控制器(9)的一部分。
6.根据权利要求1至5之一所述的保护开关器(1)，其特征在于，所述特征参量单元(8)构成为用于基于Cauer模型确定阻隔层温度。
7.根据权利要求5所述的保护开关器(1)，其特征在于，所述电流测量装置(7)构成为数字式的。
8.根据权利要求5所述的保护开关器(1)，其特征在于，所述电流测量装置(7)的和/或所述触发器(6)的至少部分和所述特征参量单元(8)设置或构成在同一个集成的电路装置中或同一个微控制器(9)中。
9.根据权利要求1至5之一所述的保护开关器(1)，其特征在于，所述保护开关器(1)具有用于检测壳体内部温度的温度传感器(10)，并且所述温度传感器(10)的输出端与微控制器(9)的输入端连接。
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