CN109661756B

CN109661756B - 分离装置

Info

Publication number: CN109661756B
Application number: CN201780052800.XA
Authority: CN
Inventors: 迪尔克·博舍; 恩斯特-迪特尔·威尔克宁
Original assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Current assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: WO2018041452A1; KR20190042685A; US11011903B2; CN109661756A; JP6986549B2; US20190199082A1; CA3034954C; JP2019528664A; EP3507876A1; KR102245641B1; DE102016216331B3; CA3034954A1

Abstract

本发明涉及一种用于中断电流的分离装置(24)，尤其是保护开关(16)的分离装置，分离装置具有开关(32)和与开关(34)并联的限压器(36)。限压器(36)具有一定数量的彼此并联的支路(38)，其中，每个支路(38)均具有电阻器(44)。其中至少一个支路(38)包括与该支路(38)的电阻器(44)串联的开关元件(46)。此外，本发明还涉及一种保护开关(16)和一种用于运行分离装置(24)的方法(158)。

Description

分离装置

技术领域

本发明涉及一种用于中断电流的分离装置，该分离装置具有开关。分离装置优选是保护开关的组成部分。本发明还涉及一种保护开关和一种用于运行分离装置的方法。

背景技术

光伏设备通常具有一定数量的光伏模块，它们彼此电串联或并联。光伏模块本身的联合体借助电流线路与换流器接触，借助换流器将由光伏模块提供的电能供入到供电网络中，供电网络通常具有交流电流。而由原理引起地在电流线路中引导直流电流。为了在发生故障时将光伏模块与换流器分离，通常使用保护开关，借助保护开关防止了由于现有的通过电流而导致对换流器造成损坏或使光伏模块被烧坏。在此，通常切换具有几十安培的电流强度的电流，其中，基于光伏模块内部的适当的互连，在接触部上施加几百伏特的电压。

针对用于中断直流电流的保护开关的另外的应用领域是诸如飞机或机动车的载运工具。在此，借助电动马达驱控的机动车通常具有包括高伏特电池的高伏特车载电网。借助高伏特电池，提供400伏特至500伏特之间的电压和高达几百安培的电流。在高伏特电池发生故障或与之连接的换流器或电动马达内部发生短路时，出于安全原因需要尽可能快地关断高伏特车载电网。为了避免高伏特电池被烧坏需要尽可能少的切换持续时间。即使在机动车发生事故并且由此在电动马达或换流器内部引起短路的情况下也要确保这一点。

当对这种电流或这种电压进行切换时，如果该开关是机械开关的话则在开关的区域中可能会导致构成电弧。因此，使开关以及包围该开关的构件被加热，这可能会导致开关失灵直至烧坏。此外，由于电弧，使得通过电流持续了确定的时段，从而例如在机动车的情况下使电动马达在发生事故时仍运行确定的时段。

由WO 02/082611 A2已知了一种具有断路熔断器的电源。在此，借助电源提供电压，借助半导体开关切换该电压。优选地，供应有工业系统的微处理器组件，从而施加的电压基本上是24V。

由EP 3 010 030 A1已知有一种保护开关，其具有主开关以及与之并联的多个第二支路以及第三支路。第二支路分别具有开关和与之串联的非线性电阻。

发明内容

本发明的任务是：说明一种特别适当的用于中断电流的分离装置和一种特别适当的保护开关，以及说明一种特别适当的用于运行分离装置的方法，其中，尤其提高安全性并优选降低了制造成本。

根据本发明，该任务在分离装置方面通过用于中断电流的分离装置来解决，以及在保护开关方面通过具有传感器和与之电地或通过信号技术耦接的根据本发明的分离装置的保护开关来解决，而在方法方面通过用于运行根据本发明的分离装置的方法来解决。

根据本发明的分离装置具有开关和与所述开关并联的限压器，所述限压器具有一定数量的彼此并联的支路，

-其中，每个支路均包括电阻器，

-其中，所述支路中的每个支路包括与该支路的电阻器串联的开关元件，

-每个开关元件均具有控制输入端，

-其中，所述开关元件中的一个开关元件的控制输入端通向移位寄存器的第一输出端并且通向或逻辑开关的第一输入端，

-其中，所述或逻辑开关的第二输入端通向所述移位寄存器的第二输出端，并且

-其中，所述开关元件中的另一开关元件的控制输入端通向所述或逻辑开关的输出端。

在根据本发明的用于运行根据本发明的分离装置的方法中，在断开开关之后，将开关元件闭合一段时间。

本发明具有有利的改进方案和设计方案。

分离装置用于中断电流。因此，借助分离装置对电流进行切换，该电流例如是直流电流或交流电流。适宜地，分离装置被设置成或适用于中断直流电流。如果借助分离装置切换交流电流，则该交流电流例如具有大于500Hz、800Hz或900Hz的频率。适宜地，频率大于或等于1kHz、1.5kHz、2kHz、5kHz或10kHz。尤其地，频率小于或等于10MHz、5MHz或1MHz。尤其地，分离装置适用于、优选地被设置成并被设立成承载大于或等于100A、300A、500A或800A的额定电流。适宜地，额定电流的能借助分离装置切换的最大的电流强度是2kA、3kA或5kA。例如，分离装置被设置并设立成用于1kA的额定电流，其中，例如设置有+/-10％、+/-5％或+/-2％的偏差。适宜地，分离装置适用于、尤其是被设置并设立成承载尤其在相对较短的一段时间内高达10kA、12kA、17kA、20kA、22kA、25kA或30kA的短路电流。适宜地，最大的可承载的短路电流在15kA与20kA之间。可承载的电流尤其是被理解为在不会由此造成不利影响的情况下可以借助分离装置引导的那个电流。

例如，分离装置适用于、尤其是被设置并设立成分离或切换大于或等于100V、200V、300V、400V或500V的电压。尤其是如果电流是交流电流的话，所要切换的最大电压例如是1100V、1000V、900V或800V。如果电流是直流电流的话，则最大所要切换的电压适宜地小于或等于2000V、1800V、1500V、1200V或1000V。

例如，分离装置用在电动汽车的领域中。换句话说，借助分离装置切换机动车的车载电网，该车载电网尤其是高伏特车载电网。替选地，借助分离装置切换飞机的机载电网。该应用的另外的替选方案是在光伏设备的领域中。适宜地，借助分离装置能够实现光伏模块与换流器的电分离。对此替选地，借助分离装置切换换流器的中间回路，其中，换流器例如是光伏设备的组成部分。在对此的替选方案中，换流器是工业设备的组成部分。适宜地，借助分离装置控制工业设备的机器人的通电。尤其地，借助分离装置切换中间回路，利用该中间回路使多个机器人电接触。替选地，分离装置被用在工业设备的另外的领域或其他的自动化领域。适宜地，分离装置被用于切换电感负载。

分离装置具有开关，该开关在闭合状态下承载借助分离装置引导的电流。在该情况下，优选地，电流在开关的两个端子之间流动。在断开的状态下，在两个端子之间施加有电压。电开关例如是适宜地能电操作的机械开关。适宜地，机械开关是继电器并且尤其具有运动接触部。在闭合的状态下，运动接触部尤其是机械地直接贴靠在另外的接触部上，该另外的接触部例如也是运动接触部或替选地是固定接触部。为了对开关进行切换，两个接触部彼此机械地间隔开。在替选方案中，开关是半导体开关，尤其是场效应晶体管(FET)。例如，半导体开关是MOSFET或IGBT。

与开关并联有限压器。限压器优选具有两个端子，其中各一个端子配属给开关的其中一个端子。限压器具有一定数量的彼此并联的支路，其中，每个支路适宜地与开关并联。其中每个支路都具有电阻器，并且其中至少一个支路包括与支路的电阻器串联的开关元件。换句话说，该支路具有电阻器和开关元件，其中，开关元件和电阻器串联。该串联电路与开关并联。支路的阻抗适宜地是欧姆阻抗，并且优选具有至少是1毫欧、5毫欧、10毫欧、50毫欧、100毫欧，500毫欧、1欧、2欧、5欧、10欧、20欧、50欧、100欧、200欧、500欧、1千欧、2千欧、5千欧或10千欧的电阻器。优选地，阻抗小于或等于1千欧、500欧或100欧。优选地，限压器包括个2支路、3个支路或5个支路。尤其地，支路的数量大于或等于2个支路、3个支路或4个支路。例如，支路的数量小于或等于20个支路或10个支路。

借助开关元件能够实现的是，防止电流在具有开关元件的支路中流动，并且因此调设了限压器的电阻。因此，可以借助限压器调设在开关上下降的电压，这提高了安全性。此外，也可以针对不同的要求来考虑分离装置。

适宜地，开关元件依赖于在开关上下降的电压和/或对开关的切换请求地被操作。适宜地，当开关处于非导电状态下时，开关元件被置于导电状态下。适宜地，开关元件在操作开关之前的一段时间内被置于导电状态下。因此，电流不仅流过开关而且也流过限压器的其中每个支路。基于支路的电阻器，使得流过限压器的电流至少与流过开关的电流相比相对较小，这是因为开关具有相对较低的欧姆电阻。当操作开关时，电流完全被换向到限压器上。

如果借助分离装置切换电感负载的话，则电流继续存在，其中，基于分离装置上的电阻器而施加有电压。基于支路的并联，使得电压相对较低。由于开关元件能够实现将具有开关元件的支路分离，所以电流完全被换向到限压器的这些支路或另外的支路上，从而使限压器的电阻提高。

总之，可以借助开关元件来调整限压器的电阻，从而在开关被操作时可以调整在分离装置上下降的电压。在此，借助支路的数量以及借助对各自的电阻器的选择来给出分离装置的可扩展性，从而可以将该分离装置调整为不同的电压和/或电流。因此，增加了分离装置的使用范围。借助支路限制了在开关上下降的电压。在此，优选限制电压，使得在开关是机械开关的情况下防止了形成电弧。如果开关是半导体开关，则防止了形成施加在该开关上的击穿电压，该击穿电压可能会导致半导体开关受损。因此，提高了安全性。分离装置也能够借助相对少量的廉价的电结构元件来实现，这降低了制造成本。

开关元件尤其是半导体开关元件，例如晶体管，如场效应晶体管，尤其是MOSFET。例如，开关元件是场效应晶体管、结型场效应晶体管(JFET)或MOSFET。因为电压被划分到支路上，与开关相比，施加在开关元件上的电压减少，因此可以考虑使用相对较廉价的开关元件。如果分离装置的开关闭合的话，则分离装置处于导电状态下。在此，借助开关元件(如果该开关元件处于闭合的状态下的话)所引导的电流由于支路的电阻而是比较小的，从而使功率损耗是相对较小的，这是因为开关元件选择为半导体开关元件所引起的。

在电流换向到限压器上的情况下，当开关被带到断开的定位中并且分离装置转移到非导电状态下时，电流基于支路的电阻而被进一步降低，从而在该情况下也是出现相对较小的损耗功率。总之，只提供了相对较低的损耗功率。然而，由于选择了半导体开关元件，使得防止了电弧构成，因此提高了安全性。

每个支路都具有这种开关元件。在此，支路的开关元件例如结构相同。替选地或组合地，将开关元件调整为具有各自的支路的电阻。总之，每个支路都具有电阻器和开关元件，它们彼此串联。因此，基于开关元件增加了分离装置的可扩展性，从而使分离装置的电阻进而是被施加在开关上的电压能够借助开关元件来调设。尤其地，支路结构相同。换句话说，不仅所有电阻器均具有相同的欧姆电阻，而且全部的开关元件都是相同的类型。然而，至少支路是电路相同的。换句话说，每个支路均包括相同类型的电构件或电子构件，但是其中，各自的规格可以是不同的。在此，电构件和/或电子构件以相同的方式彼此互连。适宜地，支路具有欧姆电阻不同的电阻器。如果分离装置具有多个支路的话，则在此欧姆电阻的值优选分别提高了确定的恒定不变的倍数。该倍数尤其是整数倍数，并且例如是二或三。适宜地，因此如果最小电阻器分别具有20欧的欧姆电阻的话，其中任一个支路分别具有20欧、40欧、80欧、……或20欧、60欧、180欧……的欧姆电阻。以这种方式能够实现相对精准地调设在开关上下降的电压。此外，由于使用相同部件，使得制造成本降低。

限压器具有移位寄存器，该移位寄存器具有第一和第二输出端。在此，第二输出端优选直接位于第一输出端的旁边。在移位寄存器运行时，优选首先驱控第一输出端并且随后是第二输出端。适宜地，在完成对第一输出端的驱控时对第二输出端进行精确驱控。因此，当驱控移位寄存器时，结束对第一输出的驱控并接受对第二输出端的驱控。

每个开关元件均具有控制输入端，借助控制输入端可以影响开关元件的开关位置。换句话说，借助对开关元件的驱控来影响开关元件的开关状态，并且因此使该开关元件处于导电或非导电状态下。如果在控制输入端上施加有信号的话，也就是如果该控制输入端被驱控的话，则开关元件适宜地是导电的。其中一个开关元件的控制输入端通向，尤其是直接通向移位寄存器的第一输出端。换句话说，该开关元件的控制输入端直接或在信号技术上直接与移位寄存器的第一输出端接触。此外，该开关元件的控制输入端通向或逻辑开关的第一输入端。

或逻辑开关的第二输入端通向，尤其是直接通向移位寄存器的第二输出端。或逻辑开关还具有输出端，其通向其中一个另外的开关元件的控制输入端。如果在或逻辑开关的其中一个输入端上也被施加有电平，则优选地也在该或逻辑开关的输出端施加有电平。因此，如果将有效信号施加在其两个输入端之一上的话，则或逻辑开关有效。只有在第一或第二输入端处均没有施加有效信号(电平)时，该或逻辑开关的输出端才无效。或逻辑开关尤其是或门。因此如果借助移位寄存器在第一输出端上施加有信号，则激活与第一输出端耦接的开关元件。另外的开关元件也被激活，这是因为在或逻辑开关的第一输入端上施加有信号。因此，限压器的至少两个开关元件被切换，因此限压器的其中至少两个支路导电。因此，在开关上下降的电压相对较较低。

如果借助移位寄存器将输出信号从第一输出端移位到第二输出端，则其控制输入端与第一输出端接触的开关元件就被置于非导电状态下。而另外的开关元件保持在导电状态下。因此，提高了限压器的电阻。优选地，移位寄存器优选地还具有另外的输出端，例如第三、第四、第五……输出端。尤其地，这些输出端的数量等于支路的数量。在此，其中每个开关元件的控制输入端分别通向或逻辑开关的输出端，其一个输入端通向另外的开关元件的控制输入端，并且其第二输入端通向移位寄存器的其中一个输出端。

因此，尤其配属于第三支路的第三开关元件的控制输入端通向第二或逻辑开关的输出端，其第一输入端通向另外的开关元件的控制输入端，并且其第二输入端通向移位寄存器的第三输出端。因此，如果对移位寄存器的第一输出端进行驱控，则全部的开关元件都被切换成导电。现在，如果移位寄存器的第二输出端被驱控，则除了与第一输出端接触的开关元件之外对全部的剩余开关元件进行驱控，从而使限压器的导电的支路的数量正好降低了1。如果驱控了移位寄存器的第三输出端的话，则限压器的其中两个支路不导电。因此能够实现的是，借助驱控移位寄存器来逐步分级地提高限压器的电阻。

移位寄存器的第一输出端尤其相应于信道1，而第二输出端尤其相应于信道2。特别优选地，移位寄存器的起始输出端是空闲的。起始输出端尤其相应于信道0并且位于第一输出端的前面。尤其地，第一输出端位于起始输出端与第二输出端之间。在激活移位寄存器时，驱控起始输出端。只有当移位寄存器获得信号时，才结束对起始输出端的驱控，并接受对第一个输出端的驱控。

起始输出端未被占用，并且没有电构件或电子构件与该起始输出端联接。因此，起始输出端是无电的，并且没有另外的或电子的构件与该起始输出端电接触。因此，在正常状态下，开关元件处于非导电状态下，并且限压器的电阻是相对较大的。因此，在移位寄存器或限压器的其他组成部分发生故障的情况下，即使在在开关上下降的电压相对较大时，也基本上排除了经限压器的不期望的电流。

适宜地，移位寄存器包括复位输入端。借助对复位输入端的驱控，移位寄存器被带到限定的状态下。尤其地，如果在复位输入端上施加有信号的话，则进行对移位寄存器的起始输出端的激活。适宜地，移位寄存器的结束输出端通向复位输入端。移位寄存器的结束输出端尤其是移位寄存器的直接位于移位寄存器的通向或逻辑开关的输出端旁边的那个输出端。因此，如果仅或逻辑开关的第一或第二输入端被占用的话，也就是如果仅借助移位寄存器驱控两个开关元件的话，则结束输出端相应于第三输出端。因此，如果已经逐步降低了被驱控的开关元件的数量的话，则驱控移位寄存器的结束输出端，并且因此使移位寄存器重新处于初始的状态下。在此适宜地，移位寄存器的起始输出端是空闲的，从而该起始输出端可以在时间上于结束输出端之后地被驱控。因此，如果结束输出端被驱控的话，则没有开关元件被驱控，因此没有支路是导电的。适宜地，在结束输出端与复位输入端之间接有二极管，这避免了使移位寄存器受损。总之，结束输出端是移位寄存器的最后被占用的信道。

替选地或特别优选组合地，电压供应源通向移位寄存器的复位输入端，例如经由电容器。例如，电压供应源本身是电容器。特别优选地，电容器与开关互连，使得在断开开关时在开关上下降的电压被用于给电压供应源馈送。在此，尤其地，开关是机械开关，并且可能产生的电弧电压被用于给电压供应源馈送。因此，如果电压供应源被激活，则移位寄存器被转移到确定的限定的状态下，从而使该移位寄存器准备好进行运行。

特别优选地，移位寄存器包括时间输入端。在对移位寄存器的时间输入端进行驱控时，逐步地调控移位寄存器的输出端。在此，每次在时间输入端上施加有信号时，改变对输出端的驱控，使得每次都继续切换输出端。适宜地，移位寄存器的时间输入端可与开关的控制输入端作用连接。尤其地，作用连接使得只有在开关的控制输入端上没有施加有信号时才使对移位寄存器的输出端的驱控成为可能。优选地，当在开关的控制输入端上施加有信号时，开关处于导电状态。因此，当断开开关时，移位寄存器被激活。以这种方式，基本上消除了对移位寄存器的无意激活，这提高了安全性。

优选地，限压器包括计时器。计时器与移位寄存器的时间输入端作用连接。因此，借助计时器来驱控移位寄存器，其中，借助计时器，优选提供了确定的时钟信号，该时钟信号尤其具有恒定不变的周期。例如，计时器直接与移位寄存器的时间输入端连接。适宜地，开关的控制输入端通向逻辑开关的第一输入端，并且计时器的时间输出端通向逻辑开关的第二输入端。在计时器的输出端上适宜地周期性地提供驱控信号。尤其地，逻辑开关的输出端通向移位寄存器的时间输入端。适宜地，当在逻辑开关的第一输入端和/或逻辑开关的第二输入端上施加有电平时，逻辑开关的输出端具有电平，其中，电平在此尤其指的是不同于零(0)的信号。换句话说，当在第一和/或第二输入端上施加有驱控信号时，在逻辑开关的输出端上施加有输出信号。优选地，开关的控制输入端与计时器作用连接。在此，优选地，只要在开关的控制输入端上施加有信号，就禁止计数，即禁止时钟信号的输出。尤其地，开关的控制输入端与计时器的复位端子连接。只要在计时器的复位端子上施加有信号，该计时器尤其保持在初始或开始状态下。因此，移位寄存器只有在分离装置的开关断开时才被继续计数。

例如，逻辑开关借助两个或非门来形成或包括这些或非门，其中，开关的控制输入端和计时器的时间输出端通向其中一个或非门的两个输入端。或非门的输出端被分路到另外的或非门的两个输入端，另外的或非门的输出端通向移位寄存器的时间输入端。

例如，计时器是NE555。适宜地，“OUT”是时间输出端，其例如通向逻辑开关或直接通向移位寄存器的时间输入端。尤其地，“OUT”借助二极管通向“TRIG”(触发端子)，其尤其借助电阻器分压器通向开关的优选在运行时具有不同于零(0)的电位的端子。例如，“GND”(接地端子)通向开关的其余切换接触部。例如，“RESET”(复位端子)与开关的控制输入端作用连接，例如，借助或非门。适宜地，NE555作为单稳态的转换级来实现。

优选地，与开关元件并联有由另外的电阻器和电容组成的串联电路。如果限压器具有一定数量的这种电路元件，则尤其至少与其中一个开关元件并联有由另外的电阻器和电容组成的串联电路。优选地，在此，仅与其中一个开关元件并联有由另外的电阻器和电容组成的串联电路，从而限压器仅具有唯一的另外的电阻器和唯一的电容。替选地，与多个开关元件，例如与全部的开关元件并联有由另外的电阻器和电容组成的串联电路，从而另外的电阻器的数量和电容的数量分别相应于开关元件的数量。如果限压器包括一定数量的这种电路元件，它们的控制输入端分别经由或逻辑开关通向可能的移位寄存器的输出端，则优选串联电路与通向移位寄存器的邻近结束输出端的输出端的那个开关元件并联。电容优选是电容器。如果开关元件处于非导电状态下，则借助该支路的电阻器以及另外的电阻器和电容形成了RC电路，该RC电路接收可能的进一步流动的电流。因此，即使当电阻相对较大时，也总是能够实现经由限压器的通过电流。适宜地，另外的电阻器相对较大，从而即使当借助分离装置切换相对大的电感时，电流也被引向零(0)。基于限压器的支路，使得流动的电流相对较小，从而电容可以被相对较小地确定规格，这节省了制造成本。适当地，与电容并联有附加的电阻器。借助附加的电阻器确保了电容始终放电。

适宜地，限压器基于模拟技术。换句话说，限压器是以模拟技术建立。如果限压器因此具有或逻辑开关、计时器、逻辑开关和/或移位寄存器，则这些就尤其基于模拟技术并且以该模拟技术制造。以这种方式，提高了耐用性。此外，降低了生产成本。

分离装置特别优选地用于保护开关中。尤其地，分离装置用于切换电感负载，例如以便将该电感负载与电网分离。例如，将例如是电压供应源的能量源考虑用于运行分离装置。借助该能量源尤其对移位寄存器、计时器和/或开关元件通电。

保护开关包括传感器和分离装置，它们尤其例如电地或通过信号技术彼此耦接。分离装置包括开关和与该开关并联的限压器，该限压器包括多个彼此并联的支路，其中，每个支路均具有电阻器，并且其中，其中至少一个支路包括与支路的电阻器串联的开关元件。传感器例如是电压或电流传感器。换句话说，传感器适用于、尤其是被设立并设置成检测电流或电压。尤其地，借助传感器在运行时检测借助分离装置承载的电流或所施加的电压或相对于参考电位、如地电位，尤其是大地的电位差。适宜地，分离装置依赖于传感器的测量值来操作。尤其地，当电流或电压大于或等于阈值时，操作分离装置。例如，保护开关包括控制装置，如微处理器，借助其来评估传感器的测量值和/或对开关进行操作。

保护开关例如借助光伏设备或光伏模块电接触并且例如是光伏设备或光伏电站的组成部分。在对此的替选方案中，保护开关是载运工具的载运工具电网的例如是具有大于100伏、200伏、300伏或400伏的并且例如小于1000伏或900伏的电压的高伏特载运工具电网的组成部分。载运工具例如是飞机，并且载运工具电网例如用于给飞机的伺服驱动器供能。在对此的替选方案中，载运工具是机动车，尤其是电动车辆或混合动力车辆。尤其地，在此，保护开关是车载电网的组成部分，其用于给机动车的主驱动器通电。替选地，保护开关是工业设备的组成部分并且优选用于保护机器人，该机器人例如借助换流器中间回路通电。

保护开关尤其被设置成切换大于或等于10安培、100安培、200安培、300安培、500安培或600安培的电流。适宜地，能以保护开关来切换的最大电流强度为900安培、1000安培、1500安培或2000安培。例如，能以保护开关切换的电压大于10伏、50伏、100伏或200伏。尤其地，能切换的电压小于500伏、600伏、700伏或1000伏。

为了保护载运工具，如机动车或飞机的载运工具电网，使用具有尤其彼此电耦接和/或彼此以信号技术耦接的传感器和分离装置的保护开关。分离装置具有开关和与开关并联的限压器，限压器包括多个彼此并联的支路，其中，每个支路均具有电阻器，并且其中，其中至少一个支路包括与支路的电阻器串联的开关元件。传感器例如是电压或电流传感器。

载运工具电网特别优选地是高伏特载运工具电网，借助其来引导大于10安培、20安培、50安培、100安培或200安培的电流强度。尤其地，由高伏特载运工具电网承载的最大电流强度小于2000安培、1800安培或1500安培。尤其地，高伏特载运工具电网的电压大于100伏、200伏、300伏或350伏。适宜地，高伏特载运工具电网的电压小于1000伏、800伏或600伏。

替选地，保护开关用于保护工业设备的供电回路，如中间回路。尤其地，换流器包括保护开关。适宜地，保护开关用于工业应用中，例如用于保护机器人。供电回路例如具有500V至1000V之间的，尤其是800V的电压。

方法用于运行尤其是保护开关的用于中断电流的分离装置，该分离装置具有开关和与该开关并联的限压器，限压器具有多个彼此并联的支路，其中，每个支路均具有电阻器，并且其中，其中至少一个支路包括与支路的电阻器串联的开关元件。该方法设置的是，在断开开关之后，开关元件在一段时间内是闭合的。在此，在断开开关之前，例如在断开开关之前的第二时间段内，开关元件已经进入导电状态。适宜地，当闭合开关时，闭合开关元件。对此替选地，开关元件在断开开关的同时闭合。时间段结束后，开关元件断开。

因此，在断开开关时，流经分离装置的电流完全换向到限压器上，更确切地说换向到支路上。由于电阻器并联，使得电阻减小。经过一段时间后，断开开关元件，这导致限压器的电阻提高。如果限压器具有一定数量的具有开关元件的支路的话，则该方法设置的是，在断开开关之后将其中至少一个开关元件，例如全部的开关元件在一段时间内闭合。适宜地，开关元件在时间上逐步断开，其中，适宜地在断开开关时首先闭合全部的开关元件。适宜地，在操作各个开关元件之间分别存在一段时间，从而提高了限压器的电阻。

如果借助分离装置切换电感负载，则在在开关上下降的电压受到限制。在经过时间段之后，基于限压器的电阻器，使得流动的电流减少。现在当操作开关元件时，提升了电阻并且因此使电压重新提升。这导致通过电流进一步且更显着的减少。因此，借助电阻的提高逐步地中断了电流，其中，所施加的最大电压减小。因此，可以考虑使用相对便宜的开关。因此在是机械开关的情况下防止了电弧。在基于半导体技术的开关的情况下需要相对低的介电强度。如果给开关元件并联有电容和另外的电阻器的话，在操作开关元件之后借助该串联电路来接收可能剩余的通过电流并使其为零。

附图说明

下面结合附图详细阐述本发明的实施例。其中：

图1示意性地简化示出具有带保护开关的高伏特车载电网的机动车；

图2示意性地示出具有分离装置的保护开关；

图3示意性地示出分离装置；

图4示出分离装置的电路图；以及

图5示出用于运行分离装置的方法。

彼此相应的部分在所有附图中均设有相同的附图标记。

只要单个构件被称为第一、第二、第三……构件，那么这尤其仅用于表示各自的构件。尤其地，这并不包含存在确定数量的构件的意思。

具体实施方式

在图1中示意性地简化示出了具有驱动车轮4以及不受驱动的车轮6的机动车2。驱动车轮4与电动马达8耦接，电动马达具有未示出的换流器。借助高伏特电池10实现对换流器/电动马达8通电，借助高伏特电池提供电能，其中，在高伏特电池的两极之间施加有400伏的电压。高伏特电池10借助电线路12与换流器/电动马达8耦接，其中，借助电线路12引导至多1000安培的通过电流。高伏特电池10、电线路12和换流器/电动马达8是高伏特车载电网14的组成部分。

为了保护高伏特车载电网14，该高伏特车载电网具有保护开关16，在过电流的情况下，也就是在通过电流超过1000安培并且例如由于换流器/电动马达8内部的短路而招致过电流的情况下，该保护开关被触发并且因此使高伏特电池10与换流器/电动马达8电分离。机动车2还具有带低伏特电池20的低伏特车载电网18，在低伏特车载电网的各自的电极之间施加12伏或48伏的电压。低伏特车载电网18还包括多个伺服驱动器22，借助这些伺服驱动器能够电调节诸如窗玻璃或座椅那样的调节件。

在图2中示意性地示出了保护开关16并且包括被引入到电线路12中的分离装置24。借助分离装置24能够实现中断经由电线路12的通过电流。分离装置24以信号技术与控制单元26耦接，控制单元与传感器28以信号技术耦接。传感器28是电流传感器，借助该电流传感器能够无接触地测量存在于电线路12中的通过电流。为此，传感器28包括霍尔传感器。控制单元26还与接口30耦接，接口在装配状态下被联接到机动车2的总线系统上。借助接口30能够实现对控制单元26的控制。在运行时，例如借助传感器28检测过电流，或者经由接口30接受确定的信号。紧接着，借助控制单元26操作分离装置24，从而中断经由电线路12的通过电流。如果实现了这一点的话，则分离装置24的状态经由接口30被转发给总线系统。

在图3中示意性地简化示出了分离装置24。分离装置24具有开关32，该开关被引入电线路12中。开关包括IGBT并具有控制输入端34，借助该控制输入端可以改变IGBT的开关状态。与开关32并联有限压器36。换句话说，开关32借助限压器36被跨接。限压器36具有一定数量的彼此并联连接并电路相同的支路。全部的支路38都与开关32并联。此外，限压器36包括计时器40，计时器40是NE555组件，并且如果开关32处于断开的定位中，即不导电时，在计时器40施加有电压。限压器36包括移位寄存器42。借助计时器给移位寄存器42供应确定的时钟。移位寄存器42也与开关32的控制输入端34作用连接。借助移位寄存器42来控制支路38。限压器36基于模拟技术。换句话说，支路38和计时器40以及移位寄存器42都实施为模拟构件。

在图4中示出了分离装置36的相对详细的电路图，其具有与开关32并联的支路38。限压器36具有第一支路38a、第二支路38b、第三支路38c、第四支路38d以及第五支路38e，它们彼此并联并且与开关32并联。在此，例如开关32的其中一个端子接地，从而全部的支路38a、38b、38c、38d、38e接地。支路38彼此结构相同并且分别具有电阻器44以及形式为IGBT的开关元件46。总之，其中每个支路38分别具有其中一个开关元件46。每个支路38的电阻器44和开关元件46彼此串联。各支路38a、38b、38c、38d、38e的欧姆电阻至少部分地分别提高了数个整数倍。第一支路38a的电阻器44的欧姆电阻为20欧、第二支路38b的电阻器44的欧姆电阻为40欧、第三支路38c的电阻器44的欧姆电阻为80欧、并且第四和第五支路38d、38e的电阻器44的欧姆电阻分别为160欧。与第五支路38e的开关元件46并联有由另外的电阻器48和形式为电容器的电容50组成的串联电路。在此，电容器50通向开关32的其中一个端子的电位，即接地。电容器50本身借助附加的电阻器52被跨接，因此该附加的电阻器与电容器50并联。另外的电阻器48的欧姆电阻等于第五支路38e的电阻器44的欧姆电阻并且为160欧。附加的电阻器52的欧姆电阻例如为1兆欧。

每个开关元件46均具有控制输入端54，借助该控制输入端可以调设各自的开关元件46的开关状态。如果借助控制输入端54调设开关元件46使其处于非导电状态，则禁止了经由该支路38的通过电流。限压器36具有第一或逻辑开关56、第二或逻辑开关58、第三或逻辑开关60和第四或逻辑开关62，它们分别为或门。第一支路38a的开关元件46的控制输入端54通向移位寄存器42的第一输出端64以及通向第一或逻辑开关56的第一输入端66。第二支路38b的开关元件46的控制输入端54通向第一逻辑开关56的输出端68并且通向第二或逻辑开关58的第一输入端70。第三支路38c的开关元件46的控制输入端54通向第二或逻辑开关58的输出端72以及通向第三或逻辑开关60的第一输入端72。第四支路38d的开关元件46的控制输入端54通向第三或逻辑开关60的输出端76以及通向第四或逻辑开关62的第一输入端78。第五支路38e的开关元件46的控制输入端54通向第四或逻辑开关62的输出端80以及第一或非门82的两个输入端。

移位寄存器42的第二输出端84通向第一或逻辑开关56的第二输出端86。移位寄存器42的第三输出端88通向第二或逻辑开关58的第二输入端90。移位寄存器42的第四输出端92通向第三或逻辑开关60的第二输入端94。移位寄存器42的第五输出端96通向第四或逻辑开关62的第二输入端98。或逻辑开关56、58、58、60、62结构相同。此外，当在其中至少一个输入端66、68或70、90或74、94或78、98上施加有电平时，在各自的输出端68、72、76、80上分别施加有电平。

移位寄存器42的起始输出端100是空闲的，并且因此不与另外的电构件或电子构件电接触。移位寄存器42的结束输出端102经由第一二极管104通向移位寄存器42的复位输入端106。在此，借助二极管104仅能够实现从结束输出端102到复位输入端106的通过电流。如果移位寄存器42被激活，则首先驱控起始输出端100。紧接着，驱控第一输出端64、第二输出端84、第三输出端88、第四输出端92、第五输出端96并且紧接着驱控结束输出端102，其中，该驱控依赖于施加在时间输入端108上的驱控电压。因此，起始输出端100相应于信道Q0，第一输出端64相应于信道Q1，第二输出端84相应于信道Q2…….直到相应于信道Q6的结束输出端102。

移位寄存器42的复位输入端106经由第二电容器110通向电压供应源112，借助电压供应源提供15伏的直流电压。复位输入端106也经由第二电阻器114接地。与第二电阻器114并联有第二二极管116，借助第二二极管能够实现从地面向复位输入端106的通过电流。

计时器40作为单稳态的转换级接线。因此，接地端子118接地，并且电压供应端子120通向电压供应源112。控制端子122经由第三电容器124接地。放电端子126通向阈值端子128并且经由第四电容器130接地。放电端子126和阈值端子128也借助第三电阻器器132通向电压供应源112。触发端子134借助分压器136与电线路12电接触。为此，触发端子134借助第四电阻器138与电线路12电接触并且借助第五电阻器139接地。

计时器40的时间输出端140借助第三二极管142通向触发端子134，其中，能够实现通向触发端子134的作用到时间输出端140上的通过电流。时间输出端140还通向逻辑开关146的第二输入端144。逻辑开关146的第一输入端148通向开关32的控制输入端34。逻辑开关146具有第二或非门150，其输入端形成逻辑开关146的输入端144、148。第二或非门150的输出端通向第三或非门152的两个输入端。第三或非门152的输出端形成逻辑开关146的输出端154，该输出端通向移位寄存器42的时间输入端108。因此，当要么在逻辑开关146的第一输入端148上要么在第二输入端144上施加有电平(信号)时，逻辑开关148的输出端154于是恰好具有电平。总之，移位寄存器42的时间输入端108与开关32的控制输入端34作用连接。此外，控制输入端34通向第四或非门154的输入端，第四或非门154的另外输入端通向第一或非门82的输出端。第四或非门的输出端通向计时器40的复位端子156。

在图5中示出了用于运行分离装置24的方法158。在第一工作步骤160中，借助电压供应源12将电平施加在移位寄存器42的复位输入端106上，从而驱控起始输出端100。总之，在电压供应源112上施加有电压，因此在移位寄存器42的复位输入端106上也施加有信号，并且因此驱控起始输出端100。因此，全部的开关元件46都被阻断，并且基本上不会有通过电流经过限压器36。开关32处于断开的状态下并且经由分离装置24不会流过电流。

在紧接着的第二工作步骤162中，驱控开关32，使得该开关闭合。因此，在控制输入端34上施加有信号，该信号激活计时器40。因此基于逻辑开关146，在移位寄存器42的时间输入端108上施加有电平，因此驱控第一输出端64。因此，基于或逻辑开关56、58、60、62，驱控支路38的全部的开关元件46，从而使这些开关元件导电。然而，与开关32相比，这些开关元件具有提高了的欧姆电阻，从而电流基本上仅流动经过开关32。基于第一或非门82和第四或非门154，使得计时器40保持在复位状态下，并且确保只有当开关32处于断开的定位，也就是不导电时，才激活计时器40。

在第三工作步骤164中，断开开关32，从而没有信号被施加在控制输入端34。因此，电流被完全换向到支路38上，从而在电线路12上联接有感性负载的情况下仍继续存在有经由分离装置24的电流，并因此防止在开关32上构成相对较大的电压。由于与开关32的欧姆电阻相比，限压器36的欧姆电阻是提高的，因此在分压器136两端的电压提升。借助分压器136，将所施加的电压给到计时器40的触发端子134上。一旦该电压下降到运行电压的三分之一，在确定的时间段之后，经由时间输出端140输出脉冲，并将脉冲传导给逻辑组件146。因此，使移位寄存器42被控制，并且现在驱控其第二输出端84。因此，第一支路38a的开关元件46被切换成不导电，而其余支路38b、38c、38d和38e的其余开关元件46保持导电。因此，限压器36的电阻提升。因此，再次提升了施加在计时器40的触发端子134的电压。该电压降低并且一旦该电压再次具有计时器40的运行电压的三分之一时，在进一步的工作步骤中借助该计时器分别在确定的时间段之后重新向逻辑组件146传导脉冲，从而现在驱控第三输出端88或第四输出端92，因此现在第二支路38b的或第三支路38c的开关元件46也被切换为不导电。由于支路38a、38b、38c、38d、38e的欧姆电阻至少部分地逐渐提高，因此持续的电流被相对强地减小。

为了即使在弱电感负载的情况下也确保安全驱控移位寄存器42，计时器40作为单稳态的转换级接线。在此，借助第三电阻器132和第四电容器130确定最小脉冲宽度。当在时间输出端140上施加有信号时，第四电容器130借助第三电阻器132充电。这一直发生直到施加在阈值端子128上的电压低于2/3的运行电压。由于新的脉冲只有在触发端子134上的电压下降到运行电压的1/3以下时才会开始，所以时间输出端借助第三二极管142被返回耦接到触发端子134上。

当移位寄存器42的第五输出端96被驱控时，仅第五支路38e的开关元件46被切换成导电，因此，限压器36基本上具有第五支路38e的电阻器44的欧姆电阻。如果现在在最后的工作步骤166中将脉冲提供给移位寄存器42的时间输入端108的话，则驱控结束输出端102。因此，移位寄存器42的复位输入端106被驱控并因此使该移位寄存器复位，从而驱控起始输出端100。现在支路38的全部的开关元件46都是被切换成不导电。因此，使由另外的电阻器48和电容50以及部分地借助第五支路38e的电容44形成的RC回路接收了其余感应式存储的电能，从而使流经限压器36电流强制为零。借助附加的电阻器52确保了电容50的放电。

总之，借助移位寄存器42，使限压器36的电阻在时间上逐渐提高，其中，该提高仅在流动的电流低于确定的边界值时才发生。该边界值借助电阻器44调设。因此，即使在具有相对明显的电感负载并因此通过电流相对长时间存在时，也可以防止当开关32被操作时构成相对较强的电压。如果仍存在相对较大的通过电流的话，则电阻相对较低，从而电压相对较低。只有当电流低于阈值时，才提高电阻，这也提高了所产生的电压。一旦电流(并且因此也是所施加的电压)继续下降，则再次提高电阻，从而使电压重新提高。因此，通过电流继续并以递增程度减少。

本发明不限于上述实施例。更确切地说，本领域技术人员可以在不脱离本发明主题的情况下从中推导出本发明的其他的变型方案。尤其地，在不脱离本发明的主题的情况下，所有与实施例相关联地描述的单个特征也能够以其他方式彼此组合。

附图标记列表

2 机动车

4 驱动车轮

6 车轮

8 电动马达

10 高伏特电池

12 电线路

14 高伏特车载电网

16 保护开关

18 低伏特车载电网

20 低伏特电池

22 伺服驱动器

24 分离装置

26 控制单元

28 传感器

30 接口

32 开关

34 控制输入端

36 限压器

38 支路

38a 第一支路

38b 第二支路

38c 第三支路

38d 第四支路

38e 第五支路

40 计时器

42 移位寄存器

44 电阻器

46 开关元件

48 另外的电阻器

50 电容

52 附加的电阻器

54 控制输入端

56 第一或逻辑开关

58 第二或逻辑开关

60 第三或逻辑开关

62 第四或逻辑开关

64 移位寄存器的第一输出端

66 第一或逻辑开关的第一输入端

68 第一或逻辑开关的输出端

70 第二或逻辑开关的第一输入端

72 第二或逻辑开关的输出端

74 第三或逻辑开关的第一输入端

76 第三或逻辑开关的输出端

78 第四或逻辑开关的第一输入端

80 第四或逻辑开关的输出端

82 第一或非门

84 移位寄存器的第二输出端

86 第一或逻辑开关的第二输入端

88 移位寄存器的第三输出端

90 第二或逻辑开关的第二输入端

92 移位寄存器的第四输出端

94 第三或逻辑开关第二输入端

96 移位寄存器的第五输出端

98 或逻辑开关的第二输入端

100 起始输出端

102 结束输出端

104 二极管

106 复位输入端

108 时间输入端

110 第二电容器

112 电压供应源

114 第二电阻器

116 第二二极管

118 接地端子

120 供应电压端子

122 控制端子

124 第三电容器

126 放电端子

128 阈值端子

130 第四电容器

132 第三电阻器

134 触发器端子

136 分压器

138 第四电阻器

139 第五电阻器

140 时间输出端

142 第三二极管

144 逻辑开关的第二输入端

146 逻辑开关

148 逻辑开关的第一输入端

150 第二或非门

152 第三或非门

154 第四或非门

156 复位端子

158 方法

160 第一工作步骤

162 第二工作步骤

164 第三工作步骤

166 最后的工作步骤

Claims

1.用于中断电流的分离装置(24)，所述分离装置具有开关(34)和与所述开关(34)并联的限压器(36)，所述限压器具有一定数量的彼此并联的支路(38)，

-其中，每个支路(38)均包括电阻器(44)，

-其中，所述支路(38)中的每个支路均包括与该支路(38)的电阻器(44)串联的开关元件(46)，

-其中，每个开关元件(46)均具有控制输入端(54)，

-其中，所述开关元件(46)中的一个开关元件的控制输入端(54)通向移位寄存器(42)的第一输出端(64)并且通向或逻辑开关(56)的第一输入端(66)，

-其中，所述或逻辑开关(56)的第二输入端(86)通向所述移位寄存器(42)的第二输出端(84)，并且

-其中，所述开关元件(46)中的另一开关元件的控制输入端(54)通向所述或逻辑开关(56)的输出端(68)。

2.根据权利要求1所述的分离装置(24)，

其特征在于，

所述支路(38)是电路相同的。

3.根据权利要求1或2所述的分离装置(24)，

其特征在于，

所述移位寄存器(42)的起始输出端(100)是空闲的。

4.根据权利要求1或2所述的分离装置(24)，

其特征在于，

所述移位寄存器(42)的复位输入端(106)通向所述移位寄存器(42)的结束输出端(102)和/或电压供应源(112)。

5.根据权利要求1或2所述的分离装置(24)，

其特征在于，

所述移位寄存器(42)的时间输入端(108)与所述开关(32)的控制输入端(34)作用连接。

6.根据权利要求5所述的分离装置(24)，

其特征在于，

所述开关(32)的控制输入端(34)通向逻辑开关(146)的第一输入端(148)，并且计时器(40)的时间输出端(140)通向所述逻辑开关(146)的第二输入端(144)，并且所述逻辑开关(146)的输出端(154)通向所述移位寄存器(42)的时间输入端(108)。

7.根据权利要求6所述的分离装置(24)，

其特征在于，

当在所述逻辑开关(146)的第一输入端(148)上和/或在所述逻辑开关(148)的第二输入端(144)上施加有电平时，所述逻辑开关(146)的输出端(154)具有电平。

8.根据权利要求1或2所述的分离装置(24)，

其特征在于，

与所述开关元件(46)并联有由另外的电阻器(48)和电容(50)组成的串联电路。

9.根据权利要求1或2所述的分离装置(24)，

其特征在于具有模拟技术的限压器(36)。

10.根据权利要求1或2所述的分离装置(24)，

其特征在于，

所述分离装置(24)是保护开关(16)的分离装置。

11.保护开关(16)，所述保护开关具有传感器(28)和与所述传感器电地或通过信号技术耦接的根据权利要求1至10中任一项所述的分离装置(24)。

12.用于运行根据权利要求1至10中任一项所述的分离装置(24)的方法(158)，其中，在断开开关(32)之后，将开关元件(46)闭合一段时间。