CN109863569B - 保护开关器 - Google Patents
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Abstract
一种低压保护开关器具有外部导体段和中性导体段，其中，在外部导体段中设置有机械式旁路开关，低压保护开关器的半导体电路装置并联于旁路开关，在外部导体段中设置有电流测量装置，该电流测量装置与保护开关器的电子控制单元连接，电子控制单元构成为用于在通过电流测量装置检测到可预定的过电流、尤其是短路电流时操控旁路开关和半导体电路装置，其中规定，低压保护开关器具有至少一个第二电流测量装置用于测量经过旁路开关的第一电流或经过半导体电路装置的第二电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种低压保护开关器。
背景技术
由本申请人的WO2015/028634A1已知一种相应的保护开关器。在切断保护开关器时、例如在出现断路时，在此首先打开旁路开关，此时产生电弧并且结果在半导体电路装置上转换电流。然后通过IGBT切断短路电流。在此重要的是，在借助IGBT切断之前如此充分地打开旁路开关，以便避免在旁路开关的触点上重新点燃电弧或者使电弧保持存在。
在已知的保护开关器中在至少其中一个IGBT上测量集电极-发射极电压，以便这样推断出旁路开关的触点是否已经开始打开。依据集电极-发射极电压的升高一检测到这一点，就启动计数器。在预先确定的持续时间经过之后认为：旁路开关的触点已打开、具有足够的触点间距并且能借助IGBT可靠地断开短路。
然而已经表明，在短路的检测和旁路开关的触点打开的开始之间流逝了几百微秒。然而在与强烈升高的短路电流相配合下，这段时间足以在IGBT并行支路中导致足够高的电流，使得电子控制装置识别出旁路开关的触点打开，启动计数器并且与此相应过早地断开短路。这导致在旁路开关上产生损害性的电弧，从而该旁路开关明显受到负载。此外，即便在所涉及的配置系统按照规定或预定地工作时，在断开短路之前长时间地等待会导致IGBT并行支路以及其他存在的变阻器的高负载，因为其必须能导出相应高的电压。
发明内容
因此，本发明的目的在于，给出开头所述类型的保护开关器，利用该保护开关器可以避免所提到的缺点，该保护开关器具有小的结构尺寸并且该保护开关器在长的时间上具有高的可靠性。
按照本发明，提供一种低压保护开关器，其具有从所述低压保护开关器的外部导体供给接头至所述低压保护开关器的外部导体负载接头的至少一个外部导体段和从所述低压保护开关器的中性导体接头至所述低压保护开关器的中性导体负载接头的中性导体段，其中，在所述外部导体段中设置有机械式旁路开关，所述低压保护开关器的半导体电路装置并联于所述旁路开关，在所述外部导体段中设置有包括第一分流器的第一电流测量装置，该第一电流测量装置与所述低压保护开关器的电子控制单元连接，所述电子控制单元构成为用于在通过所述第一电流测量装置检测到可预定的过电流时操控所述旁路开关和所述半导体电路装置。所述低压保护开关器具有至少一个第二电流测量装置用于测量经过所述旁路开关的第一电流或经过所述半导体电路装置的第二电流，所述第二电流测量装置包括第二分流器，所述第二分流器连同所述第一分流器设置在一个基板上。
由此可以可靠地识别出旁路开关的触点实际上打开。在这样检测出旁路开关的触点实际上打开之后，可以启动计数器，在该计数器走完之后认为：所涉及的触点现在完全地或者充分地打开。因为现在确保了实际上识别所涉及的触点打开，所以随后启动的计数器可以按比目前为止的情况更短的时间设定。通过本发明的措施可以可靠地识别：旁路开关的触点实际上已经开始打开。由此可以防止在此处重新点燃电弧。由此可以在较短的时间内切断短路，由此进而可以保持IGBT的以及可变变阻器的负载较小。可以由此相应地使用具有较小的负载能力以及较小的结构尺寸的部件。由于较小的结构尺寸也降低了回路电感，从而可以减少短路电流为了转换到IGBT并行支路上所需的时间。
优选的，所述第二电流测量装置设置成在外部导体段中在电路技术上与旁路开关串联并且与半导体电路装置并联。
优选的，所述第二电流测量装置在电路技术上设置成与半导体电路装置串联并且与旁路开关并联。
优选的，所述第一分流器由第一印刷电路板区段形成。
优选的，所述第二分流器通过第二印刷电路板区段形成。
优选的，所述半导体电路装置也设置在所述基板。
优选的，所述基板是DCB基板。
优选的，所述第一电流测量装置设置成与旁路开关以及与半导体电路装置串联。
优选的，在所述外部导体段中设置有第一机械式断路开关，该第一机械式断路开关与旁路开关串联，并且所述电子控制单元构成为用于操作第一机械式断路开关。
优选的，在所述中性导体段设置有第二机械式断路开关，并且所述电子控制单元构成为用于操作第二机械式断路开关。
优选的，所述可预定的过电流是短路电流。
具体实施方式
本发明涉及低压保护开关器，该低压保护开关器具有从低压保护开关器的外部导体供给接头至低压保护开关器的外部导体负载接头的至少一个外部导体段和从低压保护开关器的中性导体接头至低压保护开关器的中性导体负载接头的中性导体段，其中，在外部导体段中串联地设置有机械式旁路开关和第一机械式断路开关，在中性导体段中设置有第二机械式断路开关，低压保护开关器的半导体电路装置并联于旁路开关，在外部导体段中设置有第一电流测量装置、尤其是包括第一分流电阻的电流测量装置，该第一电流测量装置与保护开关器的电子控制单元连接，电子控制单元构成为用于在通过电流测量装置检测到可预定的过电流、尤其是短路电流时操控旁路开关、第一机械式断路开关、第二机械式断路开关和半导体电路装置，其中，低压保护开关器具有至少一个第二电流测量装置用于测量经过旁路开关的第一电流或经过半导体开关装置的第二电流。
由此可以可靠地识别：旁路开关的触点实际上打开。在这样检测出旁路开关的触点实际上打开之后，可以启动计数器，在该计数器走完之后认为：所涉及的触点现在完全地或者充分地打开。因为现在确保了实际上识别所涉及的触点打开，所以随后启动的计数器可以按比目前为止的情况更短的时间设定。通过本发明的措施可以可靠地识别：旁路开关的触点实际上已经开始打开。由此可以防止在此处重新点燃电弧。由此可以在较短的时间内切断短路，由此进而可以保持IGBT的以及可变变阻器的负载较小。可以由此相应地使用具有较小的负载能力以及较小的结构尺寸的部件。由于较小的结构尺寸也降低了回路电感，从而可以减少短路电流为了转换到IGBT并行支路上所需的时间。
本保护开关器以及按照WO 2015/028634A1的保护开关器涉及低压保护开关器。如本身通常那样，直至1000V交流电压或1500V直流电压的范围称为低压。
按照现有技术的如在WO2015/028634A1中描述的保护开关器，也如本发明的保护开关器那样具有外部导体段以及中性导体段。外部导体段从外部导体供给接头至外部导体负载接头延伸穿过保护开关器。中性导体段从中性导体接头至中性导体负载接头延伸穿过保护开关器。所涉及的接头分别优选构成为螺旋接线端子或者插塞接线端子，并且在保护开关器中设置成可从外部接近的。
保护开关器优选具有绝缘材料壳体。
在外部导体段中设置有具有简单的触点中断的传统的机械式旁路开关。优选地并且如所示的那样，在外部导体段中还设置有第一机械式断路开关，尤其是与旁路开关串联。在中性导体段中优选设置有第二机械式断路开关。与旁路开关并联有半导体电路装置。
此外，与旁路开关并联有过电压放电器。
保护开关器还具有电流测量装置，该电流测量装置设置在外部导体段中，并且该电流测量装置优选构成为包括第一分流器或者说分流电阻。第一电流测量装置优选设置成不仅与旁路开关串联、而且与半导体电路装置串联。特别优选地规定，第一分流器由低压保护开关器的印刷电路板的第一印刷电路板区段形成。
电流测量装置与保护开关器的电子控制单元连接，该电子控制单元优选构成为包括微控制器或微处理器。电子控制单元构成为用于操控旁路开关和半导体电路装置以及优选第一机械式断路开关和第二机械式断路开关，因而对其以可预定的方式进行操作或开关。为此，电子控制单元与半导体电路装置以及还与机械式开关的、因而旁路开关的、第一机械式断路开关的和第二机械式断路开关的操作元件、尤其是电磁操作元件优选在电路技术上连接。在此，在切断时，在断开IGBT之后，电压由于储存在网络中的能量将升高。升高的电压被过电压放电器引导，该过电压放电器限制电流。当电流足够小时，第一和第二机械式断路开关打开。
半导体电路装置优选具有一个优选构成为全桥的整流电路以及在本实施方式中的两个功率半导体作为真正的切换或调节元件，所述功率半导体具体地构成为IGBT。在此，也可以设有一个更大的功率半导体。
在按照现有技术的开关器中规定，断开过程由旁路开关和半导体电路装置执行，并且第一和第二断路开关仅用于在完成断开之后确保电切断负载回路。
在如作为优选实施方式的本低压保护开关器中规定，低压保护开关器具有至少一个第二电流测量装置用于测量经过旁路开关的第一电流或经过半导体电路装置的第二电流。通过测量在本并联电路的一个支路中的电流之一，只要通过该并联电路的总电流已知，在使用基尔霍夫第一定律的情况下，在该并联电路的另一支路中的电流也就是已知的。
优选地规定，第二电流测量电路在外导体段中在电路技术上设置成与旁路开关串联并且与半导体电路装置并联。由此直接测量旁路开关上的电流。
附加于此地或者替代于此地，可以规定，第二电流测量装置在电路技术上设置成与半导体电路装置串联并且与旁路开关并联。
优选地规定，第二电流测量装置包括第二分流器。在此已得到证明特别有利的是，第二分流器由第二印刷电路板区段形成。由此可以使电阻小并且因而也可以使损失功率小。因为第二分流器的测量结果只有在很高的电流时才变得重要，所以即便在电路段、如第二印刷电路板区段上小的电压降也导致足够精确的测量。
通过第二电流测量装置的电流测量在第二分流器与电子控制单元配合作用的情况下进行。
已得到证明特别有利的是，第二分流器连同第一分流器以及优选半导体电路装置设置在一个基板、尤其是DCB基板上。DBC在此表示直接铜键合的(Direct Copper Bonded)。相应的基板可以具有设置在其上的旁路开关。通过设置在基板上，可以进一步降低回路阻抗，因为路径或者说回路长度短。此外，由此可以减小低压保护开关器的切断时间。此外，由此增大了测量精度，因为两个分流器热力耦合。
当第一和第二分流器设置在基板上时，它们尤其是分别构成为第一和第二印刷电路板区段。
按照本发明的第二优选实施方式，低压保护开关器除了半导体电路装置的构成之外，与第一优选实施方式相同。该低压保护开关器具有背对背的IGBT(Back to BackIGBT)。借助背对背的IGBT构成半导体电路装置具有许多优点。通过第二电流测量装置可以发现旁路状态，而同时可以降低损失功率以及构件数量，因为不在需要缓冲器。此外，由此可以缩短转换回路。
Claims (11)
1.低压保护开关器，其具有从所述低压保护开关器的外部导体供给接头至所述低压保护开关器的外部导体负载接头的至少一个外部导体段和从所述低压保护开关器的中性导体接头至所述低压保护开关器的中性导体负载接头的中性导体段，其中，在所述外部导体段中设置有机械式旁路开关，所述低压保护开关器的半导体电路装置并联于所述旁路开关，在所述外部导体段中设置有包括第一分流器的第一电流测量装置，该第一电流测量装置与所述低压保护开关器的电子控制单元连接，所述电子控制单元构成为用于在通过所述第一电流测量装置检测到可预定的过电流时操控所述旁路开关和所述半导体电路装置，其特征在于，所述低压保护开关器具有至少一个第二电流测量装置用于测量经过所述旁路开关的第一电流或经过所述半导体电路装置的第二电流，所述第二电流测量装置包括第二分流器，所述第二分流器与所述半导体电路装置串联并且与所述旁路开关并联，所述第二分流器连同所述第一分流器设置在一个基板上。
2.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，所述第二电流测量装置设置成在所述外部导体段中在电路技术上与所述旁路开关串联并且与所述半导体电路装置并联。
3.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，所述第二电流测量装置在电路技术上设置成与所述半导体电路装置串联并且与所述旁路开关并联。
4.根据权利要求1至3之一所述的低压保护开关器，其特征在于，所述第一分流器由第一印刷电路板区段形成。
5.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，所述第二分流器通过第二印刷电路板区段形成。
6.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，所述半导体电路装置也设置在所述基板。
7.根据权利要求6所述的低压保护开关器，其特征在于，所述基板是DCB基板。
8.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，所述第一电流测量装置设置成与所述旁路开关以及与所述半导体电路装置串联。
9.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，在所述外部导体段中设置有第一机械式断路开关，该第一机械式断路开关与所述旁路开关串联，并且所述电子控制单元构成为用于操作所述第一机械式断路开关。
10.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，在所述中性导体段设置有第二机械式断路开关，并且所述电子控制单元构成为用于操作所述第二机械式断路开关。
11.根据权利要求1所述的低压保护开关器，其特征在于，所述可预定的过电流是短路电流。
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