CN110073563B - 电负载及其连接线路的过电流保护装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种对电负载及其连接线路进行过电流保护的保护装置(20)。该保护装置包括将来自电流源(10)的输入电流供应至所述保护装置的输入端(E)；以及可连接向负载供应电流的连接线路的至少一个输出端(A)。所述输入端(E)与所述输出端(A)之间设置有供电路径。在所述供电路径中串联设置有两个路径断路器，以用于断开电流。所述保护装置(20)包括设置单元(20A)，通过所述设置单元可为所述路径断路器当中的至少一个设置触发电流，并且当所述触发电流被超过时，所述路径断路器断开所述电流。

Description

电负载及其连接线路的过电流保护装置
技术领域
本发明涉及一种电负载及其连接线路的过电流保护装置。此类型保护装置一般包括：将来自电流源的输入电流供应至该保护装置的输入端；以及可连接向负载供应电流的连接线路的至少一个输出端。其中，所述输入端和输出端之间设有供电路径，而该供电路径中设有用于在发生过电流时断开电流的断流元件。
背景技术
文献DE 103 59 736 A1中公开了一种此类保护装置。该保护装置(安全系统)连接于电流源与机动车辆的负载电路内的负载之间，其中，将负载电路内的电流与阈值相比较，并根据比较结果激活隔离元件(断路器晶体管或继电器)，以断开负载电路。
机动车辆内的布线(即连接线路对负载的连接)通常为预设布线，而且一旦完成后便不再更改。其中，已经根据电流源可供应的最大电流，对各连接线路的线路横截面积进行了设置。
在工业环境中的电流馈入式负载情形中，首先在配电柜中进行布线，然后根据应用进行个别单独更改。
为了能够减小电流源上所连接的连接线路的线路的横截面积，现有技术出于安全原因设置上游安全熔丝。
然而，安全熔丝的使用，不但较为复杂，而且相对较为昂贵。此外，线路横截面积的调整要求更换安全熔丝，从而导致大量的费用支出。
发明内容
因此，本发明的目的在于开发一种能够容易、灵活且安全地为电负载及其连接线路提供过电流保护的保护装置。
该目的由权利要求1的特征实现。
在本发明保护装置中，输入端和至少一个输出端之间的供电路径中串联设置有两个路径断路器，以用于断开电流。其中，该保护装置包括设置单元，通过该设置单元可为所述路径断路器当中的至少一个设置触发电流，并且当该触发电流被超过时，所述路径断路器断开电流。通过这种方式，可使得最大电流能够灵活地与待连接至各个输出端的连接线路的线路横截面积相适应。所述两个串联连接的路径断路器可确保即使当其中的一个路径断路器发生故障，另一个路径断路器也能安全地将电流切断。
在一种实施方式中，可通过如下方式实现上述目的：当同一触发电流被超过时，所述两个路径断路器相互独立地断开电流。其中，所述两个路径断路器的触发电流既可由同一共用设置单元设置，也可由两个不同的设置单元设置。
在另一实施方式中，可通过如下方式实现上述目的：对路径断路器在所设置的触发电流被超过时断开所述电流的可工作性进行测试，而且当被测试的该路径断路器不工作时，另一路径断路器自动断开电流。当将MOS-FET类型的晶体管用作路径断路器时，所述功能测试优选通过降低触发所谓的纵向控制的栅极电压的方式实现。当MOS-FET功能正常时，降低触发该纵向控制的栅极电压可导致MOS-FET上的电压增大。随后，通过电压测量和评价，可实现所述功能测试。
在灵活性之外，本发明的两个串联连接的路径断路器还可实现安全熔丝所能提供的可靠性。
优选地，所述供电路径内设置有用于测量连接有负载的供电路径内的电流的电流传感器，所述路径断路器当中的至少一个路径断路器在当所测得的电流高于为其设置的触发电流时断开电流。
在许多应用中，所述保护装置包括多个输出端，而非仅一个输出端。相应地，所述输入电流在节点上分为两条或更多条供电路径，每一供电路径的末端均设置有相应的输出端，该输出端可连接向负载供应电流的连接线路。
在具有多个供电路径/输出端的一种实施方式中，每一供电路径内均设置两个路径断路器，其中：在第一方案中，当所设置的触发电流被超过时，两个路径断路器彼此独立地断开电流；在第二方案中，先对路径断路器在所设置的触发电流被超过时断开电流的可工作性进行检验，当被检验的路径断路器不工作时，则另一路径断路器自动断开电流。
在具有多个供电路径/输出端的另一实施方式中，每一供电路径内仅设置一个路径断路器，而且该路径断路器的触发电流可通过设置单元设置。此外，输入端与节点之间的输入电流路径中设有用作主断路器的另一路径断路器。在该情况下，待连接至相应输出端的连接线路的线路横截面积的最大电流调整和测试通过供电路径内的路径断路器实现。所述主断路器通过如下方式进一步提高安全性：当其中的一个所述路径断路器不工作，或者当输入电流路径的电流高于所设定的触发电流时，该主断路器立刻断开该输入电流路径中的电流。
优选地，所述保护装置包括评价控制单元(如采用微控制器形式)，该评价控制单元与所有路径断路器相连接，或者在适用情形下，与所述主断路器和电流传感器相连接，以根据所测得的电流，以及在适用情形下，还根据路径断路器和主断路器的可工作/不可工作性，对电流的断开进行控制。
附图说明
以下，参考附图，对本发明进行更加详细的描述。附图中：
图1A所示为现有技术保护装置的第一实施方式；
图1B所示为现有技术保护装置的第二实施方式；
图2所示为本发明保护装置的第一实施方式；
图3所示为本发明保护装置的另一实施方式；
图4所示为本发明保护装置的另一实施方式；
图5所示为本发明保护装置的另一实施方式；
图6所示为本发明保护装置的另一实施方式。
具体实施方式
图1A所示为现有技术的保护装置以及电流源，其中，该电流源与保护装置集成于供电单元内。在图示例中，所述电流源供应的电流被分为不同的供电路径，每一供电路径均具有与向负载供电的连接线路(图中未示出连接线路与负载)连接的输出端(A1，A2，A3，AN)。在该保护装置的输入电流路径中，将电流分为各个供电路径的节点上游设有安全熔丝。如此，无法针对各条连接线路的线路横截面积分别进行保护方面的调整。
图1B所示为图1A所示现有技术的一种装置，然而，其中每一供电路径内均设有一条安全熔丝。虽然因使用了不同熔丝而能够针对各条连接线路的线路横截面积分别进行保护方面的调整，但是由于变更线路横截面积时，需要分别更换相应熔丝，而且熔丝更换时通常需要拆开容纳所述保护装置的外壳，因此该做法缺乏简单性和灵活性。
图2所示为本发明保护装置(20)的第一实施方式。其中，该保护装置(20)包括：用于供电流源(10)将输入电流馈入保护装置(20)的输入端(E)；以及可连接向负载供应电流的连接线路的输出端(A)。在输入端(E)和输出端(A)之间设有供电路径。根据本发明，该供电路径内串联设有用于断开电流的第一和第二路径断路器。通过本发明使用的路径断路器，可实现可调节的触发电流，而非预定义的安全熔丝。此外，本发明使用的路径断路器能够可逆致动。其中，作为路径断路器，极其适合采用优选为MOS-FET的晶体管或继电器。
为了设置所述触发电流，在一种实施方式中，每一路径断路器均分别具有自身的设置单元。在另一实施方式中(见图3)，针对上述两个路径断路器，设有一个共用的设置单元。其中，例如以旋钮式电流计或DIP开关用作设置单元。此外，还可将计算机程序的用户界面用作设置单元。如此，通过该设置单元，可以为连接至各输出端的线路直接选择触发电流或甚至线路横截面积的值，然后通过存于该保护装置内的分配方式(函数或列表)为该线路横截面积确定和设置合适的触发电流。
此类列表的一例如下：
线路横截面积(mm<sup>2</sup>) 触发电流(安培)＝不得超出的电流
0.75 5
1 7
1.5 10
2.5 15
所设的触发电流可直接作用于所述路径断路器上。其中，各触发电流的设置值优选存于评价控制单元(μC)内。
所述供电路径内设有对该供电路径内的电流进行测量的电流传感器(M0)。当所测电流超出上述设置的触发电流时，所述两个路径断路器当中的至少一个将电流断开。其中，保护装置(20)优选包括微控制器(μC)形式的评价控制单元。该单元接收电流传感器(M0)的测量值，并将其与所存的触发电流值相比较。一旦测量值超出触发电流，该评价控制单元即启动路径断路器，以断开电流。
在第一种实施方式中，当所设定的触发电流被超过时，所述两个路径断路器相互独立地断开电流。在第二种实施方式中，当所设定的触发电流被超过时，所述两个路径断路器当中仅一个路径断路器用于断开电流。在该实施方式中，对用作开关的该路径断路器的可工作性进行测试，其中另一路径断路器用于在当所测试的路径断路器不工作时自动断开电流。
当MOS-FET类型的晶体管用作路径断路器时，所述可工作性测试优选通过降低触发所谓的纵向控制的栅极电压的方式实现。当MOS-FET功能正常时，降低触发该纵向控制的栅极电压可导致MOS-FET上的电压增大。随后，通过电压测量和评价，可实现所述可工作性测试。
测试信号优选发送至评价控制单元(μC)，以供其实现另一路径断路器的致动。
图4所示为针对多个输出端(Α1，A2，A3，AN)的保护装置(20)。其中，输入电流在节点(KP)处被分为多条供电路径，而且输出端(Α1，A2，A3，AN)分别设于各条供电路径的末端，输出端上可连接向电负载供应电流的连接线路。每一供电路径中均设有路径断路器(S1，S2，S3，SN)。该路径断路器的触发电流可通过设置单元设置(为了清晰起见，未在图中示出)。每一供电路径中还设有对相应路径电流(I1，I2，I3，IN)进行测量的电流传感器(M1，M2，M3，MN)。由电流传感器(M1，M2，M3，MN)所测量的值被发送至存有相应路径断路器(S1，S2，S3，SN)的触发电流值的评价控制单元(μC)。当其中一条供电路径内的电流超出相应触发电流时，评价控制单元(μC)将触发相应的路径断路器(S1，S2，S3，SN)，以断开该供电路径的电流。
出于安全原因，输入端(E)与节点(KP)之间的输入电流路径中还设有用作主断路器的另一路径断路器(S0)。当其他路径断路器(S1，S2，S3，SN)当中的一个不工作时，主断路器自动断开输入电流路径的电流。路径断路器(S1，S2，S3，SN)的功能测试以及主断路器(S0)的启动优选涉及评价控制单元(μC)。
此外，所述输入电流路径内可选地设有电流传感器(M0)，其中主断路器(S0)同样在当输入电流路径的电流测量值(IG)高于主断路器(S0)所设的触发电流时断开该输入电流路径的电流。
图5所示为与图4相同的保护装置。与图4不同的是，该实施方式中的保护装置与电流源集成于同一单元内。
在图6所示的实施方式中，每一供电路径内设置两个路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)以及一个电流传感器(M1，M2，M3，MN)，以实现双保护。其中，路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)和电流传感器(M1，M2，M3，MN)均与评价控制单元(μC)相连接。为了清晰起见，图中未示出各路径断路器的触发电流的设置单元。每一路径断路器均可分别设置属于其自身的设置单元。然而，也可仅设置一个共用的设置单元，在该情况下，还进一步设置选择单元，用于为所述设置单元选择待设置触发电流的路径断路器。其中，计算机程序的用户界面适合作为设置单元。
如此，图6保护装置的每一供电路径的工作方式如下：
在第一方案中，当所设触发电流被超过时，两个路径断路器相互独立地断开电流。
在第二方案中，当所设触发电流被超过时，两个路径断路器当中仅一个路径断路器用于断开电流。在该实施方式中，对用作开关的所述路径断路器可工作性进行测试，其中另一路径断路器用于在当该接收测试的路径断路器不工作时自动断开电流。
保护装置(20)既可与电流源(10)集成于同一供电单元内，也可独立于电流源(10)单独设于以可拆卸方式安装在支承轨道上的壳体中。

Claims (10)

1.一种对电负载及其连接线路进行过电流保护的保护装置(20)，包括：
-将来自电流源(10)的输入电流供应至所述保护装置的输入端(E)；以及
-可连接向负载供应电流的连接线路的至少一个输出端(A)，
其中，所述输入端(E)与所述输出端(A)之间设置有供电路径，
其特征在于：
-在所述供电路径中串联设置有两个路径断路器，以用于断开电流；
-所述保护装置(20)包括设置单元，通过所述设置单元可为所述路径断路器当中的至少一个设置触发电流，并且当所述触发电流被超过时，所述路径断路器断开所述电流；
-针对每一路径断路器，均分别设置有设置单元，以用于设置相应的触发电流；
-所述输入电流在节点(KP)处被分为两条以上供电路径，每一供电路径的末端均设置有相应的输出端(A1，A2，A3，AN)，所述输出端可连接向负载供应电流的连接线路；
-每一供电路径内均设置有两个路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)，所述两个路径断路器当中的至少一个的触发电流可通过设置单元设置。
2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，通过所述设置单元，可为所述两个路径断路器设置触发电流。
3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：
-对路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)在所设置的触发电流被超过时断开所述电流的可工作性进行测试；
-当被测试的路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)不工作时，另一路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)自动断开所述电流。
4.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述供电路径内设置有用于测量连接有负载的所述供电路径内的电流的电流传感器(M1，M2，M3，MN)，所述路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)当中的至少一个路径断路器在当所测得的电流高于为所述至少一个路径断路器设置的触发电流时断开电流。
5.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述供电路径内设置有用于在所述输出端当中的一个连接有负载时测量所述供电路径内的电流的电流传感器(M0)。
6.根据权利要求5所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置包括评价控制单元(μC)，所述评价控制单元接收所述电流传感器(M0，M1，M2，M3，MN)的测量值，并将各测量值与相应的触发电流的存储值相比较，一旦电流传感器的所述测量值超出相应的路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)的触发电流时，所述评价控制单元启动相应的路径断路器，以断开电流。
7.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置包括评价控制单元(μC)，所述评价控制单元接收关于所述路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)的可工作性的信息，并且一旦其中的一个路径断路器不工作时，启动相应的另一个路径断路器，以断开电流。
8.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述路径断路器(S11，S12，S21，S22，S31，S32，SN1，SN2)为MOS-FET类型的晶体管。
9.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置与所述电流源(10)集成于同一供电单元内。
10.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置独立于所述电流源(10)单独设置于以可拆卸方式安装在支承轨道上的壳体中。
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