CN111937263A - 柔性断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种的柔性断路器（1），具有至少两个半导体开关（S1，S2），具有至少一个输入（IN）和至少两个输出（OUT1，OUT2），所述至少两个半导体开关（S1，S2）中的每一个都可以承载设定的电流（I1，I2），通过流过的电流（I1，I2）可以监控每个半导体开关（S1，S2），柔性断路器还包括有选择装置（T1），其中，第一输出（OUT1）分配给第一半导体开关（S1），选择装置（T1）选择是将第二半导体开关（S2）的电流（I2）分配给第二输出（OUT2）还是分配给第一输出（OUT1）。

Description

柔性断路器

技术领域

本发明涉及电气技术，特别是一种柔性断路器，该断路器保护一个或多个

下游负载/设备免受过电流的影响。

背景技术

过去已经为此开发了各种各样的断路器。

例如，DE 20 2016 102 848 U1公开了一种用于用户的具有两个半导体开关的单通道断路器。

例如，申请人开发并销售了单通道和多通道电子设备断路器。多通道电子设备断路器的一个例子例如是型号CBM E4 24DC/0.5-10A。

根据使用目的，有必要选择并安装适合所需标称电流的设备断路器。

然而，经常发现在较大的电气设备中需要不同的设备断路器。总体上，不同设备断路器的生产是昂贵的。此外，在组装过程中必须安装正确的设备断路器。特别是当使用大量设备断路器时，装置故障的风险会增加。一方面，这可能会导致系统停机，因为设备断路器的额定电流过低，另一方面，这也会导致系统保护不足，因此保护功能受到限制或根本无法使用。

多通道设备断路器与单通道设备断路器的不同之处在于，多个相同类型的独立设备断路器组合在一个设备中。

为此，提供用于多个用户的低成本设备断路器是值得期待的。

发明内容

本发明的目的通过权利要求1的柔性断路器来实现。在从属权利要求、说明书和附图中给出了本发明的其他有利实施例方案。

附图说明

下面参考附图使用优选实施例更详细地解释本发明。

图1示出了根据本发明第一配置实施例的示例性断路器；以及

图2示出了根据本发明第二配置实施例的示例性断路器。

具体实施方式

下面（参考附图）将更详细地说明本发明。应当注意，描述了可以单独或组合使用。也就是说，除非明确显示为纯替代，否则任何方面都可以与本发明的不同实施例一起使用。

此外，为了简单起见，下面通常仅参考一个实体。除非明确说明，否则本发明还可以具有多个相关实体。在这方面，词语“一”，“一个”和“一种”的使用仅应被理解为在简单的实施方式中使用至少一个实体的指示。

在以下描述的方法中，方法的各个步骤可以以任何顺序排列和/或组合，除非上下文另有明确说明。此外，这些方法可以相互组合-除非另有明确说明。

具有数字值的说明通常不应被理解为精确值，但也包括+/- 1％到+/- 10％的公差。

对标准或规范或规则的引用应理解为是指在提交时和/或（如果要求优先权）在提交优先权时适用的标准或规范或规则。但是，这不应理解为对以下或替代标准或规范或规则的适用性的一般排除。

在下文中，“相邻”明确地包括直接相邻关系，但是不限于此。在下文中，“在...之间”明确地包括中间部分非常靠近周围部分的位置。

下面将参考两通道断路器1描述本发明。然而，本发明不限于两个通道，而是也可以以相同的方式用三个或更多通道来实现。然而，为了理解本发明，仅用两个通道描述本发明就足够了。

根据本发明的柔性断路器1具有至少两个半导体开关S1，S2。此外，柔性断路器1具有至少一个输入IN和至少两个输出OUT1，OUT2。

至少两个半导体开关S1，S2中的每一个可以分别承载设定的电流I1，I2。半导体开关S1和S2可以有相同或不同地设计。因此，半导体开关S1或S2承载的电流I1或I2可以相同或不同。

通过流过的电流I1，I2可以分别监控每个半导体开关S1，S2。

此外，柔性断路器1具有选择装置T1。第一输出OUT1被分配给第一半导体开关S1。在柔性断路器1上通过使用选择装置T1选择是将通过第二半导体开关S2的电流I2分配给第二输出OUT2还是分配给第一输出OUT1。

也就是说，如图1所示，运行中，两个通道可以彼此分开控制，第一通道具有自己的半导体开关S1，第二通道具有自己的半导体开关S2。在此可以规定，在各个通道上可用的电压是不同的。同样，可以设定在各个通道上的标称电流。

可以通过使用选择装置T1进行选择，两个通道可以有公用输出端（即两个输出端並联）输出电流。也就是说，例如两个通道均设计为输出相同的电流I，在第一种配置中，可在每个输出端输出电流I，每一个输出端分开进行监测，而在第二种配置中，一个输出端提供双倍电流，也就是来自两个通道的电流在一个输出端输出。而且，可以继续对每个通道分别进行监测。

也就是说，断路器可以灵活地适应相应的条件。即，可以相应地调整保护通道的数量以及断路器模块内最大跳闸电流可以根据需要进行调整。

在下面假设两个半导体开关S1，S2以及因此每个单独的通道可以承载10A的电流。如果通过选择装置T1将断路器切换到单通道运行，则可以在一个输出/单通道运行中提供20A。也就是说，断路器可以保护不同的负载，从而可以减少要开发的型号数量。可以降低开发成本。另一方面，在工件数量大时还可以降低制造成本。

在本发明的实施例方案中，半导体开关S1，S2分别具有至少一个MOS-FET晶体管（金属氧化物半导体场效应晶体管）。对于交流电压应用，半导体开关S1，S2每个都需要两个MOS-FET晶体管。电流强度为1A或更高时，由于MOS-FET的结构不同于信号晶体管，因此它们通常也被称为功率MOSFET晶体管。

在本发明的实施例方案中，最大电流I1，I2可以通过相应的半导体开关S1，S2单独使用或共同使用设置。也就是说，在两通道运行的情况下，可以单独地设置每个通道。例如，一个通道可以配置为5A的标称电流，而另一个通道可以配置为10A的标称电流。在不限制一般性的情况下，在单通道运行的情况下，标称电流的范围可以具有最高至两个（或更多）通道组合标称电流。

在本发明的另一实施例方案中，在初始化阶段，检测第一输出OUT1和第二输出OUT2是否彼此电连接，如果已经建立了电连接，在显示元件LED上发出该状态信号。例如，先控制第一输出，测量第二输出OUT2上的电压。在电流流过第一输出OUT1之后，如果在没有电流通过断路器释放到第二个输出上，而测量的电压又不是0V，那么可以推导出，第一输出OUT1和第二输出OUT2彼此电连接。显示元件LED可以发光显示，例如是发光二极管。替代地或附加地，其他元件，例如声学元件也可以用于显示。

在检测到第一输出OUT1和第二输出OUT2之间电连接的情况下，可以选择是否将通过第二半导体开关S2的电流I2分配给第二输出OUT2或第一输出OUT1。这意味着通知用户这些输出已电连接。如果有意，则可以决定应该将第二半导体开关S2的电流分配给两个输出，或者只分配给第一输出OUT1，换句话说，进行单通道运行操作。相反，如果输出电连接出现故障/电缆连接不正确，则用户可以根据状态信号消除故障/电缆连接不正确，用户可以决定将第二半导体开关S2的电流仅分配给第二输出OUT2，换句话说，多通道运行是所希望的。此外可以规定，在输出电连接的情况下，并且没有用户干预时，受影响通道的标称电流设定被限制为小于相关通道的标称电流之和的值，例如标称电流的最小值，以保护以下设备免受错误的配置/错误的电缆连接的影响。

替代地或附加地可以提出，在初始化阶段，检测第一输出OUT1和第二输出OUT2是否建立电连接，如果未建立电连接，则在显示元件LED发出该状态信号。在此，显示器可以通过橙色发光二极管或者发光模式（闪烁，...）来显示状态“电连接”，通过绿色发光二极管或熄灭的发光二极管或其他发光模式（连续发光）显示状态“电断开”。这对技术人员没有限制。

在不限制一般性的情况下，可以规定，选择装置T1是具有灯光的按钮，其中，按钮通过灯光变化和/或灯光颜色发出所处状态信号，通知诸如所选定的标称电流、初始化阶段的开始或结束，输出的电气连接/单通道运行/两通道运行，过电流情况等的状态。

应当注意，柔性断路器1也可以与相同类型的柔性断路器1并联运行。在此，其中的一个柔性断路器1可以被配置为主设备并可以例如作为主设备动作，而另一个柔性断路器1被配置为备用设备，并且如果主设备发生故障，则备用设备接管。两个柔性断路器1都可以在“单通道”模式和“多通道”模式下运行。在不限制一般性的前提下可以规定，例如柔性断路器1具有用于通信的接口。使用该接口，柔性断路器1可以在主、备配置中交换有关运行/状态的数据。但也可以对关于通道的配置数据，例如标称电流，单通道/多通道运行等通过接口进行配置和/或可从柔性断路器1中读取运行数据/测量数据。合适的接口可以是有线的（电/光）或无线的（例如W-LAN，ZigBee，低功耗蓝牙，RFID，NFC，光学空间等）。

作为替代或补充，可以通过已经存在的选择装置T1或再配置一个选择装置T2用来配置哪一个作为主/备功能。

选择可以采用按压持续时间/按压序列来激活编程模式，在该模式中提供此功能和/或标称电流（每通道/所有通道）和/或单通道运行用于选择。

柔性断路器具有微处理器μC。具有一个或多个按钮T1，T2（对应多个通道）用于使用者操作。为了显示和发信号，为每通道配备一个彩色的发光二极管LED，例如B1，B2。

在两通道模式运行时，每个通道都可以使用所属的按钮T1，T2，例如开、关、电流设定……相应的显示器LED可以信号通知所属通道的状态。也就是说，可以将B1分配给通道1/输出OUT1，将B2分配给通道2/OUT2。

在单通道模式运行时，两个按钮T1，T2可以均等地操作。然后，两个按钮半部用于显示器LED同步显示。替代地，当然也可以仅使用两个按钮之一和仅一个相关联的显示器LED，而另一个用于不正常运行。

为了从多通道运行切换到单通道运行，可以提供几个步骤。

例如可以提出，在第一步骤中关闭受影响的通道OUT1，OUT2。然后可以将受影响的通道OUT1，OUT2彼此连接，其中该连接既可以在柔性断路器1的输出侧通过接线进行，也可以在柔性断路器1中通过可选开关矩阵切换实现。在另一步骤中，受影响的通道OUT1，OUT2，例如通过同时激活（按下选择装置T1，T2）将其设置为初始化阶段的运行。在初始化阶段中具有检测通道状态的功能，例如通过半导体开关S1，S2的自检可以实现检查输出电连接是否存在。

例如，可以短暂地（例如5ms）切换半导体开关S1，S2。如果例如两个半导体开关S1，S2都断开，相应的输出OUT1，OUT2上应该没有电压，因此半导体开关S1，S2应该可以工作。如果其中一个半导体开关S1，S2处于导通状态，而另一个则不导通，则应仅在分配给该导通的半导体开关的输出处找到电压。也就是说，相应的通道处于单独运行中。仅对于可以在一个以上的输出端找到电压的半导体开关S1，S2，提供通过电连接的共同操作。现在，如上所述，可以向用户发信号，即至少两个输出彼此电连接。现在如果例如受影响的通道的选择装置再次一起操作，则可以视为对单通道运行的确认。

另一方面，可以通过一种“重置”功能来切换到多通道模式。例如，使用者可以通过在更长的时间段内例如3s按下一个/几个/所有选择装置T1，T2来结束单通道模式。同时，柔性断路器1可以被切换到断开状态。

在不限制一般性的情况下，还可以确定，如果在输出上的电压和/或在输出上的电流不同，则柔性断路器1会检测到外部电气连接的损耗，并作为预防措施将受影响的通道转换到多通道运行（在标称电流减小的情况）。

此外还可以确定，如果每个半导体开关S1，S2的内阻太低而不能在半导体开关上进行有效的测量，则为每个半导体开关S1，S2分配一个电阻R1，R2，用于测量流经各个半导体开关S1，S2的电流。还可以提出，半导体开关S1，S2由一个共用的保险丝和/或每个半导体开关S1，S2由保险丝F1，F2保护，以便在发生过电流/故障时，保险丝F1/F2跳闸，并且保护柔性断路器1以及下游系统免受破坏。

参考标号列表：

1 柔性断路器；

S1，S2 半导体开关；

OUT1，OUT2 输出；

I1，I2 电流；

T1，T2 选择装置；

LED 显示元件；

F1，F2 保险丝；

R1，R2 电阻。

Claims (10)

1.一种柔性断路器（1），具有至少两个半导体开关（S1，S2），其特征在于，所述柔性断路器还具有至少一个输入（IN）和至少两个输出（OUT1，OUT2），所述至少两个半导体开关（S1，S2）中的每一个都能够承载设定的电流（I1，I2），根据流过的电流（I1，I2）分别监控每个所述半导体开关（S1，S2），柔性断路器还设置有一个选择装置（T1），其中，第一输出（OUT1）被分配给所述第一半导体开关（S1），选择装置（T1）选择将通过所述第二半导体开关（S2）的电流（I2）分配给所述第二输出（OUT2）还是分配给所述第一输出（OUT1）。

2.根据权利要求1所述的柔性断路器，其特征在于，所述半导体开关（S1，S2）具有至少一个MOS-FET晶体管。

3.根据前述权利要求中任一项所述的柔性断路器，其特征在于，由半导体开关设定输出通过的最大电流（I1，I2）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的柔性断路器，其特征在于，在初始化阶段，检测所述第一输出（OUT1）和所述第二输出（OUT2）是否相互电连接，如果建立了电连接，则通过显示元件（LED）发出该状态信号。

5.根据权利要求4所述的柔性断路器，其特征在于，如果检测到所述第一输出（OUT1）和所述第二输出（OUT2）建立了电连接，则可以选择将流过所述第二半导体开关（S2）的电流（I2）分配给所述第二输出（OUT2）还是分配给所述第一输出（OUT1）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的柔性断路器，其中，在初始化阶段，检测所述第一输出（OUT1）和所述第二输出（OUT2）是否建立了电连接，如果未建立电连接，则通过显示元件（LED）发出该状态信号。

7.根据前述权利要求中任一项所述的柔性断路器，其特征在于，所述选择装置（T1）是具有灯光的按钮，按钮通过灯光转换和/或灯光颜色发出所处状态信号。

8.根据前述权利要求中任一项所述的柔性断路器（1），其特征在于，当柔性断路器有两个并联运行时，其中的一个柔性断路器作为主设备，另一个柔性断路器作为备用设备。

9.根据权利要求8所述的柔性断路器，其特征在于，所述柔性断路器（1）具有用于通信的接口。

10.根据权利要求8所述的柔性断路器，其特征在于，所述柔性断路器（1）具有另一个选择装置（T2），另一个选择装置（T2）用于配置哪一个是主设备和哪一个是备用设备。

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