CN113039711A - 电开关的过流识别 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于识别通过电开关(1)的关断电流的方法，其中，电开关(1)具有两个能关断的半导体开关(2)，其中，两个能关断的半导体开关(2)设置成使其各自能够关断通过电开关(1)的具有不同极性的电流，其中，两个能关断的半导体开关(2)尤其反向串联地设置在电开关(1)中，其中，能关断的半导体开关(2)中的第一半导体开关具有至少四个端子(G、C、E、E’)，其中，能关断的半导体(2)中的第二半导体开关具有至少三个端子(G、C、E)，其中，在两个能关断的半导体(2)中的第一半导体开关处测量发射极端子(E)与辅助发射极端子(E’)之间的第一电压(U过流，1)，并在两个能关断的半导体开关(2)中的第二半导体开关处测量集电极端子(C)与发射极端子(E)之间的或漏极端子与源极端子之间的第二电压(U过流，2)，其中，测量的电压(U过流，1、U过流，2)或测量的电压(U过流，1、U过流，2)的时间上的积分各自与参考值(Xref)比较，并且在参考值(Xref)被超过时关断两个能关断的半导体开关(2)中的至少一个。本发明还涉及用于执行这种方法的电开关(1)。本发明还涉及具有这种电开关(1)的直流电压电网(4)。

Description

电开关的过流识别
技术领域
本发明涉及一种用于识别通过电开关的关断电流的方法，其中，电开关具有两个能关断的半导体开关。本发明还涉及具有用于执行该方法的、具有两个能关断的半导体开关的电开关。此外，本发明涉及具有这种电开关的直流电压电网。
背景技术
如今，电能的供应主要经由交流电网实现。交流电网的优点是：可以借助变压器产生不同的电压级。由于市场上可越来越便宜地提供的半导体，对于直流电网也能以简单的方式产生不同的电压级，使得刚好也经由直流电网尤其在工业网络内进行能量供应变得特别经济。
在此，直流(DC)电网应在未来的工业设备中减少损耗，保证变流器、存储器和马达之间的直接的能量交换，并提高稳定性。在此，例如能够运行在不同的负载出口和馈入部之间具有不同电缆长度的、也被称为直流电网的小的直流电压电网。在此，与交流电网相比，直流电网在馈线电感以及在短路情况下的电流上升方面具有明显更大的差异，因为在此一方面对于短路电流限制没有前置的变压器的短路阻抗，电容的电压中间电路形式的能量存储器作为理想的电压源反而能够在短路情况下产生非常大的电流上升。另一方面，非常长的馈线不表现由于电抗的增加而增加的无功功率的问题并且因此允许大的串联电感，串联电感仅在短路时允许非常小的电流上升，然而在接通时造成大的过压。
发明内容
因此，本发明的目的在于，实现用于电开关的可靠的过流识别。
该目的通过一种用于识别通过电开关的关断电流的方法实现，其中，电开关具有至少一个能关断的半导体开关，其中，能关断的半导体开关具有至少三个端子，其中，测量至少三个端子中的两个端子之间的电压，其中，将电压或电压的时间上的积分与参考值进行比较，并且在参考值被超过时关断至少一个能关断的半导体开关中的至少一个。此外，该目的通过具有至少一个能关断的半导体开关的电开关实现，其中，能关断的半导体开关具有至少三个端子，其中，电开关具有用于测量至少三个端子中的两个端子之间的电压的电压检测装置，其中，电开关具有评估单元，其中，借助于评估单元能将测量的电压与参考值进行比较，其中，借助于评估单元，在参考值被超过时能关断至少一个能关断的半导体开关。该目的还通过具有这种电开关的直流电压电网实现。
本发明的另外的有利设计方案在从属权利要求中给出。
本发明基于以下认知：当前用于测量通过位于直流电网中的电开关的电流的电流转换器仅是有条件适用的。已知类型的直流传感器、例如霍尔传感器或磁性敏感的传感器具有典型地在400kHz的范围中的、相对较低的边界频率和在500ns至1500ns的范围中的停滞时间。在电感很小的网络中能够在该时间段中使电流在故障情况、例如短路时非常快地达到大数值，其能够导致半导体的毁坏或失灵。
因此，在实例中，在直流电压电网的800V的直流电压以及采用的对应于大约1μH的电感的、2m长的馈线的情况下能够产生
i(t)＝(U/L)·Δt＝(800V/1μH)·1.5μs＝1200A的电流上升。因此，已知的电流转换器仅有条件适用于保障直流电压电网中的电开关和设置在电开关的输出端的构件的可靠保护。
然而表明的是，对于保护以及触发、即电开关的打开而言快速响应电流探测比高精度更重要。此外表明的是，通过测量能关断的半导体开关上的电压能够非常快地识别不允许的大电流，其要由电开关关断。
此外表明的是，通过测量能关断的半导体开关的端子上的电压能够可靠地识别大电流或高电压。
能关断的半导体开关具有至少三个端子。在基于晶体管、如IGBT的半导体中，这些端子被称为栅极(G)或基极、集电极(C)和发射极(E)，在MOSFET中被称为栅极、漏极和源极。根据本发明的方法用于具有栅极(G)、集电极(C)和发射极(E)以及具有栅极、漏极和源极的能关断的半导体，其中，还能采用现有的基极端子作为栅极端子。在此，IGBT的栅极端子对应于MOSFET的栅极端子或晶体管的基极端子，集电极端子对应于漏极端子，并且发射极端子对应于源极端子。接下来不再探讨栅极、漏极和源极的端子。然而，有关栅极(G)或者基极、集电极(C)和发射极(E)的实施在过流方面能容易地为相似的实施例转用到栅极、漏极和源极的端子。这同样适用于之后介绍的辅助发射极端子。
表明的是，能够通过能关断的半导体开关的端子中的两个端子之间的电压可靠地识别大电流或电流的高上升速度。如果测量值或测量值的积分超过也被称为边界值的参考值，则能关断的半导体开关就过渡到非导通状态并且打开电开关。在此，能够预先给定参考值或边界值并且将其存储在评估单元中。借助于评估单元将电压的测量值或其积分与参考值比较。
当能利用测量集电极与发射极之间的电压识别通过半导体的电流时，能利用发射极与作为能关断的半导体开关的第四端子的辅助发射极之间的测量来测量通过能关断的半导体的电流上升。电流上升借助与参考值比较已经能够用于保护，因为根据大的电流上升已经可靠地识别出短路。如果替代电流上升反而想要在测量发射极和辅助发射极之间的电压时取决于电流强度地设置电开关的关断，则作为电压测量值的替代将关于测量的电压的时间上的积分与参考值进行比较。能通过电开关的评估单元无问题地实现时间上的积分的建立。
能关断的半导体开关的关断被理解为，将能关断的半导体开关设置为不导通的状态。
如果测量多于仅一个电压和/或测量一个电压并且将测量值以及时间上的积分用于确定关断标准，则能够区分用于相应的比较的参考值。
在两个半导体开关的情况下，在两个半导体开关中的第一和第二半导体开关之间进行区分。
在第二半导体开关中测量能关断的半导体开关的集电极端子与发射极端子之间的或者漏极端子与源极端子之间的电压。在此测量能关断的半导体开关的接通状态中的集电极至发射极电压(UCE)或者漏极至源极电压(UDS)。在通过能关断的半导体的大电流的情况下在集电极与发射极端子之间建立电压。如果该电压大于也被称为边界值的参考值，则将其识别为过流并且关断能关断的半导体开关。如果能关断的半导体开关在达到其参考值时已经在饱和区，那么能特别容易地识别过流，因为该范围中的电压随着电流强度明显上升。然而还表明的是，集电极与发射极之间的电压在饱和之前已经随着通过半导体的电流升高。这种电压变化的测量技术上的识别甚至比在饱和区中更难，但是无论怎样其仍是能在测量技术上测定的。根据集电极至发射极电压，能够以简单的方式并且首先足够快地识别通过能关断的半导体开关的大电流并且为反应而关断能关断的半导体开关。该大电流例如能够由于其短路造成，其由于在直流电压电网中的小的电感而快速导致大电流。通过测量集电极至发射极电压以快速识别过流，能够通过与参考值的比较来可靠且快速识别过流。由此能够特别有利地使用电开关的优点、特别是100ns的范围中的快速接通时间。
当能关断的半导体开关处于饱和区时，针对电压的电流反映特别好。因此，该实施方式特别适用于关断电流，其在能关断的半导体开关的负载边界附近。
在此，能关断的半导体开关中的第一半导体开关具有至少四个端子，其中，测量至少一个能关断的半导体开关的发射极端子与辅助发射极端子之间的电压。在此，能关断的半导体开关具有作为附加的端子、即作为第四端子的辅助发射极或者辅助源极。在此，测量也被称为主发射极的发射极或源极与辅助发射极之间的电压。如果现在具有非常剧烈上升的电流流过能关断的半导体开关的集电极至发射极路径，则电压就经由半导体内部中的输送电感LE下降。如果将在数字技术上能非常容易实现的测量的电压集成，则得到与通过能关断的半导体开关的电流成比例的值。如果还已知输送电感LE的值，那么甚至能计算电流的准确值。然而这不是强制必须的，仅需要参考值，在该参考值被超过时可靠地识别过流。该方法也在没有电流变换器的情况下出现并且特别快速，从而能够安全并且可靠还特别快地识别快速上升的电流。由此也能够通过该实施方式特别有利地使用电开关的优点、特别是100ns的范围中的快速接通时间。
此外，当半导体还未处于饱和区中时，通过测量发射极和辅助发射极之间的电压的方法也能随后利用简单的电压传感器实施。因此该方法特别地适用于关断电流，其明显在能关断的半导体开关的负载边界之下。
此外有利的是，经由电流传感器实施经典的电流测量，因为能探测缓慢上升的电流升高。该电流测量能够随后与关于集电极和发射极之间的测量的电压和关于发射极和辅助发射极之间的测量的识别组合，以实现用于关于也被称为输送电感的串联电感的另外的区域和过流情况的电开关的特别安全的短路保护。在此，在能关断的半导体上不仅测量集电极和发射极之间的电压，还测量发射极和辅助发射极之间的电压。因此，与经由电流传感器的相对缓慢的测量一起得到用于制造所有已知的过流情况下的电开关的运行安全的三级式的保护方案。用于与测量的电压或其时间上的积分比较的参考值在此能够针对每个测量进行区分。
概括而言，本发明的目的通过用于识别通过电开关的关断电流的方法特别有利地实现，电开关具有两个能关断的半导体开关，其中，两个能关断的半导体开关设置成使其各自能够关断通过电开关的具有不同极性的电流，其中，两个能关断的半导体开关尤其反向串联地设置在电开关中，其中，能关断的半导体开关中的第一半导体开关具有至少四个端子，其中，能关断的半导体开关中的第二半导体开关具有至少三个端子，其中，在两个能关断的半导体开关中的第一半导体开关处测量发射极端子与辅助发射极端子之间的第一电压，并且在两个能关断的半导体开关中的第二半导体开关处测量集电极端子与发射极端子之间的或漏极端子与源极端子之间的第二电压，其中，测量的电压或测量的电压的时间上的积分各自与参考值比较，并且在参考值被超过时关断两个能关断的半导体开关中的至少一个。此外，该目的通过具有两个能关断的半导体开关的电开关实现，其中，两个能关断的半导体开关设置成使其各自能够关断通过电开关的具有不同极性的电流，其中，两个能关断的半导体开关尤其反向串联地设置在电开关中，其中，能关断的半导体开关中的第一半导体开关具有至少四个端子，其中，能关断的半导体开关中的第二半导体开关具有至少三个端子，其中，电开关具有电压检测装置，电压检测装置用于测量两个能关断的半导体开关中的第一半导体开关处的发射极端子与辅助发射极端子之间的第一电压、以及两个能关断的半导体开关中的第二半导体开关处的集电极端子与发射极端子之间的或漏极端子与源极端子之间的第二电压，其中，电开关具有评估单元，评估单元设置成使得测量的电压或测量的电压的时间上的积分各自与参考值比较，并且在参考值被超过时关断两个能关断的半导体开关中的至少一个。
在本发明的一个有利的设计方案中，电开关具有两个能关断的半导体开关，其中，在两个能关断的半导体开关上分别测量两个端子之间的电压，其中，在参考值被超过时关断相关的能关断的半导体开关。在此，两个能关断的半导体开关设置成使其各自能关断具有不同极性的通过开关的电流。当能关断的半导体开关是反向截止半导体开关时，其设置在并联电路中，在其中两个能关断的半导体开关之一各自能为每个电流方向引导和关断电流。该并联电路也被称为反向并联电路或反向并联布置。对于在与接通的元件反向并联地设置的二极管处的电路中能识别的、能关断的半导体开关能反向导通的情况，将两个能关断的半导体开关串联设置，在其中在电流方向上电流流过两个能关断的半导体开关中的第一半导体开关的接通的元件、以及两个能关断的半导体开关中的第二半导体开关的二极管。在相反的电流方向、即电流的相反的极性上，电流流过两个能关断的半导体开关中的第二半导体开关的接通的元件、以及两个能关断的半导体开关中的第一半导体开关的二极管。该布置也被称为反向串联。在能关断的半导体开关的两个中，能够随后在端子中的两个端子处测量电压。这能够在分别相同的端子或在不同的端子上进行。同样能够将参考值、即边界值与测量的电压比较，比较其相同或不同。在此能够在参考值被超过后仅关断相关的能关断的半导体开关或者关断两个能关断的半导体开关。
因此，利用不同的参考值能够以简单的方式实现与方向相关的保护。在此，在通过电开关的方向上的允许的电流大于在其它方向上的电流。随后也仅关断超过参考值的能关断的半导体开关。因此，用于经由电开关与直流电源连接的负载的短路保护例如能够具有较低的边界值，为从源到负载的电流以及沿反向的电流方向、即从负载到直流电源的电流设置较高的参考值，因此对于直流电压电网中的其它的位置处出现的短路不断开在完全没有短路存在的支路中的电开关。利用该选择性能够实现的是，快速地仅关断涉及短路的支路，同时使剩余的支路的电开关保持接通，以便保持直流电压电网的完好部分继续运行，即使在这些部分中由于其它支路中的短路而暂时流过较大的电流。因此，能够以简单的方式继续保障直流电压电网的未受破坏的部分的运行。
特别有利的是如上所述的两个能关断的半导体开关中的每个的三级式的保护。对此，除了两个半导体开关上的电流传感器之外分别测量集电极和发射极之间的电压、以及发射极和辅助发射极之间的电压，并且将其与相应的参考值比较。这为直流电压电网中的所有发现的故障情况都提供良好的保护。
根据本发明，能关断的半导体开关中的第一半导体开关具有至少四个端子，其中，在两个能关断的半导体开关中的第一半导体开关处测量发射极端子与辅助发射极端子之间的电压，并且在两个能关断的半导体开关中的第二半导体开关处测量集电极端子与发射极端子之间的电压。在此有利的是设有电压检测装置，其用于测量两个能关断的半导体开关中的第一半导体开关的发射极端子与辅助发射极端子之间的电压、以及两个能关断的半导体开关中的第二半导体开关的集电极端子与发射极端子之间的电压。利用该设置能够以特别简单的方式实现选择性保护。对于从直流电源到负载的关断电流，为能够引导和关断该电流的能关断的半导体开关设置合适的参考值、即边界值。其经由发射极和辅助发射极上的电压测量实现。其在关断电流的范围中是特别有效的。在此同样已经不再为达到电流值而是由于典型用于短路的大电流斜度而进行触发。由于大的斜度而进行的触发通过测量的电压与参考值的比较实现。由于电流强度而进行的触发通过测量的电压的时间上的积分与参考值的比较实现。
对于相反的极性，在能够导通和关断该电流的第二能关断的半导体开关处测量集电极和发射极之间的电压。由于关断电流更大，能关断的半导体开关随后已经在饱和区，从而使该测量同样能够以高的精度实施。对于该方向来说电流的改变也没有意义，从而能够放弃发射极和辅助发射极之间的测量。
在本发明的另一个有利的设计方案中，在参考值被超过时关断相关的能关断的半导体开关。因此，能够有选择方向地实时保护。例如，能够仅中断接收来自直流电源的电能，同时只要未超过该边界值，就能够继续实现能量到直流电压电网中的回馈。
在本发明的另一个有利的设计方案中，为了选择性保护，将测量的第一电压或测量的第一电压的积分与第一参考值比较，并且将测量的第二电压与第二参考值比较，其中，在相应的参考值被超过时关断相关的能关断的半导体开关或关断两个半导体开关。因此，能够为电流的第一方向设置第一边界值并且为相反的电流方向设置第二边界值。边界值能够是用于电流上升和/或电流的边界值。只要评估测量的电压和测量的电压的积分，那么参考值就能够包括用于电流的边界值和用于电流上升的边界值。在该实施例中，保护能够不仅有选择方向地实施，还能够为每个电流方向设置单独的边界值。在此，在特别的规模中开关能够匹配现有的网络性能或匹配连接的负载或者耗电器。
在本发明的另一个有利的设计方案中，为了选择性保护，将测量的第一电压与第一参考值比较，其中，第一参考值小于第二参考值。在此，两个参考值能够明确地对应电流。在该情况下，两个参考值能相互比较并且能够选择第一参考值小于第二参考值，因为经由测量的第一电压值能够比经由测量的第二电压更好地识别小的电流值。
在本发明的另一个有利的设计方案中，在第一半导体开关处还测量集电极端子与发射极端子之间的第三电压，并且在第三电压被超过时关断第一半导体开关。通过还测量第三电压，能够借助电开关特别安全和可靠地实现保护，因为电开关是多级实施的。
在本发明的另一个有利的设计方案中，电开关设置在直流电源和负载之间，以使从直流电源到负载的电流借助于第一半导体开关关断，并且使从负载到直流电源的电流借助于第二半导体开关关断。在该设计方案中能够特别好地利用电开关的优点。直流电源到负载的电流能够可靠并且快速地关断，特别是当涉及短路电流时，其由应当通过电开关保护的相关的负载引起。在另外的负载支路中的造成负载到直流电源方向上的电流的短路随后不导致电开关的断开，因为相应地调整值以识别并且中断相关的开关在所属的负载支路中的短路。随后，无干扰的负载能够无问题并且可靠地在直流电压电网中继续保持运行。
特别地，其能够在一个设计方案中实现，在其中评估单元设置成，为了选择性保护，将测量的第一电压与第一参考值比较，并且将测量的第二电压与第二参考值比较，并且在相应的参考值被超过时关断相关的能关断的半导体开关，其中第一参考值小于第二参考值。
附图说明
接下来根据附图所示的实施例详细描述和阐述本发明。在此示出：
图1示出具有电开关的直流电压电网，
图2示出能关断的半导体开关，并且
图3示出用于识别关断电流的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了具有直流电源6的直流电压电网4，该直流电源经由电开关1为负载5供电。在此，直流电压电网中的各个线路具有串联电感20，其一方面限制电流在故障情况、短路时的上升速度。电开关1在该实施例中具有两个能关断的半导体开关2，其因为能反向导通而被反向串联地设置。两个能关断的半导体开关2由评估单元3驱控。评估单元能够接通各个能关断的半导体开关2，即将半导体设置为导通状态，或者将其关断，即设置为截止状态。为了识别过流，评估单元应用相应的能关断的半导体开关2的端子中的两个端子的测量值。此外能够但不强制地评估电流传感器7的信号。该电流传感器7能够位于电开关1的内部或外部。
图2示出了具有栅极G、集电极C和发射极E的端子的能关断的半导体开关2。随着应用用于过流识别的方法还需要第四端子、辅助发射极E’。通过电开关1的电流从集电极C流到发射极E。辅助发射极E’仅用于测量发射极E和辅助发射极E’之间的电压，然而不用于引导电流通过能关断的半导体开关2。为了识别过流，现在能够测量集电极C和发射极E之间的电压U过流。可替代地能够实现的是，还测量发射极E和辅助发射极E’之间的电压U过流。也能够进行组合、即测量两个电压，以便冗余地设计保护并且能够更好地对不同的故障情况做出反应。
图3示出了用于识别过流的方法的流程。在此，在第一步骤10中测量能关断的半导体开关2的端子C、E、E’中的两个端子之间的U过流。该信号s(t)随后直接用于与参考值Xref进行比较12。可替代地或补充地，能够将测量的电压的U过流的值如虚线所示也关于时间进行积分。即形成关于测量的U过流的时间上的积分。随后，该信号s(t)也被输送用于与参考值Xref进行比较12。在此能够由电压U过流的测量将测量值和/或电压U过流的时间上的积分输送用于与参考值Xref进行比较12。如果在比较12时表明信号s(t)大于所属的参考值Xref，则将测量电压U过流的相关的能关断的半导体开关或两个半导体开关关断13，即设置为截至状态。这由断开的机械开关的标识表示。
该方法实施用于电开关1的两个反向串联设置的半导体开关2。
优选地，在上述评估单元3中连续地进行该监视。
总之，本发明涉及用于识别通过电开关的关断电流的方法，其中，电开关具有至少一个能关断的半导体开关，其中，能关断的半导体开关具有至少三个端子。为了可靠地识别用于电开关的过流而提出：测量至少三个端子中的两个端子之间的电压，其中，将电压或电压的时间上的积分与参考值比较，并且在参考值被超过时关断至少一个能关断的半导体开关中的至少一个。此外，本发明涉及具有至少一个能关断的半导体开关的电开关，其中，能关断的半导体开关具有至少三个端子，其中，电开关具有用于测量至少三个端子中的两个端子之间的电压的电压检测装置，其中，电开关具有评估单元，其中借助于评估单元能将测量的电压与参考值进行比较，其中借助于评估单元在参考值被超过时能关断至少一个能关断的半导体开关。本发明还涉及具有这种电开关的直流电压电网。
总之，本发明概括而言涉及用于识别通过电开关的关断电流的方法，其中，电开关具有两个能关断的半导体开关，其中，两个能关断的半导体开关设置成使其各自能够关断具有不同极性的通过电开关的电流，其中，两个能关断的半导体开关尤其反向串联地设置在电开关中，其中，能关断的半导体开关中的第一半导体开关具有至少四个端子，其中，能关断的半导体开关中的第二半导体开关具有至少三个端子，其中，在两个能关断的半导体开关中的第一半导体开关处测量发射极端子与辅助发射极端子之间的第一电压，并且在两个能关断的半导体开关中的第二半导体开关处测量集电极端子与发射极端子之间的或漏极端子与源极端子之间的第二电压，其中，将测量的电压或测量的电压的时间上的积分各自与参考值进行比较，并且在参考值被超过时关断两个能关断的半导体开关中的至少一个。此外，本发明涉及用于执行这种方法的电开关。
本发明还涉及具有这种电开关的直流电压电网。

Claims (10)

1.一种用于识别通过电开关(1)的关断电流的方法，其中，所述电开关(1)具有两个能关断的半导体开关(2)，其中，两个能关断的所述半导体开关(2)设置成使得能关断的所述半导体开关各自能够关断通过所述电开关(1)的具有不同极性的电流，其中，两个能关断的所述半导体开关(2)尤其反向串联地设置在所述电开关(1)中，其中，能关断的所述半导体开关(2)中的第一半导体开关具有至少四个端子(G、C、E、E’)，其中，能关断的所述半导体(2)中的第二半导体开关具有至少三个端子(G、C、E)，其中，在两个能关断的所述半导体(2)中的所述第一半导体开关处测量发射极端子(E)与辅助发射极端子(E’)之间的第一电压(U过流，1)，并且在两个能关断的所述半导体开关(2)中的所述第二半导体开关处测量集电极端子(C)与发射极端子(E)之间的或漏极端子与源极端子之间的第二电压(U过流，2)，其中，测量的电压(U过流，1、U过流，2)或测量的电压(U过流，1、U过流，2)的时间上的积分各自与参考值(Xref)比较，并且在所述参考值(Xref)被超过时关断两个能关断的所述半导体开关(2)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述参考值(Xref)被超过时关断相关的能关断的所述半导体开关(2)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了选择性保护，将测量的所述第一电压(U过流，1)和/或测量的所述第一电压(U过流，1)的所述积分与第一参考值(Xref，1)进行比较，并且将测量的所述第二电压(U过流，2)与第二参考值(Xref，2)进行比较，其中，在相应的参考值(Xref，1、Xref，2)被超过时，关断相关的能关断的所述半导体开关(2)或者关断两个所述半导体开关(2)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，为了选择性保护，将测量的所述第一电压(U过流，1)的所述积分与第一参考值(Xref，1)进行比较，其中，所述第一参考值(Xref，1)小于所述第二参考值(Xref，2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述第一半导体开关(2)处还测量集电极端子(C)与发射极端子(E)之间的第三电压(U过流，3)，并且在第三边界值(Xref，3)被超过时关断所述第一半导体开关(2)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，将电流传感器用作为用于电流检测的装置，其中，当由所述电流传感器检测的值超过边界值时，与测量的电压(U过流，1、U过流，2、U过流，3)无关地打开能关断的所述半导体开关(2)之一或多个能关断的所述半导体开关(2)。
7.一种电开关(1)，具有两个能关断的半导体开关(2)，其中，两个能关断的所述半导体开关(2)设置成使得能关断的所述半导体开关各自能够关断通过所述电开关(1)的具有不同极性的电流，其中，两个能关断的所述半导体开关(2)尤其反向串联地设置在所述电开关(1)中，其中，能关断的所述半导体开关(2)中的第一半导体开关具有至少四个端子(G、C、E、E’)，其中，能关断的所述半导体(2)中的第二半导体开关具有至少三个端子(G、C、E)，其中，所述电开关具有电压检测装置，所述电压检测装置用于测量两个能关断的所述半导体(2)中的所述第一半导体开关处的发射极端子(E)与辅助发射极端子(E’)之间的第一电压(U过流，1)、以及两个能关断的所述半导体开关(2)中的所述第二半导体开关处的集电极端子(C)与发射极端子(E)之间的或漏极端子与源极端子之间的第二电压(U过流，2)，其中，所述电开关(1)具有评估单元(3)，所述评估单元设计成使得测量的电压(U过流，1、U过流，2)或测量的电压(U过流，1、U过流，2)的时间上的积分各自与参考值(Xref)比较，并且在所述参考值(Xref)被超过时关断两个能关断的所述半导体开关(2)中的至少一个。
8.一种直流电压电网(4)，具有根据权利要求7所述的电开关(1)。
9.根据权利要求8所述的直流电压电网(4)，其中，所述电开关(1)设置在直流电源(6)与负载(5)之间，以能够借助于第一半导体开关(2)关断从所述直流电源(6)到所述负载(5)的电流，并且能够借助于第二半导体开关(2)关断从所述负载(5)到所述直流电源(6)的电流。
10.根据权利要求8或9所述的直流电压电网(4)，其中，所述评估单元(3)设计成，为了选择性保护，将测量的第一电压(U过流，1)的所述积分与第一参考值(Xref，1)进行比较，并且将测量的第二电压(U过流，2)与第二参考值(Xref，2)进行比较，并且在相应的参考值(Xref，1、Xref，2)被超过时关断相关的能关断的半导体开关(2)，其中，所述第一参考值(Xref，1)小于所述第二参考值(Xref，2)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023000666A1 (de) 2023-02-24 2024-05-08 Mercedes-Benz Group AG Vorrichtung und Verfahren zum Betätigen eines elektronischen Schalters in einem Fehlerfall

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3857462B2 (ja) * 1999-03-19 2006-12-13 株式会社東芝 交流スイッチ回路
DE10210181C1 (de) * 2002-03-07 2003-07-17 Semikron Elektronik Gmbh Schaltungsanordnung und Verfahren zum Überstrom- und Übertemperaturschutz von Leistungshalbleiterschaltern
JP2004312907A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 電力用半導体素子のゲート駆動回路
JP5170208B2 (ja) * 2010-10-22 2013-03-27 富士電機株式会社 パワー半導体デバイスの電流検出回路
KR101085864B1 (ko) * 2011-06-10 2011-11-22 신우전원기술 주식회사 유피에스 장치 정류기와 인버터의 아이지비티(ｉｇｂｔ)소자 구동회로
JP5645782B2 (ja) * 2011-09-14 2014-12-24 三菱電機株式会社 パワーモジュール
EP2942870B1 (en) * 2014-05-09 2018-07-25 ABB Schweiz AG Arrangement and method for a power semiconductor switch
DE102015105192A1 (de) 2015-04-04 2016-10-06 Sma Solar Technology Ag Treiberschaltung, Schaltungsanordnung umfassend eine Treiberschaltung und Wechselrichter umfassend eine Schaltungsanordnung
JP6436001B2 (ja) * 2015-06-25 2018-12-12 株式会社デンソー 駆動回路
KR101721107B1 (ko) 2015-07-15 2017-03-29 엘에스산전 주식회사 게이트 드라이버 구동장치
KR101816357B1 (ko) * 2015-12-03 2018-01-08 현대자동차주식회사 역접속 방지가 가능한 전력스위치
EP3379725A1 (de) * 2017-03-23 2018-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum steuern eines gleichstromschalters, gleichstromschalter und gleichspannungssystem
JP6954013B2 (ja) * 2017-11-06 2021-10-27 株式会社デンソー 判定装置

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