DE10101744C1 - Elektronische Schalteinrichtung und Betriebsverfahren - Google Patents

Elektronische Schalteinrichtung und Betriebsverfahren

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Abstract

Die Schalteinrichtung umfasst DOLLAR A a) wenigstens ein MOSFET-Schaltelement (2) sowie DOLLAR A b) wenigstens ein JFET-Schutzelement (3), das zum Schaltelement elektrisch in Reihe geschaltet ist und den elektrischen Strom auf einen Maximalstrom (Sättigungsstrom) begrenzt, und DOLLAR A c) Steuermittel (4, 5, C, R¶3¶, 31), die den Maximalstrom des JFET-Schutzelements DOLLAR A c1) bei oder zeitverzögert zu dem Einschalten des Schaltelements wenigstens im zeitlichen Mittel auf wenigstens einen erhöhten Wert und DOLLAR A c2) anschließend wieder auf wenigstens einen niedrigeren Wert steuern. DOLLAR A Vorteil: höhere Anlauf- oder Einschaltüberströme werden zugelassen, später werden Überströme wieder begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung und ein Verfah­ ren zum Betreiben einer Schalteinrichtung.
Zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers (Gerätes, Last), insbesondere eines elektrischen Antriebs oder Motors, mit elektrischer Energie oder Leistung wird der Verbraucher in der Regel über ein Schaltgerät (eine Schalteinrichtung) zum Ein- und Ausschalten des elektrischen Stromes mit einem Leitungsabzweig eines elektrisches Versorgungsnetzes verbun­ den.
Zum Schalten elektrischer Ströme sind neben den überwiegend eingesetzten mechanischen Schaltgeräten mit Schaltkontakten auch elektronische Schaltgeräte bekannt, die mit Halbleiter­ bauelementen realisiert werden. Solche Halbleiterbauelemente kann man unterteilen in stromgesteuerte Halbleiterbauelemen­ te, zu denen bipolare Transistoren und Thyristoren gehören, einerseits und spannungsgesteuerte Halbleiterbauelemente wie beispielsweise die unipolaren MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)- Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder die bipolaren MOS-ge­ steuerten Thyristoren (MCT) oder die MOS-gesteuerten bipola­ ren Transistoren (IGBT) andererseits. Alle genannten Halblei­ terbauelemente können nur Ströme in einer Stromrichtung (Durchlassrichtung), d. h. nur bei einer bestimmten Polarität der anliegenden Betriebsspannung zwischen einem Durchlasszu­ stand und einem Sperrzustand geschaltet werden (schaltbarer Zustand). Jedes Halbleiterbauelement kann in seinem Sperrzu­ stand nur bis zu einer maximalen Sperrspannung (Durchbruchs­ spannung) sperren. Bei höheren Sperrspannungen geschieht ein Ladungsträgerdurchbruch, der schnell zur Zerstörung des Bau­ elements führen kann.
Im normalen Dauerbetrieb (Nennbetrieb) des Verbrauchers schaltet das Schaltgerät die für den elektrischen Verbraucher erforderlichen Nennströme. Bei Überlastung des Verbrauchers, beispielsweise beim Einschalten oder Anlaufen, erhöht sich aber die Stromaufnahme und dadurch die elektrische Verlust­ leistung im Verbraucher. Eine zu lange auftretende Überlast gefährdet den Verbraucher, beispielsweise die Motorwicklun­ gen, durch Übererwärmung. Die in einem solchen Überlastfall durch das Schaltgerät fließenden elektrischen Ströme können deutlich höher als der Nennstrom liegen und werden als Über­ ströme oder Überlastströme bezeichnet. Beim Motoranlauf kön­ nen die Anlaufströme beispielsweise während der Anlaufzeit einen Wert annehmen, der um bis zum zwölffachen Wert höher liegt als der Nennstrom im normalen Dauerbetrieb.
Ein noch extremerer Gefährdungsfall für den Verbraucher und das Schaltgerät ist ein Kurzschluß im elektrischen Verbrau­ cher oder in den zum Verbraucher führenden Leitungen, bei­ spielsweise durch Isolationsfehler. Im Kurzschlussfall treten sehr hohe Kurzschlussströme auf, die sehr schnell zu einer thermischen Beschädigung und meist zur Zerstörung des Ver­ brauchers oder von Teilen davon oder der Schaltgeräte selbst führt.
Die Verbraucher und auch, insbesondere bei Verwendung von Halbleiterbauelementen, die Schaltgeräte müssen somit vor über einen zu langen Zeitraum fließenden Überströmen oder Kurzschlußströmen geschützt werden. Dazu werden spezielle Schutzgeräte eingesetzt, die zum Schutz des Verbrauchers vor zu hohen Strömen den Leitungsabzweig vom Versorgungsnetz trennen, falls ein solcher kritischer Strom auftritt. Als Schutzgeräte mit einer solchen Überstrom- oder Kurzschluss­ stromabschaltung können beispielsweise Sicherungen oder me­ chanische Schutzschalter mit thermischem und elektromagneti­ schem Überstromauslöser verwendet werden. Es sind auch über­ last- bzw. kurzschlusssichere Schaltgeräte mit Halbleiterbau­ elementen bekannt. Man kann dabei zwischen aktiv mit einer Hilfsenergie arbeitenden elektronischen Schutzschaltern und passiven, autark arbeitenden, sogenannten eigensicheren e­ lektronischen Schutzschaltern unterscheiden.
Aus WO 93/11608 A1 ist eine elektrische Schalteinrichtung be­ kannt, bei der ein Halbleiterbauelement mit zwei antiseriellen FETs und an beiden Seiten des Halbleiterbauelements jeweils ein Unterbrecherkontakt in einen Leitungszug geschaltet sind. Die Unterbrecherkontakte werden von einem Auslöseglied, das parallel zum Halbleiterbauelement geschaltet ist, ein- oder ausgeschaltet. Zwischen Gate und Source der beiden FETs liegt eine Steuerspannung einer Steuereinrichtung an. Im Leitungs­ zug ist ein Stromsensor angeordnet, mit dem die Steuerein­ richtung verbunden ist. Die Steuereinrichtung prüft, wann ein zulässiger Kurzschlußstrom erreicht bzw. überschritten wird und stellt die Steuerspannung für die beiden FETs dann so ein, daß der zulässige Kurzschlußstrom nicht überschritten wird, indem der Innenwiderstand der FETs über die Steuerspan­ nung erhöht wird. Die Steuereinrichtung erzeugt die Steuer­ spannung mit Hilfe einer Hilfsenergie (Fremdenergie). Das Signal des Stromsensors dient nur zur Auswertung, wann ein Kurzschlußfall vorliegt oder nicht.
Die WO 95/07571 A1 offenbart einen Wechselstromsteller mit zwei antiseriell geschalteten MOSFETs auf Basis von Silicium­ carbid. Jeder SiC-MOSFET ist über eine eigene Gate-Source- Steuerspannung ansteuerbar. Die Gate-Source-Spannung ist nach Angaben in dieser Druckschrift in Durchlaßrichtung so groß eingestellt, daß sich eine gewünschte Begrenzung des Drain- Source-Stromes einstellt und im Inversbetrieb nur so groß, daß die inneren Body-Dioden der MOSFETs noch stromlos sind. Durch die Strombegrenzungseigenschaft dieser Schaltung können Kurzschlußstrome auf ein akzeptables Niveau begrenzt und durch entsprechend laufend erniedrigte Gates-Source-Spannun­ gen abgesenkt werden. Die Gate-Source-Spannungen werden mit Hilfe einer externen Energiequelle erzeugt.
Aus der DE 196 40 446 A1 ist eine Schutzschaltungsanordnung zum Schutz einer eine Last schaltenden Schaltereinrichtung vor einem Überstrom bzw. einer Überspannung bekannt. Die Schaltereinrichtung wird abgeschaltet, wenn der durch die Schaltereinrichtung fließende Strom bzw. die an der Schalter­ einrichtung liegende Spannung einen ersten oberen Grenzwert überschreitet. Außerdem wird die Schaltereinrichtung auch ab­ geschaltet, wenn der durch die Schaltereinrichtung fließende Strom bzw. die an der Schaltereinrichtung liegende Spannung einen zweiten unteren Grenzwert für eine Zeitdauer, die län­ ger als ein voreingestellter Wert ist, überschreitet. Diese Schutzschaltungsanordnung vermag die Schaltereinrichtung si­ cher vor einem weichen Kurzschluss und einem harten Kurz­ schluss zu schützen.
Aus der US 6,127,882 A ist eine Strommonitorschaltung bekannt zum Schutz einer Schalteinrichtung für einen elektrischen Verbraucher. Die Strommonitorschaltung umfasst einen langsa­ men Komperator und einen schnellen Komperator, wobei der schnelle Komperator einen höheren Schwellenwert hat als der langsame Komperator. Während einer Anlaufphase des elektri­ schen Verbrauchers, bei der höhere Anlaufströme entstehen können, wird der schnelle Komperator zur Stromüberwachung verwendet, wobei bei Erreichen des Schwellenwertes des schnellen Komperator der durch die Schalteinrichtung fließen­ de Strom auf den Schwellenwert des zweiten Komperators be­ grenzt wird. Der langsame Komperator spricht während dieser Anlaufphase nicht an. Nach Beendigung der Anlaufphase schal­ tet eine Steuereinrichtung in einen Normalbetriebsmodus, in dem beide Komperatoren zur Kontrolle des Normalbetriebes ver­ wendet werden. Der langsame Komperator überwacht den Nenn­ strom. Bei Überschreiten des Nennstromes schaltet die Steuer­ einrichtung die Schalteinrichtung ab. Diese Abschaltung kann mit einem Kondensator verlangsamt werden. Der schnelle Kompe­ rator dient zum Schutz vor schnellen Fehlerströmen, wobei bei Überschreiten des höheren Schwellenwertes des schnellen Kom­ perators die Schalteinrichtung sofort abgeschaltet wird. Eine Begrenzung des durch die Schalteinrichtung fließenden Stromes findet also nur in der Anlaufphase statt, während im Normal­ betrieb die Schalteinrichtung bei Überschreiten eines vorge­ gebenen Maximalstromes abgeschaltet wird.
Aus DE 196 10 135 C1 ist eine eigensichere, passiv geschützte bzw. schützende elektronische Schalteinrichtung bekannt, die zwei elektrische Anschlüsse zum Anlegen elektrischer Be­ triebsspannungen, ein Halbleiterbauelement auf Siliciumbasis als Schaltelement und zusätzlich eine hochsperrende Halblei­ teranordnung als Schutzelement aufweist. Das Schutzelement umfasst ein erstes Halbleitergebiet eines vorgegebenen Lei­ tungstyps und wenigstens ein weiteres Halbleitergebiet des entgegengesetzten Leitungstyps, zwischen denen jeweils ein p-n-Übergang gebildet ist. Die Halbleitergebiete sind jeweils mit einem Halbleiter mit einer Durchbruchfeldstärke von we­ nigstens 106 V/cm gebildet, insbesondere Diamant, Aluminium­ nitrid (AIN), Galliumnitrid (GaN), Indiumnitrid (InN) und vorzugsweise Siliciumcarbid (SiC), insbesondere der Polytypen 3C, 4H und/oder 6H.
Es ist nun wenigstens ein an den p-n-Übergang angrenzendes Kanalgebiet im ersten Halbleitergebiet des Schutzelements mit dem Silicium-Schaltelement elektrisch in Reihe zwischen die beiden Anschlüsse geschaltet. Das Schaltelement weist bei Be­ triebsspannungen einer vorgegebenen Polarität einen Durch­ lasszustand und einen Sperrzustand auf. Der p-n-Übergang des Schutzelements ist elektrisch zwischen die beiden Anschlüsse in Sperrrichtung für die Betriebsspannungen geschaltet. Wenn das Schaltelement in seinem Sperrzustand ist, schnürt die Verarmungszone des wenigstens einen p-n-Übergangs das Kanal­ gebiet im ersten Halbleitergebiet des Schutzelements ab. Da­ durch fällt im Sperrzustand des Schaltelements über der Ver­ armungszone des p-n-Übergangs bereits der größte Anteil der Betriebsspannung zwischen den beiden Anschlüssen ab. Aufgrund der hohen Durchbruchsfeldstärke von wenigsten 106 V/cm des für die Halbleitergebiete des p-n-Übergangs vorgesehenen Halbleiters kann der p-n-Übergang des Schutzelements deutlich höhere Sperrspannungen tragen als ein in Silicium gebildeter p-n-Übergang mit gleichen Ladungsträgerkonzentrationen und Abmessungen. Die Durchbruchsfeldstärke von Silicium liegt zum Vergleich bei etwa 2.105 V/cm. Das Silicium-Schaltelement muss deshalb nur für den übrigbleibenden Teil der Sperrspan­ nung zwischen den beiden Anschlüssen ausgelegt werden. Dies wiederum hat eine deutlich reduzierte Verlustleistung des Si­ licium-Schaltelements im Durchlassbetrieb zur Folge. Am p-n- Übergang des Schutzelements liegt ferner im anderen Schal­ tungszweig die gesamte Betriebsspannung zwischen den beiden Anschlüssen als Sperrspannung an. Im Durchlasszustand des Si­ liciumbauelements wird das Kanalgebiet im ersten Halbleiter­ gebiet des Schutzelements wieder geöffnet und es kann durch das Kanalgebiet nun ein elektrischer Strom zwischen den bei­ den Anschlüssen fließen.
Als Schaltelement wird ein Silicium-Leistungs-MOSFET, vor­ zugsweise vom Normally-off-Typ, oder auch ein MESFET (Metal- Semiconductor-Field-Effect-Transistor) vorgeschlagen. Das Schutzelement ist vorzugsweise als vertikaler JFET (Junction- Field-Effect-Transistor) ausgebildet. Die Source des JFET ist mit dem Drain des Silicium-MOSFET kurzgeschlossen. Das Drain des JFET ist mit dem zweiten Anschluss der elektronischen Schalteinrichtung elektrisch verbunden. Das Gate des JFET ist mit dem ersten Anschluss der elektronischen Schalteinrichtung und der Source des Silicium-MOSFET elektrisch kurzgeschlos­ sen. Mit einer solchen bekannten elektronischen Einrichtung, die als Hybrid-Leistungs-MOSFET oder Kaskodeschaltung bezei­ chenbar ist, können insbesondere Sperrspannungen bis zu 5000 V und Durchlassströme zwischen 5 A und 5000 A erreicht werden, wenn als Halbleitermaterial für die Schutzelement Siliciumcarbid (SiC) verwendet wird. Kombiniert man in einer weiteren Ausführungsform der aus DE 196 10 135 C1 bekannten elektronischen Einrichtung ein Schutzelement von einem IGBT- artigen Hybrid auf Basis von Siliciumcarbid (SiC) mit einem Silicium-MOSFET, so können Sperrspannungen von bis zu 10000 V und Nennströme zwischen 100 A und 1000 A erreicht werden.
Die weitere Druckschrift DE 198 33 214 C1 offenbart eine als Mesa-Struktur mit Epitaxie-Schichten aufgebaute JFET-Schutz­ element, vorzugsweise auf Basis von Siliciumcarbid (SiC), als Schaltelement. Diese hochsperrende JFET-Schutzelement wird besonders für Umrichteranwendungen für drehzahlveränderbare Antriebe oder als Wechselspannungsschalter von Motorabzweigen vorgeschlagen, bei denen die schaltenden Bauelemente "normal­ ly off" betrieben werden müssen, d. h. bei Stromausfall auto­ matisch in den sperrenden Zustand übergehen sollen. Dazu wird vorgeschlagen, die hochsperrende JFET-Schutzelement in einer Kaskodeschaltung mit einem Niedervolt-MOSFET bzw. Niedervolt- Smart-MOSFET zu verschalten, wobei der Niedervolt-FET in be­ kannter Silicium-Technologie hergestellt werden kann.
Sowohl mit der aus DE 196 10 135 C1 bekannten als auch bei der in der DE 198 33 214 C2 beschriebenen Kaskodeschaltung ist eine sogenannte eigensichere Schalteinrichtung verwirk­ licht, die sich und den Leitungsabzweig selbsttätig ohne eine zusätzliche Hilfsenergieversorgung schützt und Kurzschluss­ ströme oder Überlastströme auf den Sättigungsstrom des Schutzelements, insbesondere des JFET, begrenzt.
Ein Problem stellt bei der aus DE 196 10 135 C1 oder DE 198 33 214 C2 bekannten Schalteinrichtung die Tatsache dar, dass der beim Anlaufvorgang eines elektrischen Antriebs oder allgemein beim Einschalten eines Verbrauchers benötigte Anlaufstrom oder Einschaltstrom in einem Überlastbereich lie­ gen kann. Hier tritt also ein Fall einer zeitlich und in der Stromstärke begrenzten oder übersehbaren, regulären Überlast als normaler Betriebszustand auf, der im Gegensatz zu irregu­ lären Überlastfällen mit unvorhersagbarer Dauer und Über­ stromstärke zu tolerieren ist. In den letztgenannten irregu­ lären Überlastfällen soll nun aber das Schutzelement den Strom auf seinen Sättigungsstrom begrenzen, um Schäden am Verbraucher zu verhindern. Legt man deshalb das Schutzelement so aus, dass ein Überlastschutz vor irregulärer Überlastung erreicht wird, so können die vom Verbraucher benötigten An­ lauf- oder Einschaltströme von der Schalteinrichtung nicht bereitgestellt oder durchgeschaltet werden, wodurch wiederum ein ordnungsgemäßer Betrieb des Verbrauchers nicht möglich ist. Dimensioniert man dagegen umgekehrt das Schutzelement so, dass der Sättigungsstrom höher ist als der Anlaufstrom oder Einschaltstrom, so schützt das Schutzelement den Ver­ braucher und das Schaltelement nicht mehr in irregulären Überlastfällen, bei denen mit den Anlaufströmen oder Ein­ schaltströmen vergleichbare Überströme fließen. Das Schutz­ bauelement ist dann nur für den kurzzeitigen Anlauf- oder Einschaltbetrieb überzudimensionieren. Zum Schutz auch vor irregulären Überlastfällen ist außerdem eine zusätzliche Er­ kennungs- und Verarbeitungs-Baugruppe erforderlich, die sol­ che Überlastfälle getrennt vom Anlauf- oder Einschaltfall er­ fasst und beherrscht. Es wäre aber wünschenswert, mit einer einzigen Schutz- oder Schalteinrichtung sowohl die hohen Ströme beim Anlauf oder Einschalten als auch die Strombegren­ zung bei Überlast oder Kurzschluss zu beherrschen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schalteinrichtung anzugeben, bei denen die genannten Nachtei­ le beim Stand der Technik vermieden oder zumindest gemildert werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer Schalteinrichtung gemäß dem fa­ kultativ auf Anspruch 1 rückbezogenen Anspruch 33.
Die in den Ansprüchen 1 und 33 beanspruchte Erfindung geht aus von einer Schalteinrichtung mit wenigstens einem Schalt­ element, das zwischen einem ausgeschalteten Zustand und einem eingeschalteten Zustand hin und her schaltbar ist, im allge­ meinen über ein an wenigstens einem Schaltanschluss anliegen­ des entsprechendes Schaltsignal, und mit wenigstens einem Schutzelement, das zum Schaltelement elektrisch in Reihe ge­ schaltet ist und den elektrischen Strom, in einem strombe­ grenzenden Zustand (stromlimitierenden Zustand, Sättigungszu­ stand), auf einen Maximalstrom (Grenzstrom, Begrenzungsstrom, Sättigungsstrom) begrenzt. Das Schutzelement schützt durch diese Strombegrenzung das Schaltelement im eingeschalteten Zustand vor einer zu hohen thermischen Belastung in einem Ge­ fährdungsfall, bei dem zu hohe prospektive Überströme oder Kurzschlussströme durch das Schaltelement fließen würden und das Schaltelement durch die resultierende Joulesche Verlust­ wärme thermisch gefährden würden.
Die Erfindung beruht nun auf dem ersten Gedankenschritt, ein Schutzelement zu verwenden mit einem in seinem Wert steuerba­ ren (einstellbaren, veränderlichen) Maximalstrom und eine Steuerung (Einstellung) des Maximalstromes vorzusehen. Im allgemeinen hängt der Maximalstrom dann von einem an einem Steueranschluss des Schutzelements anliegenden, von Steuer­ mitteln erzeugten Steuersignal ab.
Die Erfindung beruht auf dem zweiten Gedankenschritt, die Steuerung des Maximalstromes so auszubilden, dass der Maxi­ malstrom des Schutzelements zu dem Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement in den eingeschalteten Zustand übergeht, oder eine vorgegebenen Zeitdauer nach diesem Einschaltzeitpunkt, wenigstens im zeitlichen Mittel wenigstens einen erhöhten (höheren, angehobenen) Wert annimmt, also erhöht (betragsmä­ ßig vergrößert) wird, falls der Maximalstrom vorher auf einem niedrigeren Wert lag, oder, falls der Maximalstrom sich vor­ her bereits auf einem erhöhten Wert befand, auf wenigstens einem erhöhten Wert gehalten wird. Damit tritt die strombe­ grenzende Wirkung des Schutzelements, gleichzeitig mit oder zeitversetzt zu dem Einschalten des Schaltelements, erst bei entsprechend größeren Strömen auf. Durch Anpassung des Maxi­ malstromes des Schutzelements können somit beim oder nach dem Einschalten des Schaltelements auftretende höhere Anlaufströ­ me oder Einschaltströme als reguläre Überlast zugelassen wer­ den.
Dabei genügt es, wenn der Maximalstrom nur im zeitlichen Mit­ tel höher liegt, da es bei der vom Schutzelement durchgelassenen elektrischen Energie nur auf das zeitliche Integral an­ kommt und deshalb kurzzeitig in einzelnen Zeitintervallen niedrigere Werte des Maximalstromes keine Rolle spielen, so­ lange diese niedrigeren Werte durch höhere Werte in anderen Zeitintervallen integral ausgeglichen werden. Dadurch sind neben einer einfachen Umschaltung zwischen zwei diskreten Werten des Maximalstromes, nämlich einem höheren Wert für den Startbetrieb und einem niedrigen Wert für den Dauerbetrieb, auch eine Vielzahl anderer zeitlicher Verläufe des Maximal­ stromes denkbar, beispielsweise kontinuierliche (stetige) und/oder monoton oder streng monoton ansteigende oder abfal­ lende und/oder mit einer superponierten Schwingung auf- oder absteigende zeitabhängige Verläufe.
Später, nach Beendigung eines Anlauf- oder Einschaltvorganges (Startbetriebs), werden auftretende Überströme in irregulären Überlastfällen wieder stärker begrenzt, indem der Maximal­ strom dann wieder so gesteuert wird, dass der Maximalstrom in einem niedrigeren Normalbereich liegt, also abgesenkt (ver­ ringert, erniedrigt) wird.
Durch diese Steuerung des Maximalstromes und damit der Strom­ tragfähigkeit des Schutzelements gemäß der Erfindung können also mit einer einzigen Schalteinrichtung aus einem Schalt­ element und einem Schutzelement sowohl ein Überlast- und Kurzschlussschutz als auch Anlauf- oder Einschaltvorgänge be­ rücksichtigt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Anwendungen der Schalteinrichtung und des Verfahrens ergeben sich aus den vom Anspruch 1 bzw. Anspruch 33 jeweils abhängigen Ansprü­ chen.
Der Maximalstrom kann in einer ersten Ausführungsform sprung­ haft auf einen einzigen, diskreten höheren Wert erhöht werden oder auch in einer zweiten, allgemeiner einsetzbaren Ausfüh­ rungsform auch gemäß einem vorgegebenen Zeitprofil, insbesondere als vorzugsweise stetige Funktion der Zeit, verändert werden, wobei die dann sich verändernden Werte des Maximal­ stromes zumindest überwiegend oder im zeitlichen Mittel über dem vor dem Einschalten des Schaltelements eingestellten Ma­ ximalstrom liegen sollen. Vorzugsweise wird der Maximalstrom des Schutzelements für eine vorgegebene oder vorgebbare Zeit­ dauer erhöht gehalten.
Diese vorgegebene oder vorgebbare Zeitdauer und/oder das vor­ gegebene Zeitprofil und/oder die Höhe des erhöhten Maximal­ stromes werden in der Regel den gewünschten entsprechenden Größen beim durch einen erhöhten Energiebedarf gekennzeichne­ ten Anlauf oder Start eines der Schalteinrichtung nachge­ schalteten elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Antriebs, angepasst, also das Zeitintervall der gewünschten Anlaufzeit oder Einschaltzeit (Startzeit), der erhöhte Wert des Maximalstromes dem Anlauf- oder Startstrom und das Zeitprofil ggf. einem zeitlich sich ändernden Ener­ giebedarf, um eine möglichst gute Anpassung zu erreichen. Die entsprechende Steuerung ist mit einer geeigneten Treiber­ schaltung als Steuermittel für das Schutzelement leicht zu realisieren.
Ein besonders einfacher Zeitverlauf für den Maximalstrom des Schutzelements ist ein binäres, sprunghaftes (kurze Schalt­ flanken) Umschalten zwischen genau einem niedrigeren Wert und genau einem erhöhten Wert. Es kann aber auch zwischen dem niedrigen und dem hohen Wert des Maximalstromes kontinuier­ lich (mit einer gewissen Zeitkonstante und größeren Über­ gangsbereichen) hin- und/oder hergeschaltet werden, insbeson­ dere beim Zurücksetzen des Maximalstromes auf den niedrigeren Wert.
Nach Beendigung der Phase, während der der Maximalstrom des Schutzelements erhöht wird oder ist, wird der Maximalstrom wieder reduziert. Der reduzierte Wert des Maximalstromes ist nun so gewählt, dass ein zuverlässiger Schutz vor irregulären Überströmen (Überlastschutz und Kurzschlussschutz) gewähr­ leistet ist. Dazu wird der wenigstens eine niedrigere Wert des Maximalstromes des Schutzelements dem maximal zulässigen Überstrom des elektrischen Verbrauchers im Betrieb nach Been­ digung des Anlaufes oder Startes des elektrischen Verbrau­ chers angepasst oder maximal so groß wie dieser gewählt.
Der wenigstens eine erhöhte Wert des Maximalstromes des Schutzelements ist vorzugsweise deutlich niedriger gewählt als ein prospektiver Kurzschlussstrom, um nicht während der Anlauf- oder Startphase, bei der das Schutzelement strom­ durchlässiger ist, von einem Kurzschluss überrascht zu wer­ den.
Das Verhältnis aus dem wenigstens einen erhöhten Wert und dem wenigstens einen niedrigeren Wert des Maximalstromes des Schutzelements ist vorzugsweise wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3.
Die Steuermittel können in einer bevorzugten Ausführungsform zur Bereitstellung des Steuersignals zur Erhöhung des Maxi­ malstromes des Schutzelements wenigstens einen aufladbaren Kondensator und vorzugsweise einen zugeschalteten, vorzugs­ weise parallelgeschalteten, Entladewiderstand umfassen. Der Kondensator wird nun beim oder nach dem Einschalten des Schaltelements gemäß einer vorgegebenen Zeitkonstante entla­ den und erzeugt dadurch ein entsprechend, im allgemeinen ex­ ponentiell, abfallendes Steuersignal für das Schutzelement. Später, vorzugsweise beim Ausschalten des Schaltelements oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Ausschal­ ten des Schaltelements, wird der Kondensator wieder aufgela­ den mittels einer Hilfsenergiequelle (Auflademittel).
Zum Trennen von Entladevorgang und Aufladevorgang sind in ei­ ner vorteilhaften Ausführungsform zwischen die Hilfsenergie­ quelle und den Kondensator ein Aufladeschalter und/oder zwi­ schen den Kondensator und den Steueranschluss des Schutzelements sowie auch den Entladewiderstand ein Entladeschalter geschaltet. Aufladeschalter und/oder Entladeschalter sind zu­ sammen mit dem Schaltelement schaltbar. Der Aufladeschalter ist dabei in seinem ausgeschalteten Zustand und/oder der Ent­ ladeschalter, gegebenenfalls mit einer vorgegebenen Zeitver­ zögerung, in seinem eingeschalteten Zustand, wenn das Schalt­ element in seinem eingeschalteten Zustand ist. Ist das Schaltelement dagegen in seinem ausgeschalteten Zustand, so sind der Aufladeschalter in seinem eingeschalteten Zustand und/oder der Entladeschalter in seinem ausgeschalteten Zu­ stand. Für dieses gemeinsame Schalten von Aufladeschalter und/oder Entladeschalter mit dem Schaltelement sind die Schaltsignalerzeugungsmittel, die am Schaltanschluss des Schaltelements ein Schaltsignal zum Umschalten des Schaltele­ ments anlegen, auch mit zugehörigen Schalteranschlüssen von Entladeschalter und Aufladeschalter verbunden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Aufladeschalter und/oder der Entladeschalter der Steuermittel wenigstens einen Transistor, vorzugsweise einen MISFET (Metall-Insulator-Semiconductor-Field-Effect-Transistor), insbesondere einen MOSFET. Das Schaltsignal ist dann ein Steuerpotential oder eine Steuerspannung zwischen Gate und Source. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines selbstsperrenden (normally-off) MISFET oder MOSFET (Anreiche­ rungstyp). Ein solcher selbstsperrender MISFET ist bei einer Steuerspannung von 0 V im sperrenden (ausgeschalteten) Zu­ stand und benötigt zum Einschalten oder Übergang in den Durchlasszustand eine aktive Schalt- oder Steuerspannung, die betragsmäßig größer als 0 V ist und im allgemeinen oberhalb einer Schwellspannung liegen muss.
Der Steuertransistor kann auch ein (stromgesteuerter) bipola­ rer Transistor (vom npn- oder pnp-Typ) oder ein (spannungsge­ steuerter) IGBT (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor) sein. Ferner kann als Steuerschalter auch ein anderes schaltfähiges Bauelement oder Halbleiterbauelement verwendet werden, beispielsweise ein Thyristor oder ein MCT (MOS-Controlled- Thyristor).
Besonders geeignet als Schutzelement ist ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement, das ein Sättigungsverhalten zeigt, bei dem also in der Strom-Span­ nungs-Kennlinie im Durchlassbereich der Strom sich bei stei­ gender Spannung einem Sättigungsstrom (maximalen Stromwert) als Maximalstrom nähert oder diesen annimmt. Der Maximalstrom oder Sättigungsstrom des Schutzelements ist vorzugsweise kleiner, beispielsweise um einen Faktor von wenigstens 2 oder sogar wenigstens 3, als der thermische Grenzstrom des Schalt­ elements. Der thermische Grenzstrom ist der maximal zulässige Strom, bei dem noch keine thermische Zerstörung stattfindet. Das Schutzelement übernimmt durch seine stromlimitierende Ei­ genschaft in einem Überlast- oder Kurzschlussfall (Gefähr­ dungsfall) den überwiegenden Anteil der an der Reihenschal­ tung abfallenden Betriebsspannung und entsprechend auch den überwiegenden Anteil der Jouleschen Verluste. Bei im Normal­ betrieb (Nennbetrieb, Dauerbetrieb) betriebenem Verbraucher ohne Überlast und Kurzschluss und den entsprechenden, deut­ lich geringeren Nennströmen soll das Schutzelement dagegen möglichst geringe Durchlassverluste haben. Das Verhältnis aus der am Schutzelement abfallenden Spannung und der am Schalt­ element abfallenden Spannung und somit auch das Verhältnis aus der im Schutzelement freiwerdenden Jouleschen Verlust­ leistung und der im Schaltelement freiwerdenden Jouleschen Verlustleistung ist deshalb im Nennbetrieb deutlich kleiner gewählt als im Gefährdungsfall oder, anders ausgedrückt, der Anteil des vom Schutzelement übernommenen Spannungsabfalls und damit der Jouleschen Wärmeleistung nimmt wegen der Strom­ begrenzung im Gefährdungsfall gegenüber dem Nennbetrieb ent­ sprechend stark zu. Es kann insbesondere auch der absolute Wert des am Schaltelements abfallenden Teils der Betriebs­ spannung unterhalb eines vorgegebenen Maximalwertes, bei­ spielsweise 100 V oder auch 50 V, gehalten werden.
Da das Schutzelement im Gefährdungsfall und auch in der An­ lauf- oder Startphase somit eine möglichst hohe thermische Belastbarkeit aufweisen sollte, ist das elektronische Schutz­ element vorzugsweise auf Basis wenigstens eines Halbleiters gebildet, der eine Durchbruchsfeldstärke von wenigstens 106 V/cm und/oder einen Bandabstand von wenigstens 2 eV umfasst und somit zum Sperren höherer Spannungen geeignet ist. Da­ durch kann das Schutzelement einen besonders hohen Anteil der Betriebsspannung im Gefährdungsfall tragen oder bei vorgege­ benem Maximalstrom der Strombegrenzung für höhere Betriebs­ spannungen eingesetzt werden. Geeignete Halbleitermaterialien sind Siliciumcarbid (SiC), insbesondere vom β-Polytyp (3C)-, oder von einem α-Polytyp, beispielsweise 15R-, 4H- oder 6H- Polytyp, Galliumnitrid (GaN), Diamant, Aluminiumnitrid (AlN) und Indiumnitrid (InN). Das bevorzugte Halbleitermaterial ist Siliciumcarbid (SiC) wegen seiner extrem niedrigen Eigenla­ dungsträgerkonzentration, seiner hohen Durchbruchsfestigkeit, geringen Verlustleistung, hohen Temperaturbeständigkeit, che­ mischen Resistenz und hohen Wärmeleitfähigkeit. Das Schutz­ element kann aber auch aus einem anderen Halbleiter, bei­ spielsweise Silicium, gebildet sein.
Auch das Schaltelement ist vorzugsweise mit einem Halbleiter­ bauelement gebildet. Da für das Schaltelement ein möglichst gutes Schaltverhalten im Vordergrund steht und weniger die Spannungsfestigkeit, die vom Schutzelement weitgehend über­ nommen wird, wird das elektronische Schaltelement vorzugswei­ se auf Basis eines oder mehrerer Halbleiter aus der Silicium (Si), Galliumarsenid (GaAs) und Germanium (Ge) umfassenden Gruppe von Halbleitern aufgebaut. Grundsätzlich ist auch SiC als Halbleitermaterial für das Schaltelement möglich.
Das Schutzelement kann die anliegende Sperrspannung über we­ nigstens einen in Sperrrichtung betriebenen p-n-Übergang und/oder wenigstens einen Schottky-Übergang tragen, bei denen jeweils die Bildung von Verarmungszonen zum Sperren der Span­ nung charakteristisch ist.
Bevorzugte Bauelementstrukturen für das Schutzelement und/ oder das Schaltelement sind JFET(Junction-Field-Effect- Transistor)-, MESFET(Metall-Semiconductor-Field-Effect- Transistor)- und/oder MISFET-, insbesondere MOSFET-, Struktu­ ren.
In einer besonders vorteilhaften Kombination ist das Schutz­ element mit einer JFET-Struktur oder einer MESFET-Struktur und das Schaltelement mit einer MISFET-Struktur ausgestattet. Es sind dann in der Arbeitsschaltung der Gateanschluss der JFET-Struktur oder MESFET-Struktur des Schutzelements, vor­ zugsweise über den Entladewiderstand in Abwandlung zur be­ kannten Kaskodeschaltung, mit dem Sourceanschluss der MISFET- Struktur des Schaltelements verbunden und der Sourceanschluss der JFET-Struktur oder MESFET-Struktur des Schutzelements mit dem Drainanschluss der MISFET-Struktur des Schaltelements verbunden.
Die Schalteinrichtung ist in einer vorteilhaften Anwendung in einen Leitungsabzweig, insbesondere einen Leitungsabzweig ei­ nes elektrischen Versorgungsnetzes wie eines Niederspannungs­ netzes (typischerweise zwischen 230 V und 690 V Effektiv­ wert), vor einen elektrischen Verbraucher geschaltet und schaltet einerseits die Nennströme für den Verbraucher und trennt andererseits den Verbraucher im Überlastfall oder Kurzschlussfall rechtzeitig von dem Netz und verhindert so Schäden am Verbraucher. Wenn die an der Reihenschaltung aus Schaltelement und Schutzelement anliegende Betriebsspannung eine zeitlich veränderliche, in der Polarität wechselnde (al­ ternierende), beispielsweise periodisch alternierende, Span­ nung (Wechselspannung), wie sie üblicherweise von elektri­ schen Energieversorgungsnetzen oder elektrischen Generatoren bereitgestellt wird, ist, so werden vorzugsweise zwei Schalt­ einrichtungen gemäß der Erfindung antiseriell, also in Reihe mit entgegengesetzter Schaltrichtung oder Polarität, in den Leitungsabzweig geschaltet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
Fig. 1 eine Ausführungsform einer Schalteinrichtung mit einem Schutzelement mit steuerbarem Sättigungsstrom und
Fig. 2 ein Diagramm mit Strom-Spannungs-Kennlinien mit ver­ schiedenen Sättigungsströmen des Schutzelements gemäß Fig. 1
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile oder Größen sind in den Fig. 1 und 2 mit denselben Be­ zugszeichen versehen.
Die Schalteinrichtung gemäß Fig. 1 umfasst eine Kaskodeschal­ tung aus einem JFET, vorzugsweise einem vertikalen JFET oder V-JFET, als Schutzelement 3 und einem MOSFET als Schaltele­ ment 2. Die Source 2B des MOSFET-Schaltelements 2 ist mit ei­ nem mit dem Anschluss 20 verbundenen Schaltpunkt 22, die Drain 2A des MOSFET-Schaltelements 2 mit der Source 3B des JFET-Schutzelements 3 und die Source 3A des JFET-Schutzele­ ments 3 mit dem Anschluss 30 verbunden. Das Gate (Steueran­ schluss) 3C des JFET-Schutzelements 3 ist mit einem Schalt­ punkt 43 verbunden, der über einen zwischengeschalteten Ent­ ladewiderstand R3 mit einem Schaltpunkt 23 verbunden ist, der wiederum mit dem Schaltpunkt 22 kurzgeschlossen ist. Es sind also die Source-Drain-Strecken des JFET-Schutzelements 3 und des MOSFET-Schaltelements 2 in Reihe zueinander geschaltet und diese Reihenschaltung zur Reihenschaltung aus Source- Gate-Strecke des JFET-Schutzelements 3 und Entladewiderstand R3 parallel zwischen die Anschlüsse 20 und 30 geschaltet.
Die Schaltpunkte 22 und 23 und die weiteren Schaltpunkte 24 und 25 liegen elektrisch ebenso wie der Anschluss 20 auf gleichem Potential P0. Der zweite Anschluss 30 liegt auf ei­ nem Potential P1. Zwischen den zwei elektrischen Anschlüssen 20 und 30 ist eine Betriebsspannung UB = P1 - P0 angelegt oder anlegbar. Das Potential P0, ist im allgemeinen im wesentlichen konstant, insbesondere Erd- oder Massepotential, während das Potential P1 der aktiven Phase entspricht.
Das am Gate 3C des JFET-Schutzelements 3 anliegende Steuerpo­ tential ist mit PS bezeichnet, die über dem Entladewiderstand R3 abfallende Spannung als Steuerspannung des JFET-Schutzele­ ments 3 mit US = PS - P0.
An das Gate 2C des MOSFET-Schaltelements 2 ist ein Schaltpo­ tential PE eines Schalteingangs 40 angelegt. Die Gate-Source- Spannung des MOSFET-Schaltelements 2 ist die entsprechende Schaltspannung UE = PE - P0 zum Schalten des mit dem MOSFET gebildeten Schaltelements 2. Das MOSFET-Schaltelement 2 ist vom selbstsperrenden Typ (normally-off-Typ), so dass bei ei­ ner Schaltspannung UE = 0 Volt (V) das MOSFET-Schaltelement 2 im ausgeschalteten Zustand ist und erst bei einer Schaltspan­ nung UE, die größer als ein bestimmter Schwellwert liegt, das MOSFET-Schaltelement 2 aufgesteuert wird und in seinen lei­ tenden oder eingeschalteten Zustand übergeht.
Bei eingeschaltetem Schaltelement 2 wird durch Ladungsträger­ injektion auch der Sperrzustand im Kanalgebiet des JFET- Schutzelements 3 aufgehoben und es kann ein Betriebsstrom IB durch die Reihenschaltung aus JFET-Schutzelement 3 und MOSFET-Schaltelement 2 fließen.
Diese Kaskodeschaltung gemäß Fig. 1 unterscheidet sich von der in DE 196 10 135 C1 beschriebenen bekannten Kaskodeschaltung in dem zwischen Gate 3C des JFET-Schutzelements 3 und die Source 2B des MOSFET-Schaltelements 2 geschalteten Entladewi­ derstand R3. Ausführungsbeispiele für den JFET-Schutzelement 3 sind in der DE 196 10 135 C1 und auch in der DE 198 33 214 C1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt beider Druckschriften DE 196 10 135 C1 und DE 198 33 214 C1 wird in den Inhalt der vorliegenden Anmeldung miteinbezogen.
Das Verhalten des Schutzelements (JFET) 3 bei Anliegen einer Betriebsdurchlassspannung UB zwischen Drain 3A und Source 3B ist abhängig von dem durch das JFET-Schutzelement 3 fließen­ den elektrischen Betriebsstrom IB sowie der am Gate 3C anlie­ genden Steuerspannung US, die unmittelbar korreliert ist zur Gate-Source-Spannung des JFET-Schutzelements 3.
Verschiedene Strom-Spannungs-Kennlinien des JFET-Schutz­ elements 3 für unterschiedliche Steuerspannungen US sind in Fig. 2 dargestellt. In dem Diagramm gemäß Fig. 2 ist der zwi­ schen Drain 3A und Source 3B durch das JFET-Schutzelement 3 fließende Betriebsstrom IB in Abhängigkeit von der zwischen Drain 3A und Source 3B anliegenden Drain-Source-Spannung UB gezeigt. Es sind eine Kennlinie K0 für die Funktion IB(UB) bei einer Steuerspannung US = 0 V, eine zweite Kennlinie K1 für die Funktion IB(UB) bei einer Steuerspannung US = US1 < 0 V und eine dritte Kennlinie K2 bei einer Steuerspannung US = US2 < US1 gezeigt.
Bei normalen Betriebsströmen (Nennströmen) im Nennbetrieb hat das JFET-Schutzelement 3 einen niedrigen Durchlasswiderstand und eine praktisch lineare ohmsche Kennlinie. Dieser ohmsche Bereich reicht bei der Kennlinie K0 von UB = 0 V bis etwa UB = U0, bei der Kennlinie K1 von UB = 0 V bis etwa UB = U1 und bei der Kennlinie K2 von UB = 0 V bis etwa UB = U2. Es ist zu er­ kennen, dass die obere Intervallgrenze des ohmschen Bereiches mit steigender Steuerspannung US ebenfalls zunimmt, also gilt U2 < U1 < U0.
Bei weiter steigendem Betriebsstrom IB bzw. weiter steigendem Betriebsspannungsanteil UB am JFET-Schutzelement 3 nimmt die Ausdehnung der Verarmungszone des oder der p-n-Übergänge zu und damit die Stromtragfähigkeit des Kanalgebietes des JFET- Schutzelements 3 ab. Der Durchlasswiderstand nimmt dadurch zu und die Steigung der Kennlinie immer mehr ab. Bei Erreichen eines bestimmten kritischen Stromwertes (Sättigungsstrom) geht das JFET-Schutzelement 3 durch vollständige Abschnürung des Kanalgebietes in Sättigung und bleibt bei gleichbleiben­ der oder auch weiter steigender Spannung auf dem Sättigungs­ stromwert als Maximalstrom Imax. Dieser Sättigungsstrom Imax nimmt mit steigender Steuerspannung US zu und ist bei der Kennlinie K0 mit Imax0, bei der Kennlinie K1 mit Imax1 und bei der Kennlinie K2 mit Imax2 bezeichnet. Es gilt also Imax0 < Imax1 < Imax2.
Das JFET-Schutzelement 3 begrenzt somit den fließenden Strom auf einen Maximalstrom Imax, der von dem am Steueranschluss (Gate) 3C des Schutzelements 3 anliegenden Steuersignal (Po­ tential) PS und der entsprechenden Steuerspannung US abhängt. Diese stromlimitierende Eigenschaft wird für die Überstrom- Schutzfunktion ausgenutzt. Der Maximalstrom Imax des Schutz­ elements 3 wird dazu typischerweise auf einen maximal erlaub­ ten Überlaststrom eines nicht dargestellten elektrischen Verbrauchers eingestellt, der der Schalteinrichtung am An­ schluss 30 nachgeschaltet wird oder ist. Dadurch schützt das Schutzelement 3 den elektrischen Verbraucher sowie das Schaltelement 2 vor nicht vorhergesehenen, im Dauerbetrieb möglicherweise auftretenden Überlastsituationen (irreguläre Überlastfälle) und Kurzschlusssituationen.
Jedoch treten beim Anlaufbetrieb eines elektrischen Motors oder Antriebs oder allgemein im Einschalt- oder Starbetrieb eines elektrischen Verbrauchers deutlich über den Nennströmen im Dauerbetrieb liegende Anlaufströme oder Startströme auf, um dem Antrieb bzw. Verbraucher eine höhere Energie zur Ver­ fügung zu stellen. Diese Anlaufströme oder Startströme liegen häufig über den maximal erlaubten Überlastströmen im Dauerbe­ trieb, stellen also eigentlich nicht erlaubte Überströme dar. Das Schutzelement 3 würde deshalb bei einem festeingestellten Maximalstrom die erforderlichen Anlaufströme oder Startströme gar nicht zulassen, so dass ein ordnungsgemäßer Anlauf- oder Startbetrieb für den Antrieb bzw. Verbraucher behindert oder gar ausgeschlossen wäre.
Aus diesem Grund wird gemäß der Erfindung während des Anlauf­ vorganges oder Startvorganges des elektrischen Verbrauchers temporär der Maximalstrom Imax des Schutzelementes 3 (Sätti­ gungsstrom des JFET) erhöht, um die höheren Anlaufströme oder Startströme durchzulassen. Dazu wird über ein einstellbaren und der jeweiligen Anwendung entsprechenden Zeitraum das Gate 3C des JFET-Schutzelements 3 positiv vorgespannt, also ein Steuerpotential PS < F0 oder eine Steuerspannung US < 0 V an­ gelegt. Dies führt, wie anhand des Diagramms in Fig. 2 bereits erläutert wurde, zu einer deutlichen Erhöhung des Sättigungs­ stromes oder Maximalstromes Imax und senkt darüber hinaus die Verluste im Schutzelement 3 während des Anlauf- oder Start­ vorganges wegen dessen niedrigerem Durchlasswiderstand (Ein- Widerstand). Nach Abschluss des Anlauf- oder Startprozesses wird das JFET-Schutzelement 3 auf seine normale Kennlinie zu­ rückgesetzt, in dem die Gate-Spannung US wieder auf 0 V (Volt) zurückgeführt wird, und kann dann weitere kritische Zustände im Normalbetrieb (Nennbetrieb) sicher abfangen. Da­ durch müssen die Bauelemente für das Schutzelement 3 und das Schaltelement 2 nicht mehr überdimensioniert werden, da der Abstand von Nennstrom zu Anlaufstrom bzw. Startstrom verrin­ gert wird.
Fig. 1 zeigt eine spezielle, durch ihren einfachen Aufbau be­ stechende Schaltung zur Erzeugung eines Steuerpotentials PS am Steueranschluss 3C des Schutzelements 3 zur Erhöhung des Maximalstromes (Sättigungsstromes) Imax des Schutzelements (JFET) 3. Die Steuerschaltung legt an den Steueranschluss 3C (Gate) des JFET-Schutzelements 3 zur Anhebung des Maximal­ stromes Imax ein positives Steuerpotential PS oder eine posi­ tive Steuerspannung US an. Außer der Steuerschaltung gemäß Fig. 1 sind aber grundsätzlich auch andere Steuerschaltungen oder Treiberschaltungen möglich, um zusätzlichen Strom über das Gate 3C des JFET-Schutzelements 3 bereitzustellen. Die Steuerschaltung gemäß Fig. 1 ist nun wie folgt aufgebaut.
An dem Schaltpunkt 43, der mit dem Steueranschluss 3C des Schutzelements 3 direkt verbunden ist, sind parallel zueinan­ der der Entladewiderstand R3 und ein Entladeschalter 4 ange­ schlossen. Als Entladeschalter 4 ist ein selbstsperrender MOSFET vorgesehen, dessen Drain 4B mit dem Schaltpunkt 43 verbunden ist und dessen Source 4A mit einem weiteren Schalt­ punkt 44 verbunden ist. Zwischen diesen weiteren Schaltpunkt 44 und den Schaltpunkt 24, der auf dem Potential P0 liegt, ist ein Steuerkondensator C geschaltet. Ebenfalls mit dem Schaltpunkt 44 elektrisch verbunden ist ein Aufladeschalter 5, der vorzugsweise als selbstleitender MOSFET ausgebildet ist und mit seinem Drain 5B mit dem Schaltpunkt 44 sowie mit seiner Source 5A mit einem weiteren Schaltpunkt 45 elektrisch verbunden ist. Auf den Schaltpunkt 45 ist über einen Ein­ gangswiderstand R1 ein Eingangspotential PS' geschaltet, das an einem Steuereingang 31 als Hilfsenergie anliegt. Die zwi­ schen dem Steuereingang 31 und dem Schaltpunkt 26, der auf dem Potential P0 liegt, anliegende Eingangsspannung ist US' = PS' - P0. Die Eingangsspannung US' kann beispielsweise +12 V betragen. Die über den Schaltpunkt 45 miteinander verbundenen Eingangswiderstand R1 und Entkopplungswiderstand R2 bilden einen Spannungsteiler, über den am Entkopplungswiderstand R2 eine niedrigere Spannung, beispielsweise 2,5 V, anliegt.
Es ist nun das Schaltpotential PE am Schalteingang 40, das am Schaltanschluss 2C des Schaltelements 2 anliegt, über einen Schaltpunkt 41 sowie einen weiteren Schaltpunkt 42 auch pa­ rallel an den Steueranschluss 5C des Aufladeschalters 5 sowie den Steueranschluss 4C des Entladeschalters 4 angeschlossen. Zwischen dem Schaltpunkt 42 und dem Steueranschluss 4C des Entladeschalters 4 kann außerdem, wie dargestellt, ein Verzö­ gerungsglied 6 geschaltet sein.
Wenn die Schaltspannung UE, die der Gate-Source-Spannung des MOSFET-Schaltelements 2 entspricht, unterhalb der Schwell­ spannung des MOSFET-Schaltelements 2 liegt, insbesondere also 0 V, beträgt, so ist das Schaltelement 2 in seinem ausgeschalteten Zustand und, spätestens nach Ablauf der durch das Verzögerungsglied 6 bewirkten Zeitverzögerung, auch der Ent­ ladeschalter 4 in seinem sperrenden Zustand. Für den selbst­ leitenden Aufladeschalter 5 ist dagegen das gleiche Steuerpo­ tential PE, das für den Entladeschalter 4 ein Ausschaltsignal ist, ein Einschaltsignal. Der Aufladeschalter 5 ist deshalb in seinem leitenden oder eingeschalteten Zustand, wenn auch das Schaltelement 2 im ausgeschalteten Zustand ist. Dadurch ist zwischen den Anschlüssen 5A und 5B des Aufladeschalters 5 eine leitende Verbindung hergestellt, so dass über den Steu­ ereingang (Hilfsenergiequelle) 31 der Steuerkondensator C aufgeladen wird, bis die an dessen Kondensatorflächen anlie­ gende Spannung der über dem Entkopplungswiderstand R2 abfal­ lenden Spannung entspricht.
Wenn nun das Schaltpotential PE am Schalteingang 40 umschal­ tet auf einen Wert, bei dem die Schaltspannung UE größer als die Schwellspannung des Schaltelements 2 ist, so wird das Schaltelement 2 eingeschaltet und zugleich der Aufladeschal­ ter 5 abgeschaltet. Die Kennlinie des Aufladeschalters 5 ist entsprechend gewählt, so dass das gleiche Schaltpotential PE, das das MOSFET-Schaltelement 2 aufsteuert, den MOSFET-Auf­ ladeschalter 5 ausschaltet, so dass der Aufladeschalter 5 die Schaltpunkte 45 und 44 voneinander entkoppelt. Zugleich schaltet das Schaltpotential PE, das das Schaltelement 2 ein­ schaltet, auch über das Verzögerungsglied zeitverzögert den Entladeschalter 4 ein. Die Zeitverzögerung über den Verzöge­ rungsbaustein 6 ist nicht unbedingt erforderlich, gewährleis­ tet aber eine saubere Trennung zwischen dem Ausschalten des Aufladeschalters 5 und dem Einschalten des Entladeschalters 4. Da nunmehr der Entladeschalter 4 in seinem leitenden Zu­ stand ist, ist zwischen den Anschlüssen 4A und 4B des Entla­ deschalters 4 eine leitende Verbindung zwischen den Schalt­ punkten 44 und 43 hergestellt. Die auf dem Kondensator C ge­ speicherten Ladungen können nun über den Entladewiderstand R3 abfließen. Diese Entladung des Steuerkondensators C führt zu einem Steuerpotential PS am Steueranschluss 3C des Schutzelements 3 und einer entsprechenden Steuerspannung US = PS - P0. Durch die Wahl der Kapazität des Steuerkondensators C und des elektrischen Widerstandswertes des Entladewiderstandes R3 kann die Entladezeit und damit der zeitliche Verlauf des Steuerpotentials PS am Steueranschluss 3C des Schutzelements 3 eingestellt werden. Das gegenüber P0 positive Steuerpoten­ tial PS führt nun zu einer Aufsteuerung der Verarmungszone und einer Erweiterung des Kanalgebietes des JFET-Schutzele­ ments 3, so dass der zwischen den Anschlüssen 3A und 3B des JFET-Schutzelements 3 fließende Betriebsstrom IB größere Wer­ te annehmen kann. Zugleich wird der Sättigungsstrom oder Ma­ ximalstrom Imax des JFET-Schutzelements 3 erhöht und der ohm­ sche Bereich und damit der Durchlasswiderstand für unter dem Sättigungsstrom liegende Ströme verringert.
Mit anderen Worten ist also im ausgeschalteten Zustand des Schaltelements 2 der Aufladeschalter 5 geöffnet und über den Spannungsteiler mit R1 und R2 wird der Steuerkondensator C geladen. Der Entladeschalter 4 ist geschlossen, so dass das Gate 3C des JFET-Schutzelements 3 über den Entladewiderstand R3 auf dem vorzugsweise konstanten Potential P0 liegt. Wird nun die Kaskode eingeschaltet, also das Schaltelement 2 in seinen eingeschalteten Zustand gebracht, so schließt der Auf­ ladeschalter 5 und entkoppelt den Spannungsteiler R1 und R2 von dem Steuerkondensator C. Über den Verzögerungsbaustein 6 wird der Entladeschalter 4 geöffnet. Damit liegt der Steuer­ kondensator C am Gate 3C des JFET-Schutzelements 3 an und spannt dieses vor. Über die RC-Zeitkonstante aus dem Entlade­ widerstand R3 und dem Steuerkondensator C entlädt sich der Steuerkondensator C und senkt die Vorspannung langsam ab. Durch eine geeignete Wahl des Entladewiderstandes R3 und des Steuerkondensators C kann die gewünschte Zeit den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen verschiedene Ansteuerungen des Maxi­ malstromes Imax des JFET-Schutzelements 3 gemäß Fig. 1 und da­ mit dessen Kennlinie gemäß Fig. 2. In den Diagrammen gemäß Fig. 3 und 4 ist der Maximalstrom (Sättigungsstrom) Imax des JFET- Schutzelements 3 als Funktion der Zeit t dargestellt. In Fig. 3 ist mit einer durchgezogenen Linie ein zeitlicher Verlauf (Zeitprofil) T1 und mit einer strichpunktierten Linie ein zweiter zeitlicher Verlauf T2 für den Maximalstrom Imax = I­ max(t) gezeigt. In Fig. 4 ist ein einziger zeitlicher Verlauf T3 veranschaulicht.
Vor einem Einschaltzeitpunkt t0, zu dem das Schaltelement 2 eingeschaltet wird, ist der Maximalstrom Imax bei allen drei Steuerkennlinien T1, T2 und T3 auf seinem Wert Imax0, die Steuerspannung Us für das JFET-Schutzelement 3 also 0 V. Zu dem Einschaltzeitpunkt t0 oder kurz danach wird der Maximal­ strom Imax sprunghaft oder zumindest sehr schnell auf den hö­ heren Wert Imax2 erhöht, indem die Steuerspannung Us für das JFET-Schutzelement 3 auf den Wert US2 < 0 V erhöht wird.
Gemäß dem Zeitprofil T1 in Fig. 3 fällt nun der Maximalstrom Imax wieder exponentiell ab, bis beim Zeitpunkt t1 wieder der alte niedrige Wert Imax0 erreicht ist. Dieser Verlauf T1 ent­ spricht im wesentlichen einer Ansteuerung gemäß Fig. 1 mit ei­ nem sich entladenden Kondensator.
Gemäß dem zeitlichen Verlauf T2 in Fig. 3 wird der Maximal­ strom Imax auf seinem erhöhten Wert Imax2 gehalten und dann beim Zeitpunkt t1 wieder sprunghaft auf den niedrigen Wert Imax0 erniedrigt. Dieser Verlauf T2 ist also im wesentlichen binär.
Beim zeitlichen Verlauf T3 gemäß Fig. 4 wird dagegen der der Maximalstrom Imax auf seinem erhöhten Wert Imax2 bis zu einem Zeitpunkt t1 gehalten, dann auf den Zwischenwert Imax1 ernied­ rigt und erst zum Zeitpunkt t2 wieder auf den ursprünglichen niedrigen Wert Imax0 zurückgeführt.
Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 und 4 wird nach dem Einschalten des Schaltelements 2 die Stromdurchlässigkeit des Schutzelements 3 erhöht und dadurch die schraffiert ein­ gezeichnete erhöhte maximale Ladungsmenge und damit elektri­ sche Energie durchgelassen. Durch Anpassung des Zeitinter­ valls t2 - t1 sowie der Werte Imax0 bis Imax2 können die beim Anlaufvorgang eines elektrischen Verbrauchers erforderlichen Ströme erlaubt werden und nach Abschluss des Anlaufvorganges wieder Überströme begrenzt werden.
Das Schutzelement 3 ist in allen Ausführungsformen aufgrund seiner genannten Eigenschaften vorzugsweise spannungsfester ausgebildet als das Schaltelement 2 und dazu vorzugsweise mit einem Halbleitermaterial mit einem hohen Bandabstand von we­ nigstens 2 eV oder einer hohen Durchbruchsfeldstärke von we­ nigstens 1.000.000 V/cm gebildet. Das bevorzugte Halbleiter­ material für das Schutzelement 3 ist, im allgemeinen einkri­ stallines, Siliciumcarbid (SiC), insbesondere eines oder meh­ rerer vorgegebener Polytypen wie dem β-Polytyp (3C-Polytyp) oder einem α-Polytyp, z. B. dem 4H-, 6H- oder 15R-Polytyp. Das Schutzelement 3 kann aber auch aus einem anderen Halblei­ termaterial bestehen, insbesondere Silicium, und wird dann entsprechend dimensioniert. Als Schutzelement 3 kommt außer einem JFET auch ein MESFET und, eingeschränkt, auch ein MOSFET oder IGBT in Betracht.
Im allgemeinen ist das Schaltelement 2 ein Halbleiterbauele­ ment auf Basis von Silicium (Si) ausgebildet und kann außer als MOSFET auch als MESFET, Thyristor, IGBT oder MCT ausge­ bildet sein.

Claims (42)

1. Schalteinrichtung umfassend
  • a) wenigstens ein Schaltelement (2) mit einem ausge­ schalteten Zustand und einem eingeschalteten Zu­ stand, sowie
  • b) wenigstens ein Schutzelement (3), das zum Schaltele­ ment elektrisch in Reihe geschaltet ist und den e­ lektrischen Strom auf einen Maximalstrom begrenzt, und
  • c) Steuermittel (4, 5, C, R3, 31), die den Maximalstrom des Schutzelements
    • 1. bei, oder zeitverzögert zu dem Einschalten des Schaltelements wenigstens im zeitlichen Mittel auf wenigstens einen erhöhten Wert und
    • 2. anschließend wieder auf wenigstens einen niedrigeren Wert
steuern.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuer­ mittel den Maximalstrom für ein vorgegebenes oder vor­ gebbares Zeitintervall erhöhen oder auf dem wenigstens einen erhöhten Wert halten.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, bei der das Zeitin­ tervall, während dem die Steuermittel den wenigstens ei­ nen erhöhten Wert des Maximalstromes des Schutzelements aufrechterhalten, der beim Anlauf oder Start eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektri­ schen Antriebes, benötigten Anlaufzeit oder Startzeit angepasst oder anpassbar ist.
4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der die Steuermittel den Maximalstrom des Schutzelements zwischen genau einem niedrigeren Wert und genau einem erhöhten Wert steuern.
5. Schalteinrichtung nach Anspruch 4, bei der die Steuer­ mittel den Maximalstrom des Schutzelements zwischen dem erhöhten Wert und dem niedrigeren Wert oder zwischen dem niedrigeren Wert und dem erhöhten Wert diskontinuier­ lich, insbesondere sprunghaft, steuern.
6. Schalteinrichtung nach Anspruch 4, bei der die Steuer­ mittel den Maximalstrom des Schutzelements zwischen dem erhöhten Wert und dem niedrigeren Wert oder zwischen dem niedrigeren Wert und dem erhöhten Wert kontinuierlich steuern.
7. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der die Steuermittel den Maximalstrom des Schutzelements gemäß einem vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen Verlauf erhöhen oder erhöht halten.
8. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der der wenigstens eine erhöhte Wert bzw. der zeitliche Verlauf des Maximalstromes des Schutzelements dem beim Anlauf oder Start eines elektrischen Verbrau­ chers, insbesondere eines elektrischen Antriebes, benö­ tigten Anlaufstrom oder Startstrom bzw. dessen zeitli­ chem Verlauf angepasst ist.
9. Schalteinrichtung nach Anspruch 8, bei der der wenigs­ tens eine niedrigere Wert des Maximalstromes des Schutz­ elements dem maximal zulässigen Überstrom des elektri­ schen Verbrauchers im Betrieb nach Beendigung des Anlau­ fes oder Startes des elektrischen Verbrauchers angepasst ist.
10. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der der wenigstens eine erhöhte Wert des Maxi­ malstromes des Schutzelements deutlich niedriger liegt als ein prospektiver Kurzschlussstrom.
11. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der der wenigstens eine erhöhte Wert des Maxi­ malstromes des Schutzelements um wenigstens einen Faktor 2, vorzugsweise um wenigstens einen Faktor 3, größer ist als der wenigstens eine niedrigere Wert.
12. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das wenigstens eine Schutzelement einen Steueranschluss (3C) aufweist und die Steuermittel ein Steuersignal (PS) an den Steueranschluss des Schutzele­ ments anlegen.
13. Schalteinrichtung nach Anspruch 12, bei der die Steuer­ mittel wenigstens einen Kondensator (C) zum Erzeugen ei­ nes dem erhöhten Wert oder den erhöhten Werten des Maxi­ malstromes des Schutzelements entsprechenden Steuersig­ nals für das Schutzelement umfassen.
14. Schalteinrichtung nach Anspruch 13, bei der die Steuer­ mittel wenigstens einen, vorzugsweise zu dem Kondensator parallel geschalteten, Entladewiderstand (R3) aufweisen.
15. Schalteinrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei der die Steuermittel eine Hilfsenergiequelle (31) zum Aufladen des Kondensators umfassen.
16. Schalteinrichtung nach Anspruch 15, bei der die Steuer­ mittel einen Aufladeschalter (5) umfassen, der zwischen die Hilfsenergiequelle und den Kondensator geschaltet ist.
17. Schalteinrichtung nach Anspruch 16, bei der der Auflade­ schalter zusammen mit dem Schaltelement schaltbar ist, derart, dass der Aufladeschalter in seinem ausgeschalte­ ten Zustand ist, wenn das Schaltelement in seinem einge­ schalteten Zustand ist, und in seinem eingeschalteten Zustand ist, wenn das Schaltelement in seinem ausge­ schalteten Zustand ist.
18. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei der die Steuermittel einen Entladeschalter (4) um­ fassen, der zwischen den Kondensator und den Steueran­ schluss des Schutzelements geschaltet ist.
19. Schalteinrichtung nach Anspruch 18 und Anspruch 14, bei der der Entladeschalter auch zwischen Kondensator und Entladewiderstand geschaltet ist.
20. Schalteinrichtung nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, bei der der Entladeschalter zusammen mit dem Schaltelement schaltbar ist, derart, dass der Entladeschalter, gegebe­ nenfalls mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung, in sei­ nem eingeschalteten Zustand ist, wenn das Schaltelement in seinem eingeschalteten Zustand ist, und in seinem ausgeschalteten Zustand ist, wenn das Schaltelement in seinem ausgeschalteten Zustand ist.
21. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schaltelement wenigstens einen Schalt­ anschluss (2C) aufweist und Schaltsignalerzeugungsmittel (40) vorgesehen sind zum Anlegen eines Schaltsignals an den Schaltanschluss des Schaltelements zum Ein- und Aus­ schalten des Schaltelements.
22. Schalteinrichtung nach Anspruch 21 einerseits und An­ spruch 17 und/oder Anspruch 20 andererseits, bei der die Schaltsignalerzeugungsmittel das Schaltsignal auch an einen Schalteranschluss des Aufladeschalters und/oder des Entladeschalters anlegen.
23. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei der der Aufladeschalter wenigstens eine MISFET- Struktur, insbesondere eine MOSFET-Struktur, insbesondere vom selbstleitenden Typ, und der Entladeschalter we­ nigstens eine MISFET-Struktur, insbesondere eine MOSFET- Struktur, insbesondere vom selbstsperrenden Typ, umfas­ sen.
24. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schutzelement ein Halbleiterbauelement mit wenigstens einem Halbleiter mit einer Durchbruchs­ feldstärke von wenigstens 106 V/cm und/oder einem Band­ abstand von wenigstens 2 eV umfasst, insbesondere einen oder mehrere Halbleiter aus der Siliciumcarbid (SiC), vorzugsweise vom α- oder β-Polytyp, Galliumnitrid (GaN), Diamant, Aluminiumnitrid (AlN) und Indiumnitrid (InN) umfassenden Gruppe von Halbleitern, umfasst.
25. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schaltelement ein Halbleiterbauelement mit einem oder mehreren Halbleitern aus der Silicium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Germanium (Ge) umfassenden Gruppe von Halbleitern umfasst.
26. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schutzelement ein Sättigungsverhalten aufweist und der Maximalstrom der Sättigungsstrom ist.
27. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schutzelement wenigstens einen p-n- Übergang und/oder wenigstens einen Schottky-Übergang aufweist.
28. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schutzelement und/oder das Schaltele­ ment wenigstens eine JFET-Struktur umfassen bzw. um­ fasst.
29. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schutzelement und/oder das Schaltelement wenigstens eine MESFET-Struktur umfassen bzw. um­ fasst.
30. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Schaltelement wenigstens eine MISFET- Struktur, insbesondere eine MOSFET-Struktur, umfasst, insbesondere vom selbstsperrenden Typ.
31. Schalteinrichtung nach Anspruch 28 oder Anspruch 29 und nach Anspruch 30, bei der der Gateanschluss der JFET- Struktur bzw. MESFET-Struktur des Schutzelementes, ins­ besondere über den Entladewiderstand, mit dem Source­ anschluss der MISFET-Struktur des Schaltelements verbun­ den ist und der Sourceanschluss der JFET-Struktur bzw. MESFET-Struktur mit dem Drainanschluss der MISFET-Struk­ tur verbunden ist.
32. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der der Maximalstrom des Schutzelements immer kleiner ist als ein thermischer Grenzstrom des Schalt­ elements, insbesondere um wenigstens einen Faktor 2, vorzugsweise um wenigstens einen Faktor 3.
33. Verfahren zum Betreiben einer Schalteinrichtung, insbe­ sondere einer Schalteinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, die wenigstens ein ein- und ausschalt­ bares Schaltelement (2) sowie wenigstens ein zum Schalt­ element elektrisch in Reihe geschaltetes Schutzelement (3), das den Strom auf einen Maximalstrom begrenzt, auf­ weist, bei dem
  • a) zeitgleich mit oder mit einer vorgegebenen oder vor­ gebbaren Zeitverzögerung nach dem Einschalten des Schaltelements der Maximalstrom des Schutzelements wenigstens im zeitlichen Mittel erhöht wird oder auf wenigstens einen erhöhten Wert gehalten wird und
  • b) anschließend der Maximalstrom des Schutzelements wie­ der verringert wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Maximalstrom für ein vorgegebenes oder vorgebbares Zeitintervall erhöht wird oder auf dem wenigstens einen erhöhten Wert gehal­ ten wird.
35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das Zeitintervall, während dem der wenigstens eine erhöhte Wert des Maxi­ malstromes des Schutzelements aufrechterhalten wird, der beim Anlauf oder Start eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Antriebes, benötigten Anlaufzeit oder Startzeit angepasst ist oder angepasst wird.
36. Verfahren nach Anspruch 34 oder Anspruch 35, bei dem der Maximalstrom des Schutzelements zwischen genau einem niedrigeren Wert und genau einem erhöhten Wert und/oder zwischen dem niedrigeren Wert und dem erhöhten Wert, insbesondere unstetig oder stetig, gesteuert wird.
37. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem der Maximalstrom von dem erhöhten Wert im wesentlichen monoton fallend auf den niedrigeren Wert reduziert wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 37, bei dem der Maximalstrom des Schutzelements gemäß einem vorgege­ benen oder vorgebbaren zeitlichen Verlauf erhöhen oder erhöht halten.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 38, bei dem der wenigstens eine erhöhte Wert bzw. der zeitliche Ver­ lauf des Maximalstromes des Schutzelements dem beim An­ lauf oder Start eines elektrischen Verbrauchers, insbe­ sondere eines elektrischen Antriebes, benötigten Anlauf­ strom oder Startstrom angepasst ist oder wird.
40. Verfahren nach Anspruch 39, bei dem der wenigstens eine niedrigere Wert des Maximalstromes des Schutzelements dem maximal zulässigen Überstrom des elektrischen Verbrauchers im Betrieb nach Beendigung des Anlaufes o­ der Startes des elektrischen Verbrauchers angepasst ist.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 40, bei dem der wenigstens eine erhöhte Wert des Maximalstromes des Schutzelements deutlich niedriger, vorzugsweise um we­ nigstens einen Faktor 3 niedriger, eingestellt wird als ein prospektiver Kurzschlussstrom.
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der wenigstens eine erhöhte Wert des Maximalstromes des Schutzelements um wenigstens einen Faktor 2, vor­ zugsweise um wenigstens einen Faktor 3, größer einge­ stellt wird als der wenigstens eine niedrigere Wert.
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