JP2008541678A - 回路遮断システム - Google Patents

Abstract

回路遮断システム（１）は、電圧入力端子（５）と負荷出力端子（６）との間の電流路（４）中に負荷（７）の開閉のために接続されている特に制御可能なパワー半導体の形のスイッチ（２）を有すると共に、スイッチ（２）と直列回路をなす第１の差込位置（１３）と、スイッチ（２）と並列回路をなす第２の差込位置との間において差し換え可能な回路遮断器（９）を有する。このシステムは危機的な状況においても負荷の開閉が可能である利点を有する。

Description

本発明は、負荷を開閉するためのスイッチ、特に制御可能なパワー半導体を有する回路遮断システムに関する。

例えば自動車や航空機の電気系統において、負荷の投入および遮断のための電子構成要素が益々注目されている。これについて、特に制御可能なスイッチがパワー半導体の形で１つ又は多数の負荷の開閉用に使用される。しかしこの種の電子スイッチは絶対に故障なしとは言えない。基本的に、可能性として２つの故障状態が発生し得る。即ち主路（ソースおよびドレイン）が分離した遮断故障又は主路が短絡した短絡故障である。従って、発生した故障状態に応じ、接続された負荷は常時遮断され、又は常時投入される。

本発明の課題は、危機的な使用時にも、特に電子スイッチの故障時にも負荷の開閉が可能である冒頭に述べたごとき回路遮断システムを提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。このため、負荷の開閉のために電圧入力端子と負荷出力端子との間の電流路中に接続されている、特にパワー半導体の形の好ましくは制御可能なスイッチを有する回路遮断システムが用意される。付加的な回路遮断器が第１の差込位置と第２の差込位置との間で差し換え可能である。この際、第１の差込位置では回路遮断器が制御可能なスイッチと直列に接続されるのに対して、第２の差込位置では回路遮断器が、好適には電子的スイッチに並列に接続される。

回路遮断器がスイッチと共に直列回路をなす第１の差込位置では、回路遮断器をスイッチおよび／又は負荷のための過電流保護機能として用いるとよい。従って、過電流保護機能は、スイッチが故障時にブレークダウン状態、即ち短絡状態になった際にも生ずる。

以下で主電流路とも呼ぶ電流路中における回路遮断器の第１の差込位置は、スイッチの電源側又は負荷側に設け得る。前者の場合には第１の差込位置を有利に構成するソケットがスイッチの前に接続される。後者の場合には第１の差込位置を構成するソケットがスイッチの後に接続される。

第２の差込位置で、回路遮断器は、スイッチが遮断故障によって主電流路を介する給電を可能にしないか又は保証しない場合のため、負荷の給電を可能にする。第２の差込位置を構成するソケットは、スイッチに並列に、電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続すると有効である。この第２のソケットは、回路遮断器がこの第２の差込位置を構成するソケットに差し込まれている場合に、主電流路に対するバイパス電流路を形成する。

ソケットは、車内又は機内の電気系統において普通の平形安全ソケット様式に従って、平形ソケットとして実施し得る。これに従い、回路遮断器も２つの平形プラグを有する平形プラグ構成にて実施される。２つの平形プラグは、遮断器ハウジング内において熱応動釈放要素を介して、特にばね板状のバイメタルで橋絡されていて、その際には互いに導電接続されている。バイメタルは両平形プラグの一方に固定されており、他方の平形プラグと接触重なり状態にある。過電流時又は短絡時に、予め設定した電流閾値以上で、バイメタルの湾曲に伴い対応平形プラグとの重なり状態が開かれて接触が解除されることで、過電流保護遮断器として働く回路遮断器の熱応動釈放が行なわれる。

この種の過電流保護遮断器は、独国特許出願公開第１９８５６７０７号明細書および欧州特許出願公開第１１５１６９２号明細書から公知である。これから公知の過電流保護遮断器は、押しボタンを介して手動にて再び初期位置に移動させられ得るばね付勢された分離スライド片が釈放時にバイメタルと対応平形プラグとの間の重なり範囲に入り込む手動操作可能な又は押しボタン操作される過電流保護遮断器である。この押しボタン操作型の過電流保護遮断器の代わりに、押しボタンおよび／又はスライド片のない過電流保護遮断器を回路遮断器として使用できる。

スイッチは、開閉可能な半導体、特にＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であるとよい。スイッチは、所謂ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）又はダーリントントランジスタであってもよい。この開閉可能な半導体は、回路遮断システム内で制御装置により制御される。このため、制御装置はパワー半導体として構成されたスイッチのゲートに導かれる制御出力を生ずる。

制御装置は有利な形態ではＢＵＳインターフェースを有する。スイッチをなすパワースイッチを、例えばＣＡＮ−ＢＵＳ（コントローラエリアネットワーク）のようなＢＵＳシステムのＢＵＳインターフェースを介して直接に制御してもよい。

従って、回路遮断システムは、多数の電流回路を有する配電システムにも適している。直流低電圧系統に有利に使用可能であるこの種の配電システムは、特に欧州特許第１１８６０８６号明細書から公知である。このような配電システムにおいて、各電流回路にこの種の本発明による回路遮断システムが付設される場合に、差し換え可能な回路遮断器により、その都度負荷が接続されているスイッチにより開閉される出力段のための非常用回路として付加的な安全が用意されている。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて更に詳細に説明する。図面は回路図にて制御可能なパワースイッチと差し換え可能な回路遮断器を有する回路遮断システムを示す。

回路遮断システム１は制御可能なスイッチをパワー半導体２の形で含む。これはここではフリーホイールダイオード３と相互接続されたＭＯＳ電界効果トランジスタである。

スイッチ２は電圧入力端子（ＬＩＮＥ）５と負荷出力端子（ＬＯＡＤ）６との間の電流路４中に接続されている。回路遮断システムの入力電圧Ｕ_Vは低電圧範囲にあり、例えば直流の２４Ｖ又は４８Ｖである。出力側で、負荷出力端子６とアース端子（ＧＲＯＵＮＤ）８の間に負荷７が接続されている。

電流路４中で、この実施例では、回路遮断器９がスイッチ２のドレイン側の前に接続されている。回路遮断器９は、例えば独国特許出願公開第１９８５６７０７号明細書又は欧州特許第０１５１６９２号から公知の平形プラグ構成の熱形過電流保護遮断器である。バイメタル１０が回路遮断器９の熱応動釈放要素として示されている。更に、押しボタン又は手動釈放要素１１による回路遮断器９の手動操作が示されている。

回路遮断器９はソケット１２に差し込まれている。ソケット１２の第１のソケット端子１２ａはスイッチ２のドレイン側に接続されている。対向する第２のソケット端子１２ｂは回路遮断システム１の電圧入力端子５に接続されている。ソケット１２は第１の差込位置１３を構成している。この差込位置１３で、回路遮断器９が負荷７を、特にスイッチ２が故障又は短絡した際に過負荷から保護する。

スイッチ２が誤りのなく動作している際に、スイッチ２は回路遮断器９によって過負荷に対して保護される。この過負荷保護機能は、第１の差込位置１３がスイッチ２と負荷出力端子６との間の主電流路４内において実現されている場合にも保証されている。この場合には回路遮断器９がスイッチ２のソース側の後に接続されている。

電圧入力端子５と負荷出力端子６との間にバイパス電流路１４が形成されており、このバイパス電流路内に回路遮断器９の第２の差込位置１５が設けられている。この第２の差込位置１５は、又しても第１のソケット１２に対応するフラットソケット１２’により形成されている。その一方のソケット端子１２ｂ’が、又しても電圧入力端子５に接続されているのに対し、これに対向するソケット端子１２ａ’が直接に負荷出力端子６に接続されている。従って、バイパス電流路１４は、スイッチ２と、第１の差込位置１３を構成するソケット１２とからなる直列回路に対し並列である。

回路遮断システム１のバイパス電流路１４は、主電流路４がパワー半導体２の故障により遮断された際に、負荷７への電流又は電圧供給のための非常用機能として役立つ。この種の故障は、パワー半導体２のドレインソース区間が遮断又は分離している際に生じ得る。この場合、主電流路４を介して供給される負荷７は事実上遮断されていた。

それにも係らず負荷又は需要家７に供給電圧Ｕ_Vを印加し、これにより負荷７の給電を可能にすべく、回路遮断器９が第１の差込位置１３から第２の差込位置１５へ差し換えられる。この場合、負荷７の過負荷保護が引き続き保証されている。何故なら、回路遮断器９が熱遅延過電流保護遮断器として構成されているからである。

スイッチ２の制御は制御装置１６にて行なわれ、このため制御装置１６の制御出力端１７がパワー半導体２の制御入力端（ゲート）に接続されている。更に制御装置１６は、回路遮断システム１をＢＵＳシステムに連結するＢＵＳインターフェース１８を有する。

このＢＵＳインターフェース又はＢＵＳ連結部を介して、次のように送信および／又は受信することで、この回路遮断システム１と上位の制御又は診断システムとの通信を行なえる。即ち、スイッチ２がこの種ＢＵＳシステムを介して、例えばＣＡＮ−ＢＵＳ通信に基づき、直接又は制御装置１６を介して負荷７を開閉するための相応の制御信号を受信しおよび／又は、特に故障時における診断データを上位の制御又は診断装置に送信する。従って、このＢＵＳインターフェース１８を介して、負荷７の開閉、保護および監視並びに故障通報および／又は状態通報のために、回路遮断システム１と上位の制御又は診断装置との間のデータ交換を行なえる。

制御可能なスイッチおよび差し換え可能な回路遮断器を有する回路遮断システムを示す回路図

符号の説明

１ 回路遮断システム、２ スイッチ、３ フリーホイールダイオード、４ 電流路、５ 電圧入力端子、６ 負荷出力端子、７ 負荷、８ アース端子、９ 回路遮断器、１０ バイメタル、１１ 手動釈放要素、１２ ソケット、１２ａ、１２ｂ、１２’ａ、１２’ｂ ソケット端子、１３、１５ 差込位置、１４ バイパス電流路、１６ 制御装置、１７ 制御出力端、１８ ＢＵＳインターフェース、Ｕ_V 入力電圧

Claims (5)

1. 電圧入力端子（５）と負荷出力端子（６）との間の電流路（４）中に負荷（７）の開閉のために接続されているスイッチ（２）を有すると共に、スイッチ（２）と直列回路をなす第１の差込位置（１３）と、スイッチ（２）と並列回路をなす第２の差込位置との間において差し換え可能である回路遮断器（９）を有する回路遮断システム。
2. 第１の差込位置（１３）をなすソケット（１２）がスイッチ（２）の前に接続されたことを特徴とする請求項１記載の回路遮断システム。
3. 第１の差込位置（１５）をなすソケット（１２’）が、スイッチ（２）に並列に、電圧入力端子（５）と負荷出力端子（６）との間に接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載の回路遮断システム。
4. スイッチ（２）が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の回路遮断システム。
5. 回路遮断器（９）が熱形過電流保護遮断器であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の回路遮断システム。

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