KR20190042685A

KR20190042685A - 분리 디바이스

Info

Publication number: KR20190042685A
Application number: KR1020197008902A
Authority: KR
Inventors: 디르크 뵈셰; 에른스트-디이터 빌케닝
Original assignee: 엘렌베르거 앤드 포엔스겐 게엠베하
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-04-24
Also published as: WO2018041452A1; US11011903B2; CN109661756A; JP6986549B2; US20190199082A1; CA3034954C; JP2019528664A; CN109661756B; EP3507876A1; KR102245641B1; DE102016216331B3; CA3034954A1

Abstract

본 발명은 전류를 차단하기 위한, 특히 스위치(34) 및 스위치(34)에 병렬로 접속된 전압 제한기(36)를 포함하는 회로 차단기(16)의 분리 디바이스(24)에 관한 것이다. 전압 제한기(36)는 다수의 병렬 접속된 위상(38)을 갖고, 각각의 위상(38)은 저항기(44)를 포함한다. 위상들(38) 중 적어도 하나는 위상(38)의 저항기(44)에 직렬로 접속된 스위칭 요소(46)를 포함한다. 본 발명은 또한 회로 차단기(16), 및 분리 디바이스(24)를 동작시키기 위한 방법(158)에 관한 것이다.

Description

분리 디바이스

본 발명은 스위치를 포함하는 전류 차단용 분리 디바이스(disconnecting device)에 관한 것이다. 분리 디바이스는 바람직하게 회로 차단기의 일부이다. 본 발명은 또한 회로 차단기, 및 분리 디바이스를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.

광전지 시스템들은 일반적으로 서로 직렬 또는 병렬로 전기적으로 접속된 다수의 광전지 모듈들을 갖는다. 광전지 모듈들의 상호 접속 자체는 전류 도선(current lead)의 도움으로 컨버터와 접촉되며, 그 도움으로, 광전지 모듈들에 의해 제공되는 전기 에너지가 일반적으로 교류를 갖는 공급 네트워크로 공급된다. 그러나 원칙적으로 직류는 일반적으로 전류 도선에서 전도된다. 장애 발생시에 컨버터로부터 광전지 모듈들을 분리하기 위해 회로 차단기들이 일반적으로 사용되며, 그 도움으로, 기존의 전류 흐름으로 인한 컨버터 손상 또는 광전지 모듈들의 접촉 부식이 방지된다. 약 10 암페어의 전류 세기를 갖는 전류들이 일반적으로 스위칭되고, 광전지 모듈 내의 적절한 상호 접속으로 인해 접촉부들에 약 100 볼트를 갖는 전압이 존재한다.

차량들, 예컨대 항공기 또는 자동차들은 직류를 차단하는 회로 차단기들의 다른 응용 분야를 나타낸다. 전기 모터의 도움으로 구동되는 자동차들은 일반적으로 고전압 배터리를 포함하는 고전압 차량 전기 시스템을 갖는다. 고전압 배터리의 도움으로 400 내지 500 볼트의 전압과 최대 약 100 암페어의 전류 세기가 제공된다. 고전압 배터리의 오동작 또는 단락이 그에 접속된 컨버터 또는 전기 모터 내에서 발생하는 경우, 안전상의 이유로 고전압 차량 전기 시스템의 바람직하게 신속한 셧다운이 필요하다. 고전압 배터리의 접촉 부식을 피하기 위해, 바람직하게 짧은 스위칭 기간이 필요하다. 이것은 자동차 사고 및 이로 인한 전기 모터 또는 컨버터 내의 결과적인 단락의 발생시에도 보장되어야 한다.

이러한 타입의 전류들 또는 이러한 타입의 전압들이 스위칭될 때, 이것은 스위치가 기계적 스위치일 경우에 스위치의 영역에서의 아크 형성을 유발할 수 있다. 결과적으로 스위치와 그 주변 컴포넌트들이 가열되며, 이는 스위치의 접촉 부식을 포함하는 장애를 유발할 수 있다. 또한, 전류 흐름이 아크로 인해 소정 기간 동안 계속되며, 따라서 사고가 발생할 경우에 전기 모터는 예컨대 자동차의 경우에 소정 기간 동안 계속 동작한다.

본 발명의 목적은 전류를 차단하기 위한 특히 적절한 분리 디바이스는 물론, 분리 디바이스를 동작시키기 위한 특히 적절한 전류 차단기 및 특히 적절한 방법을 특정하여, 특히 안전성을 높이고, 바람직하게 제조 비용을 감소시키는 것이다.

이러한 목적은 분리 디바이스에 관한 청구항 1의 특징들, 회로 차단기에 관한 청구항 10의 특징들 및 방법에 관한 청구항 11의 특징들에 의해 달성된다. 유리한 개량들 및 실시예들이 종속 청구항들의 주제이다.

분리 디바이스는 전류를 차단하는 데 사용된다. 따라서, 예컨대 직류 또는 교류인 전류가 분리 디바이스의 도움으로 스위칭된다. 분리 디바이스는 유리하게 직류 차단을 위해 제공되고 그에 적합하다. 교류가 분리 디바이스의 도움으로 스위칭되는 경우, 교류는 예컨대, 500 Hz, 800 Hz 또는 900 Hz보다 큰 주파수를 갖는다. 주파수는 유리하게 1 kHz, 1.5 kHz, 2 kHz, 5 kHz 또는 10 kHz 이상이다. 특히, 주파수는 10 MHz, 5 MHz 또는 1 MHz 이하이다. 특히, 분리 디바이스는 100A, 300A, 500A 또는 800A 이상의 정격 전류를 운반하기 위해 적합하고, 바람직하게 제공되고 구성된다. 분리 디바이스의 도움으로 스위칭 가능한 정격 전류의 최대 전류 세기는 유리하게 2 kA, 3 kA 또는 5 kA이다. 예컨대, 분리 디바이스는 1 kA의 정격 전류를 위해 제공되고 구성되며, 예컨대 +/- 10 %, +/- 5 % 또는 +/- 2 %의 편차들이 제공된다. 분리 디바이스는 특히 비교적 짧은 기간 동안 최대 10 kA, 12 kA, 17 kA, 20 kA, 22 kA, 25 kA 또는 30 kA의 단락 전류를 운반하기 위해 알맞게 적합하고, 특히 제공 및 구성된다. 최대 운반 가능한 단락 전류는 15 kA 내지 20 kA가 유리하다. 운반 가능 전류는 특히 손상을 유발하지 않고 분리 디바이스의 도움으로 전도될 수 있는 전류인 것으로 이해된다.

예컨대, 분리 디바이스는 100 V, 200 V, 300 V, 400 V 또는 500 V 이상의 전류를 차단하거나 스위칭하기 위해 적합하고, 바람직하게 제공 및 구성된다. 예컨대, 스위칭될 최대 전압은 특히 전류가 교류인 경우에 1,100 V, 1,000 V, 900 V 또는 800 V이다. 전류가 직류인 경우, 스위칭될 최대 전압은 적절하게 2,000 V, 1,800 V, 1,500 V, 1,200 V 또는 1,000 V 이하이다.

예컨대, 분리 디바이스는 전자 이동성의 영역에서 사용된다. 즉, 특히 고전압 차량 전기 시스템인 자동차의 전기 시스템은 분리 디바이스의 도움으로 스위칭된다. 대안으로, 항공기의 전기 시스템이 분리 디바이스의 도움으로 스위칭된다. 다른 대안적인 사용은 광전지 시스템의 영역에서의 사용이다. 컨버터로부터의 광전지 모듈의 전기적 분리가 분리 디바이스의 도움으로 유리하게 촉진된다. 대안으로, 컨버터의 DC 링크가 분리 디바이스의 도움으로 스위칭되며, 컨버터는 예컨대 광전지 시스템의 일부이다. 그에 대한 하나의 대안에서, 컨버터는 산업 설비의 일부이다. 산업 설비의 로봇의 에너자이징이 분리 디바이스의 도움으로 유리하게 제어된다. 특히, 다수의 로봇들을 전기적으로 접촉시키는 DC 링크가 분리 디바이스의 도움으로 스위칭된다. 대안으로, 분리 디바이스는 산업 설비의 다른 영역에서 또는 자동화의 다른 영역에서 사용된다. 분리 디바이스는 유리하게, 유도성 부하를 스위칭하는 데 사용된다.

분리 디바이스는 폐쇄 상태에서 분리 디바이스의 도움으로 전도되는 전류를 운반하는 스위치를 포함한다. 이 경우, 바람직하게 스위치의 두 단자들 사이에 전류가 흐른다. 개방 상태에서는, 두 단자들 사이에 전압이 존재한다. 전기 스위치는 예컨대, 유리하게 전기적으로 작동 가능한 유리한 기계적 스위치이다. 기계적 스위치는 바람직하게 릴레이이고, 특히 이동 접촉부를 갖는다. 폐쇄 상태에서, 이동 접촉부는 특히 또한 이동 접촉부 또는 대안으로 고정 접촉부인 다른 접촉부와 특히 직접 기계적으로 접촉한다. 스위치를 동작하기 위해 2 개의 접촉부들이 기계적으로 서로 떨어져 배치된다. 하나의 대안에서, 스위치는 반도체 스위치, 특히 전계 효과 트랜지스터(FET)이다. 예컨대, 반도체 스위치는 MOSFET 또는 IGBT이다.

전압 제한기가 스위치에 병렬로 접속된다. 전압 제한기는 바람직하게 2 개의 단자들을 가지며, 이들 각각은 스위치의 단자들 중 하나에 할당된다. 전압 제한기는 다수의 병렬 접속 위상들을 가지며, 각각의 위상은 유리하게 스위치에 병렬로 접속된다. 위상들 각각은 저항기를 포함하고, 위상들 중 적어도 하나는 위상의 저항기에 직렬로 접속되는 스위칭 요소를 포함한다. 즉, 이 위상은 저항기 및 스위칭 요소를 포함하고, 스위칭 요소 및 저항기는 직렬로 접속된다. 이 직렬 접속은 스위치에 병렬로 접속된다. 위상들의 저항기들은 유리하게 오믹 저항기들이며, 바람직하게 적어도 1 mΩ, 5 mΩ, 10 mΩ, 50 mΩ, 100 mΩ, 500 mΩ, 1 Ω, 2 Ω, 5 Ω, 10 Ω, 20 Ω, 50 Ω, 100 Ω, 200 Ω, 500 Ω, 1 ㏀, 2 ㏀, 5 ㏀ 또는 10 ㏀의 저항을 갖는다. 저항은 바람직하게 1 ㏀, 500 Ω 또는 100 Ω 이하이다. 전압 제한기는 바람직하게 2 개의 위상들, 3 개의 위상들 또는 5 개의 위상들을 포함한다. 특히, 위상들의 수는 2 개의 위상들, 3 개의 위상들 또는 4 개의 위상들 이상이다. 예컨대, 위상들의 수는 20 개의 위상들 또는 10 개의 위상들 이하이다.

스위칭 요소는 스위칭 요소를 갖는 위상에서 전류의 흐름을 방지하고, 따라서 전압 제한기의 전기 저항을 설정하는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 스위치 양단에 발생하는 전압은 전압 제한기의 도움으로 설정될 수 있으며, 이는 안전성을 증가시킨다. 분리 디바이스는 상이한 요구들을 위해서도 사용될 수 있다.

스위칭 요소는 스위치 양단에 발생하는 전압 및/또는 스위치에 대한 스위칭 요청의 함수로서 유리하게 작동된다. 스위칭 요소는 스위치가 전기적으로 비-전도 상태에 놓일 때 적절히 전기 전도 상태에 놓인다. 스위칭 요소는 스위치의 작동 전에 일정 기간 동안 유리하게 전기 전도 상태에 놓인다. 결과적으로, 스위치를 가로질러 그리고 전압 제한기의 각각의 위상들을 가로질러 전류가 흐른다. 위상들의 저항들로 인해, 전압 제한기를 가로질러 흐르는 전류는 적어도 스위치를 가로질러 흐르는 전류에 비해 비교적 낮은데, 이는 스위치가 비교적 낮은 오믹 저항을 갖기 때문이다. 스위치가 작동될 때, 전류는 전압 제한기로 완전히 정류된다.

유도성 부하가 분리 디바이스의 도움으로 스위칭되는 경우, 전류는 계속 흐르고, 저항들로 인해 분리 디바이스에 전압이 존재한다. 전압은 위상들의 병렬 접속으로 인해 비교적 낮다. 스위칭 요소는 스위칭 요소를 포함하는 위상을 분리하는 것을 가능하게 하고, 따라서 전류는 전압 제한기의 위상 또는 추가적인 위상들로 완전히 정류되어, 전압 제한기의 저항이 증가되게 한다.

요컨대, 전압 제한기의 전기 저항은 스위칭 요소의 도움으로 조정될 수 있어서, 분리 디바이스 양단에 발생하는 전압이 스위치의 작동 시에 조정될 수 있게 한다. 분리 디바이스의 확장성이 위상들의 수에 의해 그리고 특정 저항기를 선택함으로써 제공되며, 따라서 분리 디바이스는 상이한 전압들 및/또는 전류들에 적응될 수 있다. 그 결과, 분리 디바이스의 응용 범위가 증가된다. 스위치 양단에 발생하는 전압은 위상들의 도움으로 제한된다. 전압은 스위치가 기계적 스위치인 경우에 아크의 형성이 방지되는 방식으로 바람직하게 제한된다. 스위치가 반도체 스위치인 경우, 거기에 존재하는 항복 전압의 형성이 억제되며, 이는 반도체 스위치의 파괴를 유발할 수 있다. 따라서, 안전성이 향상된다. 분리 디바이스는 비교적 적은 수의 비용 효과적인 전기 컴포넌트에 의해 또한 구현될 수 있으며, 이는 제조 비용을 낮춘다.

스위칭 요소는 특히 반도체 스위칭 요소, 예컨대 전계 효과 트랜지스터, 특히 MOSFET와 같은 트랜지스터이다. 예컨대, 스위칭 요소는 전계 효과 트랜지스터, 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(JFET) 또는 MOSFET이다. 전압들이 위상들에 분산되기 때문에, 스위치에 비해 감소된 전압이 스위칭 요소에 존재하며, 따라서 비교적 비용 효과적인 스위칭 요소가 사용될 수 있다. 분리 디바이스는 분리 디바이스의 스위치가 폐쇄될 때 전기 전도 상태에 있다. 스위칭 요소가 폐쇄 상태인 경우에 스위칭 요소에 의해 전도되는 전류는 위상의 저항 때문에 비교적 낮으며, 따라서 반도체 스위칭 요소로서의 스위칭 요소의 선택에 의해 유발되는 전력 손실은 비교적 낮다.

스위치가 개방 위치에 놓이고 분리 디바이스가 전기 비전도 상태로 전환될 때 전류가 전압 제한기로 정류될 때, 전류는 위상들의 저항들로 인해 더 감소되며, 따라서 이 경우에도 비교적 낮은 전력 손실이 발생한다. 요컨대, 비교적 낮은 전력 손실만이 존재한다. 그러나, 반도체 스위칭 요소의 선택으로 인해, 아크의 형성이 방지되고, 따라서 안전성이 증가된다.

각각의 위상은 유리하게 이러한 타입의 스위칭 요소를 갖는다. 위상들의 스위칭 요소들은 예컨대 동일한 설계를 갖는다. 대안으로 또는 이와 결합하여, 스위칭 요소들은 특정 위상의 저항에 적응된다. 요컨대, 각각의 위상은 서로 직렬로 접속되는 저항기 및 스위칭 요소를 포함한다. 스위칭 요소들로 인하여, 분리 디바이스의 확장성이 증가되며, 따라서 분리 디바이스의 전기 저항, 결과적으로 스위치에 존재하는 전압이 스위칭 요소들의 도움으로 설정될 수 있다. 특히, 위상들은 동일한 설계를 갖는다. 즉, 모든 저항기들은 동일한 오믹 저항을 가지며, 모든 스위칭 요소들은 동일한 타입이다. 그러나 위상들은 적어도 회로 등가이다. 즉, 각각의 위상은 동일한 타입의 전기 및/또는 전자 컴포넌트들을 포함하지만, 특정 사양들이 상이할 수 있다. 전기 및/또는 전자 컴포넌트들은 동일한 방식으로 서로 접속된다. 위상들은 상이한 오믹 저항들을 갖는 저항기들을 적절하게 포함한다. 분리 디바이스가 다수의 위상들을 갖는 경우, 오믹 저항의 값들은 바람직하게 각각의 경우에 소정의 상수 배수만큼 증가된다. 배수는 특히 정수배이며, 예컨대 2 또는 3이다. 각각의 경우에, 위상들 중 하나는 각각의 경우에 가장 작은 저항기가 20 Ω의 오믹 저항을 갖는 경우에 20 Ω, 40 Ω, 80 Ω 등 또는 20 Ω, 60 Ω, 180 Ω 등의 오믹 저항을 적절히 갖는다. 이러한 방식으로 스위치 양단에 발생하는 전압의 비교적 정밀한 설정이 용이해진다. 동일한 부품들의 사용으로 인해 제조 비용들도 절감된다.

전압 제한기는 바람직하게 제1 출력 및 제2 출력을 갖는 시프트 레지스터를 포함한다. 제2 출력은 바람직하게 제1 출력 바로 옆에 위치된다. 시프트 레지스터의 동작 동안, 제1 출력이 바람직하게 먼저 구동되고, 이어서 제2 출력이 구동된다. 제2 출력은 유리하게 제1 출력의 구동이 완료될 때 바로 구동된다. 따라서, 시프트 레지스터가 구동될 때, 제1 출력의 구동이 종료되고, 제2 출력의 구동이 시작된다.

각각의 스위칭 요소는 바람직하게 제어 입력을 가지며, 그의 도움으로 스위칭 요소의 스위칭 위치가 영향을 받을 수 있다. 즉, 스위칭 요소의 스위칭 상태는 제어 입력의 구동에 의해 영향을 받으며, 결과적으로 스위칭 요소는 전도 또는 전기 비전도 상태에 놓인다. 스위칭 요소는 유리하게 신호가 제어 입력에 존재할 때, 즉 제어 입력이 구동될 때, 전기를 전도한다. 스위칭 요소들 중 하나의 스위칭 요소의 제어 입력은 시프트 레지스터의 제1 출력으로, 특히 직접 라우팅된다. 즉, 이 스위칭 요소의 제어 입력은 직접 전기적으로 또는 신호들을 통해 직접 시프트 레지스터의 제1 출력과 접촉된다. 또한, 이 스위칭 요소의 제어 입력은 OR 로직 스위치의 제1 입력으로 라우팅된다.

OR 로직 스위치의 제2 입력은 시프트 레지스터의 제2 출력으로, 특히 직접 라우팅된다. OR 로직 스위치는 출력도 가지며, 이 출력은 추가적인 스위칭 요소들 중 하나의 추가적인 스위칭 요소의 제어 입력으로 라우팅된다. 레벨이 OR 로직 스위치의 입력들 중 하나에 존재하는 경우, 바람직하게 OR 로직 스위치의 출력에도 레벨이 존재한다. 따라서, OR 로직 스위치는 활성 신호가 그의 2 개의 입력 중 하나에 존재하는 경우에 활성이다. OR 로직 스위치의 출력은 활성 신호(레벨)가 제1 또는 제2 입력에 존재하지 않는 경우에만 비활성이다. OR 로직 스위치는 특히 OR 게이트이다. 따라서, 신호가 시프트 레지스터로 인해 제1 출력에 존재하면, 제1 출력과 결합된 스위칭 요소가 활성화된다. 신호가 OR 로직 스위치의 제1 입력에 존재하므로 추가적인 스위칭 요소도 활성화된다. 따라서, 전압 제한기의 적어도 2 개의 스위칭 요소들이 스위칭되고, 따라서, 전압 제한기의 위상들 중 적어도 2 개가 전기를 전도한다. 결과적으로, 스위치 양단에서의 전압 강하는 비교적 낮다.

출력 신호가 시프트 레지스터의 도움으로 제1 출력으로부터 제2 출력으로 시프팅되는 경우, 제어 입력이 제1 출력과 접촉되는 스위칭 요소는 전기 비전도 상태에 놓인다. 그러나, 추가적인 스위칭 요소는 전기 전도 상태로 유지된다. 그 결과, 전압 제한기의 전기 저항이 증가된다. 시프트 레지스터는 바람직하게 훨씬 더 많은 출력, 예컨대, 제3, 제4, 제5 출력 등을 갖는다. 특히, 이들 출력들의 수는 위상들의 수와 같다. 각각의 경우, 스위칭 요소들의 제어 입력은 OR 로직 스위치의 출력으로 라우팅되고, 그의 하나의 입력은 다른 스위칭 요소의 제어 입력으로 라우팅되고, 그의 제2 입력은 시프트 레지스터의 출력들 중 하나로 라우팅된다.

특히, 제3 위상에 할당되는 제3 스위칭 요소의 제어 입력은 제2 OR 로직 스위치의 출력으로 라우팅되고, 그의 제1 입력은 추가적인 스위칭 요소의 제어 입력으로 라우팅되고, 그의 제2 입력은 시프트 레지스터의 제3 출력으로 라우팅된다. 따라서, 시프트 레지스터의 제1 출력이 구동되면 모든 스위칭 요소들이 전기 전도적으로 스위칭된다. 시프트 레지스터의 제2 출력이 이제 구동되면, 제1 출력과 접촉된 스위칭 요소를 제외한 모든 나머지 스위칭 요소들이 활성화되어, 전압 제한기의 전기 전도 위상들의 수가 정확히 1만큼 감소된다. 시프트 레지스터의 제3 출력이 구동되면, 전압 제한기의 위상들 중 2 개의 위상들이 전기를 전도하지 않는다. 그 결과, 이것은 시프트 레지스터를 구동함으로써 전압 제한기의 전기 저항을 단계적으로 연속 증가시키는 것을 가능하게 한다.

시프트 레지스터의 제1 출력은 특히 채널 1에 대응하고, 제2 출력은 특히 채널 2에 대응한다. 시프트 레지스터의 시작 출력은 특히 바람직하게 자유(free)롭다. 시작 출력은 특히 채널 0에 대응하며 제1 출력의 위쪽에 위치한다. 특히, 제1 출력은 시작 출력과 제2 출력 사이에 위치한다. 시작 출력은 시프트 레지스터의 구동시에 구동된다. 시프트 레지스터가 신호를 수신할 때만 시작 출력의 구동이 종료되고 제1 출력의 구동이 시작된다.

시작 출력은 할당되지 않으며, 어떠한 전기 또는 전자 컴포넌트도 그에 접속되지 않는다. 따라서, 시작 출력은 전기적으로 자유롭고, 어떠한 다른 또는 전자 컴포넌트도 그와 전기적으로 접촉하지 않는다. 그러므로, 정상 상태에서, 스위칭 요소들은 전기 비전도 상태에 있고, 전압 제한기의 전기 저항은 비교적 높다. 따라서, 시프트 레지스터, 또는 전압 레지스터의 다른 컴포넌트들이 오동작하는 경우, 스위치 양단에 발생하는 전압이 비교적 높더라도, 전압 제한기를 가로지르는 원하지 않는 전류 흐름이 본질적으로 배제된다.

시프트 레지스터는 유리하게 재설정 입력을 포함한다. 시프트 레지스터는 재설정 입력을 구동함으로써 정의된 상태에 놓인다. 특히, 시프트 레지스터의 시작 출력은 신호가 재설정 입력에 존재할 때 활성화된다. 시프트 레지스터의 최종 출력은 유리하게 재설정 입력으로 라우팅된다. 시프트 레지스터의 최종 출력은 특히 OR 로직 스위치로 라우팅되는 시프트 레지스터의 출력 바로 옆에 위치하는 시프트 레지스터의 출력이다. OR 로직 스위치의 제1 또는 제2 입력만이 결과적으로 할당되면, 즉 2 개의 스위칭 요소들만이 시프트 레지스터의 도움으로 구동되는 경우, 최종 출력은 제3 출력에 대응한다. 따라서, 구동된 스위칭 요소들의 수가 연속적으로 감소되면, 시프트 레지스터의 최종 출력이 구동되고, 이어서 시프트 레지스터는 원래 상태로 되돌아간다. 시프트 레지스터의 시작 출력은 유리하게 자유로우며, 따라서 시간상 최종 출력 후에 구동될 수 있다. 따라서, 최종 출력이 구동되면, 어떠한 스위칭 요소들도 구동되지 않으며, 따라서 어떠한 위상들도 전기를 전도하지 않는다. 다이오드가 유리하게 최종 출력과 재설정 입력 사이에 접속되며, 이는 시프트 레지스터에 대한 손상을 방지한다. 요컨대, 최종 출력은 시프트 레지스터의 최종 할당된 채널이다.

대안으로 또는 특히 바람직하게 그것과 결합하여, 전원이 시프트 레지스터의 재설정 입력으로, 예컨대 커패시터를 통해 라우팅된다. 전원 자체는 예컨대 커패시터이다. 커패시터는 특히 바람직하게, 스위치가 개방될 때 스위치를 통해 생성된 전압이 전원에 급전하는 데 사용되는 방식으로 스위치에 접속된다. 특히, 스위치는 기계적 스위치이며, 발생할 수 있는 임의의 아크 전압이 전원에 급전하는 데 사용된다. 이어서, 전원이 활성화되면, 시프트 레지스터는 소정의 정의된 상태로 전환되어 동작할 준비가 된다.

시프트 레지스터는 특히 바람직하게 시간 입력을 포함한다. 시프트 레지스터의 시간 입력이 구동될 때, 시프트 레지스터의 출력들은 연속적으로 전도 상태가 된다. 시간 입력에 신호가 존재할 때마다, 출력들의 구동은 그들이 매번 추가로 스위칭되는 방식으로 변경된다. 시프트 레지스터의 시간 입력은 유리하게 스위치의 제어 입력에 동작가능하게 접속된다. 특히, 동작가능한 접속은 스위치의 제어 입력에 신호가 존재하지 않아도 시프트 레지스터의 출력들의 구동을 가능하게 한다. 스위치는 바람직하게 신호가 스위치의 제어 입력에 존재할 때 전기 전도 상태에 있다. 따라서, 시프트 레지스터는 결과적으로 스위치가 열릴 때 활성화된다. 이러한 방식으로, 시프트 레지스터의 의도하지 않은 활성화가 본질적으로 배제되며, 이는 안전성을 증가시킨다.

전압 제한기는 바람직하게 타이머를 포함한다. 타이머는 시프트 레지스터의 시간 입력에 동작가능하게 접속된다. 따라서, 시프트 레지스터는 타이머의 도움으로 구동되고, 소정의 클럭 신호가 바람직하게 타이머의 도움으로 제공되며, 이는 특히 일정한 기간을 갖는다. 예컨대, 타이머는 시프트 레지스터의 시간 입력에 직접 접속된다. 스위치의 제어 입력은 로직 스위치의 제1 입력으로 적절히 라우팅되고, 타이머의 시간 출력은 로직 스위치의 제2 입력으로 라우팅된다. 구동 신호가 유리하게 타이머의 시간 출력에서 주기적으로 제공된다. 로직 스위치의 출력은 특히 시프트 레지스터의 시간 입력으로 라우팅된다. 로직 스위치의 출력은 적절하게, 레벨이 로직 스위치의 제1 입력 및/또는 로직 스위치의 제2 입력에 존재할 때 레벨을 가지며, 레벨은 특히 0 이외의 신호를 나타낸다. 즉, 구동 신호가 제1 및/또는 제2 입력에 존재할 때 출력 신호가 로직 스위치의 출력에 존재한다. 스위치의 제어 입력은 바람직하게 타이머에 동작가능하게 접속된다. 카운트, 즉 클럭 신호의 출력은 신호가 스위치의 제어 입력에 존재하는 한 바람직하게 방지된다. 특히, 스위치의 제어 입력은 타이머의 재설정 단자에 접속된다. 신호가 타이머의 재설정 단자에 존재하는 한, 타이머는 특히 기본 또는 시작 상태로 유지된다. 따라서, 시프트 레지스터는 분리 디바이스의 스위치가 열려 있을 때만 계속 카운팅된다.

예컨대, 로직 스위치는 2 개의 NOR 게이트들에 의해 형성되거나 또는 2 개의 NOR 게이트들을 포함하며, 스위치의 제어 입력 및 타이머의 시간 출력은 NOR 게이트들 중 하나의 NOR 게이트의 2 개의 입력들로 라우팅된다. NOR 게이트의 출력은 추가적인 NOR 게이트의 2 개의 입력들 사이에 분할되며, 그의 출력은 시프트 레지스터의 시간 입력으로 라우팅된다.

타이머는 예컨대 NE555이다. "OUT"은 적절하게 시간 출력이며, 이는 예컨대 로직 스위치로 또는 시프트 레지스터의 시간 입력으로 직접 라우팅된다. 특히, "OUT"은 다이오드의 도움으로 "TRIG"(트리거 단자)로 라우팅되고, 이는 특히 저항 분할기의 도움으로 스위치의 단자로 라우팅되며, 이는 바람직하게 동작 동안 0 이외의 전위를 갖는다. 예컨대, "GND"(GND 단자)는 스위치의 나머지 스위칭 접촉부로 라우팅된다. 예컨대, "RESET"(재설정 단자)은 예컨대 NOR 게이트의 도움으로 스위치의 제어 입력에 동작가능하게 접속된다. NE555는 유리하게 단안정 플립플롭으로서 구현된다.

다른 저항기와 커패시터의 직렬 접속이 바람직하게 스위칭 요소에 병렬로 접속된다. 전압 제한기가 이러한 타입의 다수의 회로 요소들을 갖는 경우, 추가적인 저항기와 커패시터의 직렬 접속은 스위칭 요소들 중 적어도 하나에 병렬로 접속된다. 추가적인 저항기와 커패시터의 직렬 접속은 바람직하게 스위칭 요소들 중 하나에만 병렬로 접속되며, 따라서 전압 제한기는 단지 하나의 단일의 추가적인 저항기 및 하나의 단일 커패시터를 갖는다. 대안으로, 추가적인 저항기와 커패시터의 직렬 접속은 각각의 경우에 다수의 스위칭 요소들에, 예컨대 모든 스위칭 요소들에 병렬로 접속되며, 따라서 추가적인 저항기들의 수 및 커패시터들의 수는 각각 스위칭 요소들의 수에 대응한다. 전압 제한기가 이러한 타입의 다수의 회로 요소들을 갖고, 각각의 경우에 그의 제어 입력이 OR 로직 스위치를 통해 가능한 시프트 레지스터의 출력으로 라우팅되는 경우, 직렬 접속은 바람직하게 최종 출력에 인접한 시프트 레지스터의 출력으로 라우팅되는 스위칭 요소에 병렬로 접속된다. 커패시터는 바람직하게 콘덴서이다. 스위칭 요소가 전기 비전도 상태에 있다면, 가능한, 추가로 흐르는 전류를 수신하는 RC 회로가 이러한 위상의 저항기는 물론, 추가적인 저항기 및 커패시터의 도움으로 형성된다. 따라서, 전기 저항이 비교적 높더라도 전압 제한기를 가로지르는 전류 흐름이 항상 용이해진다. 추가적인 저항기는 유리하게 비교적 크며, 따라서 비교적 큰 인덕터가 분리 디바이스의 도움으로 스위칭되더라도, 전류는 0으로 라우팅된다. 흐르는 전류는 전압 제한기의 위상들 때문에 비교적 낮으며, 따라서 커패시터는 비교적 작은 치수를 가질 수 있고, 이는 제조 비용을 낮춘다. 추가적인 저항기가 커패시터에 병렬로 적절히 접속된다. 추가적인 저항기는 커패시터가 계속 방전되는 것을 보장한다.

전압 제한기는 유리하게 아날로그 기술에 기초한다. 즉, 전압 제한기는 아날로그 기술로 형성된다. 전압 제한기가 결과적으로 OR 로직 스위치, 타이머, 로직 스위치 및/또는 시프트 레지스터를 포함하는 경우, 이들은 특히 아날로그 기술에 기초하거나 그에 따라 제조된다. 이러한 방식으로 강건성이 증가된다. 제조 비용들도 절감된다.

분리 디바이스는 회로 차단기에서 특히 바람직하게 사용된다. 특히, 분리 디바이스는 유도성 부하를 스위칭하는 데에, 예컨대 유도성 부하를 전력 그리드로부터 분리하는 데 사용된다. 예컨대, 예컨대 전원인 에너지 소스가 분리 디바이스를 동작시키는 데 사용된다. 특히, 시프트 레지스터, 타이머 및/또는 스위칭 요소는 에너지 소스의 도움으로 에너자이징된다.

회로 차단기는 특히 예컨대 전기적으로 또는 신호들을 통해 서로 결합되는 센서 및 분리 디바이스를 포함한다. 분리 디바이스는 스위치 및 스위치에 병렬로 접속된 전압 제한기를 포함하고, 전압 제한기는 서로 병렬로 접속된 다수의 위상들을 가지며, 각각의 위상은 저항기를 포함하고, 위상들 중 적어도 하나는 위상의 저항기에 직렬로 접속되는 스위칭 요소를 포함한다. 센서는 예컨대 전압 또는 전류 센서이다. 즉, 센서는 전류 또는 전압을 검출하도록 준비되고, 특히 제공 및 구성된다. 특히, 분리 디바이스에 의해 운반되는 전류 또는 현재의 전압 또는 매스(mass), 특히 접지와 같은 기준 전위에 대한 전위차가 동작 중에 센서의 도움으로 검출된다. 분리 디바이스는 유리하게 센서의 측정값의 함수로서 작동된다. 특히, 분리 디바이스는 전류 또는 전압이 임계값 이상일 때 작동된다. 예컨대, 회로 차단기는 마이크로프로세서와 같은 제어 디바이스를 포함하며, 그의 도움으로 센서의 측정값들이 평가되고/되거나, 스위치가 작동된다.

회로 차단기는 예컨대 광전지 시스템 또는 광전지 모듈의 도움으로 전기적으로 접촉되며, 예컨대 광전지 시스템 또는 광전지 전력 설비의 일부이다. 이에 대한 하나의 대안에서, 회로 차단기는 차량의 전기 시스템, 예컨대 100 볼트, 200 볼트, 300 볼트 또는 400 볼트보다 크고, 예컨대 1000 볼트 또는 900 볼트보다 작은 전압을 갖는 고전압 차량 전기 시스템의 일부이다. 예컨대, 차량은 항공기이며, 전기 시스템은 예컨대 항공기의 액추에이터들에 급전하는 데 사용된다. 하나의 대안에서, 차량은 자동차, 특히 전기 또는 하이브리드 차량이다. 특히, 회로 차단기는 자동차의 주 구동기를 에너자이징하는 데 사용되는 차량 전기 시스템의 일부이다. 대안으로, 회로 차단기는 산업 설비의 일부이며, 바람직하게 예컨대 컨버터 DC 링크의 도움으로 에너자이징되는 로봇을 보호하는 데 사용된다.

회로 차단기는 특히 10 암페어, 100 암페어, 200 암페어, 300 암페어, 500 암페어 또는 600 암페어 이상의 전류들을 스위칭하기 위해 제공된다. 회로 차단기의 도움으로 스위칭 가능한 최대 전류 세기는 900 암페어, 1,000 암페어, 1,500 암페어 또는 2,000 암페어이다. 예컨대, 회로 차단기의 도움으로 스위칭 가능한 전압은 10 볼트, 50 볼트, 100 볼트 또는 200 볼트보다 크다. 특히, 스위칭 가능한 전압은 500 볼트, 600 볼트, 700 볼트 또는 1,000 볼트 미만이다.

자동차 또는 항공기와 같은 차량의 전기 시스템을 보호하기 위해, 특히 예컨대 전기적으로 그리고/또는 신호들을 통해 서로 결합되는 센서 및 분리 디바이스를 포함하는 회로 차단기가 사용된다. 분리 디바이스는 스위치 및 스위치에 병렬로 접속된 전압 제한기를 포함하고, 전압 제한기는 서로 병렬로 접속된 다수의 위상들을 가지며, 각각의 위상은 저항기를 포함하고, 위상들 중 적어도 하나는 위상의 저항기에 직렬로 접속되는 스위칭 요소를 포함한다. 센서는 예컨대 전압 또는 전류 센서이다.

차량 전기 시스템은 특히 바람직하게 고전압 차량 전기 시스템이며, 그의 도움으로 10 암페어, 20 암페어, 50 암페어, 100 암페어 또는 200 암페어보다 큰 전류 세기를 갖는 전류가 전도된다. 특히, 고전압 차량 전기 시스템에 의해 운반되는 최대 전류 세기는 2,000 암페어, 1,800 암페어 또는 1,500 암페어 미만이다. 특히, 고전압 차량 전기 시스템의 전압은 100 볼트, 200 볼트, 300 볼트 또는 350 볼트보다 크다. 고전압 차량 전기 시스템의 전압은 유리하게 1,000 볼트, 800 볼트 또는 600 볼트 미만이다.

대안으로, 회로 차단기는 산업 설비의 DC 링크와 같은 공급 회로를 보호하는 데 사용된다. 특히, 컨버터가 회로 차단기를 포함한다. 회로 차단기는 예컨대 로봇을 보호하기 위해 산업 응용에서 적합하게 사용된다. 공급 회로는 예컨대 500 V와 1,000 V 사이의 전압, 특히 800 V를 갖는다.

방법은 전류를 차단하기 위한, 특히 스위치 및 스위치에 병렬로 접속된 전압 제한기를 포함하는 회로 차단기의 분리 디바이스를 동작시키는 데 사용되며, 전압 제한기는 서로 병렬로 접속된 다수의 위상들을 갖고, 각각의 위상은 저항기를 포함하고, 위상들 중 적어도 하나는 위상의 저항기에 직렬로 접속된 스위칭 요소를 포함한다. 방법은 스위치가 개방된 후 일정 기간 동안 스위칭 요소가 폐쇄되도록 규정한다. 스위칭 요소는 예컨대 스위치가 개방되기 전에 제2 기간 동안 이미 전기 전도 상태에 놓인다. 스위칭 요소는 스위치가 폐쇄될 때 적절하게 폐쇄된다. 대안으로, 스위칭 요소는 스위치의 개방과 동시에 폐쇄된다. 스위칭 요소는 기간의 종료시에 개방된다.

따라서, 스위치가 개방될 때, 분리 디바이스를 가로질러 흐르는 전류는 전압 제한기로, 즉 위상들로 완전히 정류된다. 저항기들의 병렬 접속으로 인해 전기 저항이 감소된다. 스위칭 요소는 기간의 종료시에 개방되고, 이는 전압 제한기의 전기 저항을 증가시킨다. 전압 제한기가 스위칭 요소들을 포함하는 다수의 위상들을 갖는다면, 방법은 스위칭 요소들 중 적어도 하나, 예컨대 모든 스위칭 요소들이 스위치가 개방된 후 일정 기간 동안 폐쇄되도록 규정한다. 스위칭 요소들은 시간이 지남에 따라 연속적으로 적절하게 개방되며, 모든 스위칭 요소들은 유리하게 스위치가 개방될 때 처음 폐쇄된다. 기간은 각각의 경우에 개별 스위치들의 작동 사이에 적절하게 존재하여, 전압 제한기의 전기 저항이 증가된다.

분리 디바이스의 도움으로 유도성 부하가 스위칭되면, 스위치 양단에 발생하는 전압이 제한된다. 기간의 종료시에, 흐르는 전류는 전압 제한기의 전기 저항으로 인해 감소된다. 스위칭 요소가 이제 작동되면, 전기 저항, 결과적으로 전압이 다시 증가된다. 이것은 전류 흐름의 다른 그리고 더 현저한 감소를 초래한다. 따라서, 전류 흐름은 전기 저항을 증가시킴으로써 계속 방지되고, 존재하는 최대 전압이 감소된다. 따라서, 비교적 비용 효과적인 스위치가 사용될 수 있다. 따라서, 기계식 스위치에서 아크가 방지된다. 반도체 기술에 기초하는 스위치에서는, 비교적 낮은 전기 세기가 요구된다. 커패시터 및 추가적인 저항기가 스위칭 요소에 병렬로 접속되면, 여전히 남아 있는 전류 흐름이 스위칭 요소의 작동 후에 이러한 직렬 접속의 도움으로 흡수되어 0으로 된다.

본 발명의 하나의 예시적인 실시예가 도면에 기초하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 도면에서:
도 1은 회로 차단기를 갖는 고전압 차량 전기 시스템을 포함하는 자동차의 개략 간이도를 도시한다.
도 2는 분리 디바이스를 포함하는 회로 차단기의 개략도를 도시한다.
도 3은 분리 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 4는 분리 디바이스의 회로도를 도시한다.
도 5는 분리 디바이스를 동작시키기 위한 방법을 도시한다.
모든 도면들에서 대응하는 부분들에는 동일한 참조 번호들이 제공된다.

개별 컴포넌트가 제1, 제2, 제3 컴포넌트 등으로 지시되는 경우, 이것은 특히 특정 컴포넌트의 지시를 위해서만 사용된다. 특히, 이것은 소정 수의 컴포넌트의 존재를 의미하지는 않는다.

도 1은 구동 휠들(4)은 물론, 비구동 휠들(6)을 포함하는 자동차(2)의 개략 간이도를 도시한다. 구동 휠들(4)은 더 상세하게 도시되지 않은 컨버터를 포함하는 전기 모터(8)와 결합된다. 컨버터/전기 모터(8)는 전기 에너지를 제공하는 고전압 배터리(10)의 도움으로 에너자이징되며, 400 볼트의 전압이 고전압 배터리의 2 개의 극들 사이에 존재한다. 고전압 배터리(10)는 전기 라인(12)에 의해 컨버터/전기 모터(8)에 결합되며, 최대 1000 암페어의 전류 흐름이 전기 라인(12)의 도움으로 전도된다. 고전압 배터리(10), 전기 라인(12) 및 컨버터/전기 모터(8)는 고전압 차량 전기 시스템(14)의 컴포넌트들이다.

고전압 차량 전기 시스템(14)을 보호하기 위해, 고전압 차량 전기 시스템(14)은 회로 차단기(16)를 포함하고, 이 회로 차단기는 과전류의 경우에, 즉 1,000 암페어를 초과하고, 예컨대 컨버터/전기 모터(8) 내의 단락으로 인해 생성되는 전류 흐름의 경우에 활성화되며, 결과적으로 컨버터/전기 모터(8)로부터 고전압 배터리(10)를 전기적으로 분리한다. 자동차(2)는 저전압 배터리(20)를 갖는 저전압 차량 전기 시스템(18)도 포함하며, 저전압 배터리(20)의 특정 전극들 사이에는 12 볼트 또는 48 볼트의 전류가 존재한다. 또한, 저전압 전기 차량 시스템(18)은 다수의 액추에이터들(22)을 가지며, 그들의 도움으로 윈도우들 또는 시트들과 같은 조정 부품들이 전기적으로 조정될 수 있다.

도 2는 전기 라인(12) 안에 도입되는 분리 디바이스(24)를 포함하는 회로 차단기(16)의 개략 간이도를 도시한다. 분리 디바이스(24)는 전기 라인(12)을 가로지르는 전류 흐름을 차단하는 것을 가능하게 한다. 분리 디바이스(24)는 신호들을 통해 센서(28)와 결합되는 제어 유닛(26)과 신호들을 통해 결합된다. 센서(28)는 전류 센서이며, 그의 도움으로 전기 라인(12)에 흐르는 전류 흐름이 비접촉식으로 측정될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 센서(28)는 홀 센서(Hall sensor)를 포함한다. 제어 유닛(26)은 조립된 상태에서 자동차(2)의 버스 시스템에 접속되는 인터페이스(30)와 또한 결합된다. 제어 유닛(26)은 인터페이스(30)의 도움으로 제어될 수 있다. 동작 중에, 예컨대 센서(28)의 도움으로 과전류가 검출되거나, 소정의 신호가 인터페이스(30)를 통해 수신된다. 분리 디바이스(24)가 제어 유닛(26)의 도움으로 후속 작동되며, 따라서 전기 라인(12)을 가로지르는 전류 흐름이 방지된다. 이것이 발생하면, 분리 디바이스(24)의 상태는 인터페이스(30)를 통해 버스 시스템으로 전달된다.

도 3은 분리 디바이스(24)의 개략 간이도를 도시한다. 분리 디바이스(24)는 전기 라인(12) 안에 도입되는 스위치(32)를 포함한다. 스위치는 IGBT를 포함하고, 제어 입력(34)을 가지며, 그의 도움으로 IGBT의 스위칭 상태가 변경될 수 있다. 전압 제한기(36)가 스위치(32)에 병렬로 접속된다. 즉, 스위치(32)는 전압 제한기(36)의 도움으로 브리징된다. 전압 제한기(36)는 서로 병렬로 접속된 다수의 회로 등가 위상들(38)을 갖는다. 모든 위상들(38)은 스위치(32)에 병렬로 접속된다. 전압 제한기(36)는 또한 타이머(40)를 포함한다. 타이머(40)는 NE555 칩이고, 스위치(32)가 개방 위치에 있을 때, 즉 전기를 전도하지 않을 때, 타이머(40)에 전압이 존재한다. 전압 제한기(36)는 시프트 레지스터(42)를 포함한다. 시프트 레지스터(42)에는 타이머의 도움으로 소정의 클럭들이 공급된다. 시프트 레지스터(42)는 또한 스위치(32)의 제어 입력(34)에 동작가능하게 접속된다. 위상(38)은 시프트 레지스터(42)의 도움으로 제어된다. 전압 제한기(36)는 아날로그 기술에 기초한다. 즉, 위상들(38)은 물론, 타이머(40) 및 시프트 레지스터(42)는 아날로그 컴포넌트들로서 설계된다.

도 4는 스위치(32)에 병렬로 접속되는 위상들(38)을 포함하는 분리 디바이스(36)의 비교적 상세한 회로도를 도시한다. 전압 제한기(36)는 서로 병렬로 그리고 스위치(32)에 병렬로 접속되는 제1 위상(38a), 제2 위상(38b), 제3 위상(38c), 제4 위상(38d) 및 제5 위상(38e)을 갖는다. 예컨대, 스위치(32)의 단자들 중 하나는 접지로 라우팅되며, 따라서 모든 위상들(38a, 38b, 38c, 38d, 38e)도 접지로 라우팅된다. 위상들(38)은 동일한 설계를 가지며, 이들 각각은 저항기(44) 및 IGBT 형태의 스위칭 요소(46)를 포함한다. 요컨대, 위상들(38) 각각은 스위칭 요소들(46) 중 하나를 갖는다. 각각의 위상(38)의 저항기(44) 및 스위칭 요소(46)는 서로 직렬로 접속된다. 개별 위상들(38a, 38b, 38c, 38d, 38e)의 오믹 저항은 각각의 경우에 정수배만큼 적어도 부분적으로 증가된다. 제1 위상(38a)의 저항기(44)의 오믹 저항은 20 옴이고, 제2 위상(38b)의 저항기(44)의 오믹 저항은 40 옴이고, 제3 위상(38c)의 저항기(44)의 오믹 저항은 80 옴이고, 제4 및 제5 위상들(38d, 38e)의 저항기(44)의 오믹 저항은 각각의 경우에 160 옴이다. 추가적인 저항기(48)와 콘덴서 형태의 커패시터(50)의 직렬 접속은 제5 위상(38e)의 스위칭 요소(46)에 병렬로 접속된다. 커패시터(50)는 스위치(32)의 단자들 중 하나의 단자의 전위로, 즉 접지로 라우팅된다. 커패시터(50) 자체는 추가적인 저항기(52)에 의해 브리징되며, 이는 결과적으로 커패시터(50)에 병렬로 접속된다. 그러면, 추가적인 저항기(48)의 오믹 저항은 제5 위상(38e)의 저항기(44)의 오믹 저항과 동일하며 160 옴이다. 추가적인 저항기(52)의 오믹 저항은 예컨대 1 mΩ이다.

각각의 스위칭 요소(46)는 제어 입력(54)을 가지며, 그의 도움으로 특정 스위칭 요소(46)의 스위칭 상태가 설정될 수 있다. 스위칭 요소(46)가 제어 입력(54)의 도움으로 전기 비전도 상태에 있도록 설정되면, 이 특정 위상(38)을 가로지르는 전류 흐름이 방지된다. 전압 제한기(36)는 각각의 경우에 OR 게이트들인 제1 OR 로직 스위치(56), 제2 OR 로직 스위치(58), 제3 OR 로직 스위치(60) 및 제4 OR 로직 스위치(62)를 포함한다. 제1 위상(38a)의 스위칭 요소(46)의 제어 입력(54)은 시프트 레지스터(42)의 제1 출력(64)뿐만 아니라 제1 OR 로직 스위치(56)의 제1 입력(66)으로 라우팅된다. 제2 위상(38b)의 스위칭 요소(46)의 제어 입력(54)은 제1 로직 스위치(56)의 출력(68)뿐만 아니라 제2 OR 로직 스위치(58)의 제1 입력(70)으로 라우팅된다. 제3 위상(38c)의 스위칭 요소(46)의 제어 입력(54)은 제2 OR 로직 스위치(58)의 출력(72)뿐만 아니라 제3 OR 로직 스위치(60)의 제1 입력(72)으로 라우팅된다. 제4 위상(38d)의 스위칭 요소(46)의 제어 입력(54)은 제3 OR 로직 스위치(60)의 출력(76)뿐만 아니라 제4 OR 로직 스위치(62)의 제1 입력(78)으로 라우팅된다. 제5 위상(38e)의 스위칭 요소(46)의 제어 입력(54)은 제4 OR 로직 스위치(62)의 출력(80)뿐만 아니라 제1 NOR 게이트(82)의 양 입력들로 라우팅된다.

시프트 레지스터(42)의 제2 출력(84)은 제1 OR 로직 스위치(56)의 제2 출력(86)으로 라우팅된다. 시프트 레지스터(42)의 제3 출력(88)은 제2 OR 로직 스위치(58)의 제2 출력(90)으로 라우팅된다. 시프트 레지스터(42)의 제4 출력(92)은 제3 OR 로직 스위치(60)의 제2 출력(94)으로 라우팅된다. 시프트 레지스터(42)의 제5 출력(96)은 제4 OR 로직 스위치(62)의 제2 출력(98)으로 라우팅된다. OR 로직 스위치들(56, 58, 58, 60, 62)은 동일한 설계를 갖는다. 또한, 레벨이 입력들(66, 68 또는 70, 90 또는 74, 94 또는 78, 98) 중 적어도 하나에 존재할 때 레벨이 특정 출력들(68, 72,76, 80) 각각에 존재한다.

시프트 레지스터(42)의 시작 출력(100)은 자유롭고, 따라서 어떠한 다른 전기 또는 전자 컴포넌트와도 전기적으로 접촉되지 않는다. 시프트 레지스터(42)의 최종 출력(102)은 제1 다이오드(104)를 통해 시프트 레지스터(42)의 재설정 입력(106)으로 라우팅된다. 최종 출력(102)으로부터 재설정 입력(106)으로의 전류 흐름만이 다이오드(104)에 의해 촉진된다. 시프트 레지스터(42)가 활성화되면, 시작 출력(100)이 먼저 구동된다. 제1 출력(64), 제2 출력(84), 제3 출력(88), 제4 출력(92) 및 제5 출력(96)이 후속 구동되고, 이어서 최종 출력(102)이 구동되며, 구동은 시간 입력(108)에 존재하는 구동 신호의 함수로서 발생한다. 시작 출력(100)은 채널 Q0에 대응하고, 제1 출력(64)은 채널 Q1에 대응하고, 제2 출력(84)은 채널 Q2에 대응하고, 최종 출력(102)이 채널 Q6에 대응하기까지 기타 등등이다.

시프트 레지스터(42)의 재설정 입력(106)은 제2 커패시터(110)를 통해 전원(112)으로 라우팅되고, 그의 도움으로 15 볼트의 직류가 제공된다. 재설정 입력(106)은 또한 제2 저항기(114)를 통해 접지로 라우팅된다. 제2 다이오드(116)가 제2 저항기(114)에 병렬로 접속되고, 그의 도움으로 접지로부터 재설정 입력(106)으로의 전류 흐름이 촉진된다.

타이머(40)가 단안정 플립플롭으로서 접속된다. 따라서, GND 단자(118)가 접지로 라우팅되고, 전원 전압 단자(120)가 전원(112)으로 라우팅된다. 제어 단자(122)가 제3 커패시터(124)를 통해 접지로 라우팅된다. 방전 단자(126)가 임계 단자(128)는 물론 접지로 제4 커패시터(130)를 통해 라우팅된다. 방전 단자(126) 및 임계 단자(128)도 제3 저항기(132)의 도움으로 전원(112)으로 라우팅된다. 트리거 단자(134)가 전압 분할기(136)의 도움으로 전기 라인(12)과 전기적으로 접촉된다. 이러한 목적을 위해, 트리거 단자(134)는 제4 저항기(138)의 도움으로 전기 라인(12)으로 그리고 제5 저항기(139)의 도움으로 접지로 라우팅된다.

타이머(40)의 시간 출력(140)이 제3 다이오드(142)의 도움으로 트리거 단자(134)로 라우팅되고, 시간 출력(140)에서의 트리거 단자(134)로의 전류 흐름이 촉진된다. 시간 출력(140)은 로직 스위치(146)의 제2 입력(144)으로 더 라우팅된다. 로직 스위치(146)의 제1 입력(148)이 스위치(32)의 제어 입력(34)으로 라우팅된다. 로직 스위치(146)는 제2 NOR 게이트(150)를 가지며, 그의 입력들은 로직 스위치(146)의 입력들(144, 148)을 형성한다. 제2 NOR 게이트(150)의 출력은 제3 NOR 게이트(152)의 2 개의 입력들로 라우팅된다. 제3 NOR 게이트(152)의 출력은 로직 스위치(146)의 출력(154)을 형성하며, 이는 시프트 레지스터(42)의 시간 입력(108)으로 라우팅된다. 결과적으로, 로직 스위치(148)의 출력(154)은 레벨(신호)이 로직 스위치(146)의 제1 입력(148) 또는 제2 입력(144)에 존재할 때 정확하게 레벨을 갖는다. 요컨대, 시프트 레지스터(42)의 시간 입력(108)은 스위치(32)의 제어 입력(34)에 동작가능하게 접속된다. 제어 입력(34)은 또한 제4 NOR 게이트(154)의 입력으로 라우팅되고, 그의 다른 입력은 제1 NOR 게이트(82)의 출력으로 라우팅된다. 제4 NOR 게이트의 출력은 타이머(40)의 재설정 단자(156)로 라우팅된다.

도 5는 분리 디바이스(24)를 동작시키기 위한 방법(158)을 도시한다. 제1 작업 단계(160)에서, 전원(112)의 도움으로 시프트 레지스터(42)의 재설정 입력(106)에 레벨이 인가되어, 시작 출력(100)이 구동된다. 요컨대, 전압이 전원(112)에 존재하고, 따라서 신호가 또한 시프트 레지스터(42)의 재설정 입력(106)에 존재하며, 따라서 시작 출력(100)이 이어서 구동된다. 결과적으로, 모든 스위칭 요소들(46)이 차단되고, 전압 제한기(36)를 가로지르는 어떠한 전류 흐름도 본질적으로 불가능하다. 스위치(32)는 개방 상태에 있으며, 어떠한 전류도 분리 디바이스(24)를 가로질러 흐를 수 없다.

후속 제2 작업 단계(162)에서, 스위치(32)는 닫히는 방식으로 구동된다. 결과적으로, 신호가 제어 입력(34)에 존재하며, 이는 타이머(40)를 활성화한다. 따라서, 로직 스위치(146)로 인해, 레벨이 시프트 레지스터(42)의 시간 입력(108)에 존재하고, 따라서 제1 출력(64)이 구동된다. 결과적으로, 위상들(38)의 모든 스위칭 요소들(46)은 OR 로직 스위치들(56, 58, 60, 62)로 인해 구동되어 전기를 전도한다. 그러나, 그들은 스위치(32)에 비해 더 높은 오믹 저항을 가지며, 따라서 본질적으로 단지 스위치(32)를 가로질러 전류가 흐른다. 제1 NOR 게이트(82) 및 제4 NOR 게이트(154)로 인해, 타이머(40)는 재설정 상태로 유지되며, 스위치(32)가 개방 위치에 있을 때, 즉 전기를 전도할 때만 타이머(40)가 활성화되는 것이 보장된다.

제3 작업 단계(164)에서, 스위치(32)는 개방되며, 따라서 제어 입력(34)에는 신호가 더 이상 존재하지 않는다. 결과적으로, 전류는 위상들(38)로 완전히 정류되며, 따라서 부하가 전기 라인(12)에 유도적으로 접속되는 경우에도 분리 디바이스(24)를 가로질러 전류가 계속 흐르고, 따라서 스위치(32)에서의 비교적 높은 전압의 형성이 방지된다. 전압 제한기(36)의 오믹 저항이 스위치(32)의 오믹 저항에 비해 증가되므로, 전압 분할기(136) 양단에 발생하는 전압이 증가한다. 현재 전압이 전압 분할기(136)의 도움으로 타이머(40)의 트리거 단자(134)에 인가된다. 이 전압이 동작 전압의 1/3로 떨어지면, 펄스가 소정 기간 후에 시간 출력(140)을 가로질러 출력되고, 로직 칩(146)으로 전도된다. 결과적으로, 시프트 레지스터(42)가 제어되고, 이제 그의 제2 출력(84)이 구동된다. 그 결과, 제1 위상(38a)의 스위칭 요소(46)는 전기 비전도 상태로 스위칭되고, 그 때에, 나머지 위상들(38b, 38c, 38d, 38e)의 나머지 스위칭 요소들(46)은 전기 전도 상태로 유지된다. 그 결과, 전압 제한기(36)의 전기 저항이 증가된다. 따라서, 타이머(40)의 트리거 단자(134)에 존재하는 전압이 또한 증가한다. 이것은 떨어지며, 다시 타이머(40)의 동작 전압의 1/3이 되면, 그의 도움으로, 추가적인 작업 단계들에서 각각의 경우에 소정 기간들 후에 펄스가 다시 로직 칩(146)으로 전도되며, 따라서 제3 출력(88) 또는 제4 출력(92)이 이제 구동되고, 따라서 제2 위상(38b) 또는 제3 위상(38c)의 스위칭 요소(46)는 또한 이제 비전도 상태로 스위칭된다. 위상들(38a, 38b, 38c, 38d, 38e)의 오믹 저항이 적어도 부분적으로 계속 증가되므로, 연속적인 전류는 비교적 크게 감소한다.

약한 유도성 부하들 하에서도 시프트 레지스터(42)의 안전한 구동을 보장하기 위해, 타이머(40)는 단안정 플립플롭으로서 접속된다. 최소 펄스 폭이 제3 저항기(132) 및 제4 커패시터(130)의 도움으로 결정된다. 제4 커패시터(130)는 신호가 시간 출력(140)에 존재할 때 제3 저항기(132)의 도움으로 충전된다. 이것은 임계 단자(128)에 존재하는 전압이 동작 전압의 2/3 미만이 될 때까지 발생한다. 트리거 단자(134)에서의 전압이 동작 전압의 1/3 아래로 떨어졌을 때만 새로운 펄스가 시작될 수 있기 때문에, 시간 출력은 제3 다이오드(142)의 도움으로 트리거 단자(134)에 다시 결합된다.

시프트 레지스터(42)의 제5 출력(96)이 구동될 때, 제5 위상(38e)의 스위칭 요소(46)만이 전기 전도 상태로 스위칭되고, 따라서 전압 제한기(36)는 본질적으로 제5 위상(38e)의 저항기(44)의 오믹 저항을 갖는다. 이제 최종 작업 단계(166)에서 시프트 레지스터(42)의 시간 입력(108)에 펄스가 인가되면, 최종 출력(102)이 구동된다. 그 결과, 시프트 레지스터(42)의 재설정 단자(106)가 구동되어 결과적으로 재설정되며, 따라서 시작 출력(100)이 구동된다. 위상들(38)의 모든 스위칭 요소들(46)은 또한 이제 전기 비전도 상태로 스위칭된다. 결과적으로, 추가적인 저항기(48) 및 커패시터(50)로부터 또는 부분적으로는 제5 위상(38e)의 커패시터(44)의 도움으로 형성되는 RC 회로는 유도적으로 저장된 나머지 전기 에너지를 흡수하며, 따라서 전압 제한기(36)를 가로질러 흐르는 전류는 제로가 된다. 추가적인 저항기(52)의 도움으로 커패시터(50)의 방전이 보장된다.

요컨대, 전압 제한기(36)의 전기 저항은 시프트 레지스터(42)의 도움으로 시간이 지남에 따라 계속 증가되며, 증가는 흐르는 전류가 소정 제한값 아래인 경우에만 발생한다. 이 제한값은 저항기들(44)의 도움으로 설정된다. 결과적으로, 비교적 현저한 유도성 부하, 따라서 이에 상당하는 전류 흐름의 계속 하에서도, 스위치(32)가 작동될 때 비교적 높은 전압의 형성이 방지된다. 비교적 높은 전류 흐름이 계속되면, 전기 저항이 비교적 낮아서 전압이 비교적 낮다. 전류가 제한값 아래일 때만 전기 저항이 증가되고, 이는 또한 결과적인 전압을 증가시킨다. 전류가 다시 감소되고, 결과적으로 현재 전압도 감소되면, 전기 저항이 또한 증가하여 전압이 다시 증가된다. 결과적으로, 증가하는 정도로 전류 흐름이 다시 더 감소된다.

본 발명은 전술한 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 대신, 그로부터 본 발명의 다른 변형들이 본 발명의 주제를 벗어나지 않고 이 분야의 기술자에 의해 도출될 수 있다. 더욱이, 특히, 예시적인 실시예와 관련하여 설명된 모든 개별적인 특징들은 본 발명의 주제를 벗어나지 않고 서로 달리 결합될 수도 있다.

참조 번호들의 리스트

2 자동차

4 구동 휠

6 휠

8 전기 모터

10 고전압 배터리

12 전기 라인

14 고전압 차량 전기 시스템

16 회로 차단기

18 저전압 차량 전기 시스템

20 저전압 배터리

22 액추에이터

24 분리 디바이스

26 제어 디바이스

28 센서

30 인터페이스

32 스위치

34 제어 입력

36 전압 제한기

38 위상

38a 제1 위상

38b 제2 위상

38c 제3 위상

38d 제4 위상

38e 제5 위상

40 타이머

42 시프트 레지스터

44 저항기

46 스위칭 요소

48 추가적인 저항기

50 커패시터

52 추가적인 저항기

54 제어 입력

56 제1 OR 로직 스위치

58 제2 OR 로직 스위치

60 제3 OR 로직 스위치

62 제4 OR 로직 스위치

64 시프트 레지스터의 제1 출력

66 제1 OR 로직 스위치의 제1 입력

68 제1 OR 로직 스위치의 출력

70 제2 OR 로직 스위치의 제1 입력

72 제2 OR 로직 스위치의 출력

74 제3 OR 로직 스위치의 제1 입력

76 제3 OR 로직 스위치의 출력

78 제4 OR 로직 스위치의 제1 입력

80 제4 OR 로직 스위치의 출력

82 제1 NOR 게이트

84 시프트 레지스터의 제2 출력

86 제1 OR 로직 스위치의 제2 입력

88 시프트 레지스터의 제3 출력

90 제2 OR 로직 스위치의 제2 입력

92 시프트 레지스터의 제4 출력

94 제3 OR 로직 스위치의 제2 입력

96 시프트 레지스터의 제5 출력

98 제4 OR 로직 스위치의 제2 입력

100 시작 출력

102 최종 출력

104 다이오드

106 재설정 입력

108 시간 입력

110 제2 커패시터

112 전원

114 제2 저항기

116 제2 다이오드

118 GND 단자

120 공급 전압 단자

122 제어 단자

124 제3 커패시터

126 방전 단자

128 임계 단자

130 제4 커패시터

132 제3 저항기

134 트리거 단자

136 전압 분배기

138 제4 저항기

139 제5 저항기

140 시간 출력

142 제3 다이오드

144 로직 스위치의 제2 입력

146 로직 스위치

148 로직 스위치의 제1 입력

150 제2 NOR 게이트

152 제3 NOR 게이트

154 제4 NOR 게이트

156 재설정 단자

158 방법

160 제1 작업 단계

162 제2 작업 단계

164 제3 작업 단계

166 최종 작업 단계

Claims

전류를 차단하기 위한, 특히 스위치(34) 및 상기 스위치(34)에 병렬로 접속된 전압 제한기(36)를 포함하는 회로 차단기(16)의 분리 디바이스(24)로서,
상기 전압 제한기는 서로 병렬로 접속된 다수의 위상들(38)을 갖고, 각각의 위상(38)은 저항기(44)를 포함하고, 상기 위상들(38) 중 적어도 하나는 상기 위상(38)의 상기 저항기(44)에 직렬로 접속되는 스위칭 요소(46)를 포함하는, 분리 디바이스(24).
제1항에 있어서,
각각의 위상(38)은 이러한 타입의 스위칭 요소(46)를 포함하고, 상기 위상들(38)은 특히 회로 등가인 것을 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
제2항에 있어서,
각각의 스위칭 요소(46)는 제어 입력(54)을 가지며,
- 상기 스위칭 요소들(46) 중 하나의 스위칭 요소의 상기 제어 입력(54)은 시프트 레지스터(42)의 제1 출력(64) 및 OR 로직 스위치(56)의 제1 입력(66)으로 라우팅되고;
- 상기 OR 로직 스위치(56)의 제2 입력(86)은 상기 시프트 레지스터(42)의 제2 출력(84)으로 라우팅되고;
- 추가적인 스위칭 요소(46)의 상기 제어 입력(54)은 상기 OR 로직 스위치(56)의 출력(68)으로 라우팅되는 것을 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
제3항에 있어서,
상기 시프트 레지스터(42)의 시작 출력(100)은 자유로운 것을 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 시프트 레지스터(42)의 재설정 입력(106)은 상기 시프트 레지스터(42)의 최종 출력(102) 및/또는 전원(112)으로 라우팅되는 것을 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시프트 레지스터(42)의 시간 입력(108)은 상기 스위치(32)의 제어 입력(34)에 동작가능하게 접속되는 것을 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
제6항에 있어서,
상기 스위치(32)의 상기 제어 입력(34)은 로직 스위치(146)의 제1 입력(148)으로 라우팅되고, 타이머(40)의 시간 출력(140)은 상기 로직 스위치(146)의 제2 입력(144)으로 라우팅되고, 상기 로직 스위치(146)의 출력(154)은 상기 시프트 레지스터(42)의 상기 시간 입력(108)으로 라우팅되며, 상기 로직 스위치(146)의 상기 출력(154)은, 특히 레벨이 상기 로직 스위치(146)의 상기 제1 입력(148)에 존재하고/하거나 상기 로직 스위치의 상기 제2 입력(144)에 존재할 때, 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
다른 저항기(48)와 커패시터(50)의 직렬 접속이 상기 스위칭 요소(46)에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
아날로그 기술에 기초하는 전압 제한기(36)를 특징으로 하는 분리 디바이스(24).
센서(28) 및 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 분리 디바이스(24)를 포함하는 회로 차단기(16).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 분리 디바이스(24)를 동작시키기 위한 방법(158)으로서,
상기 스위치 요소(46)는 상기 스위치(32)가 개방된 후에 일정 기간 동안 폐쇄되는, 방법.