WO1993011608A1 - Power switch - Google Patents

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WO1993011608A1
WO1993011608A1 PCT/EP1992/002678 EP9202678W WO9311608A1 WO 1993011608 A1 WO1993011608 A1 WO 1993011608A1 EP 9202678 W EP9202678 W EP 9202678W WO 9311608 A1 WO9311608 A1 WO 9311608A1
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WO
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circuit breaker
voltage
semiconductor element
control voltage
control device
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PCT/EP1992/002678
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German (de)
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Inventor
Hermann Zierhut
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6874—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor in a symmetrical configuration

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker, in particular a line circuit breaker, which works with a semiconductor element.
  • Circuit breakers in the form of line circuit breakers let a short-circuit current of 1000 to about 6000 A flow for a few milliseconds when a downstream device is short-circuited. Therefore, these devices are designed today so that they can withstand these high-current pulses, as they occur especially when commissioning, without damage. This makes circuit breakers more expensive, on the one hand, and on the other hand, the required construction volume is larger.
  • the invention has for its object to develop a circuit breaker, in particular in the form of a circuit breaker, which manages with simple means and a semiconductor element without oversizing.
  • the solution to the problem is carried out by a circuit breaker according to claim 1.
  • the semiconductor element is selected such that its internal resistance has a low value at a certain control voltage on a control electrode and an operating voltage on working electrodes lying in the direction of passage in a cable run. Its internal resistance rises abruptly with increasing voltage at the working electrodes. Voltage is then abruptly applied to a trigger element of a relay arranged parallel to the semiconductor element, so that the relay can then open an interrupter contact arranged in the cable line.
  • the interrupter contact can open permanently, that is to say can be designed to be storage.
  • it can be a bistable relay.
  • Such an arrangement acts as a current-limiting semiconductor arrangement, the semiconductor being temporarily protected to a certain extent automatically by the trigger element arranged parallel to it and being permanently protected by the opening of the interrupter contact arranged in series with it and the downstream consumer.
  • a known circuit breaker (US-A-3 058 034, Figure 10) works with a special circuit with transistors as semiconductor elements in series connection to one
  • the antiserial arrangement of two FETs whose gates can be connected to a common control voltage is suitable as the semiconductor element. Despite the inevitable effect of an internal body diode in FETs, the arrangement of the two FETs can block AC voltage. In the event of a short circuit, such an arrangement can limit the current to less than 50 to 60 A instead of the 6 KA otherwise customary in circuit breakers. Particularly fast special versions are not required as relays, but standard quick-release relays are sufficient.
  • the circuit breaker can be remotely controlled using simple means. All that is required for this is to make the control voltage adjustable by a remote control device in the sense of a case-by-case increase or decrease in the internal resistance of the semiconductor element.
  • a remotely controllable switch has all the advantages of the principle according to the invention.
  • a current sensor is arranged in the cable by which it can be checked when a permissible short-circuit current is reached or exceeded, whereupon the control voltage is set so that the permissible short-circuit current is not exceeded.
  • additional monitoring by means of a control device acted upon by the current sensor is therefore used.
  • a mains voltage of 230 V it is advantageous for a mains voltage of 230 V to carry out the break contact with an opening width of at least 3 mm. With two in series for parallel connection from a semiconductor arrangement With a mains voltage of 230 V, an opening width of 1.5 mm is sufficient in each case. Such a symmetrical arrangement of the interrupter contacts is advantageous.
  • FIG. 1 shows the circuit breaker in principle and using two antiserial FETs.
  • FIG. 2 shows a circuit breaker with two interrupter contacts and with additional protection by two Zener diodes, each between the drain and gate of an FET.
  • 3 shows a circuit breaker with a control device for the electrode voltage of two FETs.
  • 4 shows the circuit breaker in the cable path of a network to a consumer.
  • the circuit breaker according to FIG. 1 works with a semiconductor element 1, the internal resistance of which at a certain control voltage 2 on a control electrode 3 and an operating voltage 4 on working electrodes 5 lying in the direction of passage in a cable train has a low value.
  • the working voltage at the semiconductor element 1 can only be a few 100 mV.
  • the semiconductor element is selected or constructed in such a way that its internal resistance increases suddenly with increasing voltage at the working electrodes 5.
  • a trigger element 7 of an element acting as a relay is arranged electrically parallel to the semiconductor element 1. This can the field winding of a relay.
  • the relay operates on at least one interrupter contact 8, which is arranged in the cable train. When the relay responds, the line is interrupted.
  • the breaker contact 8 is arranged above in the exemplary embodiment, based on FIG. 1.
  • the interrupter contact can also be inserted into the line routing below, which is to be illustrated by the dashed line.
  • the semiconductor element 1 is formed by two FETs 6 connected in series, the gates 9 of which are connected to a common control voltage 2.
  • FETs 6 With equally doped FETs, e.g. two n-channel FETs, it is favorable to connect the source electrodes 10 and to apply them to one pole of the control voltage. If the drain electrodes 11 were to be connected, a separate control voltage would be required for each FET.
  • two interrupter contacts 8 are provided and the FETs 6 of the semiconductor element
  • Zener diodes 12 are additionally protected by Zener diodes 12.
  • the Zener diodes 12 are arranged between the drain 11 and gate 9 of each FET. They are antiserial to one another and protect the FETs in circuits with greater inductance against overvoltage peaks, such as can occur during a switch-off process.
  • a diode 17 In series with the Zener diodes 12 is a diode 17 in such a way that the cathodes of the diode and the Zener diode 12 are connected to one another. This ensures that when the source-drain path of the FETs 9 is switched through, that is to say the control voltage
  • the control voltage 2 can be from a control device 13, cf. for example FIG 3, which in particular as Remote control device can be designed to be adjustable in the sense of a case-by-case increase or decrease in the internal resistance of the semiconductor element 1.
  • the control device is advantageously to be designed in such a way that it is checked when a permissible short-circuit current is reached or exceeded, in order to then suddenly adjust the control voltage so that the permissible short-circuit current is not exceeded.
  • Standard FETs react in the nanosecond range, for example to change the voltage from 15 to 2 V.
  • a current sensor 14 is arranged in the cable run and the control device 13 is designed to check when a permissible short-circuit current is reached or exceeded in order to set the control voltage 2 so that the permissible short-circuit current is not exceeded - becomes.
  • FIG. 4 shows the circuit breaker in the form of a double breaker, that is to say with two breaker contacts 8, arranged in a supply network 15 to a consumer 16.
  • the circuit breaker acts as a current-limiting semiconductor circuit. If the circuit breaker is designed to be controllable in the manner described or in another way, advantageous additional functions can be fulfilled for special tasks:

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  • Electronic Switches (AREA)
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Abstract

A power switch, in particular a line safety switch, works with a semiconductor element (1). Its inner resistance is low at a determined control voltage (2) applied to a control electrode (3) and operating voltage (4) applied to working electrodes (5) arranged in the direction of flow of the cable running. The inner resistance suddenly increases as the voltage at the working electrodes (5) increases. A triggering member (7) for an element that acts as a relay is connected in parallel to the semiconductor element (1). The relay cooperates with at least one contact breaker (8) in the cable running in the opening direction.

Description

Leistungsschalter breakers
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter, insbesondere Leitungsschutzschalter, der mit einem Halb- leiterele ent arbeitet.The invention relates to a circuit breaker, in particular a line circuit breaker, which works with a semiconductor element.
Leistungsschalter in der Ausführung als Leitungsschutz¬ schalter, wie sie heute auf dem Markt sind, lassen bei Kurzschluß eines nachgeordneten Gerätes einen Kurzschluß- ström von 1000 bis etwa 6000 A für einige Millisekunden fließen. Deshalb werden diese Geräte heute so ausgelegt, daß sie diese Hochstromimpulse, wie sie insbesondere bei Inbetriebnahme auftreten, ohne Schaden aushalten. Dadurch verteuern sich Leitungsschutzschalter zum einen und zum anderen ist das erforderliche Bauvolumen größer.Circuit breakers in the form of line circuit breakers, as they are on the market today, let a short-circuit current of 1000 to about 6000 A flow for a few milliseconds when a downstream device is short-circuited. Therefore, these devices are designed today so that they can withstand these high-current pulses, as they occur especially when commissioning, without damage. This makes circuit breakers more expensive, on the one hand, and on the other hand, the required construction volume is larger.
Andererseits hat man versucht, Halbleiterelemente für Schutzschaltgeräte heranzuziehen. Hierbei tritt das Problem auf, daß die Halbleiterelemente ihrerseits stark überdirnen- sioniert und teuer sein müssen oder daß sie selbst geschützt werden müssen. Es sind daher Bypaßschaltungen bekannt, wo¬ nach durch besonders schnelle Auslöser oder besondere elek¬ tronische Steuerungsmaßnahmen der Halbleiter überbrückt wird, bevor er Schaden nehmen kann. Die Halbleiter werden hierbei üblicherweise eingesetzt, um eine Fernsteuerung zu ermöglichen.On the other hand, attempts have been made to use semiconductor elements for protective switching devices. The problem arises here that the semiconductor elements in turn have to be heavily over-dimensioned and expensive or that they themselves have to be protected. Bypass circuits are therefore known, according to which the semiconductor is bridged by particularly fast triggers or special electronic control measures before it can be damaged. The semiconductors are usually used to enable remote control.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungs¬ schalter, insbesondere in der Ausprägung als Leitungsschutz- Schalter, zu entwickeln, der mit einfachen Mitteln und einem Halbleiterelement ohne Überdimensionierung auskommt. Die Losung der geschilderten Aufgabe erfolgt durch einen Leistungsschalter nach Patentanspruch 1. Dieser arbeitet mit einem Halbleiterelement, jedoch anders als bisher. Das Halbleiterelement ist so gewählt, daß sein Innenwiderstand bei einer bestimmten Steuerspannung an einer Steuerelektrode und einer Arbeitsspannung an in Durchgangsrichtung in einem Leitungszug liegenden Arbeitselektroden einen niedrigen Wert aufweist. Sein Innenwiderstand steigt mit steigender Spannung an den Arbeitselektroden sprunghaft an. An einem parallel zum Halbleiterelement angeordneten Auslδseglied eines Relais liegt dann sprunghaft Spannung an, so daß das Relais dann einen im Leitungszug angeordneten Unterbrecher¬ kontakt öffnen kann. Insbesondere kann der Unterbrecherkon¬ takt bleibend öffnen, also speichernd ausgeführt sein. Er kann beispielsweise ein bistabiles Relais sein. Eine der¬ artige Anordnung wirkt als strombegrenzende Halbleiteran¬ ordnung, wobei der Halbleiter gewissermaßen selbsttätig durch das zu ihm parallel angeordnete Auslδseglied vorüber¬ gehend geschützt wird und durch die Öffnung des seriell zu ihm angeordneten Unterbrecherkontaktes ebenso wie der nach- geordnete Verbraucher dauerhaft geschützt wird.The invention has for its object to develop a circuit breaker, in particular in the form of a circuit breaker, which manages with simple means and a semiconductor element without oversizing. The solution to the problem is carried out by a circuit breaker according to claim 1. This works with a semiconductor element, but differently than before. The semiconductor element is selected such that its internal resistance has a low value at a certain control voltage on a control electrode and an operating voltage on working electrodes lying in the direction of passage in a cable run. Its internal resistance rises abruptly with increasing voltage at the working electrodes. Voltage is then abruptly applied to a trigger element of a relay arranged parallel to the semiconductor element, so that the relay can then open an interrupter contact arranged in the cable line. In particular, the interrupter contact can open permanently, that is to say can be designed to be storage. For example, it can be a bistable relay. Such an arrangement acts as a current-limiting semiconductor arrangement, the semiconductor being temporarily protected to a certain extent automatically by the trigger element arranged parallel to it and being permanently protected by the opening of the interrupter contact arranged in series with it and the downstream consumer.
Ein bekannter Stromkreisunterbrecher (US-A-3 058 034, Figur 10) arbeitet mit einer speziellen Schaltung mit Transisto- ren als Halbleiterelemente in Reihenschaltung zu einemA known circuit breaker (US-A-3 058 034, Figure 10) works with a special circuit with transistors as semiconductor elements in series connection to one
Relais, wobei zwei Zenerdioden parallel zu den Halbleiter¬ elementen, aber gleichfalls in Reihe zum Relais, in einem Überbrückungspfad zu den Transistoren angeordnet sind. Bei Überlastung steigt die Spannung an den Transistoren auf- grund einer entsprechenden Steuerspannung stark an und die Zenerdioden im Überbrückungspfad werden leitend, so daß das Relais erregt wird und der Lastkreis abgeschaltet wird. Die Schaltung nach Anspruch 1 kommt jedoch ohne zusätzliche Zenerdioden aus. Nach einer Weiterbildung werden bei einer allgemeinen Schal¬ tung mit dem Wirkungsprinzip nach Anspruch 1, also auch bei einer Serienanordnung nach dem oben geschilderten Stand der Technik , FET ' s in bestimmter antiseri eller Anordnung einge- setzt . Die Verwendung von FET ' s ist zwar für sich hinläng¬ lich bekannt (beispielsweise DE-A-3 445 340) . Selbst ein Ersatz der Transistoren der bekannten Anordnung durch FET ' s führt jedoch nicht zu einer Schaltung nach Anmeldungsgegen¬ stand , da man nach Anspruch 1 ohne Zenerdioden auskommt und nach Anspruch 2 t rotz der bei FET ' s an sich nachteiligen inneren Body-Diode eine gute Sperrung gegen Wechselspannung erzielt . Die bekannte Schaltung ( US-A-3 058 034, Figur 11 ) kann in einer anderen Ausführung nur für einen Gl eichstrom- Lastkreis verwendet werden und nicht für einen Wechsel- strom-Lastkreis .Relay, two Zener diodes being arranged parallel to the semiconductor elements, but also in series with the relay, in a bridging path to the transistors. In the event of an overload, the voltage at the transistors rises sharply due to a corresponding control voltage and the Zener diodes in the bridging path become conductive, so that the relay is excited and the load circuit is switched off. However, the circuit according to claim 1 does not require additional Zener diodes. According to a further development, FETs in a specific antiserial arrangement are used in a general circuit with the operating principle according to claim 1, that is to say also in a series arrangement according to the prior art described above. The use of FETs is well known per se (for example DE-A-3 445 340). However, even replacing the transistors of the known arrangement with FETs does not lead to a circuit according to the subject of the application, since according to claim 1 one does without Zener diodes and, according to claim 2, the inner body diode, which is inherently disadvantageous in FETs, is one good blocking against AC voltage achieved. The known circuit (US-A-3 058 034, Figure 11) can be used in another embodiment only for a DC load circuit and not for an AC load circuit.
Aus dem geschilderten Stand der Technik kann zu einer all¬ gemeinen Schaltung nach Anspruch 2 mit einer antiseriellen Anordnung von FET ' s keinerlei Anregung entnommen werden .No excitation can be derived from the prior art described for a general circuit according to claim 2 with an antiserial arrangement of FETs.
Als Halbleiterelement eignet sich die antiserielle Anord¬ nung von zwei FET's deren Gates an gemeinsame Steuerspan¬ nung gelegt werden kann. Trotz der bei FET's nicht zu ver¬ meidenden Wirkung einer inneren Body-Diode kann so die An- Ordnung der beiden FET's gegen Wechselspannung sperren. Eine derartige Anordnung kann im Kurzschlußfall bis zum Abschalten statt der sonst bei Leitungsschutzschaltern üblichen 6 KA auf Stromstärken kleiner als 50 bis 60 A begrenzen. Als Relais sind nicht besonders schnelle Sonder- ausführungen erforderlich, sondern es genügen marktübliche schnellauslδsende Relais.The antiserial arrangement of two FETs whose gates can be connected to a common control voltage is suitable as the semiconductor element. Despite the inevitable effect of an internal body diode in FETs, the arrangement of the two FETs can block AC voltage. In the event of a short circuit, such an arrangement can limit the current to less than 50 to 60 A instead of the 6 KA otherwise customary in circuit breakers. Particularly fast special versions are not required as relays, but standard quick-release relays are sufficient.
Bei zwei gleichdotierten FET's, z.B. zwei n-Kanal-FET's, ist es günstig, die Source-Elektroden zu verbinden und an einen Pol einer Steuerspannung zu legen, deren positiver Pol mit den Gate-Elektroden in Verbindung steht.With two equally doped FETs, for example two n-channel FETs, it is favorable to connect the source electrodes and on to put a pole of a control voltage, the positive pole of which is connected to the gate electrodes.
Der Leistungsschalter kann mit einfachen Mitteln fernsteuer- bar ausgeführt werden. Hierzu ist lediglich erforderlich, die Steuerspannung von einer Fernsteuereinrichtung im Sinne einer fallweisen Erhöhung bzw. Erniedrigung des Innenwider¬ stands des Halbleiterelementes verstellbar auszuführen. Ein derartiger fernsteuerbarer Schalter weist jedoch alle Vor- teile des erfindungsgemäßen Prinzips auf.The circuit breaker can be remotely controlled using simple means. All that is required for this is to make the control voltage adjustable by a remote control device in the sense of a case-by-case increase or decrease in the internal resistance of the semiconductor element. However, such a remotely controllable switch has all the advantages of the principle according to the invention.
Es kann vorteilhaft sein, den Leistungsschalter so auszu¬ führen, daß parallel zu den FET's jeweils Zenerdioden zwi¬ schen Drain und Gate angeschlossen sind. Dadurch kann man während eines Abschaltvorgangs infolge von Kreisinduktivi¬ täten auftretende Überspannungsspitzen für die Halbleiter¬ anordnung unschädlich machen. Andernfalls bestünde bei be¬ stimmten Leitungskreisen die Gefahr, daß die FET's durch Spannungsspitzen zerstört werden könnten.It can be advantageous to design the circuit breaker in such a way that Zener diodes are connected between the drain and the gate in parallel with the FETs. As a result, overvoltage peaks occurring as a result of circuit inductances can be rendered harmless to the semiconductor arrangement during a switch-off process. Otherwise there would be the danger with certain line circuits that the FETs could be destroyed by voltage peaks.
Bei einem Leistungsschalter nach Patentanspruch 6 ist im Leitungszug ein Stromsensor angeordnet, durch den geprüft werden kann, wann ein zulässiger Kurzschlußstrom erreicht bzw. überschritten wird, worauf die Steuerspannung so ein- gestellt wird, daß der zulässige Kurzschlußstrom nicht überschritten wird. Bei einem derartigen Leistungsschalter wird also eine zusätzliche Überwachung mittels einer vom Stromsensor beaufschlagten Steuereinrichtung genutzt.In a circuit breaker according to claim 6, a current sensor is arranged in the cable by which it can be checked when a permissible short-circuit current is reached or exceeded, whereupon the control voltage is set so that the permissible short-circuit current is not exceeded. In such a circuit breaker, additional monitoring by means of a control device acted upon by the current sensor is therefore used.
Wenn beim Leistungsschalter im Leitungszug ein einzigerIf there is only one in the circuit breaker in the cable pull
Unterbrecherkontakt angeordnet wird, ist es bei einer Netz¬ spannung von 230 V vorteilhaft, den Unterbrecherkontakt mit einer Öffnungsweite von mindestens 3 mm auszuführen. Bei zwei in Serie zur Parallelschaltung aus Halbleiteranordnung und Auslöseeinrichtung angeordneten Unterbrecherkontakten genügt bei einer Netzspannung von 230 V jeweils eine Öff¬ nungsweite von 1,5 mm. Eine derartige symmetrische Anord¬ nung der Unterbrecherkontakte ist vorteilhaft.If the contact breaker is arranged, it is advantageous for a mains voltage of 230 V to carry out the break contact with an opening width of at least 3 mm. With two in series for parallel connection from a semiconductor arrangement With a mains voltage of 230 V, an opening width of 1.5 mm is sufficient in each case. Such a symmetrical arrangement of the interrupter contacts is advantageous.
Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher er¬ läutert werden:The invention will now be explained in greater detail on the basis of exemplary embodiments shown roughly schematically in the drawing:
In FIG 1 ist der Leistungsschalter im Prinzip und unter Verwendung von zwei antiseriellen FET's wieder¬ gegeben. In FIG 2 ist ein Leistungsschalter mit zwei Unterbrecher¬ kontakten und bei zusätzlichem Schutz durch zwei Zenerdioden, jeweils zwischen Drain und Gate eines FET's, dargestellt. In FIG 3 ist ein Leistungsschalter mit einer Steuerein¬ richtung für die Elektrodenspannung zweier FET's veranschaulicht. In FIG 4 ist der Leistungsschalter im Leitungszug eines Netzes zu einem Verbraucher wiedergegeben.1 shows the circuit breaker in principle and using two antiserial FETs. FIG. 2 shows a circuit breaker with two interrupter contacts and with additional protection by two Zener diodes, each between the drain and gate of an FET. 3 shows a circuit breaker with a control device for the electrode voltage of two FETs. 4 shows the circuit breaker in the cable path of a network to a consumer.
Der Leistungsschalter nach FIG 1 arbeitet mit einem Halblei¬ terelement 1, dessen Innenwiderstand bei einer bestimmten Steuerspannung 2 an einer Steuerelektrode 3 und einer Ar¬ beitsspannung 4 an in Durchgangsrichtung in einem Leitungs¬ zug liegenden Arbeitselektroden 5 einen niedrigen Wert auf¬ weist. Bei der Verwendung von zwei antiseriellen FET's 6 kann die Arbeitsspannung am Halbleiterelement 1 lediglich einige 100 mV betragen. Das Halbleiterelement ist so gewählt bzw. aufgebaut, daß sein Innenwiderstand mit steigender Span¬ nung an den Arbeitselektroden 5 sprunghaft ansteigt. Elek¬ trisch parallel zum Halbleiterelement 1 ist ein Auslδseglied 7 eines als Relais wirkenden Elements angeordnet. Dies kann die Erregerwicklung eines Relais sein. Das Relais arbeitet auf zumindest einen Unterbrecherkontakt 8, der im Leitungs¬ zug angeordnet ist. Wenn das Relais anspricht, wird also die Leitung unterbrochen. Der Unterbrecherkontakt 8 ist im Ausführungsbeispiel, anhand von FIG 1 orientiert, oben an¬ geordnet. Der Unterbrecherkontakt kann auch in die Leitungs¬ führung unten eingefugt werden, was durch die gestrichelte Wiedergabe veranschaulicht werden soll.The circuit breaker according to FIG. 1 works with a semiconductor element 1, the internal resistance of which at a certain control voltage 2 on a control electrode 3 and an operating voltage 4 on working electrodes 5 lying in the direction of passage in a cable train has a low value. When using two antiserial FETs 6, the working voltage at the semiconductor element 1 can only be a few 100 mV. The semiconductor element is selected or constructed in such a way that its internal resistance increases suddenly with increasing voltage at the working electrodes 5. A trigger element 7 of an element acting as a relay is arranged electrically parallel to the semiconductor element 1. This can the field winding of a relay. The relay operates on at least one interrupter contact 8, which is arranged in the cable train. When the relay responds, the line is interrupted. The breaker contact 8 is arranged above in the exemplary embodiment, based on FIG. 1. The interrupter contact can also be inserted into the line routing below, which is to be illustrated by the dashed line.
Das Halbleiterelement 1 wird im Ausführungsbeispiel nach FIG 1 durch zwei antiseriell geschaltete FET's 6 gebildet, deren Gates 9 an gemeinsame Steuerspannung 2 gelegt sind. Bei gleichdotierten FET's, z.B. zwei n-Kanal-FET's ist es günstig, die Source-Elektroden 10 zu verbinden und an einen Pol der Steuerspannung zu legen. Wenn man die Drain-Elek¬ troden 11 verbinden würde, wäre für jeden FET jeweils eine eigene Steuerspannung erforderlich.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the semiconductor element 1 is formed by two FETs 6 connected in series, the gates 9 of which are connected to a common control voltage 2. With equally doped FETs, e.g. two n-channel FETs, it is favorable to connect the source electrodes 10 and to apply them to one pole of the control voltage. If the drain electrodes 11 were to be connected, a separate control voltage would be required for each FET.
Im Ausführungsbeispiel nach FIG 2 sind zwei Unterbrecher- kontakte 8 vorgesehen und die FET's 6 des HalbleiterelementsIn the exemplary embodiment according to FIG. 2, two interrupter contacts 8 are provided and the FETs 6 of the semiconductor element
1 sind durch Zenerdioden 12 zusätzlich geschützt. Die Zener¬ dioden 12 sind zwischen Drain 11 und Gate 9 jedes FET's an¬ geordnet. Sie liegen zueinander antiseriell und schützen die FET's in Schaltungskreisen mit größerer Induktivität gegen Überspannungsspitzen, wie sie während eines Abschalt¬ vorgangs auftreten können. In Serie zu den Zenerdioden 12 liegt jeweils eine Diode 17 in der Weise, daß die Kathoden der Diode und der Zenerdiode 12 miteinander verbunden sind. Dadurch wird erreicht, daß bei durchgeschalteter, also lei- tender Source-Drain-Strecke der FET's 9 die Steuerspannung1 are additionally protected by Zener diodes 12. The Zener diodes 12 are arranged between the drain 11 and gate 9 of each FET. They are antiserial to one another and protect the FETs in circuits with greater inductance against overvoltage peaks, such as can occur during a switch-off process. In series with the Zener diodes 12 is a diode 17 in such a way that the cathodes of the diode and the Zener diode 12 are connected to one another. This ensures that when the source-drain path of the FETs 9 is switched through, that is to say the control voltage
2 nicht kurzgeschlossen wird.2 is not short-circuited.
Die Steuerspannung 2 kann von einer Steuereinrichtung 13, man vgl. beispielsweise FIG 3, die insbesondere als Fernsteuereinrichtung ausgeführt sein kann, im Sinne einer fallweisen Erhöhung bzw. Erniedrigung des Innenwiderstand des Halbleiterelements 1 verstellbar ausgeführt sein. Die Steuereinrichtung ist vorteilhaft so auszuführen, daß ge- prüft wird, wann ein zulässiger Kurzschlußstrom erreicht bzw. überschritten, wird, um dann die Steuerspannung schlag¬ artig so einzustellen, daß der zulässige Kurzschlußstrom nicht überschritten wird. Marktübliche FET's reagieren im NanosekundenBereich, um beispielsweise die Spannung von 15 auf 2 V zu verändern. Im Ausführungsbeispiel nach FIG 3 ist im Leitungszug ein Stromsensor 14 angeordnet und die Steuer¬ einrichtung 13 ist dafür ausgelegt, zu prüfen, wann ein zu¬ lässiger Kurzschlußstrom erreicht bzw. überschritten wird, um die Steuerspannung 2 so einzustellen, daß der zulässige Kurzschlußstrom nicht überschritten- wird.The control voltage 2 can be from a control device 13, cf. for example FIG 3, which in particular as Remote control device can be designed to be adjustable in the sense of a case-by-case increase or decrease in the internal resistance of the semiconductor element 1. The control device is advantageously to be designed in such a way that it is checked when a permissible short-circuit current is reached or exceeded, in order to then suddenly adjust the control voltage so that the permissible short-circuit current is not exceeded. Standard FETs react in the nanosecond range, for example to change the voltage from 15 to 2 V. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, a current sensor 14 is arranged in the cable run and the control device 13 is designed to check when a permissible short-circuit current is reached or exceeded in order to set the control voltage 2 so that the permissible short-circuit current is not exceeded - becomes.
In FIG 4 ist der Leistungsschalter in der Ausführung als Doppelunterbrecher, also mit zwei Unterbrecherkontakten 8, in einem Versorgungsnetz 15 zu einem Verbraucher 16 ange- ordnet wiedergegeben.4 shows the circuit breaker in the form of a double breaker, that is to say with two breaker contacts 8, arranged in a supply network 15 to a consumer 16.
Der Leistungsschalter wirkt als strombegrenzende Halblei¬ terschaltung. Wenn der Leistungsschalter in der beschriebe¬ nen Weise oder in einer anderen steuerbar ausführt wird, kann man für spezielle Aufgaben vorteilhafte Zusatzfunktio¬ nen erfüllen:The circuit breaker acts as a current-limiting semiconductor circuit. If the circuit breaker is designed to be controllable in the manner described or in another way, advantageous additional functions can be fulfilled for special tasks:
So ist es leicht möglich, hiernachSo it is easily possible afterwards
- Übertemperaturabschaltung, - Softstart,- overtemperature shutdown, - soft start,
- Falt-back-Kennlinie,- fold-back characteristic,
- Einschaltverzögerung und/oder- Switch-on delay and / or
- Ausschaltverzögerung zu realisieren. - Realize switch-off delay.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Leistungsschalter, auch Leitungsschutzschalter, der mit einem Halbleiterelement (1) arbeitet, dessen Innenwider- stand bei einer bestimmten Steuerspannung (2) an einer Steuerelektrode (3) und einer Arbeitsspannung (4) an in Durchgangsrichtung in einem Leitungszug liegenden Arbeits¬ elektroden (5) einen niedrigen Wert aufweist und dessen Innenwiderstand mit steigender Spannung an den Arbeitselek- troden (5) sprunghaft ansteigt, wobei elektrisch parallel zum Halbleiterelement das Auslöseglied (7) eines als Relais wirkenden Bauelements angeordnet ist, das zumindest mit einem Unterbrecherkontakt (8) im Leitungszug in öffnender Wirkverbindung steht.1. Circuit breaker, also a line circuit breaker, which works with a semiconductor element (1), the internal resistance of which at a certain control voltage (2) on a control electrode (3) and a working voltage (4) on working electrodes lying in the direction of passage in a cable ( 5) has a low value and its internal resistance increases suddenly with increasing voltage at the working electrodes (5), the trigger element (7) of a component acting as a relay being arranged electrically parallel to the semiconductor element and having at least one interrupter contact (8) in the Cable pull is in the operative connection.
2. Leistungsschalter mit dem Wirkungsprinzip eines Lei¬ stungsschalters nach Anspruch 1, wonach durch Erhöhung der Spannung an einem Halbleiterelement das Auslöseglied eines als Relais wirkenden Bauelements an Spannung gelegt wird, das zumindest mit einem Unterbrecherkontakt im Leitungszug in öffnender Wirkverbindung steht, wobei das Halbleiterele¬ ment (1) aus zwei antiseriell geschalteten FET's (6) be¬ steht, deren Gates (9) an gemeinsame Steuerspannung (2) gelegt sind.2. Circuit breaker with the operating principle of a Lei¬ power switch according to claim 1, according to which, by increasing the voltage on a semiconductor element, the trigger element of a component acting as a relay is connected to voltage, which is at least with an interrupter contact in the cable in an operative connection, the semiconductor element element (1) consists of two anti-serial FETs (6), the gates (9) of which are connected to a common control voltage (2).
3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei gleichdotierten FET's, z.B. zwei n-Kanal FET's, die Source- Elektroden (10) verbunden sind und an einen Pol der Steuer- Spannung (2) gelegt sind, deren positiver Pol mit den Gate- Elektroden (9) in Verbindung steht.3. Circuit breaker according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that with the same doped FET's, e.g. two n-channel FETs, the source electrodes (10) are connected and connected to a pole of the control voltage (2), the positive pole of which is connected to the gate electrodes (9).
4. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerspannung (2) von einer Steuereinrichtung (13), insbe¬ sondere einer Fernsteuereinrichtung, im Sinne einer fall¬ weisen Erhöhung bzw. Erniedrigung des Innenwiderstands des Halbleiterelements (1) verstellbar ist.4. Circuit breaker according to one of claims 1-3, characterized in that the Control voltage (2) can be adjusted by a control device (13), in particular a remote control device, in the sense of a case-by-case increase or decrease in the internal resistance of the semiconductor element (1).
5. Leistungsschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß parallel zu den FET's (6) jeweils Zenerdioden (12) zwischen Drain (11) und Gate (9) angeschlossen sind.5. Circuit breaker according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that Zener diodes (12) are connected in parallel to the FET's (6) between drain (11) and gate (9).
6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerspannung (2) von einer Steuereinrichtung (13) im Sinne der schlagartigen Erhöhung des Innenwiderstands des Halbleiterelements (1) sprungartig verstellbar ist, wobei die Steuereinrichtung (13) mit einem im Leitungszug ange¬ ordneten Stromsensor (14) verbunden ist, wobei die Steuer¬ einrichtung (13) dafür ausgelegt ist, zu prüfen, wann ein zulässiger Kurzschlußstrom erreicht bzw. überschritten wird, und die Steuerspannung so einzustellen, daß der zu¬ lässige Kurzschlußstrom nicht überschritten wird.6. Circuit breaker according to one of claims 1-3, characterized in that the control voltage (2) by a control device (13) in the sense of the sudden increase in the internal resistance of the semiconductor element (1) is suddenly adjustable, the control device (13) with a Wiring arrangement arranged current sensor (14) is connected, the control device (13) being designed to check when a permissible short-circuit current is reached or exceeded, and to adjust the control voltage so that the permissible short-circuit current is not exceeded becomes.
7. Leistungsschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Leitungszug ein Unterbrecherkontakt (8) mit einer Öffnungs¬ weite von mindestens 3 mm angeordnet ist.7. Circuit breaker according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an interrupter contact (8) with an opening width of at least 3 mm is arranged in the cable.
8. Leistungsschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Lei- tungszug zwei Unterbrecherkontakte mit einer Öffnungsweite von mindestens 1,5 mm so angeordnet sind, daß das Halblei¬ terelement (1) und das Auslöseglied (7) eines Relais einge¬ schlossen werden. 8. Circuit breaker according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that two interrupter contacts with an opening width of at least 1.5 mm are arranged in the line so that the semiconductor element (1) and the trip member (7) of a relay are included.
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