WO2011003708A1 - Vorrichtung zum schutz eines gleichstrom-wandlers - Google Patents

Vorrichtung zum schutz eines gleichstrom-wandlers Download PDF

Info

Publication number
WO2011003708A1
WO2011003708A1 PCT/EP2010/058464 EP2010058464W WO2011003708A1 WO 2011003708 A1 WO2011003708 A1 WO 2011003708A1 EP 2010058464 W EP2010058464 W EP 2010058464W WO 2011003708 A1 WO2011003708 A1 WO 2011003708A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
switch
sensor means
circuit
short
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/058464
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas RÖSSLER
Christian STÖGER
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2011003708A1 publication Critical patent/WO2011003708A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • 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
    • H02H3/021—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order
    • H02H3/023—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order by short-circuiting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

Definitions

  • the invention relates to a device for protecting a DC (DC / DC) converter in the event of a short circuit occurring in the region of the converter output or a load connected to it, the converter being at an input side Overcurrent, which exceeds a predetermined threshold value, is associated with switching off circuit breaker in the power supply, and wherein the converter is connected with a switch to a controller which is connected to sensor means at the converter output and the switch for supplying the predetermined converter output voltage activated.
  • a DC DC / DC
  • the present device is particularly advantageous for use in motor vehicles, for example in the control of LEDs (light-emitting diodes) can be used with the power supply of LEDs, the on-board voltage of a
  • the invention is based on the idea to shift the short-circuit protection of the converter from the output to the input, which only has to be ensured that a short circuit at the converter output even if - except cable resistance of leads - in particular internal resistances of electrical Components, especially the converter itself, limit the current, but it comes to such a high current at the entrance, that the output-side short circuit is detected quickly and safely from the input side circuit breaker and the supply of the converter is turned off, so that damage is avoided in good time.
  • an input side switch of the converter which is provided for the converter function, additionally used for an overcurrent shutdown, wherein the controller is provided to control this switch upon detection of a short circuit at the output of the converter.
  • the controller only has to receive corresponding information that there is a short circuit on the output side, such a short circuit detection or detection per se being state of the art and preferably via the existing voltage or current sensor means, possibly also on another way, eg via the load, which then also acts as a sensor means, is provided.
  • the controller must be informed of the short-circuit at the converter output and then switch on the switch of the converter accordingly permanently.
  • the converter can be formed with an inductance and a diode in the longitudinal branch and with the switch, preferably a switching transistor, in a transverse branch connected between the inductance and the diode, wherein furthermore in the current flow direction after the diode a capacitance lies in a transverse branch, which in the Normal operation is charged, wherein the switching off and on of the switch, the inductance is alternately charged and discharged.
  • the diode prevents charge leakage from capacitance to the converter input. If a switching transistor is used as the switch, an efficient electronic switching element with a high thermal robustness compared with the diode is given.
  • the internal resistance of the transistor is lower than that of the diode, so that when turned on Transistor losses are correspondingly lower compared to those of the diode.
  • the voltage drop across the switching transistor is only about 1/7 to 1/10, depending on the dimensions, of the voltage drop across the diode. Since the transistor as well as the inductor thus thermally more overload capacity than the diode, it is also no problem if the shutdown of the power supply of the converter until relatively late, for example, after a few milliseconds occurs.
  • the controller may be preceded by a sensor signal measuring unit connected to the sensor means, which can detect either the current or the voltage (specifically a voltage drop across a resistor) and the controller is set to either a current control or a Perform voltage regulation. If a logic unit is arranged between the measuring unit and the controller, this can, in the event of a short-circuit detection, turn the controller into a permanent inactive switching of the converter, ie. H. Turn on the switch, causing the logic unit of the
  • the measuring unit receives information as to how much current flows at the converter output in order to close an excess current or short-circuit current or how high the voltage drop is, in order to also detect a short circuit if the voltage is too low.
  • the sensor means may be overcurrent sensor means or else voltage sensor means to enable the short-circuit detection.
  • Figure 1 shows schematically in a block diagram a converter with an associated controller, with a power supply device and with a load at the output of the converter.
  • Fig. 2 is a more detailed, compared to Fig. 1, preferred embodiment of the converter and a short-circuit protection device.
  • a DC (DC / DC) converter 1 is shown having an input terminal 2 and an output terminal 3.
  • a power supply unit 4 only generally indicated, for example, a line connection (cable), which is symbolically indicated by a resistor 5, and in which an overcurrent protection switch 6 is present, to a battery 7, in particular Car battery, contains;
  • a load 8 is connected to the output terminal 3 of the converter, such as an LED array or the like. Consumers in a motor vehicle.
  • a short-circuit 9 can now occur, as is illustrated schematically in FIG. 1 by a dashed line.
  • an excessive current or a comparatively low voltage in the extreme case ground potential
  • the converter 1 is further associated in a conventional manner, a controller 11, such as a controller of conventional design, a microprocessor or a microcomputer.
  • This controller 11 is connected to the sensor means 10 and controls, depending on the sensor signal, a switch 12, indicated only schematically in FIG. 1, of the converter 1 in order to switch this switch 12 on and off depending on the output voltage or current.
  • a circuit breaker comparable to the input side overcurrent protection switch 6 could be provided at the converter output 3 or the converter 1 with short-circuit protection, which is disadvantageous as mentioned at the outset.
  • the converter 1 has a longitudinal branch with an inductance L and a diode D, and in a transverse branch connected between this inductance L and the diode D is the switch 12, for example in the form of a
  • Switching transistor T with freewheeling diode connected downstream of the diode D, a capacitance C is provided in a further shunt branch.
  • the controller 11 is connected to the control input 13 of the switch 12 or transistor T, the part a switching unit 14, which further includes a sensor signal measuring unit 15 and a logic unit 16.
  • a sensor resistor R is provided at the output of the converter 1 as a sensor means 10, which may have, for example, a resistance value of the order of magnitude of 10 or 20 milliohms. Via connections a, b, the current flow through this resistor R is detected and measured in the measuring unit 15.
  • This measuring unit 15 is the controller 11 via a signal path c before a manipulated variable.
  • This manipulated variable causes the controller 11 in the example shown, a current control (or possibly voltage control) perform.
  • This current regulation or voltage regulation for the actual operation of the converter 1 is per se conventional technology.
  • the logic unit 16 can pass on the signal via a signal path e to the controller 11 to permanently turn on the transistor T, so as to supply the current supplied to the terminal 2 is to conduct over the inductance L and the transistor T to ground and thereby indirectly to disable the converter 1:
  • the transducer 1 is, as mentioned above, in the region of the power supply unit 4 via the overcurrent protection switch 6 (see FIG ) provided.
  • a short circuit 9 in the region of the converter output or the load 8
  • current would flow from the terminal 2 via the inductance L and the diode D to the terminal 3 without the special control of the switch 12 via the controller 11, as described above via the diode D a relatively high voltage drops.
  • circuit resistance through the transistor T is smaller than that through the diode D, so that the current is higher than a current caused by the short circuit at the output 3 of the converter 1 or in the region of the load 8, flowing through the diode D, whereby the Reaction of the overcurrent circuit breaker in the power supply 4 is faster and more reliable.
  • the inductance L and the transistor T are also thermally much higher load compared to the diode D, which is why it is not a problem when the power supply is switched off to terminal 2 of the converter 1 only after a few milliseconds, for example.
  • the overcurrent protection switch 6 for the supply of the converter 1 is accordingly also used in the present embodiment to ensure short circuit protection of the overall system in the event of a short circuit at the output of the converter 1. As a result, the system efficiency can be increased, except that an expensive, separate high-voltage component can be saved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Vorrichtung zum Schutz eines Gleichstrom- (DC/DC-) Wandlers (1) für den Fall eines im Bereich des Wandler-Ausgangs (3) bzw. einer daran angeschlossenen Last (8) auftretenden Kurzschlusses (9), wobei dem Wandler (1) ein bei einem eingangsseitigen Überstrom, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, ausschaltender Schutzschalter (6) in der Stromversorgung zugeordnet ist, und wobei der Wandler (1) mit einem Schalter (12) an einen Regler (11) angeschlossen ist, der mit Sensormitteln (10) am Wandler-Ausgang (3) verbunden ist und den Schalter (12) zur Lieferung der vorgegebenen Wandler-Ausgangsspannung ansteuert; die Sensormittel (10) sind zur Erfassung eines ausgangsseitigen Kurzschlusses (9) eingerichtet, um bei Erfassung eines Kurzschlusses (9) ein dauerhaftes Einschalten des einen vergleichsweise hohen Eingangsstrom, relativ zum Strom durch den Wandler (1) bei ausgeschaltetem Schalter (12), ziehenden Schalters (12) zu veranlassen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Schutz eines Gleichstrom-Wandlers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz eines Gleichstrom- (DC/DC-) Wandlers für den Fall eines im Bereich des Wandler-Ausgangs bzw. einer daran angeschlossenen Last auftretenden Kurzschlusses, wobei dem Wandler ein bei einem eingangsseitigen Überstrom, der einen vorgegebenen Schwellen- wert übersteigt, ausschaltender Schutzschalter in der Stromversorgung zugeordnet ist, und wobei der Wandler mit einem Schalter an einen Regler angeschlossen ist, der mit Sensormitteln am Wandler-Ausgang verbunden ist und den Schalter zur Lieferung der vorgegebenen Wandler-Ausgangsspannung ansteu- ert.
Die vorliegende Vorrichtung ist insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei der Ansteuerung von LEDs (Licht emittierenden Dioden) mit Vorteil einsetzbar, wobei bei der Stromversorgung von LEDs die Bordspannung eines
Kraftfahrzeugs auf eine geeignete Versorgungsspannung für die LEDs gewandelt werden muss.
Generell ist es in der Kraftfahrzeugtechnik ein Anliegen zu verhindern, dass ein Kraftfahrzeug bei einem Unfall aufgrund eines Kabelbrands ausbrennen könnte. Abgesehen von konstruktiven Maßnahmen gegen derartige Brände wird auf eine Kurzschlussfestigkeit an den Ausgängen von elektrischen Einheiten gedrängt. Bei DC/DC-Wandlern stellt sich jedoch das Problem, dass deren Ausgänge manchmal auf sehr hohen Spannungen liegen, so dass ein Schalter an dieser Stelle daher für derartige hohe Spannungen ausgelegt sein muss, was den Einsatz von entsprechend aufwendigen, kostspieligen Schaltern mit sich bringt. In der Praxis wurden daher bislang häufig an sich kurzschlussfeste Wandler verwendet, die jedoch einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad besitzen. Andererseits wurden in der Praxis, wie erwähnt, am Ausgang der Wandler Ü- berstrom-Schutzschalter eingebaut, die aber - abgesehen da- von, dass sie für hohe Spannungen auszulegen sind - auch Verlustanteile mit sich bringen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Schutz eines DC/DC-Wandlers, wie eingangs angegeben, vorzu- schlagen, die zuverlässig und effizient ist und dabei keine kostspieligen Komponenten erfordert.
Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, die Effizienz des Wandlers weiterhin sicherzustellen und nicht durch zusätzli- che Schutzbauelemente zu verringern, sondern nach Möglichkeit vorhandene Komponenten zu nützen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Wandler einen Schalter aufweist, der mit einem niedrigen Innenwiderstand vorgesehen werden kann. Die Erfindung basiert dabei auf der Idee, den Kurzschluss- Schutz des Wandlers von dessen Ausgang zu dessen Eingang zu verschieben, wobei nur sichergestellt sein muss, dass ein Kurzschluss am Wandler-Ausgang auch dann, wenn - außer Kabelwiderständen von Zuleitungen - insbesondere Innenwiderstände von elektrischen Komponenten, vor allem des Wandlers selbst, den Strom begrenzen, es doch zu einem so hohen Strom am Eingang kommt, dass der ausgangsseitige Kurzschluss sicher und rasch vom eingangsseitigen Schutzschalter erkannt und die Versorgung des Wandlers ausgeschaltet wird, so dass ein Schaden rechtzeitig vermieden wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung eine Vorrichtung wie in Anspruch 1 definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Bei der vorliegenden Vorrichtung wird ein eingangsseitiger Schalter des Wandlers, der für die Wandlerfunktion vorgesehen ist, zusätzlich für eine Überstrom-Abschaltung genützt, wobei der Regler dafür vorgesehen ist, bei Erfassen eines Kurzschlusses am Ausgang des Wandlers diesen Schalter entsprechend anzusteuern. Der Regler muss hiefür nur eine entsprechende Information darüber, dass ein ausgangsseitiger Kurz- schluss vorliegt, erhalten, wobei eine derartige Kurzschluss- Erkennung oder -Erfassung an sich Stand der Technik ist und bevorzugt über die vorhandenen Spannungs- oder Strom- Sensormittel, gegebenenfalls auch auf andere Weise, z.B. über die Last, die dann zugleich als Sensormittel wirkt, zur Verfügung gestellt wird. Anders gesagt muss der Regler über den Kurzschluss am Wandler-Ausgang informiert werden und daraufhin den Schalter des Wandlers entsprechend dauerhaft einschalten .
Der Wandler kann mit einer Induktivität und einer Diode im Längszweig und mit dem Schalter, vorzugsweise einem Schalttransistor, in einem zwischen der Induktivität und der Diode angeschlossenen Querzweig ausgebildet sein, wobei weiters in Stromflussrichtung gesehen nach der Diode eine Kapazität in einem Querzweig liegt, die im Normalbetrieb aufgeladen wird, wobei durch das Aus- und Einschalten des Schalters die Induktivität abwechselnd aufgeladen und entladen wird. Die Diode verhindert ein Abfließen von Ladung von der Kapazität zum Wandler-Eingang hin. Wird als Schalter ein Schalttransistor verwendet, so ist damit ein effizientes elektronisches Schaltelement mit einer hohen thermischen Robustheit, verglichen mit der Diode, gegeben. Andererseits ist der Innenwiderstand des Transistors niedriger als jener der Diode, so dass bei eingeschaltetem Transistor die Verluste im Vergleich zu jenen der Diode entsprechend niedriger sind. Beispielsweise beträgt der Spannungsabfall am Schalttransistor nur ungefähr 1/7 bis 1/10, je nach Dimensionierung, des Spannungsabfalls an der Diode. Da der Transistor ebenso wie die Induktivität somit thermisch mehr überlastfähig ist als die Diode, ist es auch kein Problem, wenn die Abschaltung der Stromversorgung des Wandlers erst vergleichsweise spät, z.B. nach einigen Millisekunden, erfolgt .
Dem Regler kann eine mit den Sensormitteln verbundene Sensorsignal-Messeinheit vorgeschaltet sein, die entweder den Strom oder aber die Spannung (konkret einen Spannungsabfall an einem Widerstand) erfassen bzw. messen kann, und von der der Regler eingestellt wird, um entweder eine Stromregelung oder eine Spannungsregelung durchzuführen. Wenn zwischen der Messeinheit und dem Regler eine Logikeinheit angeordnet ist, kann diese bei einer Kurzschluss-Erfassung den Regler zu einem dauerhaften Inaktiv-Schalten des Wandlers, d. h. Einschalten des Schalters, veranlassen, wobei die Logikeinheit von der
Messeinheit beispielsweise eine Information zugeführt erhält, wie viel Strom am Wandler-Ausgang fließt, um so auf einen Ü- berstrom oder Kurzschlussstrom zu schließen bzw. wie hoch der Spannungsabfall ist, um bei einer zu geringen Spannung eben- falls einen Kurzschluss zu erkennen.
Wie bereits erwähnt, können die Sensormittel Überstrom- Sensormittel oder aber auch Spannungs-Sensormittel sein, um die Kurzschluss-Detektion zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsform, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch in einem Blockschaltbild einen Wandler mit einem zugeordneten Regler, mit einer Stromversorgungseinrichtung und mit einer Last am Ausgang des Wandlers; und
Fig. 2 eine im Vergleich zu Fig. 1 detailliertere, bevorzugte Ausführungsform des Wandlers und einer Kurzschluss- SchutzVorrichtung . In Fig. 1 ist ein Gleichstrom- (DC/DC-) Wandler 1 gezeigt, der eine Eingangsklemme 2 und eine Ausgangsklemme 3 aufweist. Mit der Eingangsklemme 2 ist der Wandler 1 an eine nur allgemein angedeutete Stromversorgungseinheit 4 angeschlossen, die beispielsweise eine Leitungsverbindung (Kabel), die durch einen Widerstand 5 symbolisch angedeutet ist, und in der ein Überstrom-Schutzschalter 6 vorliegt, zu einer Batterie 7, insbesondere KFZ-Batterie, enthält; hierbei handelt es sich um an sich herkömmliche Ausbildungen, die nicht näher zu erläutern sind.
An die Ausgangsklemme 3 des Wandlers ist im Betrieb eine Last 8 angeschlossen, wie beispielsweise ein LED-Array oder dergl . Verbraucher in einem Kraftfahrzeug. Im Bereich des Ausgangs 3 bzw. der Last 8 kann nun ein Kurz- schluss 9 auftreten, wie in Fig. 1 schematisch mit strich- lierter Linie veranschaulicht ist. Im Fall eines derartigen Kurzschlusses 9 tritt am Ausgang 3 des Wandlers 1 ein überhöhter Strom bzw. eine vergleichsweise niedrige Spannung (im Extremfall Massepotential) auf, was durch an sich für den
Wandlerbetrieb vorhandene Sensormittel 10 - entweder Stromsensormittel oder Spannungssensormittel - erfasst werden kann . Dem Wandler 1 ist weiters in an sich herkömmlicher Weise ein Regler 11 zugeordnet, wie etwa ein Controller herkömmlicher Bauart, ein Mikroprozessor oder ein Mikrocomputer. Dieser Regler 11 ist mit den Sensormitteln 10 verbunden und steuert, abhängig vom Sensorsignal, einen in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Schalter 12 des Wandlers 1 an, um diesen Schalter 12 je nach Ausgangsspannung bzw. -ström ein- und auszuschalten . Im Fall der Erfassung eines Kurzschlusses 9 im Ausgangsbereich könnte an sich ein dem eingangsseitigen Überstrom- Schutzschalter 6 vergleichbarer Schutzschalter am Wandler- Ausgang 3 oder der Wandler 1 kurzschlussfest vorgesehen sein, was beides wie eingangs erwähnt nachteilig ist. Ein anderer Ansatz ist, den eingangsseitigen Schutzschalter 6 auch für den Fall eines ausgangsseitigen Kurzschlusses zu nützen, d.h. die Schaltung so auszulegen, dass der Schutzschalter 6 bereits durch den Leistungsanstieg zufolge des ausgangsseitigen Kurzschlusses auslöst. Dabei ist es aber ein Problem, dass der dann durch den Wandler 1 fließende Kurzschlussstrom aufgrund der vorhandenen Widerstände insgesamt zu niedrig ist, verglichen mit dem für eine Aktivierung des Schutzschalters 6 erforderlichen hohen Strom. Hier setzt die Erfindung an und sieht eine Nutzung des Schalters 12 für die Erzielung eines hohen Kurzschlussstroms vor.
Gemäß Fig. 2 weist der Wandler 1 einen Längszweig mit einer Induktivität L und einer Diode D auf, und in einem zwischen dieser Induktivität L und der Diode D angeschlossenen Quer- zweig ist der Schalter 12, beispielsweise in Form eines
Schalttransistors T mit Freilaufdiode, angeschlossen. Stromabwärts der Diode D ist in einem weiteren Querzweig eine Kapazität C vorgesehen. Mit dem Steuereingang 13 des Schalters 12 bzw. Transistors T ist der Regler 11 verbunden, der Teil einer Schalteinheit 14 ist, die weiters eine Sensorsignal- Messeinheit 15 und eine Logikeinheit 16 enthält.
Am Ausgang des Wandlers 1 ist als Sensormittel 10 beispiel- haft ein Sensor-Widerstand R vorgesehen, der beispielsweise einen Widerstandswert in der Größenordnung von 10 oder 20 mΩ aufweisen kann. Über Anschlüsse a, b wird der Stromfluss durch diesen Widerstand R erfasst und in der Messeinheit 15 gemessen. Diese Messeinheit 15. Diese Messeinheit 15 gibt dem Regler 11 über einen Signalpfad c eine Stellgröße vor. Diese Stellgröße veranlasst den Regler 11 im gezeigten Beispiel, eine Stromregelung (oder aber gegebenenfalls Spannungsregelung) durchzuführen. Diese Stromregelung oder Spannungsregelung für den eigentlichen Betrieb des Wandlers 1 ist an sich herkömmliche Technik. Was nun hinzukommt ist, dass zugleich auf einen Überstrom o- der aber auf eine - im Vergleich zum Normalbetrieb - zu niedrige Spannung (am Anschluss b) erkannt wird, nämlich dann, wenn ein Kurzschluss 9 auftritt; diese Information wird von der Messeinheit 15 über einen Signalpfad d an die Logikeinheit 16 geliefert. Die Logikeinheit 16 stellt somit fest, dass ein vergleichsweise zu hoher Strom zwischen den Anschlüssen a und b, also am Widerstand R, fließt oder aber ei- ne zu niedrige Spannung am Anschluss b vorliegt, um so auf einen Kurzschluss zu entscheiden. Um diesen Überstrom oder diese zu niedrige Spannung festzustellen, kann in der Logikeinheit 16 ein Komparator-Modul (nicht näher dargestellt) enthalten sein, mit dessen Hilfe der Strom bzw. die Spannung mit vorgegebenen Strom- bzw. Spannungs-Grenzwerten verglichen wird. Weiters kann im Fall der Erfassung eines Kurzschlusses die Logikeinheit 16 über einen Signalpfad e an den Regler 11 den Befehl weiterleiten, den Transistor T dauerhaft einzuschalten, um so den Strom, der an der Klemme 2 zugeführt wird, über die Induktivität L und den Transistor T gegen Masse zu leiten und dadurch den Wandler 1 indirekt inaktiv zu schalten: Der Wandler 1 wird nämlich, wie vorstehend erwähnt, im Bereich der Stromversorgungseinheit 4 über den Überstrom- Schutzschalter 6 (siehe Fig. 1) versorgt. Im Fall eines Kurzschlusses 9 im Bereich des Wandlerausgangs bzw. der Last 8 würde ohne die spezielle Ansteuerung des Schalters 12 über den Regler 11, wie vorstehend beschrieben, Strom von der Klemme 2 über die Induktivität L und die Diode D zur Klemme 3 fließen, wobei über die Diode D eine relativ hohe Spannung abfällt. Auf diese Weise könnten sich entsprechende Verluste in der Diode D ergeben, wobei der Kurzschlussstrom durch die verschiedenen Bauelemente so begrenzt sein kann, dass der eingangsseitige Überstrom-Schutzschalter 6 keinen Überstrom mehr erkennt. Die Diode D kann dann so heiß werden, dass sie sich auslötet oder zerstört wird. Mit der vorliegenden
Schutz-Vorrichtung wird, wenn der Kurzschluss im Bereich des Ausgangs 3 bzw. der Last 8 erfasst wird, der Schalter 12 bzw. Transistor T, der im Normalfall zur Spannungswandlung im Pulsbetrieb ein- und ausgeschaltet wird, nun über den Regler 11 auf die beschriebene Weise dauerhaft eingeschaltet. Dann fließt über die Diode D praktisch kein Strom mehr, und der „Kurzschluss-" Strom wird nunmehr über die Innenwiderstände der Induktivität L und des Transistors T sowie den Zulei- tungswiderstand 5 (Versorgungseinrichtung 4) bestimmt. Der
Schaltungswiderstand durch den Transistor T ist aber kleiner als jener durch die Diode D, so dass der Strom höher als ein durch den Kurzschluss am Ausgang 3 des Wandlers 1 bzw. im Bereich der Last 8 bewirkter, durch die Diode D fließender Strom ist, wodurch die Reaktion des Überstrom-Schutzschalters in der Stromversorgungseinrichtung 4 schneller und zuverlässiger ist. Die Induktivität L und der Transistor T sind überdies im Vergleich zur Diode D thermisch weit höher belastbar, weshalb es auch kein Problem ist, wenn die Stromversorgung zur Klemme 2 des Wandlers 1 erst nach beispielsweise einigen Millisekunden abgeschaltet wird.
Der Überstrom-Schutzschalter 6 für die Versorgung des Wand- lers 1 wird demgemäß bei der vorliegenden Ausführung auch dazu herangezogen, um einen Kurzschluss-Schutz des Gesamtsystems für den Fall eines Kurzschlusses am Ausgang des Wandlers 1 sicherzustellen. Dadurch kann die System-Effizienz erhöht werden, abgesehen davon, dass ein teures, gesondertes Hochspannungs-Bauelement eingespart werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schutz eines Gleichstrom- (DC/DC-
) Wandlers (1) für den Fall eines im Bereich des Wandler- Ausgangs (3) bzw. einer daran angeschlossenen Last (8) auftretenden Kurzschlusses (9), wobei dem Wandler (1) ein bei einem eingangsseitigen Überstrom, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, ausschaltender
Schutzschalter (6) in der Stromversorgung zugeordnet ist, und wobei der Wandler (1) mit einem Schalter (12) an einen Regler (11) angeschlossen ist, der mit Sensormitteln (10) am Wandler-Ausgang (3) verbunden ist und den Schalter (12) zur Lieferung der vorgegebenen Wandler-Ausgangsspannung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (10) zur Erfassung eines ausgangs- seitigen Kurzschlusses (9) eingerichtet sind, um bei Erfassung eines Kurzschlusses (9) ein dauerhaftes Einschalten des einen vergleichsweise hohen Eingangsstrom, relativ zum Strom durch den Wandler (1) bei ausgeschal- tetem Schalter (12), ziehenden Schalters (12) zu veranlassen .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (1) mit einer Induktivität (L) und ei- ner Diode (D) in einem Längszweig und dem Schalter (12), vorzugsweise einem Schalttransistor (T) , in einem Querzweig ausgebildet und der Regler (11) mit einem Steuereingang (13) des Schalters (12) bzw. Schalttransistors (T) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (11) eine mit den Sensormitteln
(10) verbundene Sensorsignal-Messeinheit (15) vorgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Messeinheit (15) und dem Regler (11) weiters eine Logikeinheit (16) angeordnet ist, die bei einer Kurzschluss-Erfassung den Regler (11) zum dauerhaften Einschalten des Schalters (12) veranlasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (10) Strom- Sensormittel sind, die bei einem gegenüber dem Normalbetrieb zu hohen Strom eine Kurzschluss-Erfassung auslösen .
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (10) Spannungs-
Sensormittel sind, die bei einer gegenüber dem Normalbetrieb zu niedrigen Spannung eine Kurzschluss-Erfassung auslösen .
PCT/EP2010/058464 2009-07-07 2010-06-16 Vorrichtung zum schutz eines gleichstrom-wandlers WO2011003708A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910032067 DE102009032067A1 (de) 2009-07-07 2009-07-07 Vorrichtung zum Schutz eines Gleichstrom-Wandlers
DE102009032067.9 2009-07-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011003708A1 true WO2011003708A1 (de) 2011-01-13

Family

ID=42674070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/058464 WO2011003708A1 (de) 2009-07-07 2010-06-16 Vorrichtung zum schutz eines gleichstrom-wandlers

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009032067A1 (de)
WO (1) WO2011003708A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013001066A1 (fr) * 2011-06-29 2013-01-03 Alstom Technology Ltd Dispositif de protection contre un defaut de court-circuit dans un reseau electrique

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3215896A (en) * 1962-10-04 1965-11-02 Gen Electric Fast response overload protection circuit
US4670830A (en) * 1984-02-17 1987-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for the protection of converter equipment with GTO thyristors against short circuit
EP0482504A1 (de) * 1990-10-23 1992-04-29 ABBPATENT GmbH Verfahren zum Schutz der abschaltbaren Leistungshalbleiter eines Wechselrichters bei Ausgangskurzschlüssen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2947700A1 (de) * 1979-11-27 1981-07-30 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Anordnung zum schutz einer leitung und/oder eines verbrauchers
DE102004041396A1 (de) * 2004-08-26 2006-03-02 Siemens Ag Kurzschlussschutzschaltung für einen Umrichter, insbesondere für einen DC/DC-Wandler sowie Umrichter bzw. DC/DC-Wandler mit einer solchen Kurzschlussschutzschaltung
EP1914857B1 (de) * 2006-10-21 2009-07-22 SMA Solar Technology AG Schaltungseinrichtung und Verfahren, insbesondere für Photovoltaik-Generatoren
DE102006054354B4 (de) * 2006-11-17 2012-09-20 Werner Turck Gmbh & Co. Kg Selbstschützende Crowbar

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3215896A (en) * 1962-10-04 1965-11-02 Gen Electric Fast response overload protection circuit
US4670830A (en) * 1984-02-17 1987-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for the protection of converter equipment with GTO thyristors against short circuit
EP0482504A1 (de) * 1990-10-23 1992-04-29 ABBPATENT GmbH Verfahren zum Schutz der abschaltbaren Leistungshalbleiter eines Wechselrichters bei Ausgangskurzschlüssen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHU-LIN LIU ET AL: "Analysis and Design of Boost DC-DC Converters for Intrinsic Safety", CONFERENCE PROCEEDINGS. IPEMC 2006. CES/IEEE 5TH INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS AND MOTION CONTROL CONFERENCE 14-16 AUG. 2006 SHANGHAI, CHINA, CONFERENCE PROCEEDINGS. IPEMC 2006. CES/IEEE 5TH INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS AND MOTION CONTROL CONFER, 14 August 2006 (2006-08-14), pages 1 - 6, XP031421420, ISBN: 978-1-4244-0448-3 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013001066A1 (fr) * 2011-06-29 2013-01-03 Alstom Technology Ltd Dispositif de protection contre un defaut de court-circuit dans un reseau electrique
FR2977398A1 (fr) * 2011-06-29 2013-01-04 Alstom Grid Sas Dispositif de protection contre un defaut de court-circuit dans un reseau electrique

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009032067A1 (de) 2011-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015107718B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Absichern einer Bordnetz-Komponente eines Fahrzeug-Bordnetzes
DE202016008980U1 (de) Redox-Flow-Batteriesystem
DE19728783A1 (de) Überspannungsschutzschaltung, insbesondere für Eingänge integrierter Schaltungen
WO2015018748A1 (de) Elektrische energiespeichervorrichtung und verfahren zum hochfahren der spannung an deren anschlüssen
DE102013208968A1 (de) Kraftfahrzeugbordnetz mit aktivem Brückengleichrichter und Überspannungsschutz bei Lastabwurf, Gleichrichteranordnung, zugehöriges Betriebsverfahren und Mittel zu dessen Implementierung
EP3754346A1 (de) Detektionsvorrichtung, schaltvorrichtung, elektrisches versorgungssystem, detektionsverfahren und verfahren
EP2942851B1 (de) Verfahren zur Überwachung der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers
DE102012213053A1 (de) Batterie, Batteriezelle mit Sicherungsvorrichtung sowie Verfahren zum Schutz einer Batteriezelle
DE102015104275B4 (de) Absicherungsvorrichtung und absicherungsverfahren für ein fahrzeug-bordnetz und damit ausgestattetes fahrzeug-bordnetz
DE102019215790B4 (de) Steuergeräteschaltung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren für die Steuergeräteschaltung
EP3900138A1 (de) Ansteuervorrichtung zum auslösen zumindest einer pyrosicherung sowie energiespeicher mit einer solchen pyrosicherung
WO2011003708A1 (de) Vorrichtung zum schutz eines gleichstrom-wandlers
DE102016121447A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Absichern einer Bordnetzkomponente eines Fahrzeug-Bordnetzes
DE102012211086A1 (de) Sicherheitselektronik für ein Batteriemodul, Batteriezellenüberwachungseinheit, Batteriesystem und Kraftfahrzeug
DE10036983A1 (de) Vorrichtung zur schnellen Kurzschlussabsicherung bei einem Leistungshalbleiter
EP2638615B1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zur aufladung eines zwischenkreiskondensators
DE102013219951B4 (de) Elektronische Schaltungsanordnung und elektronisch gesteuertes Energieversorgungssystem
WO2002047234A1 (de) Vorrichtung zur fehlererkennung in einem mehrspannungsbordnetz
DE102021201401B4 (de) Fahrzeugseitiger Lade-Spannungswandler mit Rückstromsperre
DE102011075115B4 (de) Steuerbaugruppe
EP3719996A1 (de) Trennvorrichtung, verfahren und herstellverfahren
DE102017123484A1 (de) Überspannungsschutzschaltung
EP3709513B1 (de) Schaltvorrichtung sowie verfahren zum betrieb einer schaltvorrichtung
DE102008054532A1 (de) Batteriemodul
EP1783912B1 (de) Einkanalige sichere Schaltung für den Ausgang eines Bus-Teilnehmers

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10725181

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10725181

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1