專(zhuān)利名稱：電分路開(kāi)關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分路開(kāi)關(guān)裝置。
通常分路通過(guò)不同開(kāi)關(guān)設(shè)備的串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如西門(mén)子公司手冊(cè)“低壓電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)，繼電保護(hù)，配電”(1992年版，表3.17，第143頁(yè))所描述。其中，一個(gè)中間連接有一個(gè)功率開(kāi)關(guān)、繼電器和過(guò)載保護(hù)器的電機(jī)由一個(gè)電壓源供電。作為用于控制用電器的別的開(kāi)關(guān)元件和部件已公知的有三相電流調(diào)節(jié)器，半導(dǎo)體繼電器，變流器，機(jī)械限制器，電動(dòng)機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)和熔斷保險(xiǎn)器以及間接過(guò)載繼電器。利用所述的低電壓分路可以實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，包括符合生產(chǎn)條件地開(kāi)關(guān)用電器以及相位控制地或相(位)移控制地開(kāi)關(guān)電機(jī)、電容器和燈、節(jié)流器之類(lèi)的非線性用電器。在后一種情況下，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換是瞬態(tài)進(jìn)行的，例如在過(guò)零點(diǎn)或過(guò)零點(diǎn)之間。為避免出現(xiàn)有害的過(guò)載，分路的短路電流應(yīng)當(dāng)被限制在其上限。低壓分路的另一個(gè)作用在于，在考慮允許的過(guò)壓下識(shí)別短路電流并且以最短的時(shí)間將其斷開(kāi)。此外，也希望短路時(shí)避免用電器被接通，或者盡管短路時(shí)被接通了但盡可能迅速地將其斷開(kāi)。另外在低壓分路中需檢測(cè)過(guò)載的發(fā)生，并且在必要時(shí)斷電。為了進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，需報(bào)告分路當(dāng)時(shí)的工作狀態(tài)。
EP 0 421 891 B1公開(kāi)了一種電氣絕緣的靜態(tài)斷路開(kāi)關(guān)。其中一個(gè)與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)的負(fù)載被供予直流。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件在正常狀態(tài)以及過(guò)載和短路狀態(tài)時(shí)將電流切斷。對(duì)于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件拒絕動(dòng)作的情況，負(fù)載電流回路中的斷路開(kāi)關(guān)就被斷開(kāi)。在此，一個(gè)與負(fù)載并聯(lián)的電磁鐵用于觸發(fā)，通過(guò)其銜鐵的位置執(zhí)行斷開(kāi)斷路器的命令。如果用交流電源對(duì)負(fù)載供電，將使用兩個(gè)雙向連接的三極管代替一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。
DE 4209167A1公開(kāi)了一個(gè)用于電傳動(dòng)裝置的開(kāi)關(guān)和監(jiān)控單元。該單元特別適用于工作電壓大于60V的電傳動(dòng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)和監(jiān)控，特別是具有如功率開(kāi)關(guān)元件，保護(hù)開(kāi)關(guān)元件和變流器的輔助和備用傳動(dòng)設(shè)備。取代機(jī)械開(kāi)關(guān)，如斷路開(kāi)關(guān)和電機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)，這里串聯(lián)了用于開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，在這種情況下量取它們?cè)谶\(yùn)行中的實(shí)際狀態(tài)并且提供給監(jiān)控元件或監(jiān)控電路。
據(jù)此，本發(fā)明的目的在于，創(chuàng)造一種分路開(kāi)關(guān)裝置，利用它可以實(shí)現(xiàn)分路的已知功能，即在正常工作狀態(tài)以及故障工作狀態(tài)(過(guò)載、短路)下以一種簡(jiǎn)單方式、特別是遵守許可的過(guò)電壓情況下將負(fù)載接通或切斷。
本發(fā)明的目的是通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的一種電分路開(kāi)關(guān)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明其它有利的設(shè)計(jì)方案由從屬權(quán)利要求2-7可知。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于電子分路開(kāi)關(guān)裝置的第一種電路，圖2為根據(jù)本發(fā)明的用于電子分路開(kāi)關(guān)裝置的第二種電路。
根據(jù)圖1，在交流電網(wǎng)1和一個(gè)三相負(fù)載2之間連接有一個(gè)三相電子分路開(kāi)關(guān)裝置3，通過(guò)它，對(duì)負(fù)載2，例如一個(gè)電機(jī)供電。該電子分路開(kāi)關(guān)設(shè)備3在三個(gè)相位上的結(jié)構(gòu)相同，此處為了簡(jiǎn)化，圖中只表示了一相。電子分路開(kāi)關(guān)裝置3實(shí)際上主要包括兩個(gè)雙向連接并且與負(fù)載2串聯(lián)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件4，一個(gè)零電位控制裝置5和一個(gè)連接在裝置5與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件4之間的控制電路6。此處的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件4為FETs，它最好被設(shè)計(jì)成與HITFET組件相對(duì)應(yīng)但是明顯用于更高電壓的組件7，它同樣含有一個(gè)設(shè)計(jì)成保護(hù)電路8的邏輯電路。有關(guān)HITFET-組件的結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)說(shuō)明由“HITFET-Low-Side-Schalter fuer alle Faelle”(Fachzeitschrift Components33(1995)，第2卷，59頁(yè)以下)一文可知。此處的零電位控制裝置被設(shè)計(jì)成一個(gè)變壓器5，在其初級(jí)一側(cè)連接了一個(gè)驅(qū)動(dòng)-/調(diào)制電路9，該驅(qū)動(dòng)-/調(diào)制電路例如可以是Unitrode集成電路公司生產(chǎn)的UC 3724型組件。該控制電路6主要由另一個(gè)驅(qū)動(dòng)組件14，例如Unitrode公司的UC 3725，一個(gè)觸發(fā)器11，一個(gè)比較器12和一個(gè)過(guò)載識(shí)別裝置13組成。一個(gè)驅(qū)動(dòng)-/解調(diào)電路10被連接在變壓器5的次級(jí)，并通過(guò)其端點(diǎn)14和15與比較器12和觸發(fā)器11連接。驅(qū)動(dòng)-/解調(diào)電路10的另一端16與觸發(fā)器11連接，其在輸出側(cè)通過(guò)連接點(diǎn)17連接到組件7。組件10的連接端點(diǎn)15與組件7之間的連接點(diǎn)18電連接。此外，該觸發(fā)器11與比較器12的輸出端19相連。該比較器12的輸入端20與歐姆電阻22的連接端點(diǎn)21連接。該歐姆電阻22的另一連接端點(diǎn)是連接點(diǎn)18。過(guò)載識(shí)別裝置13位于比較器12的輸入端20和輸出端19之間。
下面借助圖1對(duì)分路開(kāi)關(guān)裝置3的功能作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明兩個(gè)FETs4用于在額定負(fù)載、過(guò)載和短路時(shí)接通/斷開(kāi)負(fù)載電流回路。在每個(gè)組件7中，利用內(nèi)電阻22和一個(gè)分開(kāi)的源電極形成一個(gè)旁路，利用它可測(cè)量負(fù)載電流。借助于該比較器12(其輸入端具有歐姆電阻22上的壓降)，能夠檢測(cè)出零電流，或小于最小臨界電流值的負(fù)載電流。如果負(fù)載電流低于表示零電流的最小臨界電流，觸發(fā)器11就產(chǎn)生一個(gè)切斷信號(hào)，從而在過(guò)零點(diǎn)時(shí)立即切斷FETs 4，這對(duì)于斷開(kāi)感應(yīng)負(fù)載來(lái)說(shuō)是必不可少的。在組件7中所包含的邏輯電路8用于短路跳閘或稱電流限制。這兩個(gè)組件9和10與變壓器5一起共同為觸發(fā)器11，比較器12和過(guò)載識(shí)別裝置13產(chǎn)生一個(gè)零電位的控制以及供電。過(guò)載識(shí)別裝置13根據(jù)電流信號(hào)和當(dāng)時(shí)的負(fù)載在超過(guò)電流臨界值之后同樣產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)。
圖2表示了通過(guò)一個(gè)分路開(kāi)關(guān)裝置31向負(fù)載30供電的另一個(gè)實(shí)施例，其中供電是通過(guò)一個(gè)三相電壓源31完成的。該分路開(kāi)關(guān)裝置31在此處也僅僅示出一相，它主要包括兩個(gè)雙向連接的并且與負(fù)載30串聯(lián)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管33(FET)，一個(gè)比較器34，一個(gè)觸發(fā)器35和一個(gè)光電耦合器36。該光電耦合器36的一端與一個(gè)直流電源的正極相連接，該直流電源在圖2中用虛線表示，它由一個(gè)變壓器51，一個(gè)二極管52和一個(gè)電容器53組成。一個(gè)也連接在正極上的可調(diào)歐姆電阻37與比較器34的輸入端38連接，一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管33的漏極45連接在該比較器34的另一輸入端39上。該光電耦合器件36的另一端與觸發(fā)器35相連，它的一個(gè)輸出端42被接到場(chǎng)效應(yīng)晶體管33的柵極44以及46用于控制它。觸發(fā)器35的另一輸出端43與比較器34的輸出端電連接。兩個(gè)反極向連接的二極管40,41分別位于場(chǎng)效應(yīng)晶體管33的柵極44或46與漏極45或47之間。在漏極45與47之間有一個(gè)可變電阻48。在負(fù)載30和漏極47之間有電流互感器49的初級(jí)繞組，其次級(jí)繞組被接在一求值單元50上。在求值單元50上還以開(kāi)三角接法連接了另一個(gè)電流互感器54。另一個(gè)可變電阻55被連接在用于負(fù)載30的三相電源32的一相與其中點(diǎn)MP之間。
下面對(duì)圖2所示分路開(kāi)關(guān)裝置的功能作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
此處的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管33的作用同樣也是在額定負(fù)載、過(guò)載和短路時(shí)切斷負(fù)載電流回路。此處過(guò)載電流和額定電流的測(cè)量是通過(guò)一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管33的源-漏極電壓進(jìn)行的，該電壓被引至比較器34的輸入端39。該比較器的作用如前一實(shí)施例一樣，用于檢測(cè)零電流或特低電流，這對(duì)于切斷感應(yīng)負(fù)載來(lái)說(shuō)絕對(duì)必需的，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管33與二極管40,41相連的線路用于限制短路電流并因此對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管33產(chǎn)生保護(hù)。借助于該光電耦合器36，整個(gè)分路開(kāi)關(guān)裝置31的電路可以被零電位地控制。整個(gè)電路的供電可以通過(guò)由變壓器51，二極管52和電容器53構(gòu)成的直流電源實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)以開(kāi)三角形接法連接的電流互感器49和54為過(guò)載組件50供電，為該過(guò)載組件50限定一個(gè)電流負(fù)載臨界值，當(dāng)達(dá)到該臨界值時(shí)，為防止過(guò)載，將所連接的一個(gè)電機(jī)斷開(kāi)。該求值組件50已知的有西門(mén)子公司生產(chǎn)的目前已經(jīng)上市的3UB1和3RB1型電子過(guò)載繼電器。這兩個(gè)可調(diào)電阻48,55為分路開(kāi)關(guān)裝置31對(duì)負(fù)載30和對(duì)中點(diǎn)MP提供過(guò)電壓保護(hù)。
該電子分路開(kāi)關(guān)裝置31總共具有如下的功能-在過(guò)載和額定負(fù)載時(shí)，由于高的負(fù)載電感在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)進(jìn)行切斷。-在短路時(shí)立即切斷和限制電流。-零電位控制。-過(guò)載保護(hù)。
盡管根據(jù)附圖所示實(shí)施形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)考慮到，并不是希望將本發(fā)明僅限制在所述的實(shí)施例，而是應(yīng)當(dāng)包括所有從權(quán)利要求的內(nèi)容所能想到的可能的變動(dòng)、改進(jìn)和等同物。
權(quán)利要求
1．一種用于將一個(gè)負(fù)載(2,30)與一個(gè)電流源相接通或斷開(kāi)的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，它具有以下特征a)具有兩個(gè)雙向連接并與負(fù)載(2,30)串聯(lián)、由碳化硅作為襯底制造出的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(4,33),b)具有一個(gè)用于控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(4,33)的零電位的控制裝置(5,9,10,36)，通過(guò)它半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(4,33)可以導(dǎo)通或斷開(kāi)，c)具有一個(gè)用于立即關(guān)斷流過(guò)負(fù)載的短路電流的裝置(8,22,40,41)，以及d)具有一個(gè)防止負(fù)載電流分路出現(xiàn)過(guò)載電流的保護(hù)裝置(13,49,50),e)其中不設(shè)置切斷負(fù)載(2,30)電流回路的具有分?jǐn)嗑嚯x的開(kāi)關(guān)裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于具有一個(gè)用于識(shí)別電流過(guò)零點(diǎn)的裝置(11,12,34)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于該分路開(kāi)關(guān)裝置(3,31)被設(shè)計(jì)成為多相結(jié)構(gòu)。
4．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于所述零電位的控制裝置被設(shè)計(jì)成變壓器(5)。
5．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于所述零電位的控制裝置被設(shè)計(jì)成光電耦合器(36)。
6．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于為了確定負(fù)載電流值以及過(guò)零點(diǎn)，測(cè)量一個(gè)歐姆電阻(22)上的電壓，一恒定百分比的負(fù)載電流分量流過(guò)該歐姆電阻，并且該電壓被輸送給一個(gè)比較器(12)，當(dāng)其低于其可調(diào)的臨界電壓時(shí)，該比較器使一個(gè)為控制所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(4)而設(shè)置的觸發(fā)器(11)復(fù)位，進(jìn)而能夠斷開(kāi)該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。
7．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于對(duì)于負(fù)載電流值的測(cè)量通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(33)上的電壓降進(jìn)行，該電壓作為輸入?yún)?shù)加在比較器(34)的輸入端(39)上，它與一觸發(fā)器(35)共同作用，可切斷該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(33)。
8．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電子分路開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于它具有一個(gè)用于過(guò)電壓限制的裝置(42)。
全文摘要
一種電子分路開(kāi)關(guān)裝置,在傳統(tǒng)分路中所熟知的在正常工作狀態(tài)和干擾工作狀態(tài)下接通或切斷負(fù)載的開(kāi)關(guān)功能將根據(jù)本發(fā)明以一種簡(jiǎn)單的方式在這種電子分路開(kāi)關(guān)裝置中實(shí)現(xiàn),它優(yōu)越地具有由碳化硅制造的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(4),一個(gè)零電位控制裝置(5,9,10),一個(gè)用于識(shí)別和在短路情況下立即斷開(kāi)的裝置(8,22)和一個(gè)用于識(shí)別和斷開(kāi),防止過(guò)載電流的保護(hù)裝置(13)以及一個(gè)用于過(guò)壓限制的裝置(42)。
文檔編號(hào)H02H3/08GK1216644SQ97193979
公開(kāi)日1999年5月12日 申請(qǐng)日期1997年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月27日
發(fā)明者彼得·卡魯扎, 萊因哈德·梅爾, 海因茨·米特萊納, 克里斯琴·施雷金格爾, 格哈德·施羅瑟 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司