CN109801817B - 混合电路配置 - Google Patents

Abstract

在混合电路配置(61)中，尤其是保护电路配置，包括至少一个第一外部导体段(2)，其中第一机械旁路开关(8)被配置在第一外部导体段(2)中，其中第一半导体开关配置(11)与第一旁路开关(8)并联连接，其中混合电路配置(61)特点在于第一电子控制单元(13)以激活第一半导体开关配置(11)，其中混合电路配置(61)特点在于旁路开关激活单元(62)，其中旁路开关(8)的至少一个励磁线圈(63)连接到该旁路开关激活单元(62)，并且其中旁路开关激活单元(62)的至少一个控制端子(64)连接到第一电子控制单元(13)，建议电子控制单元(13)和/或旁路开关激活单元(62)被设计成用至少一个第一电流或一个第二电流以预先配置的方式控制旁路开关(8)的励磁线圈(63)，其中第二电流大于第一电流。

Description

混合电路配置

技术领域

本发明涉及混合电路配置。

背景技术

混合电路配置是已知的。这些是控制单元或电路配置，其特点是机械开关触点和半导体开关都中断或产生通过有关电路配置的电流路径。当断电时，通常称为旁路开关的机械开关首先被打开，于是电流通过电路配置换向到半导体开关，其然后切断电流。

所谓旁路开关在此占据中心位置，因为它始终处于电流流中，其内阻与将电路配置的永久功率耗散和自加热保持在最小值高度相关。内阻基本上由旁路开关的开关触点的类型和条件以及接触压力决定。

当关断非常强的电流时，例如在短路中发生的情况，旁路开关的触点必须尽快打开，以便尽快实现本领域电流到半导体开关的换向。在这种情况下，几百微秒的接触打开时间是必需的或可能的。这不仅对旁路开关的接触装置产生了高的要求，而且需要相应的强脉冲。由此产生的高加速导致旁路开关上的高功率和高机械应力。

已经表明，在快速断电时，在旁路开关处恶化的接触情况或旁路开关上的高机械应力导致电路配置的停电或可靠性损失前，以相应的快速旁路开关为特征以对非常强的电流(例如在低压应用中的短路电流)进行断电的混合电路配置，特别地，仅可执行有限数量的断路。

作为保护开关，有关的混合电路配置必须只执行少许断路许多年。然而，适当的切换需要至少100000个操作周期的受限电流的切换。

本领域已知的混合电路配置因此适合作为保护开关适用或者作为操作切换的开关，但不执行这两项任务，因此切换电气用户“接通”和“断开”，也要保护该用户防止短路或过电流。

发明内容

本发明的任务因此是提出在开始时命名的本领域的混合电路配置，利用它可以避免上述缺点，并且利用它可以在长的时间段上适当切换电力负荷，以及保护其防止过电流和短路

本发明提供了一种混合电路配置，包括至少一个第一外部导体段，其中第一旁路开关被配置在所述第一外部导体段中，其中第一半导体开关配置与所述第一旁路开关并联连接，其中所述混合电路配置特点在于第一电子控制单元以激活所述第一半导体开关配置，其中所述混合电路配置特点在于旁路开关激活单元，所述第一旁路开关的至少一个励磁线圈连接到所述旁路开关激活单元，并且其中所述旁路开关激活单元的至少一个控制端子连接到所述第一电子控制单元，其中电流测量单元被配置在所述第一外部导体段中，其连接到所述第一电子控制单元，其中所述第一电子控制单元和/或所述旁路开关激活单元被设计成用至少一个第一电能或一个第二电能以预先配置的方式控制所述第一旁路开关的所述励磁线圈以打开所述第一旁路开关，其中所述第二电能大于所述第一电能，并且其中一旦检测到过电流和/或短路电流，所述第一电子控制单元和/或所述旁路开关激活单元利用所述第二电能控制所述第一外部导体段中的所述第一旁路开关的所述励磁线圈以打开所述第一旁路开关。。

因此，电力负荷可适当地在长的时间段上被切换以及保护其防止过电流和短路。通过物理的规定，可以在其中不需要特别快速地打开有关开关触点的所有情况下以及因此在操作期间频繁的接通电源和断电期间，以有限的能量操作旁路继电器或旁路开关。这导致较慢的接触打开和旁路开关上较小的应力。由于为此必须产生较少的能量，因此，也可以规划为具有较少功率耗散的相应的较小电源。一旦出现罕见的电气误差，旁路开关设有相应高的或大的能量，其导致开关触点的迅速打开以及电流向第一半导体开关的快速换向。本领域的混合电路配置具有长寿命的特点。

优选的，所述旁路开关激活单元被设计成用至少一个第一电压或一个第二电压以预先配置的方式控制所述第一旁路开关的所述励磁线圈，其中所述第二电压大于所述第一电压。

优选的，所述第一电子控制单元和/或所述旁路开关激活单元被设计成以预先配置的方式控制所述第一旁路开关的所述励磁线圈至少第一时间长度或第二时间长度，其中所述第二时间长度大于所述第一时间长度。

优选的，所述旁路开关激活单元包括至少第一电容器和第二电容器以产生第一和/或第二电能。

优选的，所述第一电子控制单元和/或所述旁路开关激活单元以适合于所述第一电能的开关操作来控制所述第一旁路开关的所述励磁线圈。

本发明还提供了一种低压保护开关装置，其具有上述混合电路配置。

附图说明

通过附图的引用更详细地描述本发明，其中仅仅优选的实施例作为例子呈现。在每一个中描述如下：

图1：具有物理混合电路配置的物理低压保护开关装置；

图2：具有电子控制单元和旁路开关励磁线圈的旁路开关激活单元的第一实施例；

图3：具有电子控制单元和旁路开关励磁线圈的旁路开关激活单元的第二实施例；

图4：具有电子控制单元和旁路开关励磁线圈的旁路开关激活单元的第三实施例。

具体实施方式

图1示出了具有混合电路配置61、尤其是保护电路配置的低压保护开关装置1的框图，包括至少一个第一外部导体段2，其中第一机械旁路开关8被配置在第一外部导体段2中，其中第一半导体开关配置11与第一旁路开关8并联连接，其中混合电路配置61特点在于第一电子控制单元13以激活第一半导体开关配置11，其中混合电路配置61特点在于旁路开关激活单元62，旁路开关8的至少一个励磁线圈63连接到该旁路开关激活单元62，并且其中旁路开关激活单元62的至少一个控制端子64连接到第一电子控制单元13，其中电子控制单元13和/或旁路开关激活单元62设计成用至少一个第一电流或一个第二电流以预先配置的方式控制旁路开关8的励磁线圈63，其中第二电流大于第一电流。

因此，可以在长的时间段上适当地切换电负载23，以及保护其防止过电流和短路。通过物理的规定，可以在不需要特别快速地打开有关开关触点的所有情况下以及因此在操作期间频繁地接通电源和断电期间，以有限的能量操作旁路继电器或旁路开关8。这导致较慢的触点打开和旁路开关8上的较小的应力。由于为此必须产生较少的能量，因此，也可以规划为具有较少功率耗散的相应的较小的电源68。一旦出现罕见电气误差22，旁路开关8设有相应高的或大的能量，这导致开关触点的快速打开以及电流到第一半导体开关21的快速换向。本领域的混合电路配置61特点在于长的寿命。

混合电路配置61以及具有本领域混合电路配置61的低压保护开关装置1的概念从WO 2015/028634A1中可知。物理混合电路配置61也被设计成用于低电压。通常在这个领域，低电压被认为是高达1000伏交流或1500伏直流。

图1显示了具有物理混合电路配置61的低压保护开关装置1，如根据WO 2015/028634A1中的电子控制单元13和/或旁路开关激活单元62的概念以及直到设计所描述的。这以至少一个外部导体段2以及中性导体段5为特点。外部导体段2穿过低压保护开关装置1，从外部导体供应单元3到外部导体负载连接4。中性导体段5穿过低压保护开关装置1从中性导体连接6到中性导体负载连接7。有关的连接3、4、6、7各优选地被描绘为螺钉端子块或插头端子块，并且被配置在低压保护开关装置1中，以便从外部可访问。

低压保护开关装置1优选地特点在于绝缘材料外壳。

外部导体段2被配置在机械旁路开关8上。

在低压保护开关装置1中，如图所示，在外部导体段2中，第一机械隔离器9也优选地串联配置在旁路开关8上。在中性导体段5中，优选地配置第二机械隔离器10。半导体电路配置11与旁路开关8并联连接。

电涌抑制器19也与旁路开关8并联连接。

此外，低压保护开关装置1特点在于电流测量单元12，其被配置在外部导体段2中，并且优选地被设计成包括并联电阻器。

电流测量单元12连接到低压保护开关装置1的电子控制单元13，其优选地被设计成包括微控制器或微处理器。电子控制单元13被设计成控制旁路开关8和第一半导体开关配置11，以及优选提供的第一机械隔离器9和优选提供的第二机械隔离器10，从而已预先配置的方式激活或控制这些。为此，电子控制单元13优选地连接到第一半导体电路配置11，以及通过电路连接到第一机械隔离器9和第二机械隔离器10的致动元件，尤其是电磁元件。在电子控制单元13中启程的相应连接在图1中未示出。连同低压保护开关装置1的一般描述一起，提供了由电子控制单元13对旁路开关8的进一步相关致动的细节。

第一半导体电路配置11优选地特点在于优选地设计为全桥的整流电路20，以及在物理实施例中的两个功率半导体21，其被物理设计为IGBT，作为实际电路或控制元件。还可以设计具有单个功率半导体21的实施例。

在图1中，除了实际的低压保护开关装置1之外，还表示了电气环境，其中供电网络由AC/DC主电源16、网络的内阻17和网络的电感18表示。还表示了电负载23，以及短路形式的电气误差22。

如图1所示，低压保护开关装置1被设计成使得通过旁路开关8和第一半导体电路配置11来启动断电，并且第一和第二隔离器9、10仅用于确保成功断路后负载电路的电流隔离。

物理混合电路配置61和具有后者的低压保护开关装置1可以被设计成关于许多细节与图1提供的示例有相当大的偏差。因此，特别地，可以规划多个开关路径或外部导体段。此外，隔离器9、10可以在其他点处连接。第一半导体电路配置11可以与其他半导体和/或其他电路一起设计。而且，可以规划额外的开关元件，例如并联和/或串联到旁路开关8。

旁路开关8被设计成可以电磁激活的开关。该领域的开关也被称为继电器，并且其特点在于至少一个励磁线圈63。本领域的开关或继电器的运转是充分已知的。

混合电路配置特点在于旁路开关激活单元62，旁路开关8的至少一个励磁线圈63连接到该旁路开关激活单元62。旁路开关激活单元62特点在于至少一个控制端子64，其连接到第一个电子控制单元13。相应的连接仅在图1中示意性地呈现。在图2至4中，控制端子64以四个极呈现，其中可设计更大或更小数目的极，并且尤其也有接地。

计划将电子控制单元13和/或旁路开关激活单元62设计成用至少一个第一电流或一个第二电流以预先配置的方式控制旁路开关8的励磁线圈63，其中第二电流大于第一电流。第一、低电流从而用于电流的操作切换直到对应的开关装置的标称电流。开关装置总是为确定的标称电流而设计。第二、高电流用于断电过流或短路电流。

旁路开关激活单元62特点在于至少两部件：电源68或能量供应单元，其总是连接到供电网络或线路侧连接3、6，以及继电器驱动器69，其被设计成尤其包括半导体开关。继电器驱动器69是控制旁路开关8的励磁线圈63的实际开关。

如已经所述的，优先的是电子控制单元13和/或旁路开关激活单元62以适于第一电荷的开关操作控制旁路开关8的励磁线圈63，从而旁路开关8的触点被慢慢打开，从而事实上，大约1ms的打开时间被认为是缓慢的。

此外，优先的是电流测量装置12被配置在外部导体段2中并连接到电子控制单元13，并且一旦检测到预先配置的强电流，尤其是过电流和/或短路电流，电子控制单元13和/或旁路开关激活单元62以第二电荷控制外部导体段2中的旁路开关8的励磁线圈63。由此可以实现旁路开关8的开关触点的非常快速的打开。在这点上，在事实上，大约300μs的打开时间被认为是非常快的。

特别优选地是旁路开关激活单元62被设计成用至少一个第一电压或一个第二电压以预先配置的方式控制旁路开关8的励磁线圈63，其中第二电压大于第一电压。藉此移动或打开旁路开关8的开关触点的打开速度，可以通过不同的电压被安全地并简单地调整到各自的需求。第一电压可约为24V，例如，第二电压约为70V，从而这两个值是两个电压电平的实例。

其中优选地是旁路开关激活单元(62)特点在于至少第一电容器(65)和第二电容器(66)，以产生第一和/或第二电荷。当然，可以规划更多的电容器，例如第三电容器67。有关电容器65、66、67可以各种配置来设定，以产生各种能量电平。

图2示出了旁路开关激活单元62的第一实施例。这在输入和控制侧被连接到电子控制单元13，其中该旁路开关激活单元62的输出端接合到或连接到旁路开关8的励磁线圈63。励磁线圈63由它们的电感和它们的内部电阻在图2到4中示出。除了励磁线圈63之外，没有旁路开关8的其它部件在图2至图4中示出。

根据第一实施例中，旁路开关激活单元(62)特点在于三个电容器65、66、67，每一个可以各自地使用单独的开关70、71、72或与继电器驱动器69结合来激活。因此，可以容易地产生各种能级。开关70、71、72可以按需要设计，例如也可以设计为半导体开关。

图3显示旁路开关激活单元62的第二实施例，特点也在于创建分压器的三个电容器65、66、67。因此，开关70、71、72被设计为半导体开关。

图4示出了旁路开关激活单元62的第三实施例，特点也在于三个电容器65、66、67。开关70、71、72再次被设计为半导体开关。通过根据图4的布线，每个电容器65、66、67的电压的单独调节是可能的。

根据另一个实施例，计划将电子控制单元13和/或旁路开关激活单元62设计成以预先配置的方式控制旁路开关8的励磁线圈63至少第一时间长度或第二长度的时间，其中第二时间长度大于第一时间长度。因此，也计划替代的或另外的电压的调整，以调整在其期间电压影响励磁线圈63的时间长度。因此，影响继电器触点的打开速度也是可能的并计划影响继电器触点的打开速度。

Claims (6)

1.混合电路配置(61)，包括至少一个第一外部导体段(2)，其中第一旁路开关(8)被配置在所述第一外部导体段(2)中，其中第一半导体开关配置(11)与所述第一旁路开关(8)并联连接，其中所述混合电路配置(61)特点在于第一电子控制单元(13)以激活所述第一半导体开关配置(11)，其中所述混合电路配置(61)特点在于旁路开关激活单元(62)，所述第一旁路开关(8)的至少一个励磁线圈(63)连接到所述旁路开关激活单元(62)，并且其中所述旁路开关激活单元(62)的至少一个控制端子(64)连接到所述第一电子控制单元(13)，其中电流测量单元(12)被配置在所述第一外部导体段(2)中，其连接到所述第一电子控制单元(13)，其中所述第一电子控制单元(13)和/或所述旁路开关激活单元(62)被设计成用至少一个第一电能或一个第二电能以预先配置的方式控制所述第一旁路开关(8)的所述励磁线圈(63)以打开所述第一旁路开关(8)，其中所述第二电能大于所述第一电能，并且其中一旦检测到过电流和/或短路电流，所述第一电子控制单元(13)和/或所述旁路开关激活单元(62)利用所述第二电能控制所述第一外部导体段(2)中的所述第一旁路开关(8)的所述励磁线圈(63)以打开所述第一旁路开关(8)。

2.根据权利要求1的混合电路配置(61)，其中所述旁路开关激活单元(62)被设计成用至少一个第一电压或一个第二电压以预先配置的方式控制所述第一旁路开关(8)的所述励磁线圈(63)，其中所述第二电压大于所述第一电压。

3.根据权利要求1或2的混合电路配置(61)，其中所述第一电子控制单元(13)和/或所述旁路开关激活单元(62)被设计成以预先配置的方式控制所述第一旁路开关(8)的所述励磁线圈(63)至少第一时间长度或第二时间长度，其中所述第二时间长度大于所述第一时间长度。

4.根据权利要求1或2的混合电路配置(61)，其中所述旁路开关激活单元(62)包括至少第一电容器(65)和第二电容器(66)以产生第一和/或第二电能。

5.根据权利要求1或2的混合电路配置(61)，其中所述第一电子控制单元(13)和/或所述旁路开关激活单元(62)以适合于所述第一电能的开关操作来控制所述第一旁路开关(8)的所述励磁线圈(63)。

6.具有根据权利要求1至5其中之一的混合电路配置(61)的低压保护开关装置(1)。

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