DE102019203977A1

DE102019203977A1 - Schutzschalteinrichtung für Gleichspannung

Info

Publication number: DE102019203977A1
Application number: DE102019203977.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Beckert; Peter Köllensperger; Hauke Nannen; Hubert Schierling; Dieter Wägele
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2039-03-23
Also published as: CN113785482A; US20220166206A1; US12003091B2; DE102019203977B4; WO2020193167A1; EP3921930A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschalteinrichtung zum Koppeln eines Gleichspannungsabzweiges mit einem Plus- und einem Minusleiter an einen Gleichspannungsbus, wobei die Schutzschalteinrichtung eine Serienschaltung einer Schmelzsicherung und eines unidirektionalen Schaltmoduls aufweist,wobei das Schaltmodul eine Parallelschaltung eines steuerbaren, nur in einer ersten Stromrichtung leitfähigen Halbleiterschaltelementes und einer Diode, die in der entgegengesetzten Stromrichtung leitend ist, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschalteinrichtung zum Koppeln eines Gleichspannungsabzweiges mit einem Plus- und einem Minusleiter an einen Gleichspannungsbus für ein Gerät.
Mit Gleichspannung sind Spannungen bis 1500 Volt gemeint. Gleichspannungen bis zu dieser Höhe werden auch als Niederspannung bezeichnet. Mit Gleichspannung sind spezieller insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung mit einer Höhe von 120 Volt Gleichspannung sind. Mit Gleichspannung sind insbesondere Spannungen von 400-800 Volt gemeint.
Mit Gleichspannungsstromkreis bzw. Gleichstromkreis sind Stromkreise für Ströme, insbesondere Nennströme bzw. maximal Ströme, von 2 bis 1000 Ampere; spezieller für Ströme von 2 Ampere bis 400 Ampere oder 200 Ampere gemeint.
Mit Gleichspannungsbus ist ein mindestens Zweileitersystem mit einem Plusleiter und einem Minusleiter gemeint, das von mindestens einer Energiequelle mit Gleichspannung versorgt wird. An den Gleichspannungsbus ist über jeweils einen Gleichspannungsabzweig ein (Gleichspannungs-)Gerät, z.B. ein Gleichspannungsverbraucher, Last, Wechselrichter, kombinierte Energiesenke oder Energiequelle, reine (weitere) Energiequelle, etc., angeschlossen. An einem Gleichspannungsabzweig können auch mehrere Gleichspannungsgeräte angeschlossen sein.
Mit Gleichspannungsgerät ist insbesondere ein Gerät mit einer Leistung von 1 Kilowatt bis 500 Kilowatt gemeint.
Mittlerweile werden verstärkt Gleichspannungsstromkreise, auch als Gleichspannungsnetze respektive Niederspannungsgleichstromnetze bezeichnet, entwickelt und aufgebaut, die üblicherweise einen Gleichspannungsbus mit Gleichspannungsabzweigen aufweisen.
Die Gleichspannungsabzweige, auch als Verbraucherabzweige bezeichnet, werden üblicherweise über einen Gleichspannungsschalter (DC Schalter) abgesichert, im Vorliegenden als Schalteinrichtung bezeichnet. Diese Schalteinrichtung verfügt über zwei Schaltmodule, mit steuerbaren Halbleiterschaltelement, auch als leistungselektronisches Schaltglied bezeichnet, dem eine Diode parallel geschaltet sein kann.
Eine Schalteinrichtung zum Koppeln eines Gleichspannungsabzweiges an einen Gleichspannungsbus gemäß dem Stand der Technik ist in 1 gezeigt.
1 zeigt einen Gleichspannungsbus DCB, aufweisend einen Plusleiter DCP und einen Minusleiter DCN, die mit einer nicht dargestellten Gleichspannungs-Energiequelle verbunden sind, beispielsweise mit einer Gleichspannung von 600 Volt.
Am Gleichspannungsbus DCB sind ein erster Gleichspannungsabzweig DCA1, ein zweiter Gleichspannungsabzweig DCA2 und ein dritter Gleichspannungsabzweig DCA3 vorgesehen; es können weitere Gleichspannungsabzweige vorgesehen sein.
Der erste Gleichspannungsabzweig DCA1 ist über eine erste Schalteinrichtung SCH1 mit einem ersten Gerät G1 verbunden, ebenso ist der zweite Gleichspannungsabzweig DCA2 über eine zweite Schalteinrichtung SCH2 mit einem zweiten Gerät G2 verbunden.
Die erste Schalteinrichtung SCH1 weist eine Serienschaltung eines ersten und eines zweiten Schaltmoduls SM1, SM2 auf. Das erste Schaltmodul SM1 weist für eine erste Stromrichtung ein erstes steuerbares Halbleiterschaltelement Q1 und das zweite Schaltmodul SM2 für die entgegengesetzte Stromrichtung ein zweites steuerbares Halbleiterschaltelement Q2 auf.
Dem ersten Halbleiterschaltelement Q1 ist eine erste Diode D1, die in der entgegengesetzten Stromrichtung wie das erste Halbleiterschaltelement Q1 leitend ist, und dem zweiten Halbleiterschaltelement Q2 ist eine zweite Diode D2, die in der ersten Stromrichtung des ersten Halbleiterschaltelementes Q1 leitend ist, parallel geschaltet.
Die erste Schalteinrichtung SCH1 ist mit zweipoligen Anschlüssen ausgeführt (für Plus- und Minusleiter), im Beispiel befinden sich die ersten und zweiten Schaltmodule SM1, SM2 in einem Leiter, im Beispiel im Plusleiter des ersten Gleichspannungsabzweiges DCA1; der Minusleiter ist durchgeführt und weist keine Schaltmodule auf. Alternativ können die Schaltmodule SM1, SM2 auch im Minusleiter angeordnet sein bzw. beide Leiter können Schaltmodule aufweisen.
Der Serienschaltung der beiden Schaltmodule SM1, SM2 folgt geräteseitig bzw. gleichspannungsabzweigseitig ein Trennkontakt, wobei für den Plusleiter ein erster Trennkontakt TK1 und den Minusleiter ein zweiter Trennkontakt TK2 vorgesehen sind, allgemein als Trennkontakt bzw. Trennkontakte bezeichnet, zur galvanischen Trennung des Gerätes bzw. eines Verbrauchers.
In analoger Weise ist die zweite Schalteinrichtung SCH2 aufgebaut. Weitere Schalteinrichtungen können in analoger Weise aufgebaut sein.
Das Gerät G1, G2 ist üblicherweise ein Gleichspannungsgerät, das eine elektrische Kapazität aufweist. Im Beispiel weist das erste Gerät G1 die erste Kapazität C1, das zweite Gerät G2 die zweite Kapazität C2 auf. In den Kapazitäten der (Gleichspannungs-)Geräte sind häufig nicht unwesentliche Energiemengen gespeichert.
Tritt in dem Gleichspannungsstromkreis / Gleichspannungsnetz respektive DC-Netz gemäß 1 ein Fehler auf, z.B. ein Kurzschluss an der Fehlerstelle F1, die sich zwischen zweiter Schalteinrichtung SCH2 und zweitem Gerät G2 befindet, so wird der dortige Kurzschluss aus den umliegenden Gleichspannungsabzweigen respektive DC-Abzweigen und den sich darin befindlichen Energiequellen bzw. Kapazitäten (der Geräte) gespeist. Dies führt zu einem hohen Strom in der zugehörigen Schalteinrichtung, im Beispiel der zweiten Schalteinrichtung SCH2, die mit einer Abschaltung auslöst.
Wichtig dabei ist, dass die anderen Schalteinrichtungen bzw. Schalter nicht auslösen, so dass ein so genanntes selektives Abschalten des Fehlers erfolgt.
Weiterhin sollen die anderen Schalteinrichtungen den Stromfluss aus dem jeweiligen Gleichspannungsabzweig bzw. Verbraucherabzweig zum Kurzschluss möglichst wenig behindern, damit die Schalteinrichtung, im Beispiel die zweite Schalteinrichtung SCH2, sicher auslöst. Deshalb ist in den Schalteinrichtungen ein abschaltbarer Halbleiter, wie z.B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, kurz IGBT, eher hinderlich, da diese meist ein Entsättigungsverhalten aufweisen und strombegrenzend wirken. Ferner würden diese Halbleiterschalter sehr schnell abschalten, in der Regel im einstelligen µs Bereich.
Tritt an der Fehlerstelle F1 Kurzschluss auf, so wird die Energie der zweiten Kapazität C2 (respektive des zweiten Kondensators C2) des betroffenen zweiten Gerätes G2 in die Fehlerstelle entladen. Zusätzlich wird auch die Energie der ersten Kapazität C1 und einer möglicherweise (nicht dargestellten) dritten Kapazität C3 der nicht betroffenen ersten und dritten Gleichspannungsabzweige DCA1, DCA3 in die Fehlerstelle F1 entladen.
Die erste und dritte Kapazitäten C1, C3 können einen hohen (Fehler-)Strom liefern. Besitzt beispielsweise das erste Gerät G1 einen kleinen Nennstrom, so ist die erste Schalteinrichtung SCH1 dementsprechend klein bemessen und kann den Stromfluss unterbrechen, auch wenn der Fehler in einem anderen Abzweig aufgetreten ist bzw. ohne den anderen Abzweig bis zu dessen Abschaltung weiter zu speisen.
Ziel ist es, dass der Strom in Rückwärtsrichtung der Schalteinrichtung möglichst lange (ohne Sättigung) getragen werden kann.
Bislang wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass die Schalteinrichtungen stark überdimensioniert wurden, was teuer bzw. nicht ökonomisch ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung für das genannte Problem anzugeben, insbesondere eine Selektivität des Auslösens von Schalteinrichtungen in Gleichspannungsabzweigen zu ermöglichen.
Dieses Problem wird durch eine Schutzschalteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Kombination von einer (Schmelz-)Sicherung und einem unidirektional sperrenden Halbleiterschalter (abschaltbares Halbleiterschaltelement mit Diode) zu einer Schutzschalteinrichtung für Gleichspannung gelöst. Hierzu ist eine Schutzschalteinrichtung zum Koppeln eines Gleichspannungsabzweiges mit einem Plus- und einem Minusleiter an einen Gleichspannungsbus vorgesehen, wobei die Schutzschalteinrichtung eine Serienschaltung einer Schmelzsicherung und eines unidirektionalen Schaltmoduls aufweist (bzw. daraus für den zu führenden Strom des Gleichspannungsabzweig besteht),
wobei das Schaltmodul eine Parallelschaltung eines steuerbaren, nur in einer ersten Stromrichtung leitfähigen Halbleiterschaltelementes und einer Diode, die in der entgegengesetzten Stromrichtung leitend ist, aufweist (bzw. daraus besteht) .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Halbleiterschaltelement ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Galliumnitrid-Transistor.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung für die Halbleiterschaltelemente des Schaltmoduls gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Stromsensor vorgesehen, der die Höhe des Stromes und die Stromrichtung ermitteln kann.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine integrierte und kompakte Lösung für eine Schalteinrichtung gegeben ist, die ohne externe Sensoren auskommt. Der Stromsensor kann beispielsweise ein Sensor auf Basis des Hall-Effektes sein. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung für die Ermittlung der Höhe und der Richtung des Stromes gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Anordnung des Schaltmoduls im Plusleiter des Gleichspannungsabzweiges das Halbleiterschaltelement entgegen der Richtung des Gleichspannungsbusses, d.h. in Richtung des Gleichspannungsabzweiges bzw. eines daran angeschlossenen Gerätes, leitfähig oder
bei einer Anordnung des Schaltmoduls im Minusleiter des Gleichspannungsabzweiges das Halbleiterschaltelement in Richtung des Gleichspannungsbusses leitfähig.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung für den Plus- oder Minusleiter gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schmelzsicherung auf Seiten des Gleichspannungsbusses angeordnet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Trennung des Gleichspannungsabzweiges inklusive Schaltmodul gegeben ist, so dass das Schaltmodul im Auslösefall spannungslos ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die mit dem Schaltmodul, insbesondere dem Halbleiterschaltelement, und dem Stromsensor verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung eines ersten Schwellwertes des Stromes in Richtung der Leitfähigkeit des Halbleiterschaltelementes eine Unterbrechung des Stromflusses durch das Schaltmodul erfolgt.
Die Steuereinrichtung kann ferner derart ausgestaltet sein, dass bei einer Anstiegsgeschwindigkeit respektive Anstieg des Stromes in Richtung der Leitfähigkeit des Halbleiterschaltelementes, der einen Stromanstiegsschwellwert überschreitet, eine Unterbrechung des Stromflusses durch das Schaltmodul erfolgt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass wenn der Strom in den Gleichspannungsabzweig, zum Gerät hin, stark ansteigt (Schaltmodul im Plusleiter) eine (schnelle) Abschaltung erfolgt. Wenn die Schutzschalteinrichtung jedoch einen hohen Strom in Richtung des Gleichspannungsbusses sieht, der über die Diode fließt, erfolgt nur eine Auslösung der (Schmelz-) Sicherung. Die Schmelzsicherung löst nur aus, wenn der Strom lange genug ansteht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Serienschaltung der Schmelzsicherung und des unidirektionalen Schaltmoduls in einem Gehäuse angeordnet, insbesondere dass die Steuereinrichtung im Gehäuse enthalten ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Schutzschalteinrichtung in einem Gehäuse zur Verfügung steht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse einen Plusleitereingangsanschluss, einen Minusleitereingangsanschluss, einen Plusleiterausgangsanschluss und einen Minusleiterausgangsanschluss auf. Die Eingangsanschlüsse sind mit dem Gleichspannungsbus verbindbar; die Ausgangsanschlüsse sind mit dem Gleichspannungsabzweig verbindbar.
Das Schaltmodul kann den Plusleitereingangsanschluss mit dem Plusleiterausgangsanschluss oder den Minusleitereingangsanschluss mit dem Minusleiterausgangsanschluss verbinden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Schutzschalteinrichtung mit zweipoligem Anschluss und Gehäuse vorliegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Anschlüsse, die nicht mit dem Schaltmodul verbunden sind, durch eine elektrische Leitung miteinander verbunden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung für die Schutzschalteinrichtung mit Gehäuse vorliegt, wobei eine kostengünstige einpolige Trennung vorgenommen wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schmelzsicherung als pyroelektrisch auslösende Sicherung ausgeführt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein gezieltes Auslösen anhand eines weiteren Kriteriums möglich ist.
Dabei kann insbesondere die pyroelektrisch auslösende Sicherung respektive Pyrosicherung durch eine bzw. die Steuereinrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung SE1 gesteuert bzw. getriggert werden. Die Steuereinrichtung löst ein Triggersignal aus, wenn das von einem Stromsensor gelieferte Signal eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. Die Bedingung könnte z.B. die Überschreitung eines I²t-Wertes bei Stromfluss in Richtung des Gleichspannungsbusses sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Diode eine niedrige Durchlassspannung auf, insbesondere ist sie eine Netzdiode oder Schottkydiode.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein besonders niedriger Spannungsabfall in Rückwärtsrichtung vorliegt, wodurch einerseits eine geringe Verlustleistung vorliegt und andererseits ein maximaler Strom in Rückwärtsrichtung zur Erhöhung der Selektivität gegeben ist.
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung einer Schalteinrichtung zur Verbesserung der Selektivität in einem Gleichspannungsnetz. Dadurch können insbesondere Geräte unterschiedlicher Leistungsklassen an einem gemeinsamen Gleichspannungsbus betrieben werden.
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung eines Gleichspannungsabzweiges mit einer Schalteinrichtung an einem Gleichspannungsbus gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Prinzipdarstellung eines Gleichspannungsabzweiges mit einer Schutzschalteinrichtung an einem Gleichspannungsbus gemäß der Erfindung.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Gleichspannungsabzweiges mit einer Schalteinrichtung SCH1 an einem Gleichspannungsbus gemäß dem Stand der Technik, wie sie bereits eingangs beschrieben wurde.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung gemäß 1, mit dem Unterschied, dass das erste Schaltmodul SM1 durch eine Sicherung SI1 ersetzt ist. Dabei ist die Serienschaltung der Sicherung (Schmelzsicherung) SI1 und des unidirektionalen Schaltmoduls, im Beispiel des zweiten Schaltmoduls SM2, im Plusleiter des ersten Gleichspannungsabzweiges DCA1 angeordnet.
Im Plusleiter ist ferner ein Stromsensor SS angeordnet, um die Höhe und Richtung des elektrischen Stromes zu ermitteln.
Das unidirektionale Schaltmodul SM2 ist mit einer Steuereinrichtung SE1 verbunden, die wiederum mit dem Stromsensor SS verbunden ist. Die Steuereinrichtung SE1 kann mit den Trennkontakten TK1, TK2 verbunden sein, um eine galvanische Trennung des ersten Gleichspannungsabzweiges DCA1 zu bewirken.
Die Sicherung SI1, das unidirektionale Schaltmodul SM2, der Stromsensor SS und die Steuereinrichtung SE1 sind dabei in einem Gehäuse GEH1 angeordnet, die die Schutzschalteinrichtung SCHU1 bildet. Dieses kann ferner den ersten (und zweiten) Trennkontakt TK1, TK2 aufweisen. Weiterhin kann das Gehäuse einen Plusleitereingangsanschluss, einen Minusleitereingangsanschluss, einen Plusleiterausgangsanschluss und einen Minusleiterausgangsanschluss aufweisen.
Im Beispiel gemäß 2 sind die Eingangsanschlüsse mit dem Gleichspannungsbus DCP, DCN verbunden. Die Ausgangsanschlüsse mit dem ersten Gleichspannungsabzweig DCA1. Das unidirektionale Schaltmodul SM2 verbindet den Plusleitereingangsanschluss mit dem Plusleiterausgangsanschluss, wobei noch die Sicherung SI, der Stromsensor SS und der erste Trennkontakt enthalten sind.
Der Minusleitereingangsanschluss ist durch eine Leitung mit dem Minusleiterausgangsanschluss verbunden, wobei der zweite Trennkontakt TK2 vorgesehen sein kann.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Serienschaltung auch entsprechend im Minusleiter angeordnet sein (umgekehrte Stromrichtung). Ebenso können in beiden Leitern die erfindungsgemäßen Serienschaltungen enthalten sein.
Der Stromfluss geht im Beispiel im Normalfall vom Plusleiter DCP des Gleichspannungsbusses DCB über die Sicherung SI1, den Stromsensor SS und das unidirektionale, i.B. zweite, Schaltmodul SM2, den ersten Trennkontakt TK1 zum ersten Gerät G1.
Von der über den zweiten Trennkontakt und Leiter zum Minusleiter DCN des Gleichspannungsbusses DCB.
Die Diode D2 des unidirektionalen Schaltmoduls SM2 im Plusleiter ist entgegen der normalen Stromrichtung des Plusleiters leitfähig. Das Halbleiterschaltelement Q2 ist in der normalen Stromrichtung des Plusleiters leitfähig.
Übersteigt die Spannung am ersten Gerät G1 auf dem ersten Gleichspannungsabzweig DCA1 die Spannung auf dem Gleichspannungsbus DCB, beispielsweise in einem Fehlerfall gemäß 1, fließt der Strom „in Rückwärtsrichtung“ vom ersten Gerät G1 über die Diode D2 und die Schmelzsicherung SI1 zum Plusleiter DCP des Gleichspannungsbusses DCB.
Die Diode D2 muss für derartige Fälle entsprechend leistungsfähig ausgelegt sein und sollte eine niedrige Durchlassspannung aufweisen.
Mit der Erfindung können für das Halbleiterschaltelement Q2 ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Galliumnitrid-Transistor vorteilhaft verwendet werden.
In analoger Weise wie die erste Schutzschalteinrichtung SCHU1 kann eine zweite Schutzschalteinrichtung SCHU2 aufgebaut sein, die im zweiten Gleichspannungsabzweig DCA2 vorgesehen sein kann, wie in 2 dargestellt. In analoger Weise können weitere Schutzschalteinrichtungen in weiteren Gleichspannungsabzweigen vorgesehen sein.
Die Neuheit der vorliegenden Erfindung liegt in der Kombination einer Sicherung zusammen mit einem unidirektionalen Halbleiterschalter in einem Gleichspannungsstromkreis (Gleichspannungsbus mit Gleichspannungsabzweigen). Im Fehlerfall kann dadurch eine Selektivität im Systemverbund sicher gewährleistet werden. Das Gesamtsystem wird robuster und ist kostengünstiger als ein bidirektionaler, abschaltbarerer Halbleiterschalter. Die Erfindung ist insbesondere für Abgangsschalter interessant. Die Verluste sind deutlich geringer als bei anderen Halbleiterschaltern. Auch die Ansteuerung durch die Steuerungseinheit wird durch die Reduktion der Anzahl der anzusteuernden Halbleiter einfacher.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Schutzschalteinrichtung (SCHU1) zum Koppeln eines Gleichspannungsabzweiges (DCA1, DCA2, DCA3) mit einem Plus- und einem Minusleiter an einen Gleichspannungsbus (DCB), wobei die Schutzschalteinrichtung eine Serienschaltung einer Schmelzsicherung (SI1) und eines unidirektionalen Schaltmoduls (SM2) aufweist, wobei das Schaltmodul (SM2) eine Parallelschaltung eines steuerbaren, nur in einer ersten Stromrichtung leitfähigen Halbleiterschaltelementes (Q2) und einer Diode (D2), die in der entgegengesetzten Stromrichtung leitend ist, aufweist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterschaltelement (Q2) ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Galliumnitrid-Transistor ist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromsensor (SS) vorgesehen ist, der die Höhe des Stromes und die Stromrichtung ermitteln kann.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung des Schaltmoduls (SM2) im Plusleiter des Gleichspannungsabzweiges das Halbleiterschaltelement (Q2) entgegen der Richtung des Gleichspannungsbusses (DCB) leitfähig ist oder dass bei einer Anordnung des Schaltmoduls (SM2) im Minusleiter des Gleichspannungsabzweiges das Halbleiterschaltelement (Q2) in Richtung des Gleichspannungsbusses (DCB) leitfähig ist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (SI1) auf Seiten des Gleichspannungsbusses (DCB) angeordnet ist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (SE1) vorgesehen ist, die mit dem Schaltmodul (SM2), insbesondere dem Halbleiterschaltelement (Q2), und dem Stromsensor (SS) verbunden ist, die derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreitung eines ersten Schwellwertes des Stromes in Richtung der Leitfähigkeit des Halbleiterschaltelementes eine Unterbrechung des Stromflusses durch das Schaltmodul (SM2) erfolgt.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (SE1) ferner derart ausgestaltet ist, dass bei einer Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes in Richtung der Leitfähigkeit des Halbleiterschaltelementes, der einen Stromanstiegsschwellwert überschreitet, eine Unterbrechung des Stromflusses durch das Schaltmodul (SM1) erfolgt.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Serienschaltung der Schmelzsicherung (SI1) und des unidirektionalen Schaltmoduls (SM2) in einem Gehäuse (GEH) angeordnet sind, insbesondere dass die Steuereinrichtung (SE1) im Gehäuse (GEH) enthalten ist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (GEH) einen Plusleitereingangsanschluss, einen Minusleitereingangsanschluss, einen Plusleiterausgangsanschluss und einen Minusleiterausgangsanschluss aufweist; dass die Eingangsanschlüsse mit dem Gleichspannungsbus (DCB) verbindbar sind; dass die Ausgangsanschlüsse mit dem Gleichspannungsabzweig (DCA1) verbindbar sind; dass entweder das Schaltmodul (SM2) zwischen Plusleitereingangsanschluss und Plusleiterausgangsanschluss vorgesehen ist oder das Schaltmodul (SM2) zwischen Minusleitereingangsanschluss und Minusleiterausgangsanschluss vorgesehen ist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht das Schaltmodul (SM2) aufweisenden Anschlüsse durch eine elektrische Leitung miteinander verbunden sind.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (SI1) als pyroelektrisch auslösende Sicherung ausgeführt ist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (D2) eine niedrige Durchlassspannung aufweist, insbesondere eine Netzdiode oder Schottkydiode ist.
Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschalteinrichtung (SCHU1) in einem Abgangsschalter eingesetzt ist.
Gleichspannungsabzweig, der eine Schutzschalteinrichtung (SCHU1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 13 aufweist, wobei die Schutzschalteinrichtung einerseits mit einem Gleichspannungsbus (DCB) und andererseits mit Geräten (G1), insbesondere Verbrauchern, verbunden ist.