DE29520149U1

DE29520149U1 - Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Bordnetzen gegen Kurzschluß

Info

Publication number: DE29520149U1
Application number: DE29520149U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2005-12-20

Description

GR 95 G 2157

Beschreibung

Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Bordnetzen gegen Kurzschluß

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Bordnetzen gegen Kurzschluß zwischen seinem positiven und negativen Anschluß, mit einem Generator und Verbrauchern und mit einer Hauptleitung zwischen dem Generator und den Verbrauchern.

Gleichstrom-Bordnetze sind Bestandteil von Kraftfahrzeugen, Schiffen usw.. Bei solchen Bordnetzen sind die Verbraucher über eine Hauptleitung mit dem Generator verbunden. Von dieser Hauptleitung zweigen die zu den einzelnen Verbrauchern führenden Leitungen ab. Die Verbraucher werden dabei über Schalter aus- und eingeschaltet. Die Hauptleitung bildet dabei meist den positiven Anschluß, der negative Anschluß liegt auf Massepotential.

Der Generator wird im allgemeinen von einem Verbrennungsmotor angetrieben. Tritt z.B. bei einem Unfall ein Kurzschluß zwischen der Hauptleitung und Masse auf, so läuft der Motor zunächst weiter und der Generator liefert einen hohen Kurzschlußstrom. Ein dabei auftretender Lichtbogen kann austretende Kraftstoffdämpfe entzünden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan-Ordnung der angegebenen Art so auszubilden, daß das Auftreten eines Kurzschlußstroms verhindert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Hauptleitung ein steuerbarer elektronischer Schalter vorgesehen ist, der

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den Generatorstrom bei Übersteigen eines vorgegebenen Wertes unterbricht.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der ünteransprüche.

Die Erfindung wird anhand dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert. Sie zeigen jeweils prinzipielle Schaltbilder dieser Ausführungsbeispiele.

Die Schaltungsanordnung nach Figur 1 enthält einen Dreiphasengenerator 1 mit drei Wicklungen, die z.B. im Stern geschaltet sind. Die Anschlüsse der Wicklungen sind mit den Wechselstromanschlüssen einer Dreiphasen-Gleichrichterbrücke 2 verbunden. Diese Brücke besteht aus drei Halbbrücken 21, 22 und 23, die einander parallel geschaltet sind. Die einzelnen Halbbrücken bestehen aus hintereinander geschalteten Gleichrichtern 3, 6; 4, 7; 5, 8. Die Anoden der Gleichrichter 6, 7, 8 sind mit Masse verbunden, die Katoden der Gleichrichter 3, 4, 5 mit einer Hauptleitung 12. Die Hauptleitung 12 verzweigt sich und führt zu Verbrauchern 10, die jeweils über Schalter 11 an das Bordnetz geschaltet werden können. Die Verbraucher 10 liegen mit ihrem anderen Anschluß an Masse.

In die Hauptleitung 12 ist ein elektronischer Schalter 14 eingeschaltet. Um einen möglichst umfassenden Schutz der Hauptleitung 12 zu gewährleisten, wird der elektronische Schalter 14 bei Wechselstromgeneratoren möglichst nahe am 0 Ausgang des Gleichrichters 2 angeordnet. Bei Gleichstromgeneratoren liegt der elektronische Schalter möglichst nahe am Generatorausgang. Bei einem Kurzschluß zwischen der Hauptleitung 12 und Masse -der Ort des Kurzschlusses ist durch einen Blitz symbolisiert- fließt ein Kurzschlußstrom auf der Haupt-

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leitung 12. Dieser ist um ein Vielfaches höher als der Nennstrom. Der elektronische Schalter ist so ausgebildet, daß er bei Übersteigen eines vorgegebenen Wertes des Generatorstroms abgeschaltet wird. Damit wird ein Lichtbogen oder eine übermäßige Erhitzung der Hauptleitung 12 vermieden.

Elektronische Schalter mit Überstromabschaltung sind z.B. als Smart-FET bekannt und im Handel erhältlich. Sie enthalten einen Leistungs-MOSFET, der gemäß einer ersten Ausführungsform einen Temperaturfühler enthält, der den Leistungs-MOSFET bei Übersteigen einer bestimmten Temperatur abschaltet. Die Abschalttemperatur ist so gewählt, daß sie nur dann erreicht wird, wenn ein Strom durch den MOSFET fließt, der über dem Nennstrom liegt. Ein solcher MOSFET ist z.B. in der DE 35 24 517 beschrieben worden, so daß sich hier weitere Erläuterungen zum Aufbau des elektronischen Schalters 14 erübrigen.

Der elektronische Schalter kann, wie z.B. in der EP 0 643 485 beschrieben, auch einen vom Laststrom durchflossenen Meßwiderstand enthalten, an dem eine dem Strom proportionale Spannung erzeugt wird. Leistungs-FET mit Sensezellen sind ebenfalls geeignet um eine Spannung zu erzeugen, die dem Laststrom proportional ist. Diese Spannung wird dazu benutzt, einen zwischen Gateanschluß und Sourceanschluß des Leistungs-MOSFET liegenden Transistor bei Übersteigen eines vorgegebenen Stromwertes einzuschalten. Der Leistungs-MOSFET wird dann abgeschaltet.

Wie erwähnt, ist es für den Schutz der Hauptleitung 12 we-0 sentlieh, daß der steuerbare elektronische Schalter möglichst nahe am Generatorausgang bzw. möglichst nahe am Gleichrichter angeordnet wird. Im allgemeinen ist der Gleichrichter in das Generatorgehäuse eingebaut. Es empfiehlt sich daher, auch den elektronischen Schalter in das Generatorgehäuse einzubauen.

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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 dargestellt. Hier besteht der elektronische Schalter aus drei elektronischen Einzelschaltern 31, 41, 51. Diese sind Bestandteil der Gleichrichterbrücke. Der elektronische Schalter 31 ersetzt den Gleichrichter 3 nach Figur 1, der elektronische Schalter 41 den Gleichrichter 4 und der elektronische Schalter 51 den Gleichrichter 5. Da der elektronische Schalter, wie oben erwähnt, vorzugsweise ein Leistungs-MOSFET ist, muß dieser so gesteuert werden, daß er Gleichrichterfunktion hat. Die steuerbaren Schalter 31, 41 und 51 haben daher Steuereingänge, die mit dem Ausgang einer Steuereinrichtung 15 verbunden sind. Die Einrichtung 15 liefert Steuersignale, die mit der an jeder Halbbrücke 21, 22, 23 liegenden Wechselspannung synchronisiert sind.

Bei einem Kurzschluß zwischen der Hauptleitung 12 und Masse werden die elektronischen Schalter 31, 41 und 51 entweder über den Strom oder die Temperatur gesteuert und abgeschaltet.

Werden für die Schalter 31, 41, 51 Smart-FET verwendet, so muß berücksichtigt werden, daß ein solcher eine eingebaute Inversdiode enthält. Der Smart-FET muß daher so in die Halbbrücke eingebaut werden, daß die Inversdiode gesperrt bleibt. Außerdem muß dem FET eine Diode in Reihe geschaltet werden, die so gepolt ist wie die Dioden 3, 4, 5 nach Figur 1. Es ist aber auch möglich, anstelle des Smart-FET eine Smart-Bipolarlösung einzusetzen. Die zusätzliche Diode kann dann entfallen.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten, jedem Verbraucher 10 in Reihe geschalteten Schalter 11 können ihrerseits gesteuerte elektronische Schalter sein. Diese sind dann so

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dimensioniert, daß sie bei Kurzschluß des in Reihe geschalteten Verbrauchers abgeschaltet werden.

Die elektronischen Schalter können auch so ausgebildet sein, daß sie spannungsbegrenzende Eigenschaften haben. Dies wird bei den erwähnten Bauelementen im allgemeinen dadurch erreicht, daß zwischen Drainanschluß und Gateanschluß eine Zenerdiode geschaltet ist. Wird ein starker Verbraucher abgeschaltet, so führt die dadurch verursachte Spannungserhöhung im Bordnetz dazu, daß die anderen elektronischen Schalter kurzzeitig eingeschaltet werden. Die im Bordnetz gespeicherte Energie entlädt sich damit über diese Schalter und ein übermäßiger, das Bordnetz gefährdender Spannungsanstieg wird vermieden.

Claims

GR 95 G 2157 Schut zansprüche

1. Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Bordnetzen gegen Kurzschluß zwischen seinem positiven und negativen Anschluß mit einem Generator und Verbraucher und mit einer Hauptleitung

dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptleitung (12) ein steuerbarer elektronischer Schalter (14) vorgesehen ist, der den Generatorstrom bei Obersteigen eines vorgegebenen Wertes unterbricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare elektronische Schalter ein einen Stromsensor enthaltender FET ist, der bei Übersteigen des vorgegebenen Wertes des Generatorstroms abgeschaltet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 0 steuerbare Schalter ein einen Temperatursensor enthaltender FET ist, der bei Übersteigen einer Temperatur abgeschaltet wird, die bei einem vorgegebenem Wert des Generatorstroms auftritt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einem Dreiphasen-Wechselstromgenerator, an den eine Dreiphasen-Gleichrichterbrücke (2) angeschlossen ist, die drei parallel geschaltete Halbbrücken (21, 22, 23) mit je zwei hintereinander geschalteten Gleichrichtern (3, 6; 4, 7; 5, 8) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Gleichrichter jeder Halbbrücke durch den steuerbaren elektronischen Schalter (31, 41, 51) gebildet ist.

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5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Batterie (16), die dem Generator (1) parallel geschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (14) zwischen dem Knoten (15) zwischen Batterie (16) und Generator (1) und den Verbrauchern (10) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verbraucher (10) ein zusätzlicher steuerbarer elektronischer Schalter (11) in Reihe geschaltet ist, und daß der zusätzliche elektronische Schalter gesperrt wird, wenn der Strom durch den Verbraucher einen vorgegebenen Wert übersteigt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren elektronischen Schalter (14, 11) spannungsbegrenzende Eigenschaften haben.