电开关的过流识别制造技术

本发明专利技术涉及用于识别通过电开关(1)的关断电流的方法，其中，电开关(1)具有两个能关断的半导体开关(2)，其中，两个能关断的半导体开关(2)设置成使其各自能够关断通过电开关(1)的具有不同极性的电流，其中，两个能关断的半导体开关(2)尤其反向串联地设置在电开关(1)中，其中，能关断的半导体开关(2)中的第一半导体开关具有至少四个端子(G、C、E、E

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电开关的过流识别


[0001]本专利技术涉及一种用于识别通过电开关的关断电流的方法，其中，电开关具有两个能关断的半导体开关。本专利技术还涉及具有用于执行该方法的、具有两个能关断的半导体开关的电开关。此外，本专利技术涉及具有这种电开关的直流电压电网。

技术介绍

[0002]如今，电能的供应主要经由交流电网实现。交流电网的优点是：可以借助变压器产生不同的电压级。由于市场上可越来越便宜地提供的半导体，对于直流电网也能以简单的方式产生不同的电压级，使得刚好也经由直流电网尤其在工业网络内进行能量供应变得特别经济。
[0003]在此，直流(DC)电网应在未来的工业设备中减少损耗，保证变流器、存储器和马达之间的直接的能量交换，并提高稳定性。在此，例如能够运行在不同的负载出口和馈入部之间具有不同电缆长度的、也被称为直流电网的小的直流电压电网。在此，与交流电网相比，直流电网在馈线电感以及在短路情况下的电流上升方面具有明显更大的差异，因为在此一方面对于短路电流限制没有前置的变压器的短路阻抗，电容的电压中间电路形式的能量存储器作为理想的电压源反而能够在短路情况下产生非常大的电流上升。另一方面，非常长的馈线不表现由于电抗的增加而增加的无功功率的问题并且因此允许大的串联电感，串联电感仅在短路时允许非常小的电流上升，然而在接通时造成大的过压。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的在于，实现用于电开关的可靠的过流识别。
[0005]该目的通过一种用于识别通过电开关的关断电流的方法实现，其中，电开关具有至少一个能关断的半导体开关，其中，能关断的半导体开关具有至少三个端子，其中，测量至少三个端子中的两个端子之间的电压，其中，将电压或电压的时间上的积分与参考值进行比较，并且在参考值被超过时关断至少一个能关断的半导体开关中的至少一个。此外，该目的通过具有至少一个能关断的半导体开关的电开关实现，其中，能关断的半导体开关具有至少三个端子，其中，电开关具有用于测量至少三个端子中的两个端子之间的电压的电压检测装置，其中，电开关具有评估单元，其中，借助于评估单元能将测量的电压与参考值进行比较，其中，借助于评估单元，在参考值被超过时能关断至少一个能关断的半导体开关。该目的还通过具有这种电开关的直流电压电网实现。
[0006]本专利技术的另外的有利设计方案在从属权利要求中给出。
[0007]本专利技术基于以下认知：当前用于测量通过位于直流电网中的电开关的电流的电流转换器仅是有条件适用的。已知类型的直流传感器、例如霍尔传感器或磁性敏感的传感器具有典型地在400kHz的范围中的、相对较低的边界频率和在500ns至1500ns的范围中的停滞时间。在电感很小的网络中能够在该时间段中使电流在故障情况、例如短路时非常快地达到大数值，其能够导致半导体的毁坏或失灵。
[0008]因此，在实例中，在直流电压电网的800V的直流电压以及采用的对应于大约1μH的电感的、2m长的馈线的情况下能够产生
[0009]i(t)＝(U/L)
·
Δt＝(800V/1μH)
·
1.5μs＝1200A的电流上升。因此，已知的电流转换器仅有条件适用于保障直流电压电网中的电开关和设置在电开关的输出端的构件的可靠保护。
[0010]然而表明的是，对于保护以及触发、即电开关的打开而言快速响应电流探测比高精度更重要。此外表明的是，通过测量能关断的半导体开关上的电压能够非常快地识别不允许的大电流，其要由电开关关断。
[0011]此外表明的是，通过测量能关断的半导体开关的端子上的电压能够可靠地识别大电流或高电压。
[0012]能关断的半导体开关具有至少三个端子。在基于晶体管、如IGBT的半导体中，这些端子被称为栅极(G)或基极、集电极(C)和发射极(E)，在MOSFET中被称为栅极、漏极和源极。根据本专利技术的方法用于具有栅极(G)、集电极(C)和发射极(E)以及具有栅极、漏极和源极的能关断的半导体，其中，还能采用现有的基极端子作为栅极端子。在此，IGBT的栅极端子对应于MOSFET的栅极端子或晶体管的基极端子，集电极端子对应于漏极端子，并且发射极端子对应于源极端子。接下来不再探讨栅极、漏极和源极的端子。然而，有关栅极(G)或者基极、集电极(C)和发射极(E)的实施在过流方面能容易地为相似的实施例转用到栅极、漏极和源极的端子。这同样适用于之后介绍的辅助发射极端子。
[0013]表明的是，能够通过能关断的半导体开关的端子中的两个端子之间的电压可靠地识别大电流或电流的高上升速度。如果测量值或测量值的积分超过也被称为边界值的参考值，则能关断的半导体开关就过渡到非导通状态并且打开电开关。在此，能够预先给定参考值或边界值并且将其存储在评估单元中。借助于评估单元将电压的测量值或其积分与参考值比较。
[0014]当能利用测量集电极与发射极之间的电压识别通过半导体的电流时，能利用发射极与作为能关断的半导体开关的第四端子的辅助发射极之间的测量来测量通过能关断的半导体的电流上升。电流上升借助与参考值比较已经能够用于保护，因为根据大的电流上升已经可靠地识别出短路。如果替代电流上升反而想要在测量发射极和辅助发射极之间的电压时取决于电流强度地设置电开关的关断，则作为电压测量值的替代将关于测量的电压的时间上的积分与参考值进行比较。能通过电开关的评估单元无问题地实现时间上的积分的建立。
[0015]能关断的半导体开关的关断被理解为，将能关断的半导体开关设置为不导通的状态。
[0016]如果测量多于仅一个电压和/或测量一个电压并且将测量值以及时间上的积分用于确定关断标准，则能够区分用于相应的比较的参考值。
[0017]在两个半导体开关的情况下，在两个半导体开关中的第一和第二半导体开关之间进行区分。
[0018]在第二半导体开关中测量能关断的半导体开关的集电极端子与发射极端子之间的或者漏极端子与源极端子之间的电压。在此测量能关断的半导体开关的接通状态中的集电极至发射极电压(U
CE
)或者漏极至源极电压(U
DS
)。在通过能关断的半导体的大电流的情
况下在集电极与发射极端子之间建立电压。如果该电压大于也被称为边界值的参考值，则将其识别为过流并且关断能关断的半导体开关。如果能关断的半导体开关在达到其参考值时已经在饱和区，那么能特别容易地识别过流，因为该范围中的电压随着电流强度明显上升。然而还表明的是，集电极与发射极之间的电压在饱和之前已经随着通过半导体的电流升高。这种电压变化的测量技术上的识别甚至比在饱和区中更难，但是无论怎样其仍是能在测量技术上测定的。根据集电极至发射极电压，能够以简单的方式并且首先足够快地识别通过能关断的半导体开关的大电流并且为反应而关断能关断的半导体开关。该大电流例如能够由于其短路造成，其由于在直流电压电网中的小的电感而快速导致大电流。通过测量集电极至发射极电压以快速识别过流，能够通过与参考值的比较来可靠且快速识别过流。由此能够特别有利地使用电开关的优点、特别是100n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于识别通过电开关(1)的关断电流的方法，其中，所述电开关(1)具有两个能关断的半导体开关(2)，其中，两个能关断的所述半导体开关(2)设置成使得能关断的所述半导体开关各自能够关断通过所述电开关(1)的具有不同极性的电流，其中，两个能关断的所述半导体开关(2)尤其反向串联地设置在所述电开关(1)中，其中，能关断的所述半导体开关(2)中的第一半导体开关具有至少四个端子(G、C、E、E
’
)，其中，能关断的所述半导体(2)中的第二半导体开关具有至少三个端子(G、C、E)，其中，在两个能关断的所述半导体(2)中的所述第一半导体开关处测量发射极端子(E)与辅助发射极端子(E
’
)之间的第一电压(U
过流，1
)，并且在两个能关断的所述半导体开关(2)中的所述第二半导体开关处测量集电极端子(C)与发射极端子(E)之间的或漏极端子与源极端子之间的第二电压(U
过流，2
)，其中，测量的电压(U
过流，1
、U
过流，2
)或测量的电压(U
过流，1
、U
过流，2
)的时间上的积分各自与参考值(X
ref
)比较，并且在所述参考值(X
ref
)被超过时关断两个能关断的所述半导体开关(2)中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述参考值(X
ref
)被超过时关断相关的能关断的所述半导体开关(2)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了选择性保护，将测量的所述第一电压(U
过流，1
)和/或测量的所述第一电压(U
过流，1
)的所述积分与第一参考值(X
ref，1
)进行比较，并且将测量的所述第二电压(U
过流，2
)与第二参考值(X
ref，2
)进行比较，其中，在相应的参考值(X
ref，1
、X
ref，2
)被超过时，关断相关的能关断的所述半导体开关(2)或者关断两个所述半导体开关(2)。4.根据权利要求3所述的方法，其中，为了选择性保护，将测量的所述第一电压(U
过流，1
)的所述积分与第一参考值(X
ref，1
)进行比较，其中，所述第一参考值(X
ref，1
)小于所述第二参考值(X
ref，2
)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述第一半导体开关(2)处还测量集电极端子(C)与发射极端子(E)之间的第三电压(U
过流，3
)，并且在第三边界值(X
ref，3
)被超过时关断所述第一半导体开关(2)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯滕，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：