电开关制造技术

本发明专利技术涉及一种电开关(1)，其中，电开关(1)具有半导体开关(3)、第一用电器侧接口(33)、第一源侧接口(31)和第二源侧接口(32)，其中，半导体开关(3)布置在第一源侧接口(31)与第一用电器侧接口(33)之间。为了改进电开关(1)在故障情况下的关断性能而提出，在第一用电器侧接口(33)与第二源侧接口(32)之间设有开关(4)，其中，半导体开关(3)设计成由于半导体开关(3)的内部的热过载作用而不可逆转地转变至断开状态，其中，开关(4)设置用于通过开关的闭合以及因此形成的短路电流产生热过载。本发明专利技术还涉及一种电网(2)，其具有能量源(7)和至少一个这种电开关(1)，其中，电开关(1)的第一源侧接口(31)和第二源侧接口(32)与能量源(7)连接。本发明专利技术还涉及一种用于运行这种电开关(1)或者这种电网(2)的方法，其中，当半导体开关(3)和/或另外的半导体开关(5)关断时，开关(4)闭合。(4)闭合。(4)闭合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电开关


[0001]本专利技术涉及一种电开关，其中，电开关具有半导体开关、第一用电器侧接口、第一源侧接口和第二源侧接口，其中，半导体开关布置在第一源侧接口与第一用电器侧接口之间。本专利技术还涉及一种具有能量源和至少一个这种电开关的电网。本专利技术还涉及一种用于运行这种电开关或者这种电网的方法。

技术介绍

[0002]在电网中，越来越多基于半导体的电开关用于切换电流以及因此用于保护用电器。在此，电开关具有半导体开关。因为半导体开关用于保护电网中的部件，电开关也被称为保护元件。除了半导体开关以外，该保护元件还能具有控制电路以及例如用于过压保护的保护装置等等。
[0003]在此，在能量源与一个用电器或者一组用电器之间通常设有开关。因此，单独的用电器或者整个输出电路及其用电器被保护。
[0004]如果这种电开关不管关断指令而不断开连接，则具有连接的耗电器或者相关的用电器的支路承受电压。
[0005]这种情况能够通过测量(例如通过电流测量或者电压测量)在电开关上被识别出，但并不被阻止。

技术实现思路

[0006]本专利技术所基于的目的是，针对电开关在故障情况下的关断性能改进电开关。
[0007]该目的通过一种电开关实现，其中，该电开关具有半导体开关、第一用电器侧接口、第一源侧接口和第二源侧接口，其中，半导体开关布置在第一源侧接口与第一用电器侧接口之间，其中，在第一用电器侧接口与第二源侧接口之间设有开关，其中，半导体开关设计成由于半导体开关的内部的热过载作用而不可逆转地转变至断开状态，其中，开关设置用于通过开关的闭合以及因此形成的短路电流产生热过载。该目的还通过一种具有能量源和至少一个这种电开关的电网实现，其中，电开关的第一源侧接口和第二源侧接口与能量源连接。该目的还通过一种用于运行这种电开关或者这种电网的方法实现，其中，当半导体开关和/或另外的半导体开关关断时，开关闭合。
[0008]本专利技术其他有利的设计方案在从属权利要求中给出。
[0009]本专利技术基于如下认识，即电开关通过在电开关中集成开关被改进。该开关能够涉及机械开关或者基于半导体的开关。该开关设置成使得半导体开关和开关相对于第一和第二源侧接口布置在串联电路中。在此，该串联电路还能够在第一和第二源侧接口之间具有另外的元件。尤其能够但不必须的是，一个或多个另外的部件也布置在开关与第二源侧接口之间。这里作为例子涉及另外的半导体开关。
[0010]串联电路被理解为组件的串联排列，其中，单个组件上的电压相加。因此，星形连接的部件也被看作串联连接，即使在星形接点有支路而使部件不一定被相同的电流流过。
[0011]只要源侧接口与能量源连接，通过开关的闭合在同时闭合的半导体开关中形成短路电流，该短路电流通过过大的电流使半导体开关过载，使得半导体开关转变至断开状态。断开状态也被称为不导通状态。
[0012]在市场上能提供不同的半导体开关，其中过载通过过大的电流引起半导体开关的锁止作用。这就是说，半导体开关转变至断开状态，其也被称为不导通状态。这能够例如如下地发生，即在半导体模块中现有的接合线由于过大的电流而热过载并且熔化。由此在半导体开关中不再产生导电连接，并且半导体开关因此安全且持久地转变至断开状态。半导体开关在模块化设计中构造得非常紧凑并且为了电接触通常使用接合线。
[0013]如果半导体由于故障而不能断开，也就是说没有借助于控制信号变为不导通状态，则用电器侧接口不能被无电压地切换。因此连接到用电器侧接口的负载或者连接到那里的子网不再能被可靠地保护，因为能量源的能量供应的关断不再可行。这种状态能够以不同方式例如借助于传感器、如电流传感器或者电压传感器被可靠识别。当故障被识别时，开关能够闭合。产生的由能量源驱动的短路电流改变半导体开关，使得半导体开关转变至断开状态。在此，开关在半导体开关每次断开时被接通或者仅当故障、如半导体开关的关断失灵时被识别。只要半导体开关如预设那样断开，则开关不影响半导体开关。但是在切换失灵的情况下，通过开关转变过电流至断开状态的方式，开关可以确保半导体开关安全关断。在此，开关能够与半导体开关闭合时同时关断或者配有时间偏移。利用时间偏移，还能减少半导体开关和机械开关的负载。
[0014]有不同的方法来识别半导体开关的切换失灵。失灵能够例如通过半导体开关中的现有逻辑被识别。在此，半导体开关的电子部件监控半导体开关的电压(例如在开关前后评价电压测量)和/或通过半导体开关监控电流。如果在预给定的时间内，尽管有关断指令或经由开关的电压，电流仍继续流动，例如以秒为单位，正向电压保持在范围内，则出现错误。当开关被断开时，负载侧的电压必须下降，因为在那里现有的电容器放电。放电时间5分钟的情况下，其通常在5秒内大约为10V。可替换地，切换失灵还能通过外部监控被识别，该外部监控评估开关(电流、电压)的信号或者使用单独的测量值检测。
[0015]在此，开关能够与半导体开关布置在结构单元中。此外，该结构单元还能包括用于半导体开关的控制电路。因此逻辑也能被集成在该结构单元中，当半导体开关的故障被识别时，在逻辑中开关仅闭合。
[0016]在本专利技术的一个有利设计方案中，开关设计为机械开关或者功率半导体、特别是晶闸管。机械开关在市场上价格便宜。机械开关具有承载大电流而不会出现热过载的性能。机械开关相比半导体开关慢的切换时间能够被容忍，因为半导体开关的关断与开关的接通之间的时间偏移针对功能也是充足的。同样可行的是，使用功率半导体。功率半导体具有与半导体开关类似的或者甚至相同的控制，使得功率半导体易于制造。功率半导体尤其提供晶闸管。晶闸管有用于承载短路电流的高载流能力和良好的短期过载能力。晶闸管无法关断电流的缺点可以被忽略不计，因为电流会由于半导体开关转变至不导通状态而中止。
[0017]在本专利技术的另一个有利设计方案中，电开关具有另外的半导体开关和第二用电器侧接口，其中，另外的半导体开关布置在第二源侧接口与第二用电器侧接口之间。因此，与用电器侧接口连接的子网或者负载以多极、尤其是双极方式在两个半导体开关的应用中与能量源断开。因此，关断的部分由此是无电势的，以使其也例如能够被接地。正好针对作为
电网的直流电网，具有两个半导体开关的双极关断是正面的，因为该电网正好包括两个电势以及两个电导体。然而该布置也能扩展到多个导体。因此，三相交流电网的三相的电开关能够例如利用三个半导体开关实现。
[0018]在本专利技术的另一个有利设计方案中，开关布置在第一用电器侧接口与第二用电器侧接口之间。在具有两个半导体开关、即半导体开关和另外的半导体开关的电路中，安全关断利用该电路以简单的方式被实现。在该设计方案中，开关位于两个半导体开关之间。当两个半导体常规关断时，开关没有效果。当两个半导体开关中仅一个常规运转时，电开关的用电器侧接口能够无电压，然而没有被切换为无电势的。只有当两个半导体开关都有故障时，两个半导体开关都没有关断，开关才会导致短路电流通过两个半导体开关，从而使两个半导体开关中的至少一个持久处于如上所述的断开状态。由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电开关(1)，具有：
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半导体开关(3)，
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第一用电器侧接口(33)，
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第一源侧接口(31)和第二源侧接口(32)，其中，所述半导体开关(3)布置在所述第一源侧接口(31)与所述第一用电器侧接口(33)之间，其特征在于，在所述第一用电器侧接口(33)与所述第二源侧接口(32)之间设有开关(4)，其中，所述半导体开关(3)设计成由于所述半导体开关(3)的内部的热过载作用而不可逆地转变至断开状态，其中，所述开关(4)设置用于通过所述开关的闭合以及由该闭合形成的短路电流来产生所述热过载。2.根据权利要求1所述的电开关(1)，其中，所述开关(4)设计为机械开关或者功率半导体、特别是晶闸管。3.根据权利要求1或2所述的电开关(1)，其中，所述电开关(1)具有另外的半导体开关(5)和第二用电器侧接口(34)，其中，所述另外的半导体开关(5)布置在所述第二源侧接口(32)与所述第二用电器侧接口(34)之间。4.根据权利要求3所述的电开关(1)，其中，所述开关(4)布置在所述第一用电器侧接口(33)与所述第二用电器侧接口(34)之间。5.根据权利...

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