CN102326309B - 电保护装置和电保护装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于布置在至少一个负载（V1，V2）和电源之间的电保护装置（SCH），其中所述保护装置（SCH）具有限流功能和断路功能。在此，保护装置（SCH）由多个限流或断路的保护元件（E1...En）构成，所述保护元件的输出端并联。此外，本发明涉及电保护装置（SCH）的控制方法。

Description

电保护装置和电保护装置的控制方法

技术领域

本发明涉及用于布置在至少一个负载和电源之间的电保护装置，其中所述保护装置具有带有可调整的电流极限值的限流功能和断路功能。此外，本发明涉及电保护装置的控制方法。

背景技术

电保护装置在电设备内的干扰情况可能导致危害人和/或者机器的地方到处得到应用。尤其是在借助电源给一个负载或者多个负载供电的情况下需要电保护装置。所述电保护装置被布置在电源和一个或者多个负载之间，以便在干扰的情况下降低通过一个或者多个负载的电流并且在持续干扰时断路。

例如DE 101 49 458 C1示出在直流电源和载荷之间的保护装置。在此，两个半导体开关元件并联用以提高断路安全性。使每个半导体开关元件与一半最大载荷电流协调（abstimmen）。一旦一个半导体开关断路，则整个载荷电流流经另一半导体开关，使得该另一半导体开关也断路。

从WO 96/14684 A1中已知一种用于交流应用的保护装置。该保护装置在此包括两个保护元件对，其在干扰情况下引起断路。划分成两个保护元件对用于减少保护装置的回路电阻。

特别是在用于为多个载荷分支供电的电源的情况下有意义的是，利用电保护装置保障每个载荷分支。如果在载荷分支中出现干扰，则该载荷分支被限流或者被断路，而不危害对其余载荷分支的供电。在没有这种保护预防措施的情况下，有故障的载荷分支以超过设置的载荷电流的方式使电源负重。于是，电源、尤其是开关电源（Schaltnetzteil）必要时甚至转入限流模式并且在持续干扰时断路。于是所有载荷分支无电流。当分别借助串接的机械线路保护开关保障在电源输出端处的载荷时，这同样发生，因为这种线路保护开关需要明显的过电流用于触发。电源除了为剩余的载荷供电之外经常不能再提供这种过电流。

前序部分所述的电保护装置的这种应用导致，必须存在具有不同的预先给定为触发极限的电流极限值的所述电保护装置。尤其是在工业设备的情况下规则是，借助于电源为不同功率的多个载荷分支供电。因此每个载荷分支包括具有分别不同的电流极限值的电保护装置。在工业设备的情况下也发生，只存在一个载荷分支，其由于改变的生产条件包括一会儿多和一会少（einmal mehr und einmal weniger）的负载。在这种情况下也必须使用具有不同电流极限值的电保护装置。

从WO 01/41277 A2 和EP 0933849 Al知道例如用于具有多个载荷分支的电源的电保护装置。在此，为每个载荷分支将具有调整可能性的半导体开关、电流测量元件和运算放大器形式的分析或调节电子装置接入在电源和载荷之间的连接线路中。相应半导体开关的效率根据所定义的标称电流被设计。在连接较小的载荷时，触发极限被调整到比所述标称电流小的值。由此经常导致不受欢迎的情况，即相应半导体开关和相应驱动电路的效率没有得以充分利用。因而这种解决方案通常导致具有差的成本使用关系的电保护装置超尺寸。

因此，按照现有技术也知道为各个载荷分支设置的电保护装置。在此，通过提供具有精细标称电流分级的产品系列来防止超尺寸。因而在每个载荷分支中接入具有所需的标称电流的相应的电保护装置。所需要的高的仓库管理耗费在这里是不利的。

另一已知的电保障装置（Absicherung）规定，在每个载荷分支中布置降压变换器，其在正常运行中接通并且只在干扰情况下在限流模式中计时（takten）。AT 504 528 A描述了这种解决方案。

发明内容

本发明所基于的任务是，为开头所述类型的电保护装置说明相对于现有技术的改进。

根据本发明，所述任务通过独立权利要求1和11以及通过根据从属权利要求的有利扩展方案来解决。

在此，所述保护装置由多个限流或断路的保护元件构成，并且电流极限值以这种方式被调整，使得在保护元件的一部分中输出端并联。以这种方式说明一种利用分别所需要的电流极限值来保障一个载荷分支或者多个载荷分支的简单措施。相应的电流极限值在此由在输出端侧并联的保护元件的部分电流极限值之和得出。

根据本发明的保护装置在此例如包括可选数量的保护元件，其以和的方式引起对于所连接的载荷所需要的保障保护（Absicherungsschutz），而在此不是超尺寸的。此外可以将保护装置分为多个保护装置块，以便通过这种方式为不同的载荷或者载荷分支实现多个分离的并行工作的安全通道。在此，对于不同的载荷，不同地许多保护元件在输出端侧相互连接。分别相互连接的保护元件构成块，所述块具有对于分别所连接的载荷的所需要的保障保护。

相应的控制方法规定，在达到所分配的预先给定的部分电流极限值时，保护元件限制通过该保护元件的电流，直至保护元件的临界参数超过预先给定的最大值并且保护元件断路。因此，在正常运行中，总是如此划分通过并联的保护元件的载荷电流，使得大于部分电流极限值的电流不流经保护元件中的任何一个。在达到保护元件的部分电流极限值时，减小通过该保护元件的电流。通过与该保护元件并联的其余保护元件的电流以相同的程度升高。通过这种方式平衡各个保护元件的容差。

本发明的有利扩展方案规定，每个保护元件具有固定的部分电流极限值，使得保护元件得以简单地构造并且从而在制造方面是便宜的。

在此，如果保护装置或者保护装置块的电流极限值被构成为并联保护元件的相同大的部分电流极限值之和，则是有利的。因此借助相同构造的保护元件组成具有可选地被分级的电流极限值的不同保护装置或保护装置块。利用仅一个保护元件实施方案可以保障具有最大不同功率的载荷分支，而不出现保护装置的超尺寸。

简单的实施方案以这种方式被实施，使得保护装置的保护元件在输出端侧借助连接梳形件（Verbindungskamm）连接。因而取消在配电箱中的昂贵的布线。

有利地，连接梳形件与保护元件的输出端焊接，使得提供在保护元件的各个输出端之间可靠的和可预见的（berechenbar）接触。

此外，如果在保护元件之间的连接梳形件分别具有至少一个可手动分离的分离点、尤其是额定断裂点，则是有利的。保护装置在此包括可预选数量的保护元件，其在输出端侧已经相连接。在安装过程中，通过中断在分别两个保护元件之间的一个连接或者多个连接，将保护装置根据需要划分成多个保护装置块。在此，所产生的保护装置块中的每一个均包括多个保护元件，其对于保障所连接的载荷分支是需要的。

在有益的变型方案中，在保护元件之间的连接梳形件分别具有庞大地（sperrig）形成的分离件，所述分离件可以从连接梳形件手动地被分离出。为分离梳形件，分离件被移除（herauslösen），其中庞大的形状导致分离件不无意地通过通风孔落入邻近的设备外壳中。

此外有益的是，在分离点或者分离件之下设置标记，其中通过在分离过程之后标记变得可见，该标记表明梳形件分离。

另一实施方案规定，保护装置被装入到电源中。由此附加地简化尤其是在配电箱中的安装。

在本发明的扩展方案中，每个保护元件均包括驱动单元和具有可变回路电阻的限流元件。在此，借助驱动单元根据流经限流元件的电流确定回路电阻（Druchgangswiderstand）。控制于是例如以以下形式进行，即达到部分电流极限值的保护元件的传导通道（Durchleitkanal） 变为轻微较高欧姆性的（hochohmiger）。在此，调节式（abregelnd）保护元件仅仅构造那么多较多（soviel mehr）电阻，使得保护元件的容差得以补偿。

在控制方法的改进方案中规定，在保护元件的每个输出端处检测电压并且在达到预先给定的电压降值时，对于预先给定的限制时间间隔，相关的保护元件限制通过该保护元件的电流，并且保护元件在该限制时间间隔到期之后断路。因此，只有在所有并联的保护元件的输出端处的电压明确下降之后才启动限时元件，使得载荷电流的轻微干扰或者不均匀的分布不导致断路。

在此，此外有利的是，一旦预先给定的关断时间间隔到期和/或相应保护元件的临界参数落入预先给定的接通值之下，则在断路之后，所有保护元件被复位。例如将所有限时元件复位，使得所有保护元件不依赖于瞬间的开关状态再次采取相同的输出状态。由此，任意的保护元件输出端可以相互接线并且通过共同复位再次被激活。

有益地，相应保护元件的芯片温度作为临界参数被检测。以这种方式确保，只有当热负荷由于调节过程变得太大时，保护装置或者相关的保护装置块才断路。

接下来参考附图示例性地阐述本发明。以示意图的方式：

图1 示出带有两个负载分支的保护装置的电路结构，

图2 示出带有分离点的连接梳形件。

具体实施方式

在图1中示出带有多个保护元件E1...En的保护装置SCH。在此，最初三个保护元件El, E2, E3被联合成第一保护装置块Bll 并且剩余的保护元件E4...En被联合成第二保护装置块Bl2。第一负载或者负载分支V1经由第一保护装置块Bll 连接到电源的馈电电压U上并且第二负载或者负载分支V2经由第二保护装置块B12连接到电源的馈电电压U上。

每个保护元件El... En均包括限流元件Tl... Tn和电流检测单元I1... In。相应的限流元件Tl... Tn例如被构成为晶体管并且相应的电流检测单元I1... In被构成为电流转换器。借助相应的驱动单元Al... An，根据分别检测的电流控制通过限流元件Tl... Tn的通过电流。为每个驱动单元Al... An预先给定部分电流极限值。分别在输出端侧相连接的保护元件El, E2, E3 或E4...En的部分电流极限值以和的方式得出相应块Bl1或Bl2的电流极限值。驱动单元Al... An或者以模拟的方式被构造或者被构成为微控制器。

出于防火原因，在每个限流元件Tl... Tn之前连接另一个保险装置Sl... Sn。在此或者是熔断器或者是线路保护开关。

保护装置SCH的工作原理根据第一保护装置块Bl1加以阐述。负载或者负载分支V1连接在块Bl1的输出端子Kl1上。如果输出端侧的连接借助连接梳形件Ka实现，则两个另外的输出端子Kl2, Kl3保持空闲。在此，第一连接梳形件段Ka1连接第一块Bl1的输出端并且第二连接梳形件段Ka2连接第二块Bl2的输出端。对此可替代地，输出端侧的连接可以经由相应的端子Kll, Kl2, Kl3或Kl4...Kln借助线桥进行。

在借助连接梳形件Ka连接的情况下，每个输出端子Kll... Kln必须针对最大可能的电流极限值被设计。在正常运行中，由负载或者负载分支Vl吸取的载荷电流将不达到块Bl1的电流极限值。于是载荷电流根据回路电阻划分到三个保护元件El, E2, E3上。容差可能导致保护元件El或E2或E3在此达到其部分电流极限值。于是相关的驱动单元Al或A2或A3 回调流经所述保护元件E1或E2或E3的电流，使得相应地更多电流流经其它两个保护元件E1，E2或E2，E3或E1，E3。为在对各个保护元件E1，E2，E3的这种不同的功率划分的情况下利用限流元件T1，T2，T3的可供使用的最大效率，相应限流元件T1，T2，T3的芯片温度被考虑。如果达到保护元件E1或E2或E3的最大芯片温度，则所述保护元件断路。因此并联的保护元件E1，E2或E2，E3或E1，E3必须承担过载。在超过最大允许的芯片温度时，这些保护元件也断路。

作为芯片温度检测的替代方案，仅仅对于预先给定的时间间隔的持续时间允许过载。在此，只有在并联的保护单元E1，E2，E3的输出端处的电压明确下降之后才可以启动限时元件。在这种情况下可以借助上级控制单元对各个保护元件输出电压进行顺序采样，因为该控制单元不知道哪些保护单元E1...En并联。从输出电压推断出限流元件T1，T2，T3的热负荷。

只有在此之后，在确定的有效限制时间（在该有效限制时间时，载荷电压已经有效地被降低）到期之后，相关的块Bl1才被断路，其方式是，例如借助上级控制单元将断路信号传送到驱动单元A1，A2，A3。在接下来的接通过程时，应考虑用于限制部件温度的冷却时间。在此，例如借助手动触发的复位将所有限时元件复位。复位被禁止如此长时间，直至或者预先给定的关断时间到期或者临界参数下降到预先给定的接通值之下。

另一实施方案规定，探测在相应限流元件T1，T2，T3处的电压降。

在预先给定用于限流的确定的时间间隔时，附加地可以检测环境温度。在较低的环境温度下允许的负荷持续时间延长。而在检测相应的芯片温度时，已经一起考虑了环境温度。

对于在保护元件E1...En的输出端处安全的和可预见的连接，设置连接梳形件 Ka是有意义的。这种连接梳形件在图2中示出并且借助于相应的接头与保护元件（E1...En）的输出端导电连接。有益地，这通过将相应的焊片焊接到印制电路板LP中实现。每个焊片在此均与保护元件输出端相连接。利用这种连接梳形件Ka，在各个保护元件E1...En之间存在相应大的线路横截面，使得大量保护元件El... En可并联。此外，安装耗费显著降低，尤其是当在保护元件El... En之间设置可手动分离的分离点Br，优选地被构成为额定断裂点时。根据要连接的负载或者负载分支V1，V2，在这种分离点Br处中断连接梳形件 Ka，使得连接梳形件Ka被划分成多个连接梳形件段Ka1, Ka2。

此外，连接梳形件Ka例如具有分离件TS，所述分离件允许在分离点Br的范围中引入转矩。通过多次扭转相关的分离件TS，在该分离点Br的范围内发生冷作硬化并且随后发生在分离件TS两侧的所期望的断裂。也可以将分离件TS仅仅实施为可切除的零件。在每种情况下应该注意，分离件TS具有相应的尺寸，以便其不无意地通过设备外壳的通风孔落下。这例如可以通过以下方式来实现，即分离件TS与其它线路横截面相比或者被构成为较大的平坦的零件或者较大的弯曲的零件。此外，连接梳形件Ka可以覆盖有色标记。所述标记在拆出分离件TS时被释放，以便明确表明，哪些保护元件E1...En相互连接或者相互分离。

在这种实施方案中可以确保，只有当保护装置没有电压时，连接梳形件才是可访问的。为此例如设置盖板，其仅仅在保护装置断路的时候才可以打开。作为替代方案，部分绝缘地实施连接梳形件。

Claims (14)

1.用于布置在至少一个负载（V1，V2）和电源之间的电保护装置（SCH），其中所述保护装置（SCH）具有带有可调整的电流极限值的限流功能和断路功能，其特征在于，保护装置（SCH）由多个限流和断路的保护元件（E1...En）构成，其中每个保护元件（El... En）均包括限流元件（Tl... Tn）、电流检测单元（I1... In）和驱动单元（Al... An），并且所述电流极限值通过以下方式被调整，即在保护元件的一部分中输出端并联，其方式是，保护装置（SCH）的保护元件（E1...En）在输出端侧借助连接梳形件（Ka）连接。

2.按照权利要求1的电保护装置，其特征在于，每个保护元件（E1...En）均具有固定的部分电流极限值。

3.按照权利要求1或者2的电保护装置，其特征在于，保护装置（SCH）或者保护装置块（Bll, Bl2）的电流极限值被构成为并联保护元件（E1...En）的相同大的部分电流极限值之和，其中所述保护装置根据需要被划分成多个保护装置块，其中所述保护装置块由在输出端侧相互连接的保护元件构成。

4.按照权利要求1或2的电保护装置，其特征在于，连接梳形件（Ka）与保护元件（E1...En）的输出端焊接。

5.按照权利要求1或2的电保护装置，其特征在于，在保护元件（E1...En）之间的连接梳形件（Ka）分别具有至少一个可手动分离的分离点（Br）。

6.按照权利要求5的电保护装置，其特征在于，在保护元件（E1...En）之间的连接梳形件分别具有庞大地形成的分离件，所述分离件可以从连接梳形件手动地分离出。

7.按照权利要求5的电保护装置，其特征在于，在分离点或者分离件之下安置标记，该标记表明梳形件分离。

8.按照权利要求6的电保护装置，其特征在于，在分离点或者分离件之下安置标记，该标记表明梳形件分离。

9.按照权利要求1或者2的电保护装置，其特征在于，保护装置（SCH）被装入到电源中。

10.按照权利要求1或者2的电保护装置，其特征在于，每个保护元件（El... En） 包括驱动单元（Al... A2）和具有可变回路电阻的限流元件（Tl... Tn）并且借助驱动单元（Al... An）根据流经限流元件（Tl... Tn） 的电流确定回路电阻。

11.按照权利要求1到10之一的电保护装置的控制方法，其特征在于，在达到所分配的预先给定的部分电流极限值时，保护元件（El... En） 限制通过所述保护元件（El... En） 的电流，直至保护元件（El... En） 的临界参数超过预先给定的最大值并且保护元件（El... En） 断路。

12.按照权利要求11的控制方法，其特征在于，在保护元件（El... En）的每个输出端处检测电压并且在达到预先给定的电压降值时，对于预先给定的限制时间间隔，相关的保护元件（El... En） 限制通过保护元件（El... En） 的电流，并且保护元件（El... En）在限制时间间隔到期之后断路。

13.按照权利要求11或者12的控制方法，其特征在于，一旦预先给定的关断时间间隔到期和/或者相应保护元件（El... En） 的临界参数下降到预先给定的接通值之下，在断路之后，使所有保护元件（El... En）复位。

14.按照权利要求11的控制方法，其特征在于，相应保护元件 （El... En）的芯片温度作为临界参数被检测。