CN113767535A - 保护开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保护开关(14)，其具有主电流路径(16)，主电流路径具备带有第一控制输入端(22)的能控制的第一开关元件(18)，第一控制输入端引导到驱控电路(24)的能控制的第二开关元件(56)。驱控电路(24)具有与主电流路径(16)耦接的、带有两个输出端(36)的电流传感器(26)，其中，在输出端(36)之间存在的电压(38)依赖于借助主电流路径(16)引导的电流。其中每个输出端(36)引导到带有两个另外的输出端(44)的无微控制器的特征曲线电路(40)的各一个输入端(42)，并且依赖于在另外的输出端(44)之间存在的另外的电压(58)来操纵第二开关元件(56)，其中，存在电压(38)与另外的电压(58)之间的函数关系。

Description

保护开关

技术领域

本发明涉及保护开关，保护开关具有主电流路径，主电流路径具备带有第一控制输入端的能控制的第一开关元件。第一控制输入端引导到驱控电路的能控制的第二开关元件并因此借助该驱控电路来操纵。

背景技术

通讯设施或数据中心设施通常与电气的供应网络联接。借助供应网络大多提供交流电压，其频率为50Hz或60Hz。由于设施的功能性的组件大多借助直流电压运行，所以设施的整流器联接到电气的供应网络上。借助该整流器使交流电压转换成可以在10V与数百伏之间的直流电压并馈入到直流电流回路中。设施的另外的组件与直流电流回路电接触并因此通过该直流电流回路通电。

在整流器或其中一个组件发生故障的情况下可能的是：出现会损毁另外的组件或直流电流回路中的基础设施的其它组成部分的过量的电流。为了避免该过量的电流所需要的是：中断直流电流回路和/或中断组件与直流电流回路的连接。为此，通常采用保护开关，该保护开关具有依赖于故障行为(如过量的电流)的存在来操纵的开关元件。

在替选方案中，开关元件例如借助引导电流的双金属条形成。在过量的电流流过双金属条时，发生条侧的不相同的延长，从而双金属条被弯曲。因此，双金属条的一个端部从保护开关的(固定)接触部松开并且电流流动被中断。因此，为了监控电流并不需要附加的构件，因此材料成本是相对低的。然而，双金属条的制成伴随着相对大的公差，从而在装配双金属条时必须精准地调节机械的预应力并匹配到各自的保护开关上。因此，提高了制造时间和制造成本。

此外，可以利用线圈装置来补充双金属条。这种热磁的保护开关相比于纯热原理能够更快地对短暂的过电流事件做出反应。然而，在此也可能出现大的公差，该公差难以满足如下直流电流回路(DC网络)的保护要求：该直流电流回路具有必要时非常高的短暂的电流峰值并具有受限的持续短路功率，并且在故障情况下需要尽可能快速的切断。

对此的替选方案规定：开关元件设计成不依赖于对故障情况的确定。在此，开关元件例如是半导体开关或继电器。所述半导体开关或继电器借助驱控电路操纵，该驱控电路通常具有微处理器和电流传感器。在此，借助电流传感器来检测借助开关元件引导的电流。电流传感器与微处理器在信号技术上耦接，从而使得微处理器知晓关于当前流动的电流的值。由此借助该值进行评估，并且依赖于评估地通过微处理器对开关元件进行操纵。因此，借助程序和/或对微处理器的选择而可能的是：实现保护开关的不同开关特征。因此可能的是：在不同的应用情况中使用保护开关，其中，仅微处理器必须相应地被编程。然而，由于微处理器，提高了制造成本以及易受干扰性。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种特别适合的保护开关，其中，有利地减少了制造成本，并且其中，合乎目的地提高了与不同应用的匹配。

根据本发明，该任务通过权利要求1中的特征来解决。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。

保护开关用于保障构件，如线路或其它的组件、例如负载单元或负载。为此，借助保护开关在正常情况中引导确定的电流。在故障行为例如过电流、短路电流或故障电流时触发保护开关，从而中断电流的流动(电流流动)。在正常情况中借助保护开关引导的电流例如大于0.5A、1A、5A、10A、20A或50A。尤其地，在正常情况中引导的最大电流小于200A、150A或100A。尤其优选地，借助保护开关引导直流电流。为此，保护开关是适用的，尤其是设置和设立有保护开关。如果电流中断，那么在保护开关上尤其是存在电压，该电压大于12V、48V、100V或200V。例如，电压小于2000V、1000V、900V或800V。尤其地，保护开关是高压保护开关。

例如，保护开关在机动车辆中使用并因此是机动车辆的组成部分。合乎目的地，机动车辆具有高压蓄能器，该高压蓄能器与如电动马达那样的驱动器电连接。尤其地，保护开关在装配状态中引入到高压蓄能器与驱动器之间的线路中，该驱动器是高压车载电网的组成部分。为此，保护开关是适用的，尤其是设置和设立有保护开关。在对此的替选方案中，例如在用于电动车辆的充电桩的情况中使用保护开关。

在特别优选的替选方案中，保护开关用于保障通讯设施，例如移动无线电设施或数据中心设施。在此，保护开关例如引入到直流电流回路(DC网络)中，直流电流回路借助整流器被馈给各自的设施。尤其地，借助整流器将借助电气的供应网络提供的交流电压变换成直流电压，其中，交流电压尤其是具有50Hz或60Hz的频率。在直流电流回路中合乎目的地存在10V与数百伏之间的直流电压。例如，存在的(直流)电压在10V与500V、50V与200V或100V与150V之间。优选地，保护开关用于保障直流电流回路或相应的设施的组件，所述设施借助直流电流回路被馈给。

保护开关具备带有能控制的第一开关元件的主电流路径。在符合规定的运行中，借助主电流路径来引导电流。开关元件在主电流路径之内布置成使得借助第一开关元件能够中断流过主电流路径的电流。因此，在操纵第一开关元件时中断主电流路径。第一开关元件合乎目的地具有为主电流路径的组成部分的两个工作接触部。在对第一开关元件进切换时，两个工作接触部之间的电阻被合乎目的地提高。

第一开关元件设计成能控制的并且具有第一控制输入端。第一控制输入端不是主电流路径的组成部分。依赖于在第一控制输入端上存在的(电气的)电平操纵第一控制元件并因此中断主电流路径。第一开关元件相应地接线。

例如，第一开关元件是半导体开关，如功率半导体开关。优选地，第一开关元件是场效应晶体管，如MOSFET。在该情况中，第一开关元件因此具有作为工作接触部的漏极输入端和源极输入端，它们是主电流路径的组成部分。栅极输入端形成第一控制输入端或其组成部分。然而，尤其优选地，第一开关元件借助继电器形成。在此，两个工作接触部能够机械地借助衔铁彼此间隔开和/或机械地彼此直接贴靠。优选地，工作接触部例如借助弹簧机械预紧，从而借助衔铁在相应运动时操纵弹簧力。衔铁尤其是继电器驱动装置的组成部分，该继电器驱动装置具有电线圈，借助该电线圈在相应地通电时将相应的力施加到衔铁上。例如，线圈的其中一个联接部是第一控制输入端或者至少与该第一控制输入端电接触。

例如，第一开关元件具有由继电器和半导体开关构成的接线方式。尤其地，半导体开关与继电器并联。接线方式优选使得在断开继电器时电流换向到半导体上，从而阻止在继电器中形成电弧。接着，尤其是操纵半导体开关并因此中断电流。

保护开关还具有能控制的第二开关元件，其中，第一开关元件的第一控制输入端引导到第二开关元件。第二开关元件例如是继电器、半导体开关或它们的组合。借助第二开关元件来切换驱控电流并以该方式在第一控制输入端上施加确定的电平。在此，第二开关元件尤其是也具有两个工作接触部，所述工作接触部例如借助继电器或半导体开关或它们的组合形成。在此，尤其是第二开关元件的其中一个工作接触部固定地与第一开关元件的第一控制输入端电接触。因此可能的是：借助第二开关元件将参照电势施加在第一控制输入端上。

在此，第二开关元件同样设计成能控制的，从而该第二开关元件依赖于确定的条件来操纵。优选地，第二开关元件为此具有第二控制输入端。因此，第一开关元件借助第二开关元件操纵，并且在操纵第二开关元件时尤其是操纵第一开关元件。在此可能的是：第一开关元件设计成在第一控制输入端上存在相对小的电平时就已经***纵。因此不需要借助第二开关元件来切换相对大的电流和/或电压，从而为此可以考虑成本相对低廉的构件。例如，借助第二开关元件切换的电压小于30V或20V。而借助第一开关元件合乎目的地切换100V与1000V之间的电压。

第二开关元件是驱控电路的组成部分，该驱控电路还包括电流传感器，该电流传感器与主电流路径耦接。例如，电流传感器为此引入到主电流路径中或至少与主电流路径作用连接。因此可能的是：借助电流传感器检测通过主电流路径引导的电流。电流传感器本身具有两个输出端，其中，在运行时在电流传感器的输出端之间存在的电压依赖于通过主电流路径引导的电流。电流传感器为此合适地设计。尤其地，在电流和电压之间存在函数关系，其中，函数优选是连续的和/或能微分的。尤其优选地，在输出端之间存在的电压基本上与借助主电流路径引导的电流成比例。例如，2V的电压对应于引导的10A与100A之间的电流。因此，在驱控电路中仅存在相对小的电压和/或相对小的、尤其是1A、0.5A、0.1A或0.01A的电流。因此可能的是：考虑用于驱控电路的成本相对低廉的构件，这进一步减少了保护开关的制造成本。

驱控电路包括无微控制器的特征曲线电路。换言之，特征曲线电路不具有微控制器和/或微处理器。优选地，特征曲线电路模拟地构建并因此不包括数字构件、尤其是不包括电子构件。优选地，整个驱控电路无微控制器地和/或模拟地构建。换言之，整个驱控电路不具有数字构件和/或电子构件。然而，驱控电路至少不包括微处理器/微控制器并且因此无微处理器/微控制器。例如，驱控电路包括比较器和施密特触发器。优选地，整个保护开关模拟地构建并因此不具有数字/电子构件或至少不具有微处理器/微控制器。换言之，保护开关是无微处理器/微控制器的。

特征曲线电路具有两个输入端，其中，电流传感器的其中每一个输出端引导到特征曲线电路的各自的输入端。因此，在运行时在特征曲线电路的输入端上存在借助电流传感器提供的电压。因此，借助电流传感器来提供用于特征曲线电路的电压。特征曲线电路具有两个另外的输出端，在运行时在它们之间存在另外的电压。电压与另外的电压处于函数关系中。优选地，在另外的电压与电压的时间曲线之间存在函数关系。函数关系合乎目的地相应于确定的特征曲线或至少与该特征曲线对应。例如，如果电压超过确定的边界值或者在确定的时间窗之内的变化、例如提高大于另外的边界值，则另外的电压仅与相应于额定电流的开路电压电平不同。因此，借助特征曲线电路预先给定确定的特征曲线或至少一个切换点，从而在另外的输出端之间存在的另外的电压依赖于确定的特征曲线。

尤其地，在借助主电流路径引导的电流跃变(该跃变对应于借助电流传感器提供的电压的跃变)时，在确定的时间窗之内发生另外的电压的确定的变化，从而其优选超过确定的值。在此，时间窗合乎目的地配属于电流的每个跃变高度(变化)，其中，以该方式形成的对尤其是分别限定了保护开关的切换点。合乎目的地，借助特征曲线电路限定了多个这类的切换点，即两个切换点、三个切换点或更多个切换点。在此，借助电流传感器将电流的各自的跃变高度反映到电压的相应变化上。

第二开关元件依赖于在特征曲线电路的另外的输出端之间存在的另外的电压来操纵。因此，当在特征曲线电路的输入端上存在的电压满足确定的条件时，操纵第二开关元件。然而，该电压依赖于借助主电流路径引导的电流。因此，当借助主电流路径引导的电流满足确定的条件时，操纵第二开关元件。当由于电流的变化而达到切换点时，也就是当电流在其中一个切换点的时间窗之内的变化大于或等于同一个切换点的电流的跃变高度时，或者当电流的变化等于其中一个切换点的电流的跃变高度时，优选操纵第二开关元件，其中，该变化在借助同一个切换点预先给定的时间窗之内发生。

当操纵第二开关元件时，操纵第一开关元件，概括而言，依赖于借助主电流路径引导的电流来操纵第一开关元件。尤其地，借助特征曲线电路限定了两个条件或更多个条件，所述条件必须具有电流的时间曲线并因此也必须具有电压的时间曲线，从而操纵第二开关元件。

由于无微控制器的特征曲线电路，不需要成本相对高昂的构件，因此减少了制造成本。在运行时在驱控电路中存在的电流/电压也是相对小的，从而能够考虑成本相对低廉的构件。因此进一步减少了保护开关的制造成本。因为借助特征曲线电路调节保护开关的触发特性，所以可能的是：借助相应地调整特征曲线电路来考虑针对各种各样的应用情况的保护电路。在此，仅需要更换特征曲线电路的单独的组件或整个特征曲线电路，而始终不必改变其它的组件。因此，能够采用相对多的通用件，这进一步降低了制造成本。

在此，也不需要新调整保护电路，尤其是保护电路的新结构。因为特征曲线电路也设计成无微控制器的，所以特征曲线电路是相对不敏感的并因此是很耐用的。因此，提高了可靠性和安全性。也借助可以相对精确地制成且因此具有相对小的公差的特征曲线电路来调节触发特性。因此，不需要在保护开关制成之后或在运行期间对每个保护开关进行校准，这减少了制造和运行成本。

例如，电流传感器的其中一个输出端和/或特征曲线电路的其中一个输入端以电的方式引导到地并因此处于地电势。替选地或与此组合地，例如特征曲线电路的另外的输出端中的一个输出端以电的方式引导到地并因此处于地电势。因此，简化了保护开关的接线。

特别优选地，保护开关具有尤其是包括比较器的比较电路。合乎目的地，比较电路也模拟地构建并具有施密特触发器。比较电路具有与特征曲线电路的另外的输出端连接的两个输入端。尤其地，它们彼此直接电连接，从而在运行时在比较电路的输入端上存在另外的电压。此外，比较电路具有参考输入端，该参考输入端合乎目的地引导到参考电势。尤其地，借助参考电势提供相关于另外的电势的确定的恒定的电压，其中，该电势例如也在比较电路上存在。特别优选地，也考虑特征曲线电路的另外的输出端的其中一个输出端的电势。因此，简化了接线。

此外，比较电路具有引导到第二开关元件的可能的第二控制输入端的输出端。尤其地，如果在特征曲线电路的另外的输出端之间存在的另外的电压符合关于参考电势的确定的条件，则在比较电路的输出端上存在电平。尤其地，将比较电路的其中一个输入端上的电势与参考输入端上的电势，即优选参考电势进行比较。在此，尤其地，比较电路的其它输入端以电的方式引导到地。当例如在其中一个输入端上存在的电势大于参考电势时，在比较电路的输出端上存在确定的电平，该电平相应于可以配属给额定电流的开路电压电平。因此，当在其输入端中的其中一个输入端上的电势大于参考电势时，操纵第二开关元件。

特别优选地，电流传感器的输出端与主电流路径电隔离。优选地，整个驱控电路与主电流路径电隔离，这提高了安全性以及设施和/或人员保护。例如，电流传感器包括霍尔传感器或者借助霍尔传感器形成。借助霍尔传感器，在运行时检测围绕主电流路径的由于借助主电流路径引导的电流而引起的磁场。在替选方案中，电流传感器例如是磁阻传感器或包括磁阻传感器。借助磁阻传感器，在运行中也检测围绕主电流路径的由于电流而引起的磁场。因此，电流传感器与主电流路径间隔开，这使电隔离变得容易。替选地，电流传感器例如包括分流器，也就是合乎目的地包括引入到主电流路径中的测量电阻。因此，电流传感器至少部分地也是主电流路径的组成部分。优选地，电流传感器包括分流器与输出端的电隔离部，从而以该方式也实现电隔离。替选地，不存在该电隔离部，这减少了制造成本。

优选地，特征曲线电路的其中一个输入端借助触发路径引导到特征曲线电路的其中一个另外的输出端。换言之，触发路径在特征曲线电路的所述输入端与特征曲线电路的所述另外的输出端之间存在，并且特征曲线电路的所述输入端借助触发路径与特征曲线电路的所述另外的输出端连接。例如，在特征曲线电路的余下的输入端(接下来尤其是也被称之为“余下的输入端”)与特征曲线电路的余下的另外的输出端(接下来尤其是也被称之为“余下的另外的输出端”)之间同样存在具有多个电组件的路径。然而，尤其优选地，特征曲线电路的余下的输入端直接引导到特征曲线电路的余下的另外的输出端并因此直接与其电接触。因此，在特征曲线电路的余下的输入端上存在的电势等于在特征曲线电路的余下的另外的输出端上存在的电势，并且它们在机械上优选借助相同的联接部来提供。优选地，特征曲线电路的余下的输入端和特征曲线电路的余下的另外的输出端与地接触。因此，简化了保护开关的结构。尤其地，形成了二端口网络。特征曲线功能性的提供借助触发路径来实现。因此，为了使保护开关匹配于各自的应用情况，仅需要调整触发路径。

合乎目的地，触发路径具有第一电阻。因此，特征曲线电路的输入端借助第一电阻与特征曲线电路的另外的输出端连接。在此，例如在第一电阻与所述输入端或所述输出端之间布置有附加的电构件。在另外的输出端那侧，第一电阻借助第一电容引导到余下的另外的输出端并因此也引导到特征曲线电路的余下的输入端。第一电容尤其优选地是电容器。

当在特征曲线电路的两个输入端上存在电压时，经由第一电阻得到电流流动，借助该电流流动使第一电容充电。在此，充电的时长借助第一电阻来调节。依赖于在特征曲线电路的输入端上的电压和对第一电阻的选择，得到在第一电容上存在的电压以及其时间曲线。在此，在第一电容上存在的电压尤其是在特征曲线电路的另外的输出端上存在的另外的电压。

由于使用第一电容和第一电阻，在特征曲线电路的输入端上存在的电压的曲线与在特征曲线电路的另外的输出端上存在的另外的电压的曲线不同。因此，另外的电压依赖于对第一电阻的选择以及对第一电容的选择并且依赖于所存在的电压。如果该电压具有相对快速的波动，即尤其是电压峰值，那么这借助第一电阻以及第一电容来整平滑。换言之，第一电阻以及第一电容用作低通滤波器。因而，尤其是不操纵第二开关元件并因此不触发保护开关。因此可能的是：借助对第一电阻和第一电容的合适的选择，至少部分地模仿出热保护开关的行为。

优选地，与第一电容并联有表征性支路，该表征性支路具有由电容和电阻组成的串联电路。电容合乎目的地借助电容器形成。例如，电容在此关于所配属的电阻处于第一电阻那侧或者处于余下的另外的输出端/输入端那侧。尤其地，表征性支路借助串联电路形成。因此，附加于第一电容地，也借助表征性支路来说明针对另外的电压的另外的条件。借助表征性支路尤其是形成低通滤波器，并且/或者低通滤波器形成表征性支路。低通滤波器优选是线性的。

借助表征性支路可能的是：借助添加另外的切换点来改变已经存在的特征曲线，其中，切换点在确定的时间窗之内限定了存在的电压的和因此借助主电流路径引导的电流的时间上的提高。当实现或超过切换点时，以合适的方式发生对第二切换元件的驱控。换言之，在该情况中另外的电压满足确定的条件，该条件导致第二开关元件的切换。

例如，仅存在唯一一个这类的表征性支路。然而，尤其优选地，保护开关，即特征曲线电路，包括至少一个这类的另外的表征性支路，优选多个另外的表征性支路。这些表征性支路中的每一个尤其是借助各自的电容和各自的电阻形成。表征性支路尤其是彼此相同类型的并且在技术上分别仅由于各自的构件的规格而有所不同，但并不由于构件的布置方案和/或类型而不同。

优选地，表征性支路尤其是由于对各自的电阻的选择而有所不同，其中，例如电容始终是相同的。替选于此地，例如电容始终是相同的，而电阻是不同的。尤其优选地，至少两个表征性支路之间不仅电阻而且电容也是不同的。优选地，保护开关具有4个、5个、6个、8个、10个或更多个这类的表征性支路。

尤其地，借助其中每一个表征性支路来确定特征曲线的切换点或整个特征曲线，即限定出条件。这在此对应于借助主电流路径引导的电流在确定的时间窗之内的变化。如果超过这些切换点中的一个切换点，那么就满足了相应的条件，这借助另外的电压说明。例如在该情况中，即当满足了相应的条件时，另外的电压大于确定的边界值，尤其是大于有可能的参考电势。因此，在该情况中驱控第二开关元件。

尤其优选地，在特征曲线电路的输入端那侧，第一电阻借助第二电阻引导到特征曲线电路的余下的另外的输出端。因此，第二电阻也引导到特征曲线电路的余下的输入端。优选地，第二电阻具有相对大的值，从而该第二电阻是相对高阻的。第二电阻的电阻值例如大于20千欧、50千欧、100千欧。因此，借助第二电阻基本上不影响另外的电压。

尤其地，在触发保护开关之后，即当借助电流传感器不再提供电压时，第一电容以及可能的另外的电容借助第二电阻放电。因此，保护开关在触发之后过渡到安全状态中，并且在各个构件上不再存在电压。

在替选方案中，触发路径具有与第一电容并联的第三电阻。因此，第三电阻也与特征曲线电路的两个另外的输出端电接触。因此，第一电容始终借助第三电阻放电，从而以该方式使电压中的电压峰值平缓，因此能够模仿保护开关的热行为。也避免了第一电容的过度充电，因此第一电容始终具有其工作方式。因此，借助第三电阻进一步调整切换点或借助触发路径提供的特征曲线。

优选地，触发电路包括布置在第一电阻和特征曲线电路的输入端之间的二极管。在此，尤其是从特征曲线电路的输入端到第一电阻的电流流动是可能的，然而反过来是不可能的。替选地或优选组合地，二极管接在特征曲线电路的另外的输出端与第一电阻之间并因此也接在第一电容与特征曲线电路的另外的输出端之间。优选地，基于反向方向，从第一电阻至特征曲线电路的另外的输出端的电流流动是可能的。尤其优选地存在两个二极管，从而经由第一电阻的电流流动是可能的。由于两个二极管，改善了触发路径的工作方式，并且确保了：第一电容始终在特征曲线电路的另外的输出端那侧上放电。

在另一替选方案中，附加的电阻接在特征曲线电路的另外的输出端与第一电阻之间并因此也接在第一电容与特征曲线电路的另外的输出端之间。在此，借助另外的电阻至少部分地承担上述二极管中的一个二极管的功能。

例如，仅存在唯一的触发路径。然而，尤其优选地，特征曲线电路包括至少一个另外的触发路径或更多个另外的触发路径，例如2个、3个、4个、5个或10个另外的触发路径。另外的触发路径与触发路径并联并因此引导到特征曲线电路的输入端以及特征曲线电路的另外的输出端。所有的触发路径优选彼此相同类型地构建并因此尤其是具有相同数量和/或类型的构件。它们各自的接线方式也是没有区别的。然而，合乎目的地，触发路径的至少一个构件由于规格/各自的值而有所不同。尤其地，第一、第二和/或第三电阻至少在两个触发路径之间是不同的。可能的是：借助特征曲线电路来提供相对复杂的特征曲线，根据该相对复杂的特征曲线来触发保护开关。

确定第一电阻的、第一电容的以及另外的电容/电阻的值例如借助试探法和/或迭代法来实现，尤其是如果存在多个这类的触发路径/表征性支路。

如果组件被表示为第一、第二、第三、……组件，那么在下面尤其是仅被理解为某种确定的组件。这尤其是并不意味着：存在这类组件的确定的数量。如果存在第三电阻，尤其是不暗示存在第二电阻。

附图说明

接下来根据附图阐述根据本发明的实施例。其中：

图1示出具有特征曲线电路的保护开关的原理简图；

图2简化地示出特征曲线电路的实施方式的电路图；

图3示出借助特征曲线电路提供的特征曲线；并且

图4根据图2示出特征曲线的另一个实施方式。

彼此相应的部件在所有附图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示意性简化地示出具有两个转换器4的直流电流***2，所述转换器借助直流电流回路6相互连接。借助转换器4中的一个转换器使负载8通电。例如，直流电流***2是用于电动车辆的充电桩的组成部分，从而负载8是机动车辆或类似物。替选地，直流电流***2例如是通讯或数据中心设施的组成部分，并且负载8借助移动无线电设施(站)或其它组件形成。其中一个转换器4设计为整流器并且与供应网络联接，所述供应网络例如引导直流电压或交流电压。例如，借助电池或其它蓄能器来提供供应网络10。

直流电流回路6具有两个电流路径12，借助所述两个电流路径在运行时使电能在两个转换器4之间的传输成为可能。为了在故障情况下得到保障，在其中一个电流路径12中引入有保护开关14，所述保护开关因此至少部分地构成其中一个电流路径12。保护开关14具有主电流路径16，所述主电流路径借助未详细示出的联接部与所配属的电流路径12的另外的组成部分联接。换言之，主电流路径16至少部分地构成电流路径12。保护开关14具备带有两个工作接触部20的第一开关元件18，其中，能够调节这两个工作接触部之间的电阻。此外，第一开关元件18具有第一控制输入端22，借助该第一控制输入端来调节两个工作接触部20之间的电阻。因此，第一开关元件18设计成能控制的。

例如，第一开关元件18借助半导体开关、例如功率半导体开关来形成。在此，借助电荷区的改变来调节两个工作接触部20之间的电阻，两个工作接触部尤其是借助“漏极”和“源极”来提供。然而，优选地，第一开关元件18借助继电器形成，并且工作接触部20以能相对彼此运动的方式支承，从而借助将其间隔开来提高电阻。至少一个工作接触部20与未详细示出的衔铁作用连接，其中，借助衔铁调节两个工作接触部20彼此间的定位。衔铁例如由磁性的或铁磁的材料制成并且借助继电器驱动装置的未详细示出的线圈来驱动。一旦在第一控制输入端22上存在确定的电压，就对线圈通电。

保护开关14还包括驱控电路24，借助该驱控电路来驱控第一开关元件18。换言之，驱控电路24被引导到第一开关元件18的第一控制输入端22。驱控电路24具有电流传感器26，该电流传感器包括霍尔传感器28。在此，霍尔传感器28在周向侧围绕主电流路径16，从而借助该霍尔传感器能够检测由于借助主电流路径16引导的电流而引起的磁场，所述电流在正常情况下是30A(额定电流，“i_额定”)。

霍尔传感器28在机械方面与主电流路径16间隔开并且借助电流传感器26的评估电路30运行，也就是通电。为此，评估电路30与直流电压源32电连接，借助该直流电压源提供相对于地34的24V的直流电压，其中，评估电路30同样与地34电连接。在另外的、未示出的替选方案中，相对于地34的直流电压在1V与50V、10V与30V之间并且例如为12V。此外，电流传感器26，即评估电路30具有两个输出端36，其中一个输出端同样引导到地34。换言之，地34的电势始终存在于该输出端36上。在输出端36之间存在的电压38(图2)依赖于借助主电流路径16引导的电流。尤其地，由于采用霍尔传感器28，电压38与借助主电流路径16引导的电流30直接成比例。在此，借助主电流路径16引导的30A电流对应于输出端36之间存在的0.9V的电压38加上固定的偏置量，并且借助主电流路径16引导的60A电流对应于输出端36之间存在的1.8V的电压38加上固定的偏置量。因此，比例系数为0.03V/A。由于使用霍尔传感器28，电流传感器26的输出端36与主电流路径16电隔离。

在替选方案中，替代霍尔传感器28地使用磁阻传感器。在此，由于结构所决定地，电流传感器26的输出端36也与主电流路径16电隔离。在另一个替选方案中，替代霍尔传感器26地应用引入到主电流路径16中的分流器。在此，借助相应地调整评估电路30来进行输出端36相对于主电流路径16的电隔离。

驱控电路24还具有特征曲线电路40，该特征曲线电路包括两个输入端42和两个另外的输出端44。其中一个输入端42以及其中一个输出端44借助相同的物理联接部形成并引导到地34。因此，特征曲线电路40的该输入端42也与电流传感器26的其中一个输出端36电接触。特征曲线电路40的另一输入端42与电流传感器26的另一的输出端36电接触。

特征曲线电路40的另一输出端44引导到比较电路48的总共两个输入端46中的一个输入端，该比较电路是未详细示出的比较器。比较电路48的另一输入端46引导到地34。此外，比较电路48具有参考输入端50，该参考输入端引导到直流电压源32。因此，在参考输入端50上相对于地34存在借助直流电压源32提供的电势作为参考电势，即24V。比较电路48还包括输出端52，其中，仅当存在于比较电路48的输入端46之间的电压大于参考输入端50与地34之间的电压时，在该输出端上存在电平。在改进方案中，尤其是借助比较电路48来进行对参考电势的调整。

比较电路48的输出端52引导到能控制的第二开关元件56的第二控制输入端54，所述能控制的第二开关元件接到第一控制输入端22和直流电压源32之间。借助半导体开关、即MOSFET来提供第二开关元件56。因此，第二开关元件56同样具有两个工作接触部20，其中一个工作接触部借助“漏极”形成，而另一个借助“源极”形成。借助工作接触部20能实现的是：使第一控制输入端22处于借助直流电压源32提供的电势。在此，第二开关元件56的工作接触部20的调节通过第二控制输入端54实现，该第二控制输入端借助“栅极”形成。

因此，第二开关元件56依赖存在于特征曲线电路40的另外的输出端44之间的另外的电压58(图2)来操纵。为此，特征曲线电路40的另外的输出端44与比较电路48的输入端50连接，比较电路的输出端52引导到第二控制输入端54。在此，仅当另外的电压58大于借助直流电压源32提供的因而形成参考电势的电压时，输出端52具有电平。驱控电路24的特征曲线电路40以及其它组成部分借助相似的构件来建立，并且借助无微控制器的特征曲线电路40来实现存在于特征曲线电路40的输出端42上的另外的电压58与存在于特征曲线电路40的输入端42且因而也存在于电流传感器26的输出端36上的电压38之间的函数关系。至少驱控电路24是无微控制器的。

在图2中示出了具有两个输入端42的特征曲线电路40的第一设计方式，在运行时在两个输入端之间存在电压38。在运行时在特征曲线电路40的另外的输出端44之间存在另外的电压58。特征曲线电路40的其中一个输入端42借助触发路径60引导到特征曲线40的其中一个另外的输出端44。特征曲线电路40的余下的输出端42以及余下的输出端44以电方式引导到地34并因此直接地相互电接触。

触发路径60具有接在特征曲线电路40的输入端42与特征曲线电路40的另外的输出端44之间的第一电阻62，并且该输入端与该另外的输出端相互连接。第一电阻62的值为1千欧。在特征曲线电路40的配属的另外的输出端44那侧，第一电阻62借助第一电容64引导到余下的另外的输出端44并因此引导到地34。第一电容64借助电容器形成并具有3.16μF的值。在输入端42那侧，第一电阻62借助第二电阻66引导到特征曲线电路40的余下的另外的输出端44并因此也引导到地34。在此，第二电阻66的值为51千欧。

并联于第一电容64地接有多个、在该情况中是四个表征性支路68，在此示出了其中的两个支路。换言之，特征曲线电路40中的两个另外的输出端44借助表征性支路68相互电连接。每个表征性支路68借助电容70与电阻72的串联形成，其中，电容70在该例子中关于各自的电阻72处于第一电阻62那侧。因此，表征性支路68以相同方式构建，其中，电容70在其中一个表征性支路68中的值等于3.16μF，并且其中，同一个表征性支路68的电阻72的值等于1.049千欧。电容70在一个另外的表征性支路68中的值等于4.64μF，并且该表征性支路68的电阻72的值等于4.319千欧。电容70在又一个表征性支路68中的值等于8.25μF，并且该表征性支路68的电阻72的值等于475.4欧。

借助电压38在运行中使第一电容64充电，其中，在第一电容64上产生另外的电压58。如果电压38具有波动，那么该电压由于作用为低通滤波器的第一电阻72以及第一电容64和表征性支路68被部分地整平滑。如果在确定的时间窗之内发生电压38的相对大的变化，那么对第一电容64以及电容70的相对快速的充电是可能的，从而另外的电压58也发生变化。换言之，触发路径60作用为n阶低通滤波器，其中，n为表征性支路68的数量加“1”。即，n等于触发路径60的电容64、70的数量，并且借助该数量形成传递函数。

因此，在比较电路48的输入端64上存在的电压发生变化，该电压大于在参考输入端50与地34之间形成的电压。因此，驱控第二开关元件56并因此断开第一开关元件18，从而流过主电流路径16的电流被中断。

借助对用于特征曲线电路40的电构件的各个值的选择确保了：在电压38发生与通过主电流路径16的电流的变化相应的确定变化时，在确定的时间窗之内也实现对第一开关元件18的触发。

在图3中示出了借助特征曲线电路40提供的特征曲线73，其中，绘出了保护开关14的以毫秒为单位的触发时间与触发电流、即借助主电流路径16引导的为额定电流(在该情况中是30A)的多倍的电流间的关系。借助比较电路48确保了：触发仅从额定电流的恒定的1.8倍起发生。为此，对参考电势进行合适的调整。

基于第一电容64以及第一电阻62并且基于三个表征性支路68，得到第一切换点73a、第二切换点73b、第三切换点73c和第四切换点73d，也就是总体上四个切换点。第一切换点73a对应于借助主电流路径16引导的电流在50ms中提升到额定电流的两倍以上，第二切换点73b对应于借助主电流路径16引导的电流在15ms中提升到额定电流的三倍以上，第三切换点73c对应于借助主电流路径16引导的电流在5ms中提升到额定电流的五倍以上并且第四切换点73d对应于借助主电流路径16引导的电流在1ms中提升到额定电流的十倍以上。当由于借助主电流路径16引导的电流的变化超过了切换点73a、73b、73c、73d中的一个切换点和因此超过了特征曲线73，总是发生第二开关元件56的操纵并因此发生保护开关14的触发。

在图4中示出特征曲线电路40的另外的设计方式，其中，在此触发路径60也存在于其中一个输入端42与其中一个另外的输出端44之间。特征曲线电路40的余下的输入端42以及特征曲线电路40的余下的另外的输出端44又引导到地34。此外，也存在第一电阻62以及第一电容64。然而，第一电容64借助第三电阻74跨接，该第三电阻与第一电容64并联。

此外，触发路径60具有两个二极管76，其中，第一电阻62处于两个二极管76之间。换言之，在特征曲线电路40的输入端42与特征曲线电路40的另外的输出端44之间形成由两个二极管76以及第一电阻62构成的并联电路。因此，在第一电阻62与特征曲线电路40的输入端42之间接有其中一个二极管76并且在特征曲线电路40的另外的输出端44与第一电阻62及第一电容64之间接有余下的二极管76。在此，由于二极管76，电流从特征曲线电路40的输入端42流向特征曲线电路40的另外的输出端44是可能的，然而反过来是不可能的。

相对于触发路径60电并联有另外的触发路径78，该另外的触发路径与触发路径60是相同类型的并因此也具有二极管76、第一电阻62以及第一电容64和第三电阻74。它们的接线方式是相同的。然而，不同之处在于第一电阻62的、第三电阻74的以及第一电容64的值。二极管始终是相同的或是不同的。在另外的替选方案中存在多个这种类型的另外的触发路径78，其中，第一和第三电阻62、74的值以及第一电容64的值是不同的。

在此，在运行中，在存在的电压38发生变化时也借助第一电阻62和第一电容64来将峰值整平滑。借助第三电阻74使第一电容64放电，从而使在输出端44上存在的另外的电压58在正常运行中保持在确定的值之下。借助二极管76确保第一电容64始终在特征曲线电路40的输出端44那侧上被充电。

仅当电压38的变化满足确定的条件并且在相对短的时间窗之内变化了相对大的值时，另外的电压58才发生变化。在此，借助触发路径60和另外的触发路径78详细说明不同的条件，也就是电压38的变化的值以及所属的时间窗。电压38又与借助主电流路径16引导的电流成比例。

总之，保护开关14用于保障直流电流***2或直流电流中间回路，其例如是具有受限的持续短路功率的直流电流高压***。这尤其是基于转换器4来给出。直流电流***2例如是机动车辆的、尤其是电动车辆的、充电桩的、通讯或数据中心基础设施的组成部分。

第一开关元件18例如是能远程触发的开关机构，如机械继电器、半导体继电器、混合继电器或半导体开关。对借助主电流路径16引导的电流的检测通过具有电隔离部的电流传感器26来实现，并且借助该电流传感器将主电流路径16的电流以近似线性的方式反映到电压38上。在此，传感器26设计成能够在不损坏的情况下在若干毫秒内检测/测量到直流电流***2的额定电流的若干倍。对可能的电流峰值的测量也是可能的。借助电流传感器26的评估电路30来实现有可能的偏置量的缩放和/或移除。

借助特征曲线电路40通过纯模拟的构件来反映出预先给定的电流/时间特征曲线。换言之，特征曲线电路40是模拟电路并且仅借助无源的组件来建立。

在替选方案(图2)中，存在串接的RC组合(也就是表征性支路68)的并联布置。在此，存在前置电阻，即第一电阻62，以及放电电阻，即第二电阻76。特征曲线点，即切换点(在其被超过时操纵第一开关元件18)借助第一电阻62以及第一电容64来提供。借助表征性支路68调节出另外的特征曲线点。在切断第一开关元件18后，借助高阻的第二电阻66来实现电容64、70的放电。

在其它的变型方案(图3)中，在任一特征曲线点、即每个切换点时实现其中一个第一电容64经由相应的第一电阻62的充电。每个第一电容64分别经由所配属的第三电阻74放电。因此，在此是T型二端口网络布置。触发路径60、78的解耦借助二极管76实现。

当另外的电压58达到确定的值、尤其是超过边界值时，发生第二开关元件46的操纵，即触发驱控电路24。在此，第二开关元件56构造为半导体开关，从而减少反应时间。因此，操纵第一开关元件18，其中，仅发生相对小的时间延迟。

例如，保护开关14包括另外的传感机构，借助该传感机构能够检测到直流电流***2中的其它故障类型，例如干扰电弧。该另外的传感机构尤其也引导到第一控制输入端22，从而借助传感机构也能够触发第一开关元件18。

本发明不局限于前面描述的实施例。更确切地说，在不偏离本发明主题的情况下，本发明的其它变型方案也能由技术人员从中推导出。尤其地，在不偏离本发明主题的情况下，也能将结合单独的实施例所描述的所有单独的特征以其它方式相互组合。

附图标记列表

2 直流电流***

4 变换器

6 直流电流回路

8 负载

10 供应网络

12 电流路径

14 保护开关

16 主电流路径

18 第一开关元件

20 工作接触部

22 第一控制输入端

24 驱控电路

26 电流传感器

28 霍尔传感器

30 评估电路

32 直流电压源

34 地

36 输出端

38 电压

40 特征曲线电路

42 输入端

44 另外的输出端

46 输入端

48 比较电路

50 参考输入端

52 输出端

54 第二控制输入端

56 第二开关元件

58 另外的电压

60 触发路径

62 第一电阻

64 第一电容

66 第二电阻

68 表征性支路

70 电容

72 电阻

73 特征曲线

74 第三电阻

76 二极管

78 另外的触发路径

Claims (11)

1.保护开关(14)，所述保护开关具有主电流路径(16)，所述主电流路径具备带有第一控制输入端(22)的能控制的第一开关元件(18)，所述第一控制输入端引导到驱控电路(24)的能控制的第二开关元件(56)，所述驱控电路具有与所述主电流路径(16)耦接的、带有两个输出端(36)的电流传感器(26)，其中，在所述输出端(36)之间存在的电压(38)依赖于借助所述主电流路径(16)引导的电流，其中，所述输出端(36)中的每一个输出端引导到带有两个另外的输出端(44)的无微控制器的特征曲线电路(40)的各一个输入端(42)，并且其中，依赖于在所述另外的输出端(44)之间存在的另外的电压(58)来操纵所述第二开关元件(56)，其中，存在所述电压(38)与所述另外的电压(58)之间的函数关系。

2.根据权利要求1所述的保护开关(14)，

其特征在于，

所述另外的输出端(44)与比较电路(48)的相应的输入端(50)连接，所述比较电路具有参考输入端(50)和引导到所述第二开关元件(56)的第二控制输入端(54)的输出端(52)。

3.根据权利要求1或2所述的保护开关(14)，

其特征在于，

所述电流传感器(26)的输出端(36)与所述主电流路径(16)电隔离。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的保护开关(14)，

其特征在于，

所述特征曲线电路(40)的其中一个输入端(42)借助触发路径(60)引导到所述特征曲线电路(40)的其中一个另外的输出端(44)，并且所述特征曲线电路(40)的余下的输入端(42)直接引导到所述特征曲线电路(40)的余下的另外的输出端(44)。

5.根据权利要求4所述的保护开关(14)，

其特征在于，

所述触发路径(60)具有第一电阻(62)，所述第一电阻在所述另外的输出端(44)那侧借助第一电容(64)引导到所述余下的另外的输出端(44)。

6.根据权利要求5所述的保护开关(14)，

其特征在于，

与所述第一电容(64)并联有表征性支路(68)，所述表征性支路具有由电容(70)和电阻(72)组成的串联电路。

7.根据权利要求6所述的保护开关(14)，

其特征在于

具有与所述第一电容(64)并联的另外的表征性支路(68)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的保护开关(14)，

其特征在于，

所述第一电阻(62)在所述输入端(42)那侧借助第二电阻(66)引导到所述余下的另外的输出端(44)。

9.根据权利要求5所述的保护开关(14)，

其特征在于，

所述触发路径(60)包括第三电阻(74)，所述第三电阻与所述第一电容(64)并联。

10.根据权利要求9所述的保护开关(14)，

其特征在于，

所述触发路径(60)具有两个二极管(76)，其中一个二极管接在所述第一电阻(62)与所述输入端(42)之间，并且余下的二极管(76)接在所述另外的输出端(44)与所述第一电阻(62)及所述第一电容(64)之间。

11.根据权利要求9或10所述的保护开关(14)，

其特征在于

具有另外的触发路径(78)，所述另外的触发路径与所述触发路径(60)并联。

Images