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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine elektrische Last und ein Verfahren zum Schutz einer elektrischen Last, sowie eine Schaltungsanordnung, insbesondere einen Spannungskonverter mit einer Schutzvorrichtung.
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Stand der Technik
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Die Deutsche Patentanmeldung
DE 10 2012 200 067 A1 betrifft einen Umrichter, insbesondere einen Gleichspannungsumrichter zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Der Umrichter umfasst ein erstes Trennelement, das zwischen einem Eingangsanschluss und einer Wandlerschaltung angeordnet ist sowie ein zweites Trennelement, das zwischen einem Ausgangsanschluss und der Wandlerschaltung angeordnet ist. Der Umrichter umfasst ferner Überwachungsschaltungen um einen Stromfluss in die Wandlerschaltung zu detektieren.
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Gleichspannungskonverter (DC/DC-Umwandler) werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um elektrische Energie zwischen verschiedenen Spannungsniveaus zu konvertieren. Beispielsweise können hierzu Gegentaktflusswandler (Englisch: push-pull-converter) in Form von Vollbrückenflusswandlern eingesetzt werden. Zum Schutz der Bauelemente kann ein solcher Gleichspannungskonverter beispielsweise auf der Primärseite eine Überstromsicherung aufweisen. Eine solche Überstromsicherung kann bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwerts die elektrische Verbindung zwischen einer Energiequelle und dem Gleichspannungskonverter unterbrechen.
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Zum Zeitpunkt einer Unterbrechung durch die Überstromsicherung kann dabei gegebenenfalls elektrische Energie in einem Transformator und/oder einer weiteren Induktivität des Gleichspannungskonverters gespeichert sein.
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Es besteht daher ein Bedarf, nach einer Schutzvorrichtung für eine elektrische Last, die induktive Lasten in einem Überstromfehlerfall gezielt abschalten kann, ohne dass es hierzu zu signifikanten Spannungsüberhöhungen kommt. Insbesondere besteht ein Bedarf nach einer Schutzschaltung, welche in einem Fehlerfall die in der Last gespeicherte elektrische Energie kontrolliert abbauen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Hierzu schafft die vorliegende Erfindung eine Schutzvorrichtung für eine elektrische Last mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Demgemäß ist eine Schutzvorrichtung für eine elektrische Last vorgesehen, die eine Überstromschutzeinrichtung und eine Schutzschaltung umfasst. Die Überstromschutzeinrichtung weist einen ersten Anschlusspunkt und einen zweiten Anschlusspunkt auf. Der erste Anschlusspunkt kann dabei mit einer elektrischen Energiequelle verbunden sein. Der zweite Anschlusspunkt kann mit der elektrischen Last verbunden sein. Die Überstromschutzeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt bereitzustellen. Ferner kann die Überstromschutzeinrichtung dazu ausgelegt sein, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt zu unterbrechen, wenn ein elektrischer Strom zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Die Schutzschaltung der Schutzvorrichtung umfasst eine Serienschaltung aus einer Diode und einem elektrischen Widerstand. Hierbei ist die Schutzschaltung zwischen dem zweiten Anschlusspunkt der Überstromschutzeinrichtung und einem Bezugspotential angeordnet. Die Diode der Schutzschaltung ist dabei während des normalen operationellen Betriebs zwischen der Überstromschutzeinrichtung und dem Bezugspotential in Sperrrichtung angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schutz einer elektrischen Last mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 10.
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Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schutz einer elektrischen Last mit den Schritten des Bereitstellens einer Überstromschutzeinrichtung mit einem ersten Anschlusspunkt und einem zweiten Anschlusspunkt, wobei die Überstromschutzeinrichtung dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt bereitzustellen. Die Überstromschutzeinrichtung ist ferner dazu ausgelegt, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt zu unterbrechen, wenn ein elektrischer Strom zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt zum Verbinden einer Schutzschaltung zwischen dem zweiten Anschlusspunkt der Überstromschutzeinrichtung und einem Bezugspotential. Die Schutzschaltung umfasst eine Serienschaltung aus einer Diode und einem elektrischen Widerstand. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Koppeln des zweiten Anschlusspunkts mit der elektrischen Last. Weiterhin kann der erste Anschlusspunkt mit einer elektrischen Energiequelle, insbesondere einer Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel einem elektrischen Energiespeicher umfassen.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem plötzlichen Abschalten einer elektrischen Last, insbesondere einer induktiven elektrischen Last, noch elektrische Energie in dieser Last gespeichert sein kann. Nach dem Abschalten der elektrischen Last kann diese gespeicherte elektrischen Energie gegebenenfalls zu Spannungsüberhöhungen führen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, eventuell auftretende Spannungsüberhöhungen durch einen gezielten Abbau der elektrischen Energie in der Last zu verringern. Hierzu wird eine Überstromschutzeinrichtung um eine weitere Schutzschaltung erweitert. Diese weitere Schutzschaltung stellt nach dem Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung einen Freilaufpfad aus einer Diode und einem elektrischen ohmschen Widerstand bereit. Nach dem Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung kann somit ein elektrischer Strom durch einen Freilaufpfad aus Diode und ohmschen Widerstand fließen. Hierbei kann die in der elektrischen Last gespeicherte elektrische Energie in dem ohmschen Widerstand kontrolliert in thermische Energie umgewandelt werden. Auf diese Weise kann Energie aus der elektrischen Last sicher und kontrolliert abgebaut werden, ohne dass es hierbei zu Spannungsüberhöhungen und/oder anderweitigen gefährlichen Betriebszuständen kommen kann.
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Durch den Abbau der elektrischen Energie in dem Freilaufpfad aus Diode und Widerstand sinkt dabei insbesondere auch die Spannung über der Überstromschutzeinrichtung. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Überstromschutzeinrichtung in einem Fehlerfall auch eine zuverlässige Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlüssen der Überstromschutzeinrichtung erzielt. Überschläge bzw. Durchschläge aufgrund von Spannungsüberhöhungen können somit vermieden werden. Auf diese Weise kann eine zuverlässige und insbesondere auch sehr schnelle Unterbrechung der Spannungsversorgung durch die Überstromschutzeinrichtung gewährleistet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Diode der Schutzschaltung eine Zener-Diode oder eine Suppressor-Diode. Darüber hinaus sind auch weitere Bauelemente möglich, die oberhalb einer definierten Spannungsschwelle einen bidirektionalen Stromfluss ermöglichen, während unterhalb der Spannungsgrenze nur ein Stromfluss in eine Richtung möglich ist. Durch derartige Bauelemente können auch während des normalen Betriebs Spannungsüberhöhungen reduziert werden. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Schutz der elektrischen Last.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Durchbruchspannung der Diode in Sperrrichtung dabei größer als eine Betriebsspannung der elektrischen Last. Die Betriebsspannung der elektrischen Last kann dabei als die Spannung angesehen werden, mit der die elektrische Last ohne Beschädigung maximal betrieben werden kann. Insbesondere kann die Durchbruchspannung der Diode in Sperrrichtung dabei größer sein, als eine Nennspannung einer Spannungsquelle, von der die elektrische Last gespeist wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schutzschaltung ferner eine Kühleinrichtung. Die Kühleinrichtung kann dabei thermisch mit dem elektrischen Widerstand und/oder der Diode der Schutzschaltung gekoppelt sein. Durch eine Kühleinrichtung kann dabei die von dem elektrischen Widerstand erzeugte thermische Energie schnell und zuverlässig abgeführt werden. Auf diese Weise kann innerhalb kurzer Zeit durch den elektrischen Widerstand die in der elektrischen Last gespeicherte Energie abgebaut werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Überstromschutzeinrichtung eine Schmelzsicherung oder einen Leistungsschalter. Insbesondere kann der Leistungsschater der Überstromschutzeinrichtung einen Halbleiterschalter zum Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt umfassen. Ferner kann die Überstromschutzeinrichtung einen Stromsensor umfassen, der den elektrischen Strom durch die Überstromschutzeinrichtung erfasst und beim Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes für den elektrischen Strom ein Schaltelement in der Überstromschutzeinrichtung öffnet, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und dem zweiten Anschlusspunkt zu unterbrechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine elektrische Schaltungsanordnung mit einer Gleichspannungsquelle, einer elektrischen Last und einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung. Der erste Anschlusspunkt der Überstromschutzeinrichtung kann dabei mit der Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt sein. Der zweite Anschlusspunkt der Überstromschutzeinrichtung kann mit der elektrischen Last gekoppelt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die elektrische Last eine Induktivität. Bei der Induktivität kann es sich beispielsweise um eine Drosselspule und/oder einen Transformator handeln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Spannungskonverter mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung. Insbesondere kann der Spannungskonverter einen Gleichspannungskonverter und/oder einen Wechselrichter umfassen. Beispielsweise kann der Spannungskonverter einen Vollbrückenflusswandler umfassen.
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Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Dabei zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung einer elektrischen Last mit einer Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
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2: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Schutz einer elektrischen Last gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Last 2 mit einer Schutzvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Schutzvorrichtung 1 ist dabei zwischen einer elektrischen Energiequelle 3 und der elektrischen Last 2 angeordnet. Bei der elektrischen Energiequelle 2 kann es sich um eine beliebige Gleichspannungsquellung handeln. Beispielsweise ist als elektrische Energiequelle 3 ein elektrischer Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Batterie oder ähnliches möglich. Darüber hinaus sind jedoch auch andere Gleichspannungsquellen, wie zum Beispiel eine Photovoltaikanlage oder ähnliches möglich.
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Ein Anschluss der elektrischen Energiequelle 3 ist mit einem ersten Anschlusspunkt A1 der Schutzvorrichtung 1 verbunden. Der andere Anschluss der elektrischen Energiequelle 3 ist mit einem Bezugspotential verbunden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der positive Anschluss der elektrischen Energiequelle 3 mit dem ersten Anschlusspunkt A1 verbunden und der negative Anschluss der elektrischen Energiequelle 3 ist mit dem Bezugspotential verbunden. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, dass der negative Anschluss der elektrischen Energiequelle 3 mit dem ersten Anschlusspunkt A1 der Schutzvorrichtung 1 verbunden ist und der positive Anschluss der elektrischen Energiequelle 3 mit dem Bezugspotential verbunden ist.
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Ferner ist ein zweiter Anschlusspunkt A2 der Schutzvorrichtung 1 mit einem Anschluss der elektrischen Last 2 verbunden. Ein weiterer Anschluss der elektrischen Last 2 ist mit dem Bezugspotential verbunden. Die beiden zuvor angeführten Anschlüsse der elektrischen Last 2 stellen dabei die Anschlüsse zur Einspeisung von elektrischer Energie in die elektrische Last 2 dar. Somit ist die Schutzvorrichtung 1 zwischen der Energiequelle 3 und der Last 2 angeordnet.
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Bei der elektrischen Last 2 kann es sich grundsätzlich um eine beliebige elektrische Last handeln. Insbesondere kann die elektrische Last 2 mindestens ein induktives Bauelement umfassen. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Last 2 um einen Spannungskonverter handeln. Ein solcher Spannungskonverter konvertiert eine an den beiden zuvor beschriebenen Anschlüssen der elektrischen Last 2 anliegende Gleichspannung in eine weitere Gleich- oder Wechselspannung und stellt diese an einem Ausgang bereit. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der elektrischen Last 2 beispielsweise um einen Gleichspannungskonverter. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Gleichspannungskonverter beschränkt. Vielmehr kann es sich bei der elektrischen Last 2 auch um eine elektrische Last in Form eines Wechselrichters oder eines kombinierten Wechselrichter-Gleichspannungskonverters handeln.
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Der Gleichspannungskonverter gemäß der hier dargestellten Ausführungsform umfasst dabei an der Eingangsseite mit den beiden Eingangsanschlüssen zunächst eine Eingangsdrossel L1. Nach der Eingangsdrossel L1 ist zwischen den beiden Anschlüssen der Eingangsdrossel ein erster Kondensator C1 angeordnet. Im Weiteren wird die Eingangsspannung einem Vollbrückenflusswandler zugeführt. Dieser Vollbrückenflusswandler umfasst die vier Schaltelemente S1, S2, S3 und S4, sowie den Transformator Tr und die beiden Dioden D1 und D2. Weiterhin kann der Vollbrückenflusswandler auch auf der Ausgangsseite eine weitere Induktivität L2 sowie einen Glättungskondensator C2 umfassen. Die Schaltelemente S1 bis S4 des Vollbrückenflusswandlers werden dabei von einer Steuervorrichtung (hier nicht dargestellt), wie zum Beispiel einem Mikrocontroller oder ähnlichem angesteuert.
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Die Schutzvorrichtung 1 zwischen der Energiequelle 3 und der Last 2 umfasst zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 eine Überstromschutzeinrichtung 10. Diese Überstromschutzeinrichtung stellt zunächst zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 eine elektrisch leitende Verbindung bereit. Überschreitet der elektrische Strom zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 einen vorgegebenen Grenzwert, so unterbricht die Überstromschutzeinrichtung 10 die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2. Bei dieser Überstromschutzeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Schmelzsicherung oder ähnliches handeln. Darüber hinaus sind auch reversible Überstromschutzeinrichtungen 10 möglich. Insbesondere kann es sich bei der Überstromschutzeinrichtung 10 auch um ein elektrisches Schaltelement handeln, das während des Betriebs zunächst geschlossen ist. Wird zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 beispielsweise durch einen Stromsensor oder ähnliches ein Strom detektiert, der einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so kann dieses Schaltelement durch eine geeignete Ansteuerung geöffnet werden. Insbesondere sind als Schaltelemente der Überstromschutzeinrichtung 10 Relais bzw. Halbleiterschaltelemente möglich.
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Ferner umfasst die Schutzvorrichtung 1 eine Schutzschaltung 11 mit einer Diode 12 und einem elektrischen Widerstand 13. Die Schutzschaltung 11 ist dabei zwischen dem zweiten Anschlusspunkt A2 und dem Bezugspotential angeordnet. Die Diode 12 und der elektrische Widerstand 13 sind in Serie miteinander verbunden. Die Diode 12 ist dabei so angeordnet, dass bei einem normalen Betrieb, das heißt bei einer elektrischen Verbindung in der Überstromschutzeinrichtung 10 zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 und somit bei anliegender Spannung durch die Energiequelle 3 die Diode 12 in Sperrrichtung betrieben wird.
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Bei dem elektrischen Widerstand 13 kann es sich um einen ausreichend groß dimensionierten ohmschen Widerstand handeln. Die Dimensionierung des Widerstands 13 wird im Nachfolgenden noch näher erläutert. Da bei einem Stromfluss durch den elektrischen Widerstand 13 elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird, muss diese Wärmeenergie abgeführt werden können. Hierzu kann die Schutzvorrichtung 1 eine geeignete Kühlvorrichtung (hier nicht dargestellt) umfassen. Insbesondere kann die Kühleinrichtung mit dem elektrischen Widerstand 13 und gegebenenfalls auch mit der Diode 12 thermisch gekoppelt werden. Bei der Kühleinrichtung kann es sich beispielsweise um einen passiven Kühlkörper handeln. Grundsätzlich ist jedoch auch eine aktive Kühlung mittels eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums möglich. Insbesondere ist für eine aktive Kühlleistung beispielsweise ein Lüfter oder ähnliches möglich.
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Tritt in der elektrischen Last 2 ein Fehler auf, so kann in der elektrischen Last 2 eine Induktivität, wie zum Beispiel der Transformator Tr in Sättigung gehen. Ein solcher Zustand kann beispielsweise auftreten, wenn in dem hier dargestellten Vollbrückenflusswandler die entsprechenden Schaltelemente S1 bis S4 nicht korrekt getaktet werden und daraufhin sich ein hoher Strom durch die Primärseite des Transformators Tr einstellt. In einem solchen Fehlerfall kann die Überstromschutzeinrichtung 10 aufgrund eines hohen Stroms durch die Überstromschutzeinrichtung 10 die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 unterbrechen. Beispielsweise kann hierzu ein Schaltelement in der Überstromschutzeinrichtung 10 geöffnet werden oder eine Schmelzsicherung kann durchschmelzen. Daraufhin ist die elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle 3 und der Last 2 unterbrochen.
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Aufgrund des hohen Stroms durch die induktiven Bauelemente der Last 2 zum Zeitpunkt des Ansprechens der Überstromschutzeinrichtung 10 kann sich daraufhin ohne die Schutzschaltung 11 an dem zweiten Anschlusspunkt A2 und somit auch zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 eine hohe Spannung einstellen. Diese Spannung könnte daraufhin zu einer Fehlfunktion der Überstromschutzeinrichtung 10 führen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 nicht oder zumindest nicht vollständig unterbrochen wäre. Derartigen Überspannungen kann durch die Schutzschaltung 11 entgegengewirkt werden. Wird nach dem Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 10 aufgrund der Induktivitäten in der elektrischen Last 2 eine Spannung induziert, so kann diese Spannung durch die Diode 12 und den Widerstand 13 der Schutzschaltung 11 fließen. Hierdurch wird zunächst die Spannung am zweiten Anschlusspunkt A2 abgesenkt. Somit sinkt auch die Spannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 während des Ansprechens der Überstromschutzeinrichtung 10 und die Überstromschutzeinrichtung 10 kann die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 zuverlässig trennen. Weiterhin wird die elektrische Energie, die in den Induktivitäten, wie zum Beispiel der Drossel L1 und dem Transformator Tr gespeichert ist, in der Schutzschaltung 11 und hier insbesondere über den elektrischen Widerstand 13 abgebaut und in thermische Energie umgewandelt werden.
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Für ein möglichst rasches Umwandeln der elektrischen Energie aus der Last 2 in thermische Energie an dem Widerstand 13 sollte der Widerstand 13 möglichst groß gewählt werden. Andererseits führt eine großer Widerstand 13 zu einer hohen Spanungsspitze beim Auslösen der Überstomschutzeinrichtung 10. Ferner muss die Schutzschaltung 11 dabei auch so konzipiert werden, dass die von dem elektrischen Widerstand 13 erzeugte thermische Energie auch ausreichend abgeführt werden kann. Hierzu muss an dem elektrischen Widerstand 13 eine ausreichende Kühlleistung vorhanden sein. Die von dem elektrischen Widerstand 13 erzeugte Wärmeenergie PWärme ergibt sich dabei aus dem elektrischen Strom IFehler im Fehlerfall und dem ohmschen Widerstand R des Widerstands 13 zu: PWärme = I2 Fehler·R
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Der maximale Überstrom beim Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 10 kann dabei beispielsweise als der fünffache Nennstrom der Überstromschutzeinrichtung 10 angenommen werden. Der Strom durch die Schutzschaltung 11 und somit auch durch den elektrischen Widerstand 13 klingt dabei nach Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 10 exponentiell ab, wobei der Strom durch die Schutzschaltung 11 zu Beginn dem Strom beim Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung entspricht. Die Dimensionierung des Widerstands 13 kann somit aus maximaler Kühlleistung des Widerstands 13 und dem zu erwartenden Strom beim Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung ermittelt werden.
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Für einen zuverlässigen Schutz durch die zuvor beschriebene Schutzvorrichtung 1 sollte dabei die Schutschaltung 11 möglichst nahe am zweiten Anschlusspunkt A2 der Überstromschutzeinrichtung 10 angeordnet sein. Auf diese Weise können insbesondere auch Effekte aufgrund parasitärer Induktivitäten in den Leitungen eliminiert bzw. vermindert werden. Für einen möglichst raschen Abbau der in der elektrischen Last 3 gespeicherten elektrischen Energie kann der elektrische Widerstand 13 der Schutzschaltung 11 möglichst groß dimensioniert werden. Andererseits kann durch eine kleinere Dimensionierung des elektrischen Widerstands 13 die Spannung zwischen dem zweiten Anschlusspunkt A2 und dem Bezugspotential beim Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 10 verringert werden. Somit kann durch Verringerung des Widerstands 13 in der Schutzschaltung 11 auch eine Überstromschutzeinrichtung 11 mit geringerer maximaler Spannungsfestigkeit gewählt werden, da in diesem Fall auch die Spannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 beim Öffnen der Überstromschutzeinrichtung 10 geringer sein wird.
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Für den zuvor beschriebenen Abbau der elektrischen Energie aus der Last 2 beim Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 10 ist dabei eine konventionelle Diode, insbesondere eine Halbleiterdiode ausreichen. Darüber hinaus ergibt sich bei der Verwendung spezieller Dioden, wie zum Beispiel Zener-Dioden oder Suppressor-Dioden noch ein zusätzlicher Überstromschutz während des normalen operationellen Betriebs. Da die Diode 12 während des normalen Betriebs in Sperrrichtung zwischen dem zweiten Anschlusspunkt A2 und dem Bezugspotential angeordnet ist, wird in diesem Fall kein Strom durch die Schutzeinrichtung 10 fließen. Durch Verwendung von Zener-Dioden oder anderen Bauelementen, die oberhalb einer definierten Spannung auch in Sperrrichtung einen elektrischen Strom leiten, können eventuell auftretende Überspannungen von der Energiequelle 3 vermindert werden. Dabei sollte die Durchbruchspannung in Sperrrichtung der Diode 12 oberhalb der Betriebsspannung der elektrischen Last 2 bzw. der von der Energiequelle 3 bereitgestellten Spannung liegen. Gegebenenfalls kann die erforderliche Durchbruchspannung bzw. Spannungsfestigkeit auch durch Serienschaltung mehrerer (Zener-)Dioden erreicht werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Schutz einer elektrischen Last gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt S1 wird zunächst eine Überstromschutzeinrichtung bereitgestellt, die einen ersten Anschlusspunkt A1 und einen zweiten Anschlusspunkt A2 aufweist. Die Überstromschutzeinrichtung 10 ist hierbei dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 zu unterbrechen, wenn ein elektrischer Strom zwischen dem ersten Anschlusspunkt A1 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. In Schritt S2 wird eine Schutzschaltung 11 mit einer Serienschaltung aus einer Diode 12 und einem elektrischen Widerstand 13 bereitgestellt. Diese Schutzschaltung wird auf der einen Seite mit dem zweiten Anschlusspunkt A2 der Überstromschutzeinrichtung verbunden und auf der anderen Seite mit einem Bezugspotential verbunden. Weiterhin wird in Schritt S3 der zweite Anschlusspunkt A2 mit der elektrischen Last 3 gekoppelt.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung den Schutz einer elektrischen Last, insbesondere einer elektrischen Last mit einer Induktivität. Hierzu schafft die vorliegende Erfindung eine Schutzvorrichtung mit einer Überstromschutzeinrichtung und einer Schutzschaltung. Die Schutzschaltung ermöglicht beim Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung das Absenken der elektrsichen Spannung über der Überstromschutzeinrichtung und den Abbau der elektrischen Energie, die gegebenenfalls in Induktivitäten der elektrischen Last 3 beim Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung gespeichert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012200067 A1 [0002]
