DE69833212T2 - Elektronischer schalter für schnelle automatische reaktion auf überströme - Google Patents

Elektronischer schalter für schnelle automatische reaktion auf überströme Download PDF

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Description

  • Gebiet und Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter, genauer gesagt einen elektronischen Schalter, der für eine schnelle, automatische, reflexartige Reaktion auf Überströme eingerichtet ist.
  • In der Technik sind drei Arten elektronischer Schalter weit verbreitet. Die erste enthält ein Relais. Die zweite enthält einen Halbleiter. Währenddessen enthält die dritte sowohl ein Relais als auch einen Halbleiter, die parallel geschaltet sind. Jeder dieser Schalter hat charakteristische Nachteile.
  • Aufgrund seines hohen Widerstands während des Betriebs verbraucht der Halbleiter eines halbleiterbasierten elektronischen Schalters große Mengen Energie, heizt sich auf, und benötigt dafür eine Wärmeableitungseinheit, um die während des Betriebs erzeugte Wärme abzuleiten.
  • Weiterhin ist die Steuereinheit (CPU) eines solchen Halbleiters nicht schnell genug, eine plötzliche Erhöhung der Stromlast im Wesentlichen unverzüglich zu überwachen und darauf zu reagieren, was zu einer Beschädigung des Halbleiters selbst und/oder anderer Bestandteile des Schaltkreises führen kann. Die typische Antwortzeit ist im Bereich von 20 bis 30 Millisekunden.
  • Das Relais eines relaisbasierten Schalters ist eingerichtet, hohe Stromlasten auszuhalten, die z. B. mit einem Kurzschluss der Schaltung einhergehen, und ist daher massiv und robust.
  • Wie zuvor ist die Steuereinheit (CPU) eines derartigen Relais nicht schnell genug, eine plötzliche Erhöhung der Stromlast unverzüglich zu überwachen und darauf zu reagieren, was zu einer Beschädigung des Relais selbst und/oder anderer Bestandteile des Schaltkreises führen kann. Die typische Antwortzeit ist im Bereich von 20 bis 30 Millisekunden.
  • Weiterhin ist mit dem Schließen/Trennen der Kontakte des Relais eine Funkenbildung verbunden, die eine zunehmende Schädigung des Schalters nach sich zieht, was zu einer geringen Signalgüte führt.
  • Unter Bedingungen hoher Überstromlast (z. B. Kurzschluss) setzt der Funke eine riesige Menge Wärme frei, was zum Schmelzen der Kontakte und manchmal sogar zu Brand und vollständiger Zerstörung des Schalters führen kann.
  • In kombinierten Relais-Halbleiterschaltern ist das Funkenproblem unter normalen Betriebsbedingungen gelöst; allerdings steht die CPU dieser Bauteile einem ernsthaften Problem bei der Überwachung des Betriebszustandes (An oder Aus) des Relais und/oder des Halbleiters gegenüber, da diese parallel geschaltet sind. Nur wenn diese beiden Bestandteile im Aus-Zustand sind, kann die CPU sicherstellen, dass dies auch tatsächlich der Fall ist.
  • Die US 4,420,784 (Chen et al.) beschreibt einen „hybriden", d. H. Relais-Halbleiter-Leistungsregler für DC-Energieversorgungssysteme, die in Umgebungen mit niedrigem Atmosphärendruck arbeiten. Diese Vorrichtung wird mittels einer Steuerelektronikeinheit geregelt und ist dementsprechend mit dem Problem der langsamen Überwachung konfrontiert.
  • Die träge Überwachungszeit beeinträchtigt die Dauer der Regelung und verlängert die zur Entscheidungsfindung und Reaktion erforderliche Zeit. Dies ist wiederum ein wesentlicher Nachteil in Fällen eines Überstroms, der den Schalter oder andere Bestandteile des Schaltkreises beschädigen kann. Die typische Antwortzeit ist im Bereich von 20 bis 30 Millisekunden.
  • Somit ist ein gemeinsamer, mit allen dreien Schaltern nach dem Stand der Technik verbundener Nachteil die verzögerte Reaktion auf eine plötzliche und unerwartete Erhöhung der Stromlast, wobei diese verzögerte Reaktion zu einer Beschädigung des Schaltkreises aufgrund der Stromlasterhöhung führen kann.
  • Es ist einsichtig, dass mit einer Verringerung der Dauer, während derer das Relais und/oder der Halbleiter einem Überstrom unterworfen sind, die sich entwickelnde Leistungsaufnahme geringer ist, wodurch der Schaden verringert wird.
  • Somit besteht ein weithin anerkannter Bedarf nach einem elektronischen Schalter, der für eine schnelle und automatische Reaktion auf Überströme eingerichtet ist, und dessen Verfügbarkeit höchst vorteilhaft wäre.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein elektronischer Schalter, der für eine schnelle, reflexartige, automatische Reaktion auf Überströme eingerichtet ist, bereitgestellt.
  • Entsprechend weiterer Merkmale in bevorzugten Ausbildungsformen der Erfindung, die weiter unten beschrieben werden, wird ein elektronischer Schalterstromkreis zur Steuerung eines Hauptstromkreises, der eine Energiequelle und eine Last enthält, wobei der elektronische Schalterstromkreis umfasst (a) eine einen Elektromagneten und mindestens zwei Kontakte umfassende elektromagnetische Relaisvorrichtung, wobei die elektromagnetische Relaisvorrichtung in Reihe zu der Energiequelle und der Last des Hauptstromkreises anschließbar ist; (b) eine gesteuerte Halbleitervorrichtung als Teil des elektronischen Schaltstromkreises; (c) eine an die Halbleitervorrichtung angeschlossene Halbleitersteuerschaltung, wobei die Halbleitersteuerschaltung dazu dient, den Betrieb der gesteuerten Halbleitervorrichtung zu steuern; (d) eine an den Elektromagneten der elektromagnetischen Relaisvorrichtung und an die Halbleitersteuerschaltung angeschlossene Relaissteuerschaltung, wobei die Relaissteuerschaltung dazu dient, die Relaisvorrichtung und den Halbleitersteuerkreis zu steuern; (e) einen Überlastsensor, der dazu dient, die Stromlast, die durch den Hauptstromkreis fließt, zu bestimmen und die Relaissteuerschaltung bei einem Überstrom zu benachrichtigen; und (f) einen in Reihe zu der gesteuerten Halbleitervorrichtung angeordneten Widerstand, wobei der Widerstand und die gesteuerte Halbleitervorrichtung parallel zu der elektromagnetischen Relaisvorrichtung angeordnet sind, bereitgestellt. Wenn die Kontakte der Relaisvorrichtung getrennt sind, benachrichtigt der Widerstand, der dadurch eine höhere Stromlast erfährt, automatisch den Halbleitersteuerkreis, der wiederum die gesteuerte Halbleitervorrichtung abschaltet.
  • Entsprechend weiterer Merkmale der beschriebenen bevorzugten Ausbildungsformen umfasst der elektronische Schalterkreis weiterhin (g) einen in Reihe zu der Last anschließbaren Induktor, wobei der Induktor in nächster Nähe des Elektromagneten der elektromagnetischen Relaisvorrichtung positioniert ist. Wenn der Induktor eine Stromlast oberhalb einer vorherbestimmten Schwelle erfährt, erzeugt der Induktor ein Induktionsfeld einer ausreichenden Größe, um den Elektromagneten der elektromagnetischen Relaisvorrichtung so anzuregen, dass die Kontakte gelöst werden.
  • Entsprechend noch weiterer Merkmale in den beschriebenen bevorzugten Ausbildungsformen, wird, wenn die Kontakte der elektromagnetischen Relaisvorrichtung voneinander gelöst sind, der Widerstand, der dadurch eine höhere Stromlast erfährt, dies automatisch der Halbleitersteuerschaltung signalisieren, die wiederum die gesteuerte Halbleitervorrichtung innerhalb von etwa vier Millisekunden abschaltet.
  • Entsprechend noch weiterer Merkmale in den beschriebenen bevorzugten Ausbildungsformen ist die vorherbestimmte Schwelle größer als etwa 50 Ampere.
  • Entsprechend noch weiterer Merkmale in den beschriebenen bevorzugten Ausbildungsformen ist die vorherbestimmte Schwelle größer als etwa 100 Ampere.
  • Entsprechend noch weiterer Merkmale in den beschriebenen bevorzugten Ausbildungsformen wird, wenn der Induktor die Stromlast oberhalb der vorherbestimmten Schwelle erfährt, der Induktor ein Induktionsfeld einer ausreichenden Größe erzeugen, um den Elektromagneten der elektromagnetischen Relaisvorrichtung so anzuregen, dass die Kontakte innerhalb von etwa zwei Millisekunden gelöst werden.
  • Entsprechend noch weiterer Merkmale in den beschriebenen bevorzugten Ausbildungsformen wird ein elektronischer Schalter umfassend beliebige der hier beschriebenen Schaltkreise bereitgestellt.
  • Die vorliegende Erfindung behandelt erfolgreich die Unzulänglichkeiten der derzeit bekannten Gestaltungen durch die Bereitstellung eines elektronischen Schalters, der zur schnellen und automatischen Reaktion auf Überströme eingerichtet ist, der verwendet werden kann, um eine nahezu sofortige, unverzögerte, automatische, reflexartige Reaktion auf eine plötzliche und unerwartete Erhöhung der Stromlast bereitzustellen.
  • Dementsprechend stellt die Erfindung einen elektronischen Schalter zur Steuerung eines Hauptstromkreises und ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Schalters wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht, bereit.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird hierin, lediglich als Beispiel, mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
  • 1 eine schematische Abbildung eines in dem elektronischen Schalter entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendeten Schaltkreises ist.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausbildungsformen
  • Die vorliegende Erfindung ist die eines elektronischen Schalters, der zur schnellen, automatischen, reflexartigen Reaktion auf Überströme eingerichtet ist, der verwendet werden kann, um eine im Wesentlichen sofortige, unverzögerte (z. B. unter 10, vorzugsweise etwa 6 Millisekunden) automatische Reaktion auf einen plötzlichen und unerwarteten Anstieg der Stromlast bereitzustellen. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um einen Schalter mit Eigenschaften hoher Signalgüte, Sicherheit und Selbstschutz bereitzustellen.
  • Die Grundlagen und der Betrieb eines elektronischen Schalters entsprechend der vorliegenden Erfindung können mit Bezug auf die Figuren und die begleitende Beschreibung besser nachvollzogen werden.
  • Nun mit Bezug auf die Figuren, stellt 1 einen elektronischen Schalterkreis dar, der in dem elektronischen Schalter der vorliegenden Erfindung verwendet wird, auf den nachfolgend als Schaltkreis 10 Bezug genommen wird.
  • Somit dient der elektronische Schalterkreis 10 zur Steuerung eines Hauptstromkreises 12, der eine Energiequelle (V) 14 (z. B. das Stromnetz) und eine Last 16 (z. B. ein beliebiges mit elektrischem Strom betriebenes Gerät mit einem Innenwiderstand) einschließt.
  • Der elektronische Schalterkreis 10 beinhaltet eine elektromagnetische Relaisvorrichtung 18. Die Relaisvorrichtung 18 beinhaltet einen Elektromagneten 20 und mindestens zwei Kontakte 21, die unter dem Einfluss des vom Elektromagneten 20 erzeugten Magnetfeldes betrieben werden.
  • Die elektromagnetische Relaisvorrichtung 18 kann in Reihe zu der Energiequelle 14 und zur Last 16 des Hauptstromkreises 12 angeschlossen werden, wie in der Technik wohl bekannt ist. Eine geeignete elektromagnetische Relaisvorrichtung wird vertrieben von FEME, Italien (Kat. Nr. MZPA001-44-16).
  • Der elektronische Schalterkreis 10 enthält weiterhin eine gesteuerte Halbleitervorrichtung 22. Die Vorrichtung 22 ist an den Schaltkreis 10 angeschlossen und arbeitet wie unten stehend beschrieben.
  • Eine zum Einsatz im Schaltkreis 10 geeignete gesteuerte Halbleitervorrichtung ist in „MOTOROLA THITYSTOR DEVICE DATA" (Q2/95; DL137/D; REV 6), veröffentlicht von MOTOROLA, auf Seite 1.6–46, 6.87, beschrieben. Andere geeignete Vorrichtungen werden von Motorola vertrieben. Z. B. Kat. Nr. MAC223A6(FP) für 400 V AC, 25 A und Kat. Nr. MAC224A6(FP) für 400 V AC, 40 A.
  • Der elektronische Schalterkreis 10 enthält weiterhin einen Halbleitersteuerkreis 24. Der Steuerkreis 24 ist an die Halbleitervorrichtung 22 angeschlossen und dient zur Steuerung des Betriebs der gesteuerten Halbleitervorrichtung 22, wie in der Technik wohl bekannt ist. Ein zum Einsatz im Schaltkreis 10 geeigneter Halbleitersteuerkreis ist in „MOTOROLA THITYSTOR DEVICE DATA" (Q2/95; DL137/D; REV6), veröffentlicht von MOTOROLA, auf Seite 1.6–30, 6.60, beschrieben.
  • Der elektronische Schalterkreis 10 enthält weiterhin einen Überlastsensor 26. Der Sensor 26 dient zur Bestimmung (Messung) einer durch den Hauptstromkreis 12 fließenden Stromlast. Der Sensor 26 kann in Reihe mit der Last 16 geschaltet sein, wobei in diesem Fall der Sensor 26 ein Amperemeter ist. Allerdings sind auch andere Gestaltungen, in denen die Strombestimmung indirekt (z. B. durch Induktion) stattfindet, ebenfalls möglich, wie in der Technik wohl bekannt ist.
  • Der elektronische Schalterkreis 10 enthält einen Relaissteuerkreis 28. Der Schaltkreis 28 ist verbunden mit dem Elektromagneten 20 der elektromagnetischen Relaisvorrichtung 18, mit dem Halbleitersteuerkreis 24 und mit dem Sensor 26.
  • Der Relaissteuerkreis 28 dient zur Steuerung der Relaisvorrichtung 18 und des Halbleitersteuerkreises 24. Der Schaltkreis 28 ist mit dem Sensor 26 verbunden, der den Schaltkreis 28 benachrichtigt, wenn die Stromlast im Hauptstromkreis 12 eine vorherbestimmte niedrige Schwelle (z. B. im Bereich von etwa 25 Ampere) überschreitet; oder anders ausgedrückt, wenn der Sensor 26 einen Überstrom erfährt, sei er gering oder hoch (z. B. über 50 oder 100 Ampere), meldet er an oder benachrichtigt zumindest Schaltkreis 28.
  • Der elektronische Schalterkreis 10 enthält weiterhin einen Widerstand 32. Der Widerstand 32 ist in Reihe zu der gesteuerten Halbleitervorrichtung 22 geschaltet, so dass die Vorrichtung 22 und der Widerstand 32 zusammen parallel zu der Relaisvorrichtung 18 geschaltet sind.
  • Wenn die Kontakte 21 der Relaisvorrichtung 18 getrennt werden (z. B. einen Trennvorgang beginnen), benachrichtigt der Widerstand 32, der dadurch eine höhere Stromlast und/oder Spannung erfährt, automatisch den Halbleitersteuerkreis 24, der wiederum die gesteuerte Halbleitervorrichtung 22 abschaltet. Die Vorrichtung 22 wird innerhalb von etwa 10 Millisekunden, vorzugsweise etwa 7 Millisekunden, noch bevorzugter etwa 4 Millisekunden oder weniger nach der Trennung der Kontakte 21 der Vorrichtung 18 abgeschaltet.
  • Ein geeigneter Widerstand hat einen Widerstandswert von etwa 0,5 Ohm. Die Auswahl eines Widerstands 32 mit einem geeigneten Widerstandswert begrenzt die Entwicklung eines hohen Stroms und schützt somit die Last 16 und die Halbleitervorrichtung 22.
  • Alternativ zum Widerstand 32, und vorzugsweise zusätzlich zum Widerstand 32, enthält der elektronische Schalterkreis 10 weiterhin einen Induktor 34. Induktor 34 kann in Reihe mit der Last 16 des Hauptstromkreises 12 angeschlossen werden. Der Induktor 34 ist in nächster Nähe (z. B. 0,01 bis 5,0 mm, bevorzugt 0,1 bis 2,0 mm, weiter bevorzugt 0,5 bis 1,5 mm, höchst bevorzugt etwa 1 mm) zum Elektromagneten 20 der elektromagnetischen Relaisvorrichtung 18 platziert, so dass, wenn der Induktor 34 eine Stromlast oberhalb einer vorherbestimmten hohen Schwelle (z. B. oberhalb von etwa 50 Ampere, vorzugsweise oberhalb von etwa 100 Ampere) erfährt, der Induktor 34 ein Induktionsfeld einer ausreichenden Größe erzeugt, um den Elektromagneten 20 der elektromagnetischen Relaisvorrichtung 18 so anzuregen, dass die Kontakte 21 getrennt werden.
  • Es ist zu beachten, dass während des Betriebs der Induktor 34 in Reihe mit der Last 16 geschaltet ist und dass der durch den Hauptstromkreis 12 fließende Strom auch direkt durch den Induktor 34 fließt. Der Induktor 34 kann aus einem dicken metallenen Leiter (z. B. mit einem Durchmesser von 1,5 mm) mit einer Länge von etwa 1 cm hergestellt sein und kann etwa 1 mm vom Elektromagneten 20 der Relaisvorrichtung 18 entfernt platziert werden.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung werden die Kontakte 21 innerhalb von etwa ein bis drei (vorzugsweise etwa zwei) Millisekunden nach dem Auftreten einer Stromlast oberhalb der vorherbestimmten hohen Schwelle gelöst.
  • In einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist der Sensor 26 mit einer Steuereinheit (CPU) 30 verbunden und ist ebenso mit dem Schaltkreis 24 verbunden, der selbst vorzugsweise ebenfalls mit der Einheit 30 verbunden ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausbildungsform enthält der Schaltkreis 10 weiterhin einen Schaltkreis zur Nulldurchgangserkennung (nicht dargestellt), der unter AC-Bedingungen einen Nulldurchgang erkennen kann und verwendet werden kann, um das Schalten des Schaltkreises unter normalen Betriebsbedingungen zeitlich abzustimmen, wie in der Technik wohl bekannt ist.
  • Der Betrieb des Schaltkreises 10 ist wie folgt:
  • Betrieb unter normalen Betriebsbedingungen:
  • Unter normalen Betriebsbedingungen wird der Stromfluss über die Kontakte 21 der Relaisvorrichtung 18 und parallel dazu über die Halbleitervorrichtung 22 und den Widerstand 32 zum Induktor 34, zum Sensor 26 und danach zur Last 16 geleitet.
  • Immer noch unter normalen Betriebsbedingungen kann der Schaltkreis 10 durch eine manuelle oder gesteuerte (CPU) Anweisung aus dem An-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet werden. Der Relaissteuerkreis 28 erhält das manuelle oder CPU-Abschaltkommando und erzeugt ein Abschaltkommando an die Relaisvorrichtung 18. Als Ergebnis werden die Kontakte 21 gelöst. Wenn diese gelöst sind, erfährt der Widerstand 32 eine erhöhte Stromlast, und so veranlasst der Steuerkreis 24 die Vorrichtung 22, in den An-Zustand zu schalten. So wird eine Funkenbildung vermieden.
  • Immer noch unter normalen Betriebsbedingungen wird der Schaltkreis 10 durch ein manuelles oder gesteuertes (CPU) Kommando aus dem Aus-Zustand in den An-Zustand geschaltet. Schaltkreis 28 empfängt die Einschaltanweisung und weist danach den Schaltkreis 24 an, die Vorrichtung 22 anzuweisen, den An-Zustand zu schalten. Kurz danach weist der Schaltkreis 28 die Relaisvorrichtung 18 an, in den An-Zustand zu schalten. Wiederum wird eine Funkenbildung vermieden.
  • Somit ist unter normalen Betriebsbedingungen die Halbleitervorrichtung an, wenn die Relaisvorrichtung 18 ein- oder ausschaltet, wodurch Funkenbildung vermieden wird. Dieser Vorgang als ganzes kann sich bis auf einige zehn Millisekunden verlängern.
  • Betrieb unter leichtem Überstrom:
  • Der Ausdruck „leichter Überstrom" wie hier gebraucht bezieht sich auf eine Stromlast, die den Sensor 36 beeinflusst (z. B. über etwa 25 Ampere), an den Schaltkreis 28 zu berichten, aber noch nicht den Induktor 34 beeinflusst, auf die Relaisvorrichtung 18 einzuwirken.
  • Wenn der Sensor 26 eine Überlast erkennt, meldet er dies an Schaltkreis 28. Im Gegenzug weist Schaltkreis 28 die Relaisvorrichtung 18 an, den Schaltkreis abzuschalten. Wenn die Kontakte 21 der Vorrichtung 18 sich lösen, erfährt der Widerstand 32 einen Überstrom und als Ergebnis weist Schaltkreis 24 die Vorrichtung 22 an, abzuschalten. Diese Reaktion erfolgt schnell, z. B. ist der Halbleiter 22 innerhalb von etwa vier Millisekunden nach der Trennung der Kontakte 21 abgeschaltet.
  • Betrieb unter hohem Überstrom:
  • Der Ausdruck „hoher Überstrom" wie hier verwendet bezieht sich auf eine Stromlast, die den Induktor 34 veranlasst, die Lösung der Kontakte 21 der Relaisvorrichtung 18 hervorzurufen, z. B. über 50 oder 100 Ampere.
  • In diesem Fall veranlasst der Strom, der durch den Induktor 34 fließt, den Elektromagneten 20 der Relaisvorrichtung 18, die Kontakte 21 zu lösen. Dieser Vorgang ist sehr schnell und dauert in einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung etwa ein bis drei Millisekunden, typischerweise etwa zwei Millisekunden.
  • Wenn die Kontakte 21 sich lösen, erfährt der Widerstand 32 eine Erhöhung der Stromlast und/oder der Spannung und signalisiert dem Schaltkreis 24, die Halbleitervorrichtung 22 abzuschalten. Dieser Vorgang ist etwa vier Millisekunden später abgeschlossen, wie oben beschrieben.
  • Somit wirken Induktor 34 und Widerstand 32 im Falle eines hohen Überstroms synergetisch als Reflexe, um den Stromkreis innerhalb von etwa sechs Millisekunden abzuklemmen. Diese unmittelbare Antwort stellt sicher, dass ein Schaden an Stromkreis, Schalter oder irgendeinem ihrer zugeordneten Bestandteile, z. B. der Last, effektiv verhindert wird. Weiterhin erlaubt die kurze Antwortzeit die Verwendung kleinerer und preisgünstigerer elektrischer Komponenten anstelle von massiven und robusten Bauteilen, die über hohe Wärmeableitungsfähigkeiten verfügen.
  • Experimente haben gezeigt, dass ein Kurzschluss in einer haushaltstypischen Last (220V AC) von einem Überstrom gefolgt wird, der sich innerhalb von zwei Millisekunden auf Werte über 1000 Ampere entwickeln kann, manchmal (keine Sicherung vorhanden) kann der Strom innerhalb dieser Zeitspanne sogar 10.000 Ampere erreichen.
  • Die Verwendung des Schalters der vorliegenden Erfindung stellte sicher, dass innerhalb von zwei Millisekunden nach dem Kurzschluss der gemessene Strom auf 400 Ampere begrenzt war. Dieser Wert blieb für zusätzliche vier Millisekunden erhalten, wonach kein messbarer Strom mehr detektiert wurde.
  • Begleitend stellt der Sensor 26 ebenfalls den Überstrom fest und leitet eine Ereigniskette ein, indem er z. B. den Schaltkreis 28 benachrichtigt, um schließlich den gesamten Stromkreis abzuschalten.
  • Während die Erfindung mit Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausbildungsformen beschrieben wurde, ist es einsichtig, dass viele Variationen, Veränderungen und andere Anwendungen der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche stattfinden können.

Claims (9)

  1. Elektronischer Schalterstromkreis (10) zur Steuerung eines Hauptstromkreises (12), der eine Energiequelle (14) und eine Last (16) enthält, wobei der elektronische Schalterstromkreis (10) umfasst: Eine einen Elektromagneten (20) und mindestens zwei Kontakte (21) umfassende elektromagnetische Relaisvorrichtung (18), die unter dem Einfluss eines vom Elektromagneten (20) erzeugten Magnetfeldes betrieben wird, wobei die elektromagnetische Relaisvorrichtung (18) in Reihe zu der Energiequelle (14) und der Last (16) des Hauptstromkreises (12) anschließbar ist; eine gesteuerte Halbleitervorrichtung (22) als Teil des elektronischen Schalterstromkreises (10); eine an die Halbleitervorrichtung (22) angeschlossene Halbleitersteuerschaltung (24), wobei die Halbleitersteuerschaltung (24) dazu dient, den Betrieb der gesteuerten Halbleitervorrichtung (22) zu steuern; eine an den Elektromagneten (20) der elektromagnetischen Relaisvorrichtung (18) angeschlossene Relaissteuerschaltung (28), wobei die Relaissteuerschaltung (28) dazu dient, die elektromagnetische Relaisvorrichtung (18) zu steuern, und einen Überlastsensor (26), der dazu dient, die Stromlast, die durch den Hauptstromkreis (12) fließt, zu bestimmen und die Relaissteuerschaltung (28) bei einem Überstrom zu benachrichtigen, wobei der elektronische Schalterstromkreis dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schalterstromkreis (10) weiter umfasst: Einen in Reihe zu der gesteuerten Halbleitervorrichtung (22) angeordneten Widerstand (32), wobei der Widerstand (32) und die gesteuerte Halbleitervorrichtung (22) parallel zu der elektromagnetischen Relaisvorrichtung (18) angeordnet sind, und einen in Reihe zu der Last (16) anschließbaren Induktor (34), wobei der Induktor (34) in nächster Nähe des Elektromagneten (20) der elektromagnetischen Relaisvorrichtung (18) positioniert ist, wobei der Induktor (34) in Bezug auf den Elektromagneten (20) so eingerichtet ist, dass, wenn der Induktor (34) eine Stromlast oberhalb einer vorherbestimmten Schwelle erfährt, der Induktor (34) ein Induktionsfeld einer ausreichenden Größe erzeugt, um den Elektromagneten (20) der elektromagnetischen Relaisvorrichtung (18) so anzuregen, dass die Kontakte (21) gelöst werden, wobei, wenn die Kontakte (21) der elektromagnetischen Relaisvorrichtung (18) voneinander gelöst sind, der Widerstand (32), der dadurch eine höhere Stromlast erfährt, dies automatisch der Halbleitersteuerschaltung (24) signalisiert und die Halbleitersteuerschaltung (24) eingerichtet ist, auf das automatische Signal so zu reagieren, dass sie die gesteuerte Halbleitervorrichtung (22) abschaltet.
  2. Elektronischer Schalterstromkreis nach Anspruch 1, wobei die Relaissteuerschaltung (28) zusätzlich mit der Halbleitersteuerschaltung (24) verbunden ist und dazu dient, die Halbleitersteuerschaltung (24) zu steuern.
  3. Elektronischer Schalterstromkreis nach Anspruch 1, wobei der Induktor (34) so eingerichtet ist, dass der vorherbestimmte Schwellwert größer als 50 Ampere ist.
  4. Elektronischer Schalterstromkreis nach Anspruch 1, wobei der Induktor (34) so eingerichtet ist, dass der vorherbestimmte Schwellwert größer als 100 Ampere ist.
  5. Verfahren zum Betrieb des elektronischen Schalterstromkreises (10) aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Betreiben des elektronischen Schalterstromkreises (10) so, dass, wenn der Induktor (34) eine Stromlast oberhalb eines vorherbestimmten Schwellwertes erfährt, der Induktor (34) ein Induktionsfeld von einer Größe erzeugt, die ausreichend ist, den Elektromagneten (20) der elektromagnetischen Relaisvorrichtung (18) anzuregen, die Kontakte (21) zu lösen, und wenn die Kontakte (21) der elektromagnetischen Relaisvorrichtung (18) gelöst sind, der Widerstand (32), der dadurch eine höhere Stromlast erfährt, dies automatisch der Halbleitersteuerschaltung (24) signalisiert, die wiederum die gesteuerte Halbleitervorrichtung (22) abschaltet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Lösen der Kontakte (21) innerhalb von 1 bis 3 ms nach der Erzeugung des Induktionsfeldes stattfindet.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Halbleitersteuerschaltung (24) innerhalb von 4 ms nach dem Lösen der Kontakte (21) das automatische Signal empfängt und die gesteuerte Halbleitervorrichtung (22) abschaltet.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, weiterhin umfassend den Schritt: Einrichten des Induktors (34) so, dass der vorherbestimmte Schwellwert größer als 50 Ampere ist.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, weiterhin umfassend den Schritt: Einrichten des Induktors (34) so, dass der vorherbestimmte Schwellwert größer als 100 Ampere ist.
DE69833212T 1997-09-10 1998-09-08 Elektronischer schalter für schnelle automatische reaktion auf überströme Expired - Lifetime DE69833212T2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/926,686 US5956222A (en) 1997-09-10 1997-09-10 Electronic switch for quick, automatic response to current overloads
PCT/US1998/018668 WO1999013483A1 (en) 1997-09-10 1998-09-08 Electronic switch for quick, automatic response to current overloads
US926686 2004-08-26

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DE69833212D1 DE69833212D1 (de) 2006-04-06
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DE69833212T Expired - Lifetime DE69833212T2 (de) 1997-09-10 1998-09-08 Elektronischer schalter für schnelle automatische reaktion auf überströme

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