FI107848B - Coupling arrangement for reducing transients caused by an electromechanical coupling with overcurrent protection - Google Patents

Description

107848107848

Kytkentäjärjestely ylivirtasuojalla varustetun sähkömekaanisen kytkimen aiheuttamien transienttien pienentämiseksiSwitching arrangement for reducing transients caused by electromechanical switch with overcurrent protection

Keksinnön ala 5 Tämä keksintö koskee ylivirtasuojalla varustetun sähkömekaanisen kytkimen aiheuttamien transienttien vaimentamista sekä kytkimen ylivirtasuojausta.FIELD OF THE INVENTION This invention relates to attenuation of transients caused by an electromechanical switch with overcurrent protection and to overcurrent protection of the switch.

Keksinnön tausta 10 Monissa sähköisissä järjestelmissä käytetään piirilevyä, johon tuo daan ulkoiset käyttöjännitteet ja jossa sijaitsevat suodattimet käyttöjännitteiden suodattamiseksi. Kortille on mahdollisten erilaisten sähköisten piirien ja liittimien lisäksi asennettavissa käsikäyttöinen katkaisija, jolla kytketään i johonkin ulkoiseen kuormaan käyttöjännite päälle ja päältä pois. Kuorma voi 15 sijaita etäällä piirikortista. Sijoitettaessa tämän tyyppinen kortti kehikkoon tai koteloon jäävät katkaisijat kotelon ulkopuolelle siten, että ne ovat helposti operoitavissa. Kortteja voidaan sijoittaa kehikkoon tai koteloon useita rinnak- • φ :·. käin. Tavanomainen piirilevyn käyttö on tehonlähteissä.BACKGROUND OF THE INVENTION Many electrical systems utilize a circuit board which supplies external operating voltages and has filters for filtering the operating voltages. In addition to the various electrical circuits and connectors available, the card can be fitted with a manual switch that switches the supply voltage on and off to an external load. The load may be located 15 away from the circuit board. When you place this type of card in a frame or case, the circuit breakers will remain outside the case so that they are easy to operate. Cards can be placed in a rack or case in several • φ: ·. Cain. The usual circuit board use is in power supplies.

Kuviossa 1 on karkeasti havainnollistettu edellä esitettyä korttijärjes-. 20 telyä. Katkoviivalla rajatulle piirilevylle 1 tuodaan positiivinen ja negatiivinen käyttöjännite +V ja -V ulkoisesta jännitelähteestä. Jännitteet voidaan tuoda ’;·*;* liittimien kautta, jolloin kortissa olevat liittimet kytkeytyvät kotelossa oleviin liittimiin korttia asennettaessa. Piirilevyllä voi lisäksi sijaita erilaisia eri tehtäviä suorittavia sähköisiä piirejä, jotka on kuviossa esitetty yleisesti viite-25 numerolla 6.Figure 1 is a rough illustration of the above card scheme. 20 heifers. A positive and negative operating voltage + V and -V from an external voltage source is applied to the circuit board 1 delimited by the dashed line. Voltages can be supplied via the; · *; * connectors, which connects the connectors on the card to the connectors on the case when the card is installed. The circuit board may further include various electronic circuits for performing various functions, generally shown in the figure by reference numeral 6.

Piirilevylle on sijoitettu suodattimet 2 ja 3 DC-käyttöjännitteisiin : mahdollisesti sisältyvien vaihtokomponenttien ja transienttien suodatta- • # · ;*·· miseksi. Käytännössä tilanne on lähes aina sellainen, että suodattimet 2 ja 3 ..* · on nimenomaan mitoitettu lähtökohtana paitsi DC-syötön ominaisuudet myös • · \m’ 30 sähköisten piirien 6 ominaisuudet, jolloin niiden induktanssien mahdollinen s · .Filters 2 and 3 are placed on the circuit board for DC operating voltages: to filter out any exchange components and transients • # ·; * ··. In practice, the situation is almost always such that the filters 2 and 3 .. * · are specifically dimensioned not only for the characteristics of the DC supply but also for the electrical circuits 6, with the potential s · of their inductances.

'···* vaikutus suodatinparametreihin on otettu huomioon. Sen sijaan suodattimien : .·*; mitoituksessa ei ole voitu ottaa tarpeellisessa määrin huomioon sisäisellä j\f ylivirtasuojalla varustettua kytkintä 4, joka on myös asetettu piirilevylle. Tällä • · kytkimellä kytketään jännite ulkoiseen kuormaan 5 ja vastaavasti katkaistaan 35 jännite kuormasta. Kuorma voi olla esim. sähkömoottori tai jokin pääasiassa resistiivinen kuorma, jota ohjataan kortilla olevalla käsikäyttöisellä kytkimellä 2 107848 4. Kuormituksen luonteen mukaisesti valitaan sopiva kaupallisesti saatavissa oleva kytkin ja asennetaan se piirilevylle. Valintaperusteina ovat lähinnä kuorman nimellisvirta ja maksimi ylivirta. Kytkimen tulee siten kestää tietty jatkuva nimellisvirta ja siinä on oltava sisäinen ylivirtakatkaisija, joka avaa 5 kytkimen kuormavirran ylittäessä suurimman sallitun ylivirran. Katkaisijana käytetään magneettista ylivirtasuojaa, jossa on “virtaa aistiva käämi” ts. suhteellisen iso induktanssi, jonka kautta kuormavirta kulkee. Kun virta ylittää tietyn nimellisvirtaa korkeamman arvon pakottaa käämin indusoima magnetomotorinen voima kytkimen avautumaan.'··· * the effect on the filter parameters is taken into account. Instead of filters:. · *; the design could not take due account of the switch 4 provided with an internal overcurrent protection j \ f, which is also mounted on the circuit board. This • · switch switches the voltage to the external load 5 and switches 35 off the load accordingly. The load may be, for example, an electric motor or some substantially resistive load controlled by a manual switch 2 107848 4 on the card. Depending on the nature of the load, a suitable commercially available switch shall be selected and mounted on a circuit board. The selection criteria are mainly rated load current and maximum overcurrent. The switch must thus withstand a certain continuous rated current and must have an internal overcurrent breaker which will open the load current of the 5 switches at the maximum allowable overcurrent. The circuit breaker uses a magnetic overcurrent protector with a "current sensing coil", ie a relatively large inductance through which the load current passes. When the current exceeds a certain value higher than the rated current, the coil-induced magnetomotor force forces the switch to open.

10 Ongelma kytkimen käytössä on sen avautumisen aiheuttamat suuret transienttijännitteet. Ne aiheuttavat häiriöitä piirilevyllä olevien sähköisten piirien toimintaan, etenevät suodattimien kautta syöttävään DC-verkkoon ja lisäksi aiheuttavat radiotaajuisina signaaleina häiriöitä lähistöllä olevien elektronisten piirien toiminnassa. Koska suodattimien suunnittelussa ei voida 15 ottaa huomioon eri tyyppisten kytkimien induktansseja, käy niin, että kytkimen induktanssi jossain määrin vähentää suodattimien induktanssien .. . vaikutusta, jolloin tuloksena on transienttien kasvu. Sähkölaitteiden aiheut- « , · tamia häiriöitä koskevat määräykset EMC (Electromagnetic Compatibility), « « joihin Euroopan maat ovat sitoutuneet, pakottaa laitesuunnittelijat laskemaan ‘ 20 tuotteiden häiriötasoa niin että tuotteet täyttävät EMC määräykset. Toinen ·*.’··' sähkömekaanisiin kytkimiin liittyvä ongelma on, että ylivirtalaukaisun virtaraja ·*.·.· ei toleransseista johtuen ole tarkka.10 The problem with using the switch is the high transient voltages caused by its opening. They interfere with the operation of the electronic circuits on the circuit board, propagate to the DC network fed through the filters, and, in addition, cause interference with the operation of nearby electronic circuits as radio frequency signals. Since the inductances of different types of switches cannot be taken into account in the design of the filters, it happens that the inductance of the switch to some extent reduces the inductances of the filters ... effect, resulting in an increase in transients. Electromagnetic Compatibility (EMC) Regulations, to which European countries are committed, oblige equipment designers to calculate '20 product interference levels so that products comply with EMC regulations. Another problem with · *. '··' electromechanical switches is that the overcurrent trip current limit · *. ·. · Is not accurate due to tolerances.

••V: Häiriötason lasku kuvion 1 tapaisessa rakenteessa on kuitenkin hyvin vaikea toteuttaa. Tietenkin voidaan suodattimien huolellisella mitoi-25 tuksella huomattavasti vähentää tietyn kytkimen aiheuttamia transientteja, mutta tällöin jouduttaisiin jokaista kytkintä varten käyttämään juuri sille suun-. .·. niteltua piirilevyä, mikä on epätaloudellinen ratkaisu. Voitaisiin myös ajatella . kytkimen viemistä etäälle piirilevystä, mutta tällöin pidentyneet johdinpituudet vain lisäävät induktanssia, jolloin transientit edelleen kasvavat. Kytkimen vie- • · : *· 30 minen etäälle olisi kyllä toivottavaa, sillä silloin sen sijoittamisessa voidaan helpommin ottaa huomioon hyvä ergonomia ja piirilevyn lay out -suunnittelu : ’·’ olisi vapaampaa. Tähän mennessä ei kuitenkaan olla onnistuttu löytämään * · *·* ' ratkaisua edellä esitettyyn ongelmaan.•• A: However, a reduction in the level of interference in a structure like Figure 1 is very difficult to accomplish. Of course, careful dimensioning of the filters can greatly reduce the transients caused by a particular switch, but this would require the use of a specific switch for each switch. . ·. This is an uneconomic solution. One might also think. moving the switch away from the circuit board, but doing so will increase the inductance, which will further increase the transients. It would be desirable to move the switch • ·: * · 30 remotely, since it will be easier to position the switch with good ergonomics and layout design of the circuit board: '·' would be freer. So far, however, no * · * · * 'solution to the above problem has been found.

• ·« * ' Tämän keksinnön tavoitteena on siten kytkentä, joka mekaanista 35 kytkintä suljettaessa vähentää huomattavasti kytkentätransientteja ja jolla 3 107848 voidaan asettaa tarkka ylivirtaraja, jolla kytkin avautuu erottaen kuorman piiristä.It is therefore an object of the present invention to provide a switch which, when the mechanical switch 35 is closed, significantly reduces switching transients and can set a precise overcurrent limit at which the switch opens to isolate the load from the circuit.

Asetettu tavoite saavutetaan itsenäisessä patenttivaatimuksessa määritellyllä kytkentäjärjestelyllä.The set object is achieved by a switching arrangement as defined in the independent claim.

55

Keksinnön lyhyt yhteenveto Sähkömekaanisen kytkimen rinnalle sijoitetaan ohjattava puoli-johdekytkin, jolloin kokonaiskuormavirta jakaantuu kummallekin kytkimelle. Sen ohjausjännite muodostetaan vertailupiireillä.BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION A controllable semiconductor switch is placed adjacent to the electromechanical switch, whereby the total load current is distributed to each switch. Its control voltage is formed by reference circuits.

10 Ensimmäinen vertailupiiri tarkkailee sähkömekaanisen kytkimen kautta kulkevaa virtaa ja vertaa sitä referenssiarvoon. Heti kun kytkimen kautta kulkeva virta on saavuttanut referenssiarvon, antaa ensimmäinen vertailupiiri ohjauksen, joka avaa puolijohdekytkimen ts. asettaa sen johtavaan tilaan. Tämän seurauksena kytkimen kautta kulkevan virran nousunopeus 15 pienenee oleellisesti, koska suuri osa kokonaiskuormavirrasta siirtyy kulkemaan puolijohdekytkimen kautta. Ensimmäisen vertailupiirin tehtävänä on ... siten niin nopeasti kuin mahdollista havaita sähkömekaanisen kytkimen « , *. ‘ sulkemisen jälkeen sen kautta kulkeva nouseva virta ja siirtää pääosa tästä • e \ l virrasta ja siten kokonaiskuormavirrasta puolijohdekytkimelle. Tämän vuoksi * · · *·' ' 20 referenssiarvon on oltava niin pieni kuin mahdollista.10 The first comparator circuit monitors the current flowing through the electromechanical switch and compares it to a reference value. As soon as the current flowing through the switch has reached the reference value, the first comparator circuit provides a control which opens the semiconductor switch, i.e. sets it to the conductive state. As a result, the rate of rise of current through the switch is substantially reduced because a large portion of the total load current is passed through the semiconductor switch. The function of the first comparator circuit ... is to detect as quickly as possible the electromechanical switch «, *. 'After closing, the rising current flowing therethrough and transferring the bulk of this • e \ l current and hence the total load current to the semiconductor switch. Therefore, the * · · * · '' 20 reference value must be as small as possible.

Toinen vertailupiiri tarkkailee kokonaiskuormavirtaa ja vertaa sitä toiseen referenssiarvoon, joksi on asetettu se kuorman maksimivirta-arvo, jolla kuorma on kytkettävä irti jännitelähteestä. Kokonaiskuormavirran ylittäessä referenssiarvon toinen vertailupiiri antaa ohjauksen, joka 25 välittömästi sulkee puolijohdekytkimen ts. asettaa sen johtamattomaan tilaan. Se osa kokonaiskuormavirrasta, joka on kulkenut puolijohdekytkimen . ,·. kautta, siirtyy nyt sähkömekaanisen kytkimen kautta kulkevaksi, jolloin sen * · /•’.I kautta kulkeva virta nousee askelmaisesti niin, että tämän kytkimen sisäinen • · ylivirtasuoja toimit välittömästi ja avaa kytkimen.The second reference circuit monitors the total load current and compares it to another reference value, which is set to the maximum load current value at which the load must be disconnected from the voltage source. When the total load current exceeds the reference value, the second comparator circuit provides control which immediately closes the semiconductor switch, i.e. sets it to a non-conductive state. The portion of the total load current that has passed the semiconductor switch. ·. will now pass through the electromechanical switch, whereby the current through its * · /•'.I will increase step by step so that the internal overcurrent protection of this switch operates immediately and • opens the switch.

• · ; *· 30 Vertailupiirien ohjausjännitteet saavat aikaan sen, että puolijohde- ' ·*.’*- kytkin ei johda silloin, kun sähkömekaaninen kytkin on auki-asennossa tai ; *·’ asetettu maksimikuormavirran arvo ylittyy mutta johtaa lähes välittömästi • · « *Γ* ! sähkömekaanisen kytkimen sulkemisen jälkeen. Tällä tavoin normaalisti kyt- * ** kimen sulkemisessa virran suuren nousunopeuden aiheuttama transientti 35 pienenee merkittävästi, koska virta ei pääse nousemaan suureen arvoon lainkaan.• ·; * · 30 The control voltages of the reference circuits cause the semiconductor switch to · · *. '* Not conduct when the electromechanical switch is in the open position or; * · 'The maximum load current set value is exceeded but results almost immediately • · «* Γ *! after closing the electromechanical switch. In this way, when the switch is normally closed, the transient 35 caused by the high current rise rate is greatly reduced because the current cannot rise to a high value at all.

4 1078484, 107848

Keksinnön mukaisella kytkennällä on transienttien vähenemisen lisäksi muita etuja. Koska ylivirtaiaukaisun virtarajan määrää sähkömekaanisen kytkimen sisäisen asettelun sijasta ensimmäinen referenssiarvo, on virtaraja aseteltavissa tarkasti halutuksi. Puolijohdekytkimen ottaessa suuren 5 osan kuormavirrasta voidaan käyttää sähkömekaanista kytkintä, jolla on pieni nimellisvirta ja kuitenkin voidaan ylivirtasuojan raja asettaa korkeammaksi kuin pieninimellisvirtaisen kytkimen sisäisen ylivirtasuojan raja on. Siten voidaan käyttää vain yhden kokoista kytkintä eri suuruisille kuormille. Huomattava etu on lisäksi se, että sähkömekaanisen kytkimen sijottelu piiri-10 levylle ei enää ole kriittinen ja se voidaan sijoittaa haluttuu paikkaan jopa erilleen piirilevystä.The coupling according to the invention has other advantages besides reducing transients. Since the current limit for the overcurrent opening is determined by the first reference value instead of the internal layout of the electromechanical switch, the current limit can be precisely set as desired. When the semiconductor switch draws a large portion of the load current, an electromechanical switch with a low rated current can be used, however, the overcurrent limit of the overcurrent protection can be set higher than the internal overcurrent limit of the minimum rated current switch. Thus, only one size switch can be used for loads of different sizes. A further advantage is that the positioning of the electromechanical switch on the circuit board 10 is no longer critical and can be located at any desired position even away from the circuit board.

KuvioluetteloList of figures

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin 15 kaaviollisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaisen kuorman ohjauksen .. . toteutusta sähkömekaanista kytkintä käyttäen, * » · j, *' kuvio 2 esittää keksinnön mukaista kytkentäjärjestelyä, • « kuvio 3 havainnollistaa vertailupiirien tulon ja lähdön tiloja ja 20 kuvio 4 esittää erästä käytännön toteutusta kuvion 2 kytkennästä.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying schematic drawings, in which Fig. 1 shows a prior art load control ... Fig. 2 illustrates a switching arrangement according to the invention, Fig. 3 illustrates the input and output states of the reference circuits, and Fig. 4 illustrates a practical embodiment of the circuit of Fig. 2.

• · • f• · • f

Keksinnön yksityiskohtainen kuvausDetailed Description of the Invention

Kuviossa 2 esitetyllä kytkennässä käytetään soveltuvin osin samoja viitenumerolta kuin kuviossa 1, jossa keksinnön kannalta oleelliset osat ovat 25 kuorma 5 ja sähkömekaaninen kytkin 4, joka kytkee kuorman jännitteeseen +V - -V. Kuviossa 2 on kytkin sijoitettu piirilevyn 1 ulkopuolelle.The circuit shown in Fig. 2, where applicable, uses the same reference numeral as Fig. 1, in which the essential parts of the invention are a load 5 and an electromechanical switch 4 which switches the load to + V - -V. In Figure 2, the switch is located outside the circuit board 1.

. ... Piirilevylle on sijoitettu on/off-ohjauksella ohjattava puolijohdekytkin ♦ · ..*.*.* 21 ja se on kytketty sähköisesti sähkömekaanisen kytkimen 4 rinnalle.. ... An on / off controlled semiconductor switch ♦ · .. *. *. * 21 is located on the circuit board and is electrically connected to the electromechanical switch 4.

• « *. . Sähkömekaanisen kytkimen 4 kautta kulkevaa virtaa lswitCh (tai siihen • ♦ : ’· 30 verrannollista suuretta) mittaa kytkimen virran mittauskytkentä 24 ja mitattu .'*** virta-arvo johdetaan ensimmäiseen vertailupiiriin 25, joka vertaa tätä virtaa ja : V vertailupiirin toisessa tulossa vaikuttavaa ensimmäistä referenssivirtaa (tai • · ! siihen verrannollista suuretta) lref, min toisiinsa. Mikäli sähkömekaanisen ’ kytkimen 4 kautta kulkeva virta ylittää referenssiarvon eli I switch > lref, min> ΟΠ 35 ensimmäisen vertailupiirin lähtö tilassa “on”, joka ohjaa puolijohdekytkimen 5 107848 21 johtavaan tilaan. Muutoin on ensimmäisen vertailupiirin 25 lähtö tilassa, jossa puolijohdekytkin 21 saa ohjauksen “off’.• «*. . The current flowing through the electromechanical switch 4 is measured by lswitCh (or • ♦: '30 proportional magnitudes) measured by the switch current measurement circuit 24 and measured.' *** The current value is applied to the first comparator circuit 25 which compares this current and: the first reference current (or • ·! proportional magnitude) lref, min to each other. If the current through the electromechanical switch 4 exceeds the reference value, i.e. I switch> lref, min>> 35, the output of the first comparator circuit in the "on" state controls the semiconductor switch 5 to 107848 21 to the conductive state. Otherwise, the output of the first comparator circuit 25 is in a state where the semiconductor switch 21 receives control "off".

Toinen vertailupiiri 23 toimii vastaavalla tavalla. Kuormavirran mittauskytkentä 22 mittaa kuorman 5 kautta kulkevaa kokonaisvirtaa ITot tai 5 siihen verrannollista suuretta. Mitattu kokonaisvirta ITot johdetaan toiseen vertailupiiriin 23, joka vertaa tätä virtaa ja vertailupiirin toisessa tulossa vaikuttavaa referenssivirtaa (tai siihen verrannollista suuretta) lref, max toisiinsa. Mikäli kokonaisvirta ylittää tämän referenssiarvon eli Ijot > lref, max, on toisen vertailupiirin lähtö tilassa “ofT, joka ohjaa puolijohdekytkimen 21 10 johtamattomaan tilaan. Muutoin on toisen vertailupiirin 23 lähtö tilassa, jossa puolijohdekytkin 21 saa ohjauksen “on”.The second comparator circuit 23 operates in a similar manner. The load current measurement circuit 22 measures the total current passing through load 5, ITot, or 5 proportional to it. The total current measured ITot is applied to a second comparator circuit 23, which compares this current and the reference current (or its magnitude) lref, max acting at the other input of the comparator circuit. If the total current exceeds this reference value, i.e. I> i> lref, max, the output of the second comparator is in the state ofT, which controls the semiconductor switch 21 to a non-conducting state. Otherwise, the output of the second comparator circuit 23 is in a state where the semiconductor switch 21 receives control "on".

Selostetaan kuvion 2 mukaisen kytkennän toimintaa kuvioden 3a -3d avulla. Ennen kuin sähkömekaanisella kytkimellä 4 kytketään jännite kuormaan 5 on virta lswitCh nolla, joten ensimmäinen vertailupiiri 25 pitää 15 puolijohdekytkimen 21 johtamattoma. Kokonaisvirta ITOt on myös nolla, jolloin vertailupiirin 23 lähtö on tilassa “on”. Vertailupiirien lähdöt on kytketty puolijohdekytkimen ohjaustuloon siten, että kumman tahansa piirin lähdön j. · ollessa tilassa “off’on kytkin johtamattomassa tilassa.The operation of the connection according to Fig. 2 will be explained with reference to Figs. Before the voltage is applied to the load 5 by the electromechanical switch 4, the lswitCh is zero so that the first comparator circuit 25 keeps the semiconductor switch 21 non-conducting. The total current ITOs is also zero, with the output of the comparator circuit 23 being in the "on" state. The outputs of the reference circuits are coupled to the control input of the semiconductor switch such that the output j of either circuit. · When off switch in non-conductive mode.

« » : ' Kun hetkellä t=0 sähkömekaaninen kytkin 4 pannaan päälle, alkaa *·: 20 kytkimen virta lSwitch nousta nopeasti arvosta 0 virtapiirin induktanssien • V· määräämällä nousunopeudella. Lyhyen ajan ΔΤ kuluttua, kuvio 3c, se on :.j. saavuttanut ensimmäisen vertailupiirin 25 referenssiarvon lref, min, joka on niin : Y pieni arvo kuin mahdollista. Käytännössä on helpompi verrata virtojen sijasta jännitteitä, joten kuvioihin on virta referenssien sijasta merkitty jänni- 25 tereferenssit Uref, min ja Uref, max· Virran saavutettua referenssiarvon ajan ΔΤ kuluttua muuttuu ensimmäisen vertailupiirin 25 lähdön tila tilasta “off tilaan . .· “on”, kuvio 3d, jonka seurauksena puolijohdekytkin 21 ohjautuu johtavaan * · tilaan. Pääosa kuormavirrasta ohjautuu nyt puolijohdekytkimen sisältävään • * *. . haaraan, koska haaran induktanssit ovat paljon pienemmät kuin säh- • · : ’· 30 kömekaanisen kytkimen 4 sisältämän haaran induktanssit. Kuormavirran ohjautuminen puolijohdekytkimelle 21 lähes heti sähkömekaanisen kytkimen : Y 4 sulkeuduttua estää siten tehokkaasti jälkimmäisen kytkimen muutoin • ♦ aiheuttamat transientit.«»: 'At t = 0, when the electromechanical switch 4 is turned on, * ·: The current of 20 switches lSwitch starts to rise rapidly from 0 at the rate of rise of the circuit inductances • V ·. After a short time ΔΤ, Fig. 3c, it is: .j. has reached the reference value lref, min of the first comparator circuit 25, which is thus: Y small value as possible. In practice, it is easier to compare voltages instead of currents, so that voltage referents Uref, min and Uref, max · are plotted instead of currents in the graphs. When the current reaches the reference value ΔΤ, the output state of the first comparator circuit changes from state to off. · "On", Figure 3d, as a result of which the semiconductor switch 21 is guided to a conductive * · state. Most of the load current is now channeled to the semiconductor switch • * *. . branch because the branch inductances are much smaller than the branch inductances of the electromechanical switch 4. The directing of the load current to the semiconductor switch 21 almost immediately upon closure of the electromechanical switch: Y 4 effectively prevents the transients otherwise caused by the • ♦ switch.

• * * * * Tämän jälkeen saavutetaan stabiili tila, jossa pääosa kuormavirrasta 35 Ijot kulkee puolijohdekytkimen kautta ja pienempi osa sähkömekaanisen 6 107848 kytkimen kautta. Näin voidaan käyttää pienemmän nimellisvirran omaavaa kytkintä kuin mitä ilman rinnalla olevaa puolijohdekytkintä olisi käytettävä.• * * * * Thereafter, a steady state is achieved in which the major part of the load current 35 Iit passes through the semiconductor switch and a smaller part through the electromechanical switch 6 107848. In this way, a switch with a lower rated current can be used than what should be used without the parallel semiconductor switch.

Oletetaan seuraavaksi, että hetkellä ti kuorman 5 ottama virta ITot alkaa jostain syystä nousta. Syy voi olla osittainen oikosulku kuormassa tai, 5 moottorin ollessa kyseessä, ylikuormitustila. Toinen vertailupiiri 23, joka tarkkailee kokonaisvirtaa Itot, havaitsee sen saavuttavan hetkellä t2 referenssiarvon Uref, max (= Iref. max ), kuvio 3a. Referenssiarvo on asetettu vastaamaan kuormalle 5 sallittua suurinta virta-arvoa. Samalla hetkellä t2 toisen vertailupiirin lähdön tila muuttuu tilasta “on” tilaan “off, kuvio 3 b. 10 Tällöin puolijohdekytkin 21 ohjautuu johtamattomaan tilaan, jolloin koko kuormavirta siirtyy äkillisesti sähkömekaaniselle kytkimelle. Kuormavirran Itot arvo on tällä hetkellä suurempi kuin kytkimen sisäisen ylivirtasuojan virta raja-arvo, joten ylivirtasuoja toimii lähes välittömästi katkaisten virtapiirin kuormasta 5. Virta lSWitch menee nollaan joten vertailupiirin 25 lähtö muuttuu 15 myös tilaan “off, kuvio 3d. Näin ylivirtasuojan virtaraja-arvo on aseteltavissa toisen vertailupiirin referenssiarvolla, jolloin voidaan käyttää pienemmän ,, . sisäisen ylivirtasuojan omaavaa kytkintä kuin mitä ilman rinnalla olevaa * m ^ · puolijohdekytkintä olisi käyettävä.Next, suppose that the current ITot taken by load 5 at the moment ti starts to rise for some reason. The cause may be a partial short circuit in the load or, in the case of a motor, an overload condition. The second comparator circuit 23, which monitors the total current Ito, detects that at t2 it reaches a reference value Uref, max (= Iref. Max), Fig. 3a. The reference value is set to correspond to the maximum allowable current value for load 5. At the same time t2, the output state of the second comparator circuit changes from an "on" to an "off", Figure 3b. The load current Itot value is currently greater than the current limit value of the internal overcurrent protection of the switch, so the overcurrent protection operates almost immediately by disconnecting the load from circuit 5. The lSWitch goes to zero so the output of reference circuit 25 In this way, the current limit value of the overcurrent protector can be set with the reference value of the second reference circuit, whereby a smaller,,,. switch with internal overcurrent protection than what should be used without the parallel * m ^ · semiconductor switch.

* 4 ’ Kuviossa 4 esitetään lopuksi eräs käytännön kytkentä, joka toteuttaa ··«* 4 'Finally, Figure 4 shows a practical connection that implements ·· «

" 20 kuviossa 2 esitetyn keksinnön mukaisen periaatteen. Liittimistä +V ja -V20 according to the principle of the invention shown in Figure 2. From the terminals + V and -V

« •V· saadaan suodatettu positiivinen ja negatiivinen jännite, joiden väliin kuorma (ei esitetty) kytketään sähkömekaanisella kytkimellä 4. Kuormavirran kulku- :V tiet on esitetty katkoviivoilla. Kytkimen rinnalla olevan FET transistorin 41 hilajännitettä ohjataan toisen vertailupiirin komparaattorilla C1 ja 25 ensimmäisen vertailupiirin komparaattorilla C2, joiden lähdöt on kytketty suoraan hilalle vastuksen R9 kautta. Hila saa positiivisen ylösvetojännitteen vastuksen R10 kautta muuntajalta T, joka muuntaa syöttöjänniteen +V (esim.«• V · provides the filtered positive and negative voltages between which the load (not shown) is connected by an electromechanical switch 4. The paths of the load current: V are represented by dashed lines. The gate voltage of the FET transistor 41 adjacent to the switch is controlled by a comparator C1 of the second comparator circuit and a comparator C2 of the first comparator circuit whose outputs are directly connected to the gate via resistor R9. The gate receives a positive pull-up voltage via resistor R10 from transformer T, which converts the supply voltage to + V (e.g.

* · 48 V) komparaattoreille sopivaksi käyttöjännitteeksi U, esim. 15 V.* · 48 V) suitable for operating comparators U, eg 15 V.

’’ , Kuormavirran I mittaus on muutettu jännitemittaukseksi, jossa mitataan • · f '· 30 kuormavirran aiheuttama jännite vastuksen R6 yli. Toinen vertailupiiri :**’ käsittää komparaattorin C1, joka on hystereesin aikaansaamiseksi positiivisesti takaisinkytketty vastuksella R11. Piirin positiivisessa tulossa • * . vaikuttava pysyvä vertailujännite Uref, max, joka on muodostettu • * *· ’· jännitteenjakajalla R3-R4 käyttöjännitteestä U. Tällöin pätee likimääräisesti: p 77 «c rcf,max'', The measurement of load current I is converted to a voltage measurement which measures the voltage caused by the load current • · f '· 30 across resistor R6. The second comparator circuit: ** 'comprises a comparator C1 which is positively feedbacked by resistor R11 to provide hysteresis. Circuit Positive Input • *. effective constant reference voltage Uref, max formed by • * * · '· voltage divider R3-R4 from operating voltage U. Approximately: p 77 «c rcf, max

UU

7 107848 josta havaitaan, että vastusten suhteista määräytyy vertailujännite. Vastus R6 mitoitetaan tämän jälkeen, kun tiedetään kuormaylivirran I suuruus seuraavasti: r, ^ref .max *‘=—r~ 5 Vastuksen R6 arvo valitaan mahdollisimman pieneksi, sopiva arvo olisi esim 25 mQ. Tämän jälkeen lasketaan referenssijännite ja sen avulla jännitteenjakan vastusarvot.7 107848 where it is observed that the reference voltage is determined by the ratio of the resistors. The resistor R6 is then dimensioned after knowing the magnitude of the overcurrent I as follows: r, ^ ref .max * '= - r ~ 5 The value of resistor R6 is chosen to be as small as possible, for example 25 mQ. The reference voltage is then calculated and, with it, the voltage divider resistance values.

Kun kuormavirta kasvaa ylivirran puolelle, nousee jännite pisteessä P1 suuremmaksi kuin referenssijännite, jolloin komparaattorin C1 lähtö-10 jännite heilahtaa positiivisesta negatiiviseen käyttöjännitteeseen ja FET:in 41 hilajännite laskee sulkien FET:in.As the load current increases to the overcurrent side, the voltage at point P1 rises above the reference voltage, whereby the output voltage of comparator C1 oscillates from positive to negative operating voltage and the gate voltage of FET 41 decreases to close the FET.

Sähkömekaanisen kytkimen virran mittaus on myös käytännössä jännitteen mittaus, jossa mitataan kytkimen kautta kulkevan sen hyvin pienen virran aiheuttama jännite vastuksen R5 yli, jolla halutaan ensimmäisen 15 vertailupiirin komparattorin C2 kytkevän FET:in johtavaksi. Merkitään tätä havahtumisvirtaa lsw, mjn. Tällöin komparaattorin C2 vertailujännite lasketaan kaavasta: 8 107848The measurement of the current of the electromechanical switch is also in practice a voltage measurement, which measures the voltage caused by the very small current flowing through the switch over resistor R5 which is intended to conduct the FET of the first comparator circuit comparator C2. Let us denote this starting current lsw, mjn. The reference voltage of comparator C2 is then calculated from the formula: 8 107848

Patenttivaatimukset: 1. Kytkentäjärjestely ylivirtasuojalla varustetun sähkömekaanisen kytkimen aiheuttamien kytkentätransienttien pienentämiseksi, tunnettu siitä, että siihen kuuluu: 5 ohjattava puolijohdekytkin (21) sijoitettuna rinnan sähkömekaanisen kytkimen kanssa (4), jolloin kuormavirta (Itot) voi jakaantua molemmille kytkimille, ensimmäinen vertailupiiri (25), jonka tuloina on sähkömekaanisen kytkimen (4) kautta kulkevaan virtaan (lSwitch) verrannollinen arvo ja 10 minimireferenssiarvo (lref, mini Uref, min) ja jonka lähtö on toiminnallisesti kytketty puolijohdekytkimen (21) ohjaustuloon ohjaten puolijohdekytkimen virtaa johtavaan tilaan kun sähkömekaanisen kytkimen sulkemisen jälkeen sen kautta kulkevaan virtaan verrannollinen arvo ylittää minimireferenssi-arvon.A switching arrangement for reducing switching transients caused by an electromechanical switch with overcurrent protection, characterized in that it comprises: 5 controllable semiconductor switches (21) disposed parallel to the electromechanical switch (4), whereby the load current (Itot) can be distributed to both switches having an input proportional to the current (lSwitch) passing through the electromechanical switch (4) and a minimum reference value (lref, mini Uref, min), the output of which is operatively coupled to the control input of the semiconductor switch (21) the value proportional to the current flowing through is greater than the minimum reference value.

15 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että siihen kuuluu lisäksi toinen vertailupiiri (23), jonka tuloina on kuormavirtaan (Itot) verrannollinen arvo ja maksimireferenssiarvo (lref, maX; Uref, max) ja jonka lähtö on toiminnallisesti kytketty puolijohdekytkimen (21) . ohjaustuloon ohjaten puolijohdekytkimen virtaa johtamattomaan tilaan kun ‘ 20 kuormavirtaan verrannollinen arvo ylittää maksimireferenssiarvon.A switching arrangement according to claim 1, characterized in that it further comprises a second comparator circuit (23) having inputs a value proportional to the load current (Itot) and a maximum reference value (lref, maX; Uref, max) and operatively connected to the semiconductor switch (21). ). to the control input by controlling the current of the semiconductor switch to a nonconductive state when the value proportional to the load current exceeds the maximum reference value.

3, Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu y siitä, että minimireferenssiarvo on pienin luotettavasti ilmaistavissa oleva sähkömekaanisen kytkimen (4) kautta kulkevan virran (lSWitch) arvo, jolloin mainitun kytkimen (4) sulkeennuttua osa kuormavirtaa siirtyy kulkemaan · 25 puolijohdekytkimen kautta estäen siten sähkömekaanisen kytkimen (4) kautta kulkevan virran (lSWitch) transientteja aiheuttavan nousun.Switching arrangement according to Claim 1, characterized in that the minimum reference value is the smallest reliably detectable value (1SWitch) of the current flowing through the electromechanical switch (4), whereupon, after closing of said switch (4), part of the load current is passed through · 25 (4) current transient (lSWitch) transients.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että maksimireferenssiarvo vastaa sitä kuormavirran ylivirta-arvoa, jolla . .·. sähkömekaanisen kytkimen on erotettava kuorma syöttöjännitteestä.A switching arrangement according to claim 2, characterized in that the maximum reference value corresponds to the overcurrent value of the load current at which. . ·. the electromechanical switch must isolate the load from the supply voltage.

• · · .•j* 30 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että ohjattava puolihjohdekytkin on FET-transistori.A switching arrangement according to claim 1, characterized in that the controllable semiconductor switch is an FET transistor.

: **· 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu ·...· siitä, että ensimmäinen vertailupiiri on komparaattori (C2), jonka referenssi- : X tulona jännitteenjakajalla (R1-R2) muodostettu referensijännite ja toisena • · · **[ | 35 tulona on jännitehäviö, jonka sähkömekaanisen kytkimen (4) kautta kulkeva 9 107848 virta (Iswitch) aiheuttaa kytkimen (4) kanssa sarjassa olevassa mittaus-vastuksessa (R5).A switching arrangement according to claim 1, characterized in that the first reference circuit is a comparator (C2) having a reference: X as a product of a voltage divider (R1-R2) and a second: · · · [ | 35 is the voltage drop caused by the 9 107848 current (Iswitch) passing through the electromechanical switch (4) in the measuring resistor (R5) in series with the switch (4).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että toinen vertailupiiri on komparaattori (C1), jonka referenssitulona 5 jännitteenjakajalla (R3-R4) muodostettu referensijännite ja toisena tulona on jännitehäviö, jonka kuormavirta (Itot) aiheuttaa sähkömekaanisen kytkimen (4) ja FET-transistorin (41) rinnankytkennän kanssa sarjassa olevassa mittausvastuksessa (R6).A switching arrangement according to claim 1, characterized in that the second comparator is a comparator (C1) having a reference input 5 formed by a voltage divider (R3-R4) and a second input a voltage drop caused by an electromechanical switch (4) and FET in a measuring resistor (R6) in series with the transistor (41).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu 10 siitä, että mittausvastus (R6) on kytketty komparaattorin (C1) tuloon tulo- vastuksen (R7) kautta ja että tulovastuksen (R7) resitanssiarvoa muuttamalla asetetaan kuormavirran ylivirta-arvo, jolla sähkömekaaninen kytkin erotettaa kuorman syöttöjännitteestä.A switching arrangement according to claim 7, characterized in that the measuring resistor (R6) is connected to the input of the comparator (C1) via an input resistor (R7) and by changing the resistance value of the input resistor (R7) to set the overcurrent value .

• » « · 1 « « « # « · · • ·• »« · 1 «« «#« · · · ·

Claims (8)

10 107848107848 1. Kopplingsarrangemang för minskning av transienter förorsakade av en elektromekanisk koppling med överströmningsskydd, kännetecknat av atttili det hör: 5 en styrd halvledarkopplare (21) placerad parallellt med en elektro mekanisk koppling (4), varvid belastningsströmmen (Ιγογ) kan fördelas pä bäda kopplingarna, en första referenskrets (25) vars ingängar utgörs av ett mot den genom den elektromekaniska kopplingen (4) gaende strömmen (lswjtch) 10 proportinellt värde och ett minimireferensvärde (lref mjn; Uref mjn) ooh vars utgäng är funktionellt kopplad tili halvledarkopplarens (21) styringang och styr halvledarkopplaren tili ett strömledande tillständ da minimireferens-värdet efter stängning av den elektromekaniska kopplingen överskrids av det mot den därigenom gaende strömmen proportionella värdet.1. Coupling arrangement for reducing transients caused by an electromechanical coupling with overcurrent protection, characterized in that it includes: a controlled semiconductor coupler (21) positioned parallel to an electrical mechanical coupling (4), whereby the load current (Ιγογ) can be distributed on the coupler, a first reference circuit (25) whose inputs comprise a current (lswjtch) proportional to the current passing through the electromechanical coupling (4) and a minimum reference value (lref msn; Uref msn) and whose output is functionally coupled to the control input of the semiconductor coupler (21) and controlling the semiconductor coupler to a current-conducting state when the minimum reference value after closing the electromechanical coupling is exceeded by the value proportional to the current flowing. 2. Kopplingsarrangemang enligt patentkrav 1, kännetecknat av att tili det dessutom hör en andra referenskrets (23) vars ingängar utgörs av ett mot belastningströmmen (lT0T) proportioned värde och ett maximi-referensvärde (lref max; Uref max) och vars utgäng är funktionellt kopplad tili halvledarkopplarens (21) styringäng och styr halvledarkopplaren tili ett icke-20 strömledande tillständ da det mot belastningsströmmen proportionella vär-det överskrider maximireferensvärdet. j·.'Coupling arrangement according to claim 1, characterized in that it also comprises a second reference circuit (23) whose inputs are a value proportional to the load current (1T0T) and a maximum reference value (lref max; Uref max) and whose output is functionally coupled to the control input of the semiconductor coupler (21) and control the semiconductor coupler to a non-current conducting state as the value proportional to the load current exceeds the maximum reference value. · j. ' 3. Kopplingsarrangemang enligt patentkrav 1, kännetecknat • · · av att minimireferensvärdet är den genom den elektromekaniska kopplingen (4) gäende strömmens (lswitch) minsta pälitligt uttryckbara värde, varvid en del ’· " 25 av belastningsströmmen efter stängning av kopplingen (4) börjar gä genom halvledarkopplaren och förhindrar en stigning som förorsakar transienter i » · · v : den genom kopplingen (4) gaende strömmen (lswitch).3. Coupling arrangement according to claim 1, characterized in that the minimum reference value is the least reliably expressable value of the current (lswitch) passing through the electromechanical coupling (4), whereby a portion of the load current after closing the coupling (4) starts pass through the semiconductor coupler and prevent a rise that causes transients in »· · v: the current passing through the coupling (4) (lswitch). 4. Kopplingsarrangemang enligt patentkrav 2, kännetecknat av att maximireferensvärdet motsvarar det överströmningsvärde pä belast-30 ningsströmmen med vilket den elektromekaniska kopplingen skall skiija ♦ .* . belastningen frän matningsspänningen.Coupling arrangement according to claim 2, characterized in that the maximum reference value corresponds to the overflow value of the load current with which the electromechanical coupling is to be separated. the load from the supply voltage. • ♦ · ’* *| 5. Kopplingsarrangemang enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den styrda halvledarkopplaren är en FET-transistor.• ♦ · '* * | 5. A coupling arrangement according to claim 1, characterized in that the controlled semiconductor coupler is an FET transistor. 6. Kopplingsarrangemang enligt patentkrav 1, kännetecknat 35 av att den första referenskretsen är en komparator (C2) vars referensingäng « » · utgörs av en med en spänningsdelare (R1-R2) bildad referensspänning och 11 107848 vars andra ingäng utgörs av det spänningsfall som den genom den elektro-mekaniska kopplingen (4) gäende strömmen lswltch förorsakar i ett i serie med kopplingen (4) beläget mätningsmotstand (R5).Coupling arrangement according to claim 1, characterized in that the first reference circuit is a comparator (C2) whose reference input is a reference voltage formed with a voltage divider (R1-R2) and the second input is the voltage drop which the The current lswltch passing through the electromechanical coupling (4) causes a measurement resistance (R5) located in series with the coupling (4). 7. Kopplingsarrangemang enligt patentkrav 1, kännetecknat 5 av att den andra referenskretsen är en komparator (C1) vars referensingäng utgörs av en med en spänningsdelare (R3-R4) bildad referensspänning och vars andra ingäng utgörs av det spänningsfall som belastningsströmmen (lX0T) förorsakar i ett i serie med den elektromekaniska kopplingens (4) och FET-transistorns (41) parallellkoppling beläget mätningsmotstand (R6).Coupling arrangement according to claim 1, characterized in that the second reference circuit is a comparator (C1) whose reference input is a reference voltage formed with a voltage divider (R3-R4) and whose second input is the voltage drop caused by the load current (1X0T). a measurement resistor (R6) located in series with the electromechanical coupling (4) and the FET transistor (41) parallel connection. 8. Kopplingsarrangemang enligt patentkrav 7, kännetecknat av att mätningsmotständet (R6) är kopplat till komparatorns (C1) ingäng via ett ingängsmotständ (R7) och att det genom att ändra ingängsmotständets (R7) resistansvärde ställs ett överströmningsvärde pä belastningsströmmen med vilket den elektromekaniska kopplingen skiljer matningsspänningen 15 frän belastningen. • I · • · · • · • · ·· • · • · · • · · • 1 · • 1 « • · I • # 1 • · • · · • · · • 1 · • · 1 • « « • · » • · • · • «· • · · • · · • · · • · • · « • · · • · • · • · • · · • · · • · · · • · • · «· ·Coupling arrangement according to claim 7, characterized in that the measurement resistor (R6) is coupled to the input of the comparator (C1) via an input resistor (R7) and that by changing the resistance value of the input resistor (R7), an overflow value is set on the voltage current with the electrical current. the supply voltage 15 from the load. • I · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · »· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·