用于传导和切断电流的开关设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于传导和切断电流的开关设备，所述开关设备具有第一机械触点组件(10)，与所述第一机械触点组件并联的半导体开关(20)，与所述第一机械触点组件串联连接的第二机械触点组件(30)，以及开关电子器件(50)，其被构造以用于接通及断开所述半导体开关(20)。根据本发明专利技术，所述开关电子器件(50)被构造以在所述第一机械触点组件(10)的闭合过程期间，在初始化(S10)所述开关电子器件(50)之后的第一预定时间段t‑0(S12)之后接通(S14)所述半导体开关(20)，并且在第二预定时间段t‑1(S16)之后再次断开(S18)所述半导体开关(20)，其中所述第一预定时间段t‑0由所述开关电子器件(50)根据所述第一机械触点组件(10)来设定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于传导和切断电流的开关设备
本专利技术涉及一种用于传导和切断电流的开关设备，尤其是一种用于传导和切断高DC电流及低频AC电流的混合式开关组件，以及具有这种开关设备的开关装置。
技术介绍
德国公开专利申请DE102013114259A1描述了混合式开关组件的一种有利变型，其中功率半导体的电流负载的时间减至最小以获得最长可能寿命预期和最小可能大小，这尤其对于电流范围是数百安培的功率接触器而言是重要的。为了使流过功率半导体的负载电流的时间减至最小，通过电流变换器获取换向时刻，且仅维持通过半导体的电流直至断开的机械开关路段已经达到足够的电强度。在此短时间中，通过半导体经由其触发而将负载电流人为变为零，使得在消弧触点及在此串联的隔离触点组件两者断开之后实现安全的电隔离。在设计开关装置时，为了确保功能安全且为了获得长的电寿命，一个重要任务是防止开关触点的焊接。即使当使用合适的触点材料以及足够的触点大小时，原则上也存在如下风险，即在接通过程期间，触点的短暂反弹会在触点接触中出现，尤其对于用于范围是几百安培的电流的开关仪器，所述开关仪器需要相对高的接触压力。在这样的反弹过程期间，在最低限度打开的触点之间出现短暂的电弧。特别在高电弧电流下，在立足点的区域中，接触表面的局部熔融可能发生，这接着在紧接着的重新接触中导致两个触点的焊接。在此焊接的趋势增大，特别在其表面已经由于大量诱发电弧的开关动作而具有显著变化的外形的触点中。在此，优选在触点尖端的范围内，存在点形式的焊接。如果不可能在后续断开过程期间使用开关驱动器破坏这种焊接，则该开关装置不再起作用。原则上，这也适用于混合式开关。举例而言，在公开的德国专利申请DE102013114259A1中所描述的混合式开关组件的接通期间，如果存在所谓的消弧触点的焊接，则换向至功率半导体在后续断开过程期间不再发生，这由于消弧触点的机械打开而变得有可能。在不存在负载电流换向至IGBT的情况下，通过使负载电流短暂地通过半导体使负载电流变为零，混合式开关从而失去其基本功能。打开负责混合式开关的电隔离的第二机械触点组件因此会形成持久的电弧且因此导致开关装置毁坏。美国专利US3,639,808描述用于继电器的开关触点的保护电路，所述继电器具有与开关触点并联连接的双向三极管，双向三极管在开关触点关闭之前且在开关触点打开短时间间隔之后导通，以避免电弧作用在开关触点上形成。特别地，根据美国专利US3,639,808，双向三极管在开关触点闭合之前导通大致5至15毫秒。然而，当待切换的电流非常大时，这可导致双向三极管的相当大负荷且因此导致相关联的寿命减少。
技术实现思路
本专利技术的目标因此为提议一种用于传导和切断电流的开关设备、尤其是一种用于传导和切断高DC电流和低频AC电流的改进的混合式开关组件，和具有这种开关设备的改进的开关装置，其中形成非期望的开关电弧的风险减小，且由此可达成增加的功能可靠性以及极高的电寿命。该目标通过独立权利要求的主题来实现。本专利技术的其他实施例为从属权利要求的主题。本专利技术提议修改混合式开关，例如上文所述且由公开的德国专利申请DE102013114259A1已知的开关，使得如同由美国专利US3,639,808已知的保护电路那样，在机械触点组件的闭合过程期间，与机械触点组件并联连接的半导体开关至少在短时间中被连接或导通，以便自机械接触开始实现电流的至半导体开关的时间有限的换向，且因此抑制可由于机械触点组件的弹跳而发生的开关电弧作用。理想地，在接通过程期间，触点不再经受任何弹跳诱发的电弧负载。为了使半导体开关的电流负载保持尽可能低，本专利技术提供，在初始化用于控制半导体开关的开关电子器件之后，存在一预定等待时段，直至半导体开关接通，且所述预定时间段是根据机械触点组件来设定，使得所述预定时间段适应于机械触点组件。这使得有可能使电流至半导体开关的换向时间接近机械触点组件的接触时间，以致可避免半导体开关的电流负载过强及由此在特定情形下造成的寿命减少。本专利技术的实施例现在涉及一种用于传导和切断电流的开关设备，所述开关设备具有：第一机械触点组件；与所述第一机械触点组件并联连接的半导体开关；与所述第一机械触点组件串联连接的第二机械触点组件；以及用于接通和断开所述半导体开关的开关电子器件。根据本专利技术，所述开关电子器件被构造以在所述第一机械触点组件的闭合过程期间，在初始化所述开关电子器件之后的第一预定时间段t-0之后接通所述半导体开关，且在第二预定时间段t-1之后再次断开所述半导体开关，其中所述第一预定时间段t-0通过所述开关电子器件根据所述第一机械触点组件来设定。为了调整在所述第一机械触点组件处更佳的电流至半导体开关的换向，还可构造开关电子器件以根据所述第一机械触点组件来设定所述第二预定时间段t-1。举例而言，时间t-1可设定为一时间，设定所述时间，以使得所述第一机械触点组件的触点可靠地闭合且开关弹跳不再发生，使得进一步避免触点的弹跳相关的电弧负载，且由换向的电流引起的半导体开关的负载时间尽可能短。此外，所述开关电子器件可被构造以在初始化开关电子组件之后接收所述第一机械组件的数据，且根据接收的所述数据来设定所述第一预定时间段t-0和/或所述第二预定时间段t-1。该数据可包含例如机械触点组件的特性值，例如，考虑到触点组件的惯性，在触点的第一次闭合之前的典型的持续时间。数据可被数字和/或模拟地接收，例如呈数字数据或模拟测量值的形式。举例而言，所述开关电子器件可被构造为：通过测量分配给所述第一机械触点组件的电阻上的电压降来接收所述第一机械触点组件的数据；将测量值作为特性值储存于寄存器中；根据所述特性值和具有各种机械触点组件的性质的值表，判定用于所述半导体开关的适合于所述第一机械触点组件的阻断时间；以及根据所述判定的阻断时间来设定所述第一预定时间段t-0。在此情况下，用于机械触点组件的数据以电阻的形式模拟地编码，所述电阻能够根据类型不同地起作用(ausfallen)并且能够在任意位置集成地设置在开关装置中。能够通过开关电子器件本身或通过外部电路来馈送电流至电阻以产生期望的电压降。举例而言，开关电子器件能够紧接在其初始化之后为电阻供能且由此测量电阻中的电压降。但电阻也能够由为开关设备供电的电流来供电，且开关电子器件可测量在初始化之后的电阻上的电压下降。电阻上的电压降能够例如通过相应的线缆连接来测量，该线缆连接在开关装置的安装期间附接在开关设备中，或通过针脚接触例如在开关装置的两个外壳部件的装配期间自动地进行。所述开关电子器件还可被构造以接收所述第一机械触点组件的数据，其方式为：启动无线读取设备，使用所述启动的读取仪器，读取储存于分配给所述第一机械触点组件的应答器中的数据；基于特性值及具有各种机械触点组件的性质的值表，将所述读取数据作为所述特性值储存于寄存器中；判定用于所述半导体开关的适合于所述第一机械触点组件的阻断时间；以及根据所述判定的阻断时间来设定所述第一预定时间段t-0。应答器可为例如特别地在所述第一机械触点组件的外壳中的特别根据近场通信(NearFieldCommunication，NFC)标准(ISO14443、18092、21481，ECMA340、352、356、362，ETSITS102190)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于传导和切断电流的开关设备，所述开关设备具有第一机械触点组件(10)，与所述第一机械触点组件并联的半导体开关(20)，与所述第一机械触点组件串联连接的第二机械触点组件(30)，以及开关电子器件(50)，其被构造以用于接通及断开所述半导体开关(20)，其特征在于所述开关电子器件(50)被构造以在所述第一机械触点组件(10)的闭合过程期间，在初始化(S10)所述开关电子器件(50)之后的第一预定时间段t‑0(S12)之后接通(S14)所述半导体开关(20)，并且在第二预定时间段t‑1(S16)之后再次断开(S18)所述半导体开关(20)，其中所述第一预定时间段t‑0由所述开关电子器件(50)根据所述第一机械触点组件(10)来设定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.07 DE 102016106414.91.用于传导和切断电流的开关设备，所述开关设备具有第一机械触点组件(10)，与所述第一机械触点组件并联的半导体开关(20)，与所述第一机械触点组件串联连接的第二机械触点组件(30)，以及开关电子器件(50)，其被构造以用于接通及断开所述半导体开关(20)，其特征在于所述开关电子器件(50)被构造以在所述第一机械触点组件(10)的闭合过程期间，在初始化(S10)所述开关电子器件(50)之后的第一预定时间段t-0(S12)之后接通(S14)所述半导体开关(20)，并且在第二预定时间段t-1(S16)之后再次断开(S18)所述半导体开关(20)，其中所述第一预定时间段t-0由所述开关电子器件(50)根据所述第一机械触点组件(10)来设定。2.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于所述开关电子器件(50)被构造以便根据所述第一机械触点组件(10)来设定(S104)所述第二预定时间段t-1。3.如权利要求1或2所述的开关设备，其特征在于所述开关电子器件(50)被构造以在所述开关电子器件(50)的所述初始化(S10)之后，接收(S100)所述第一机械触点组件(10)的数据(80)且根据接收到的所述数据(80)来设定所述第一预定时间段t-0和/或所述第二预定时间段t-1(S102、S104)。4.如权利要求3所述的开关设备，其特征在于所述开关电子器件(50)被构造以接收所述第一机械触点组件(10)的数据(80)，其方式为-测量与所述第一机械触点组件(10)相关联的电阻上的电压降(S1000)，-将测量值作为特性值储存于寄存器中(S1002)，-基于所述特性值和具有各种机械触点组件的性质的值表来判定用于所述半导体开关(10)的适合于所述第一机械触点组件(10)的阻断时间(S1004)，以及-根据所述判定的阻断时间来设定所述第一预定时间段t-0(S102)。5.如权利要求2、3或4所述的开关设备，其特征在于所述开关电子器件(50)被构造以接收所述第一机械触点组件(10)的数据(80)，其方式为-启动无线读取设备(S1006)，-利用启动的读取设...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·施米茨，J·迈斯纳，M·乌德尔霍芬，M·沃朗，O·克雷夫特，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE