用于控制到受保护的电负载的电源的方法和装置制造方法及图纸

一种负载控制装置(1)，其用于控制对与所述负载控制装置(1)的输出端子(3)连接的电负载的供电，所述负载控制装置(1)包括：过电流保护电路(1A)，其具有电源开关(5)，该电负载通过该电源开关(5)接收电负载电流(IL)，并且具有传感器组件(4)，该传感器组件(4)与所述电源开关(5)串联连接，并且适于直接产生与经由所述传感器组件(4)和所述电源开关(5)从所述负载控制装置(1)的输入端子(2)流到所述输出电子(3)的所述电负载电流(IL)的电流上升速度相对应的电压降(ΔU4)，并且具有驱动器电路(6)，该驱动器电路(6)适于根据由所述传感器组件(4)产生的电压降(ΔU4)和/或沿所述电源开关(5)的电压降(ΔU5)来检测发生的过电流，并且适于在检测到在小于1毫秒的关断时段内的过电流时关断所述电源开关(5)；和/或包括电源控制电路(1C)，其具有传感器组件(9)，所述传感器组件(9)适于在所述输入端子(2)处测量被通知给所述负载控制装置(1)的控制单元(8)的电源电压，所述控制单元(8)适于控制供应给所述电负载的电功率。电功率。电功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制到受保护的电负载的电源的方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种用于控制对电负载的电源的方法和装置。
[0002]电动机形成负载，该负载通过电动机的磁场和线绕组中的电流之间的相互作用来操作，以产生轴旋转形式的机械力。电动机通常可以由诸如电池或整流器的直流电源或诸如电网、逆变器或发电机的交流电源供电。有不同种类的电动机，特别是异步电动机和同步电动机。连接到电源系统的负载，特别是电动机，需要过载和/或过电流保护。在电气系统中，可能发生过电流流过电导体的情况，导致过度产生热量并损坏电气设备或负载。负载可以包括电阻性负载、电容性负载或电感性负载，诸如电动机。导致过流的原因可以有很多，包括短路、不正确的电路设计或接地故障。此外，存在多种常规过流保护设备，例如熔丝、机电断路器或固态电源开关。当发生过电流时，保险丝确实熔化，从而中断电流并因此保护所连接的负载。然而，熔丝仅在相对高的电流幅度下熔化，从而在熔丝熔化之前，许多电能可以被传递到连接的负载，例如电动机。这增加了损坏所连接的电动机的部件的风险。此外，在消除过流的原因之后，有必要更换受影响的熔丝。
[0003]作为负载的电动机可以包括额定功率。在电气工程中，设备的额定功率是允许流过相应设备的最高功率输入。过电流保护保护电气设备，防止由于短路、接地故障和过载条件而导致的过大电流或超过可接受额定电流的电流。相反，过载保护防止过载电流导致受保护电气设备过热的情况。
[0004]过电流继电器可用作过载(热)保护以保护电阻性负载。然而，对于感性负载，过电流继电器不能用作过载保护。过载继电器通常比过电流继电器具有更长的时间设置。
[0005]电保护设备可以采用电流传感器来测量流到所连接的负载的电流，以检测临界情形，并且在临界情形确实出现的情况下自动触发电子或机电开关。诸如霍尔传感器的电流测量元件可以测量电流并且将测量值提供给控制器或控制逻辑，控制器或控制逻辑可以在测量的电流超过预定阈值的情况下关断开关部件。传统保护传感器使用诸如MOSFET的半导体开关来保护连接的负载免受过电流。随着流经接通的半导体开关的电流的增加，沿着半导体开关的电压降也增加，从而在半导体开关处出现更高的功率损耗。增加的功率损耗可导致半导体开关和/或所连接的电动机内的电子部件的损坏甚至破坏。因此，传统的保护电路评估沿着其半导体开关的电压降，并且一旦电压降超过阈值就可以关断半导体开关。然而，这种传统的关断机制仅在电流在相对长的关断时段之后已经达到高幅度之后才开始工作。这些传统的保护电路工作得比较慢，并且需要高电流电平来触发相应的开关部件。
[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种装置，该装置适于控制对电负载的供电并且有效地保护所连接的电负载。
[0007]该目的通过包括权利要求1的特征的负载控制装置来实现。
[0008]根据第一方面，本专利技术提供了一种负载控制装置，用于控制对与所述负载控制装置的输出端子连接的电负载的供电，所述负载控制装置包括：
[0009]过电流保护电路(OCPC)，其具有电源开关，所述电负载通过该电源开关接收电负载电流，并且所述电源开关具有传感器组件，该传感器组件与电源开关串联连接，并且适于直接产生与从所述负载控制装置的输入端子经由所述传感器组件和所述电源开关流到所
述输出端子的电负载电流的电流上升速度相对应的电压降，并且具有驱动器电路，该驱动器电路适于根据由所述传感器组件产生的电压降和沿着所述电源开关的电压降来检测发生的过电流，并且适于在小于一毫秒的关断时段内检测到过电流时关断所述电源开关，和/或
[0010]电源控制电路(PSCC)，其具有传感器组件，所述传感器组件适于在所述输入端子处测量被通知给所述负载控制装置的控制单元的电源电压，所述负载控制装置适于控制供应给所述电负载的电功率。
[0011]关断时段可以在2微秒和1毫秒之间的范围内调节。
[0012]在可能的实施例中，由传感器组件(4)产生的电压降(ΔU4)和沿电源开关(5)的电压降(ΔU5)相加，并作为总电压(U
∑
)提供给驱动器电路(6)。
[0013]所连接的负载可以包括不同的负载类型，包括电阻性负载、电容性负载和/或电感性负载。
[0014]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的可能实施例中，所述负载控制装置还包括过载保护电路，该过载保护电路具有传感器组件，该传感器组件适于连续地测量流到所述输出端子的负载电流，该负载电流被通知给所述负载控制装置的控制单元，该控制单元适于基于所测量的负载电流分布来确定所述电负载的过载状态和/或类型。
[0015]在根据本专利技术的第一方面的负载控制装置的另一个可能的实施例中，如果所述电负载的过载状态由所述控制单元确定，则所述控制单元适于控制所述驱动器电路以关断所述电源开关。
[0016]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的又一可能实施例中，所述控制单元适于基于由所述过载保护电路的传感器组件测量的负载电流分布并且基于在所述负载控制装置的输入端子处由所述电源控制电路的传感器组件测量的电源电压分布，根据所述电负载的操作模式来控制供应给所述电负载的电功率。
[0017]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的又一可能实施例中，所述过电流保护电路的传感器组件包括线圈，该线圈适于根据流过所述过电流保护电路的传感器组件的负载电流的电流上升速度来产生感应电压降。
[0018]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的又一可能实施例中，所述过载保护电路的传感器组件包括霍尔传感器、GMR传感器、分路电阻器变压器，其适于连续地测量流过所述负载控制装置的输出端子的负载电流以提供所述负载电流分布。
[0019]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的另一可能实施例中，所述电源控制电路具有至少一个传感器组件，该传感器组件由分压器形成，该分压器适于将所述输入端子和/或所述输出端子处的电源电压的一部分提供给所述负载控制装置的控制单元，以提供电源电压分布。
[0020]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的另一可能实施例中，所述过载保护电路的传感器组件和所述电源控制电路的传感器组件连接到相关联的模数转换器，该模数转换器适于将测量的模拟负载电流分布和测量的电源电压分布转换成存储在所述控制单元的数据存储器中的相应测量值，作为负载电流分布数据和电源电压分布数据。
[0021]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的另一可能实施例中，所述控制单元的处理器或FPGA适于基于存储在所述控制单元的数据存储器中的负载电流分布数据和电源电
压分布数据来计算功率因数。
[0022]在根据本专利技术第一方面的负载控制装置的另一可能实施例中，所述电负载是包括作为操作模式的电动机，
[0023]怠速操作模式，其中，所述电动机被关断并且所述电动机的转速为零，
[0024]起动操作模式，其中，所述电动机起动并且所述电动机的旋转速度增加，
[0025]稳态操作模式，其中，所述电动机的旋转速度保持恒定，
[0026]停止操作模式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负载控制装置(1)，其用于控制对与所述负载控制装置(1)的输出端子(3)连接的电负载的供电，所述负载控制装置(1)包括：过电流保护电路(1A)，其具有电源开关(5)，所述电负载通过该电源开关(5)接收电负载电流(I
L
)，并且具有传感器组件(4)，该传感器组件(4)与所述电源开关(5)串联连接，并且适于直接产生与经由所述传感器组件(4)和所述电源开关(5)从所述负载控制装置(1)的输入端子(2)流到所述输出电子(3)的所述电负载电流(I
L
)的电流上升速度相对应的电压降(ΔU4)，并且具有驱动器电路(6)，所述驱动器电路(6)适于根据由所述传感器组件(4)产生的电压降(ΔU4)和/或沿所述电源开关(5)的电压降(ΔU5)来检测发生的过电流，并且适于在检测到在小于1毫秒的关断时段内的过电流时关断所述电源开关(5)；并且包括电源控制电路(1C)，其具有传感器组件(9)，所述传感器组件(9)适于在所述输入端子(2)处测量被通知给所述负载控制装置(1)的控制单元(8)的电源电压，所述控制单元(8)适于控制供应给所述电负载的电功率。2.根据权利要求1所述的负载控制装置，其中，所连接的负载包括电阻性负载、电容性负载和/或电感性负载。3.根据权利要求1或2所述的负载控制装置，所述负载控制装置进一步包括：过载保护电路(1B)，所述过载保护电路(1B)具有传感器组件(7)，所述传感器组件(7)适于连续测量被通知给所述负载控制装置(1)的所述控制单元(8)的流到所述输出端子(3)的负载电流(I
L
)，所述控制单元(8)适于基于所测量的负载电流分布来确定所述电负载的过载状态和/或类型。4.根据权利要求3所述的负载控制装置，其中，所述控制单元(8)适于：如果由所述控制单元(8)确定电负载的过载状态则控制所述驱动器电路(6)以关断所述电源开关(5)，或者如果由所述控制单元(8)确定所述电负载的过载状态则控制与所述电源开关(5)串联连接的机电继电器(14)以中断电流流动。5.根据前述权利要求1至4中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述控制单元(8)适于：基于由所述过载保护电路(1B)的传感器组件(7)测量的负载电流分布并且基于在所述负载控制装置(1)的输入端子(2)处由所述电源控制电路(1C)的传感器组件(9)测量的电源电压分布，根据所述电负载的操作模式来控制供应给所述电负载的电功率。6.根据前述权利要求1至5中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述过电流保护电路(1A)的传感器组件(4)包括线圈，该线圈适于根据流过所述过电流保护电路(1A)的传感器组件(4)的负载电流(I
L
)的电流上升速度来产生感应电压降(ΔU4)。7.根据前述权利要求1至6中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述负载保护电路(1B)的传感器组件(7)包括霍尔传感器、GMR传感器、分流电阻器或变压器，其适于连续测量流到负载控制装置(1)的输出端子(3)的负载电流(I
L
)以提供负载电流分布。8.根据前述权利要求1至7中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述电源控制电路(1C)具有至少一个传感器组件(9)，该传感器组件(9)由分压器形成，该分压器适于将所述输入端子(2)和/或所述输出端子(3)处的电源电压的一部分提供给所述负载控制装置(1)的控制单元(8)，以提供电源电压分布。9.根据前述权利要求1至8中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述过载保护电路(1B)的传感器组件(7)和所述电源控制电路(1C)的传感器组件(9)被连接到相关联的模数
转换器(10、11)，该模数转换器(10、11)适于将测量的模拟负载电流分布和测量的电源电压分布转换成存储在所述控制单元(8)的数据存储器(8B)中的相应测量值，作为负载电流分布数据和电源电压分布数据。10.根据权利要求9所述的负载控制装置，其中，所述控制单元(8)的处理器或FPGA(8A)适于基于存储在所述控制单元(8)的数据存储器(8B)中的负载电流分布数据和电源电压分布数据来计算功率因数11.根据前述权利要求1至10中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述驱动器电路(6)适于：如果包括由所述传感器组件(4)产生的电压降(ΔU4)加上沿着所述电源开关(5)的电压降(ΔU5)的所施加的总电压(U
∑
)在关断时段内超过可配置的阈值电压(U
TH
)，则自动关断所述电源开关(5)，以保护所述负载控制装置(1)本身和所述电负载免受过载和/或过电流的影响。12.根据前述权利要求8至11中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述控制单元(8)的处理器或FPGA(8A)适于：通过处理存储在所述控制单元(8)的数据存储器(8B)中的负载电流分布数据和/或电源电压分布数据，来确定所连接电负载的操作模式和/或特定操作状态。13.根据前述权利要求1至12中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述控制单元(8)适于：在接收到控制命令(CMD)时控制所述负载控制装置(1)的驱动器电路(6)，使得所述电源开关(5)根据接收到的控制命令(CMD)被接通或关断。14.根据权利要求13所述的负载控制装置，其中，所述负载控制装置(1)的控制单元(8)适于：从所述负载控制装置(1)的用户接口(15)、从连接到所述负载控制装置(1)的计算机或者从自动化系统的存储程序控制来接收所述控制命令(CMD)。15.根据前述权利要求1至14中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述电源开关(5)包括IGBT或功率MOSFET，特别是SiC MOSFET、GaN MOSFET或ScAlN MOSFET。16.根据前述权利要求1至15中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述负载控制装置(1)的控制单元(8)适于：基于所连接的电负载的至少一个操作参数和所存储的分布数据，来导出所述电负载的组件的温度分布和/或所述负载控制装置(1)的组件的温度分布，并且如果检测到与预定温度范围的偏差，则控制所述驱动器电路(6)关断所述电源开关(5)。17.根据前述权利要求1至16中任意一项所述的负载控制装置，其中，在可配置的等待时段之后、和/或在成功清除关断原因之后、和/或如果满足其他预定的接通条件，则接通所述电源开关(5)。18.根据前述权利要求1至17中任意一项所述的负载控制装置，其中，所述电负载经由所述负载控制装置(1)接收若干...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安，
申请(专利权)人：未来系统产业有限公司，
类型：发明
国别省市：