用于保护负载免受过电流影响的方法和设备技术

一种混合负载保护设备(1)，包括：初级电源路径(1A)，该初级电源路径(1A)设置在混合负载保护设备(1)的输入端子(2)和输出端子(3)之间，并且具有可控机械开关(5A)，其中，电压U

【技术实现步骤摘要】
用于保护负载免受过电流影响的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于通过使用初级电源路径中的机械开关和并联次级电源路径中的半导体电源开关两者来保护连接的电负载免受过电流影响的方法和设备。

技术介绍

[0002]连接到电源网络PSN的电负载需要过流保护。过流可流过电导体或部件，导致产生过多的热量并损坏相应的电气设备或负载。产生过流有不同的原因，包括短路、不正确的电路设计或接地故障。存在多种常规过流保护装置，例如熔丝、机电断路器或固态电源开关。当过流发生时，保险丝会熔断，从而中断电流并保护负载。然而，熔丝仅在相对高的电流幅值下熔化，使得在相应的熔丝熔化之前，许多电能可以被转移到所连接的负载，从而增加了损坏所连接的电负载的部件的风险。此外，在消除过流的原因之后，有必要更换受影响的熔丝。
[0003]其他常规电气保护装置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，并且在确实出现且检测到临界情形的情况下自动触发电子或机电开关以中断电流流动。电流测量元件，诸如霍尔传感器，可以测量流动电流并且将测量值提供给控制器或控制逻辑，该控制器或控制逻辑可以在所测量的电流超过预定义阈值的情况下关断开关部件。断路器和较新的保护装置使用半导体开关，如MOSFET，来保护连接的负载免受过电流的影响。随着流经接通的半导体开关的电流增加，沿着该半导体开关的电压降也会增加，从而在相应的半导体开关处出现更高的功率损耗。这种增加的功率损耗会导致半导体开关本身和/或连接的电气负载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集成半导体开关的电压降，并且一旦沿着半导体开关的电压降超过预定义的阈值，就触发半导体开关的关断。然而，在该传统方法中，关断机制仅在电流已经达到相对高的幅度之后才发生，即，其涉及长的关断时段。所有这些保护电路工作相对较慢，并且需要高电流水平来触发开关部件执行电源路径的关断。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是提供一种保护设备和相应的方法，其更有效且可靠地保护所连接的负载免受过电流影响，并在正常操作期间减少功率损耗。
[0005]根据本专利技术的第一方面，该目的通过包括权利要求1的特征的混合负载保护设备来实现。
[0006]根据第一方面，本专利技术提供一种混合负载保护设备，其包括：
[0007]初级电源路径，该初级电源路径设置在所述混合负载保护设备的输入端子和输出端子之间，并且具有可控机械开关，该可控机械开关与感应地耦合到次级线圈的初级线圈串联连接，所述次级线圈提供与流过所述初级电源路径的电流的电流上升速度相对应的电压U
A
，其中，所提供的电压U
A
被直接施加到与所述初级电源路径相关联的第一驱动器电路的低电压侧处的驱动器输入，以在第一关断时段Δt1内自动触发所述机械开关的关断，从而
中断所述初级电源路径，并且包括：
[0008]次级电源路径，该次级电源路径在所述混合负载保护设备的所述输入端子和所述输出端子之间与所述初级电源路径并联设置，并且具有与半导体电源开关串联连接的另一线圈，其中，设置与所述次级电源路径相关联的第二驱动器电路，以基于由所述另一线圈产生的电压降和沿所述半导体电源开关施加的非线性电压降来检测由所述初级电流路径的中断引起的流经所述次级电源路径的增加的电流，由所述另一线圈产生的电压降和所述非线性电压降作为总和电压U
B
直接施加到所述次级驱动器电路的高电压侧处的驱动器输入，以在第二关断时段Δt2内自动触发设置在所述次级电源路径中的所述半导体电源开关的关断，从而中断所述次级电源路径，使得抑制了在所述机械开关(5A)断开期间产生电弧，并且所述混合负载保护设备的所述输入端子和所述输出端子彼此分离。
[0009]利用根据本专利技术的第一方面的混合负载保护设备，所述次级电源路径适于抑制在所述初级电源路径的所述机械开关内的机械触点的电弧的产生，所述机械开关在与所述初级电源路径相关联的第一模拟驱动器电路的控制下被关断。
[0010]因此，根据本专利技术的所述混合负载保护设备的优点在于，在所述混合负载保护设备的操作期间，特别是在触发所述初级电源路径内的所述机械开关的关断时，提高了操作安全性。
[0011]在根据本专利技术的第一方面的所述混合负载保护设备的可能实施例中，设置在所述初级电源路径中的第一模拟驱动器电路和提供在所述次级电源路径中的第二模拟驱动器电路都适于在相应驱动器电路的高电压侧的驱动器输出OUT处自动生成触发信号。
[0012]如果施加在所述第一模拟驱动器电路的所述驱动器输入处的信号超过预定义的低电压电平，则所述第一模拟驱动器电路在其高电压侧在所述驱动器输出OUT处自动生成触发信号，以关断相关联的初级电源路径内的所述机械开关。
[0013]如果施加到所述第二模拟驱动器电路的驱动器输入DESAT的总和电压超过相关联的可配置阈值电压，则所述第二模拟驱动器电路适于在其高电压侧在所述驱动器输出OUT处自动生成触发信号，以关断相关联的次级电源路径内的所述半导体电源开关。
[0014]在可能的实施例中，用于关断设置在所述主电源路径中的所述机械开关的第一预定义关断时段Δt1小于1毫秒，特别是在10微秒和1毫秒之间的范围内。
[0015]在根据本专利技术的第一方面的所述混合负载保护设备的另一可能实施例中，设置在所述初级电源路径中的所述机械开关包括汤姆逊开关。
[0016]在根据本专利技术第一方面的所述混合负载保护设备的另一可能实施例中，设置在所述初级电源路径中的所述机械开关包括关断加速单元，该关断加速单元适于响应于从与所述初级电源路径相关联的所述第一模拟驱动器电路的高电压侧处的所述驱动器输出接收的触发信号来加速所述机械开关的机械触点的关断，以中断所述初级电源路径。
[0017]在根据本专利技术第一方面的所述混合负载保护设备的另一可能实施例中，设置在所述初级电源路径中的所述机械开关的所述关断加速单元包括烟火关断加速单元，该烟火关断加速单元具有响应于从所述第一模拟驱动器电路的所述高电压侧处的所述驱动器输出接收到的所述触发信号而发射的烟火装药，以产生加压气体，该加压气体加速所述机械开关的所述机械触点的关断以中断所述初级电源路径。
[0018]在根据本专利技术的第一方面的所述混合负载保护设备的另一可能实施例中，设置在
所述初级电源路径中的所述机械开关的所述关断加速单元包括压电元件驱动单元。
[0019]在根据本专利技术的第一方面的混合负载保护设备的另一个可能的实施例中，其中，当设置在所述初级电源路径中的所述机械开关被关断以中断所述初级电源路径时，由所述次级电源路径中的线圈感测到的电流确实越来越多地流入所述次级电源路径中，并且磁输入能量通过设置在所述次级电源路径中的低阻抗电阻器被转换成热。
[0020]在根据本专利技术的第一方面的所述混合负载保护设备的另一个可能的实施例中，其中，至少一个能量存储单元，特别是电容器，被连接到所述输入端子以存储由所述机械开关的所述关断加速单元使用的电能，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合负载保护设备(1)，其包括：
‑
初级电源路径(1A)，该初级电源路径(1A)设置在所述混合负载保护设备(1)的输入端子(2)和输出端子(3)之间，并且具有可控机械开关(5A)，该可控机械开关(5A)与感应地耦合到次级线圈(4A
‑
2)的初级线圈(4A
‑
1)串联连接，所述次级线圈(4A
‑
2)提供与流过所述初级电源路径(1A)的电流的电流上升速度相对应的电压U
A
，其中，所提供的电压U
A
被直接施加到与所述初级电源路径(1A)相关联的第一驱动器电路(6A)的低电压侧处的驱动器输入(IN)，以在第一关断时段(Δt1)内自动触发所述机械开关(5A)的关断，从而中断所述初级电源路径(1A)；并且包括：
‑
次级电源路径(1B)，该次级电源路径(1B)在所述混合负载保护设备(1)的所述输入端子(2)和所述输出端子(3)之间与所述初级电源路径(1A)并联设置，并且具有与半导体电源开关(5B)串联连接的另一线圈(4B)，其中，设置与所述次级电源路径(1B)相关联的第二驱动器电路(6B)，以基于由所述另一线圈(4B)产生的电压降(ΔU4)和沿所述半导体电源开关(5B)施加的非线性电压降(ΔU5)来检测由所述初级电流路径(1A)的中断引起的流经所述次级电源路径(1B)的增加的电流I，由所述另一线圈(4B)产生的电压降(ΔU4)和所述非线性电压降(ΔU5)作为总和电压(U
B
)直接施加到所述第二驱动器电路(6B)的高电压侧处的驱动器输入(DESAT)，以在第二关断时段(Δt2)内自动触发设置在所述次级电源路径(1B)中的所述半导体电源开关(5B)的关断，从而中断所述次级电源路径(1B)，使得抑制了在所述机械开关(5A)断开期间产生电弧，并且所述混合负载保护设备(1)的所述输入端子(2)和所述输出端子(3)彼此分离。2.根据权利要求1所述的混合负载保护设备(1)，其中，设置在所述初级电源路径(1A)中的第一模拟驱动器电路(6A)和设置在所述次级电源路径(1B)中的所述第二模拟驱动器电路(6B)都适于在各个驱动器电路(6A、6B)的高电压侧的驱动器输出(OUT)处自动生成触发信号。3.根据权利要求1或2所述的混合负载保护设备(1)，其中，用于关断设置在所述初级电源路径(1A)中的所述机械开关(5A)的第一预定义关断时段(Δt1)小于1毫秒，特别是在1微秒和1毫秒之间的范围内。4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的混合负载保护设备(1)，其中，设置在所述初级电源路径(1A)中的所述机械开关(5A)包括汤姆逊开关。5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的混合负载保护设备(1)，其中，设置在所述初级电源路径(1A)中的所述机械开关(5A)包括关断加速单元，该关断加速单元适于响应于从与所述初级电源路径(1A)相关联的所述第一模拟驱动器电路(6A)的高电压侧处的所述驱动器输出(OUT)接收的触发信号(CRTL)来加速所述机械开关(5A)的机械触点的关断，以中断所述初级电源路径(1A)。6.根据权利要求5所述的混合负载保护设备(1)，其中，设置在所述初级电源路径(1A)中的所述机械开关(5A)的所述关断加速单元包括烟火关断加速单元，该烟火关断加速单元具有响应于从所述第一模拟驱动器电路(6A)的所述高电压侧处的所述驱动器输出(OUT)接收到的所述触发信号(CRTL)而发射的烟火装药，以产生加压气体，该加压气体加速所述机械开关(5A)的所述机械触点的关断以中断所述初级电源路径(1A...

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