用于可靠地开关电流回路的开关装置制造方法及图纸

用于可靠地开关电流回路的电路装置，包括两个纵向支路（１２），其中在所述纵向支路之一内布置有相互并联的两个开关器件（１１，１２），其开关输入（２０）与该纵向支路的输入点（４，５）相连，其开关输出（２１）与变压器（１０）的各一个绕组（８，９）的输入侧相连。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
为了中断和闭合电流回路，不但采用机械触点、例如在有轨车辆的电刷中的滑动触点或在电机中的换流器、熔断器，而且还采用诸如晶体管、晶闸管和半导体继电器等半导体开关。在中断电流回路时，由于在整个电流回路中所存储的电感能量快速降低，所有这些开关器件将会经受一个高的自感应电压。这种自感应电压会加热和毁坏半导体开关器件和保护电路，在接触表面上引起材料徙动和焊化，并且可能因为在接触表面之间形成电弧而阻止电流回路的断开。在闭合电流回路时，存在于电流回路中的电容被快速充电，这会暂时地导致高的接通电流。这种接通电流在尚未完全闭合的接触面上引起材料徙动，并可能因局部的热过载而毁坏半导体开关。在开关器件从导通状态过渡到截止状态和从截止状态过渡到导通状态时，在开关器件上因为同时存在电流和电压而会产生损耗功率，这被称为遮断功率。这种遮断功率在频繁的开关过程中将导致开关器件和相邻器件的升温，并由此损害整个设备和系统的可靠工作。为了防止开关器件受到自感应电压的不利影响，采用了RC电路来，但该RC电路在高的开关频率情况下会急剧升温。被称为空转二极管的二极管电路只有在动作时间之后才保护开关二极管免受自感应电压的影响，但在交流电压中是不适用的，并在每次开关过程中会引起损耗功率，这便限制了诸如电压转换器或开关网络部件等经常开关的开关装置的效率，并导致其升温和使其受到损害。另外还已知一些用于防止开关受到特别高自感应电压的压敏电阻电路。但这种压敏电阻自身升温快，并因此不适合于在高的开关频率和高的电压下准确地把过压限制到低值上以便保护半导体元件。另外还已知，通过给负载或开关器件并联一个电容器，可以有效地在中断电流回路的过程中限制开关器件的自感应电压和升温。但该电路具有以下缺点，即在闭合开关器件时该电容器必须被短路或跳跃式充电，这会使开关器件引起高的接通电流、高的开关损耗和剧烈的焊化，因此，电容器的电容被限制于很小的值，从而大大地限制了其效率。基于此，本专利技术的任务在于给出一种能可靠地开关电流回路的开关装置。该任务根据本专利技术由具有权利要求1的特征的电路装置来解决。本专利技术的电路装置通过一个电容器阻止了出现高的自感应电压，该电容器暂时地吸收了来自于需被断开的用电器电流回路的电流，并通过其放电过程阻止了变压器绕组上的、以及与之串联的断开的开关器件上的电压快速上升。在此，通过避免电压尖峰、损耗功率和升温，实现了本专利技术可靠的电流开关器件的关断过程。通过在本专利技术的关断过程中避免损耗功率，也阻止了在机电开关器件和熔断保险器中产生电弧，并由此实现了本专利技术的可靠关断。如果在用电器电流回路中存在大量的能量，则本专利技术的开关装置可以被设计使得在与电压源断开之后短路掉用电器，并将能量保持在用电器电流回路中。在闭合电流回路时，用电器从本专利技术的电路装置经被作用为电感的变压器绕组与电压源相连，这便在用电器电流回路中导致了可控的缓慢的电流上升和可控的缓慢的电容充电。在通过电感接通用电器电流时，可控的缓慢电流上升和开关器件中的小损耗功率便实现了本专利技术的开关器件的可靠闭合过程。变压器绕组上的电压被变换到第二绕组上，该电压随后在用电器电流回路中的电容被充电到电压源的电压时将第二开关器件置为无电压的状态，在该状态下第二开关器件便可以根据本专利技术被可靠地在低损耗功率下闭合。因为本专利技术的开关装置在很大的程度上是通过避免损耗功率来实现可靠的开关过程的，所以在诸如直流电压变换器、开关电源部分、电机控制器等经常开关的设备中，本专利技术能够对小型化和节省成本起到重要作用，因为它允许非常高的开关频率。通过在开关过程中降低损耗功率，也对环境保护作出了重要贡献。由于在本专利技术的电路装置中只采用了一个变压器和一个用来限制有害的电压和有害的快速电流上升的通常非常小的电容器，所以该电路装置能被用于直流电压和正弦或方波交流电压。在附图中示出了本专利技术的实施例，下面来详细讲述它们。附图说明图1示出了本专利技术电路装置的第一实施例，图2示出了在用电器中的交流电流方向的例子，图3示出了具有晶体管和控制装置33的例子，图4示出了在两个电压源上运行本专利技术电路装置的例子，图5示出了在一个交流电压源上运行本专利技术电路装置的例子，该电压源由具有中间抽头的变压器绕组构成，图6示出了本专利技术电路装置的应用实例。本专利技术的电路装置具有两个位于通向用电器3的引线中的纵向支路1和2、两个用于连接电压源的接线点4和5、以及两个用于连接用电器3的接线点6和7。纵向支路1被划分为两个另外的纵向支路，其分别包含有变压器10的绕组8、9和开关器件11或12。在变压器10之后，两个绕组8和9相互连接，并连接到接线点6上。在纵向支路1和2之间有一个电容器13并联在用电器上。电容器13在开关缓慢的电路装置和高用电器电流的情况下被选择得非常大，并且在快速开关的电路装置情况下被选择得小，使得位于1和2之间的线路电容足以达到理想的保护效果。因此，来自于纵向支路1的用电器电流14被划分为子电流15和16，使得其磁场17和18在变压器10的磁芯中彼此相反地作用，并相互补偿。若在绕组8和9内的两个子电流15和16大小相同，在用电器电流14在变压器磁芯中不会存储能量。若子电流15通过开关器件11中断，则其补偿磁场17消失，由此剩下的导通有电流的绕组9被作用为电感，并暂时地中断剩下的子电流16，因为变压器磁芯尚未被磁化。用电器电流14因此直接在于电流15中断之后完全从电容器13中引出，使得剩下的第二开关器件12能够按照本专利技术在几乎无电流和无电压的状态下以及在低损耗功率的情况下被可靠地断开。电容器13在开关器件11断开之后通过用电器电流14放电，由此电容器电压下降，而且在变压器绕组9上产生一个被变换到变压器绕组8的电压。变压器绕组8上的电压与电容器13上的电压一起作用，使得开关器件11按照本专利技术在几乎无电压的状态下和在损耗功率极低的情况下被可靠地断开。在最简单的情形下，开关器件11和12由一个开关触点、一个熔断保险器或一个晶体管组成，其在中断电流回路时同时地、或以小延迟时间过渡到非导通状态。开关器件11和12也可以构成为转换触点、推挽级或CMOS晶体管级，其在纵向支路1与电压源4的接线点断开之后向纵向支路2建立连接，以便导出用电器电流14和在用电器电流回路中保持在用电器3中所存储的能量。为了导出存储在电流回路中的能量，开关器件11和12也设有二极管，其在与电压源断开之后把用电器电流导出到纵向支路2。另一种可能性在于，通过电压测量装置来测量开关器件上的电压，并随后在所测的电压变为0时利用可控开关器件向纵向支路2建立连接，由此按照本专利技术在无电压的状态下达到可靠的、无损耗的闭合过程。用电器通过以下方式又可以与电压源相连接，即只有开关器件11和12中的一个或其两者来中断通向纵向支路2的连接，并且随后只有一个开关器件把相应的变压器绕组与纵向支路1连接起来，使得电容器13通过变压器10的绕组电感被充电。在此，绕组电感根据本专利技术阻止了充电电流的快速上升，并由此按本专利技术实现了开关器件在几乎无电流的状态下被可靠地、无损耗地闭合。如果电容器13被完全充电，则第二开关器件同样可以按照本专利技术可靠地在几乎无电压的状态下无损耗地向电压源建立连接，由此使变压器绕组内的子电流15和16相互补偿。本专利技术电路的另一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在通向用电器（３）的引线中可靠地开关电流回路的电路装置，包括用于把第一输入点（４，５）与第一输出点（６，７）电连接的第一纵向支路（１，２）、用于把第二输入点（４，５）与第二输出点（６，７）电连接的第二纵向支路（１，２），其特征在于： 在至少一个所述的纵向支路（１，２）中相互并联地设有至少两个开关器件（１１，１２），其开关输入（２０）与所述纵向支路（４，５）的输入点相连接，其开关输出（２１）与变压器（１０）的各一个绕组（８，９）的输入侧相连接，而且所述绕组的输出侧相互 连接并与所述纵向支路（６，７）的输出点相连接，所述变压器的绕组被实施使得用电器电流（１４）的两个子电流（１５，１６）的磁场强度（１７，１８）在变压器（１０）内彼此相反地进行作用，并且有一个电容（１３）在所述纵向支路（１，２）的输出点（６，７）之间起作用。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：F弗雷，
申请(专利权)人：沃思电子埃索斯有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]