[发明专利]开关电路和控制断路器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关电路，特别涉及这种开关电路在低压设备的开关装置中的应用。此外，本发明还涉及一种控制至少一个断路器的方法，所述断路器用于通断负载，特别是电感性负载。

背景技术

低压设备中的理想开关装置是除正常通断功能外，在使用断路器的情况下还能断开短路的开关设备。由于短路随时都有可能出现，需要尽快地对其加以限制和/或断开，因此，如果不采取预先限制措施，下一次电流过零时就无法有效断开短路。确切地说是必须直接进行至少一次的限流。

在机械式开关设备中，一般情况下是通过开关电弧产生具有限流作用的反电压。在灭弧室采取相应设计(冷却)的情况下，电弧在下一次电流过零时熄灭。在不具有机械式常开触点的电子开关设备中，不存在这种开关电弧。只有在可以消耗掉储存在电感中的能量的情况下，才能立即切断电流。尽管短路情况下负载的电感并不发生作用，但电源的电感中仍储存有大量能量。此时若迅速切断电流，就会引起很高的过压，从而导致断路器受损。

发明内容

本发明的目的是提供一种特别适当的开关电路和一种特别适合用来控制至少一个断路器的方法，其中，所述断路器用于通断负载。

根据本发明的开关电路，通过权利要求1的特征而实现。权利要求1的从属权利要求涉及的是有利的改进方案和实施方案。

本发明基于这样一种考虑：尽管用变阻器(即随电压变化的电阻器)或RC电路可以限制过压，但通过所谓的“箝位”，即将功率半导体正好控制成电压仍低于最大极限值的状态，也可达到限制过压的目的。但在此情况下，储存在功率半导体中的能量会被转化，成为功率半导体的额外负荷。

因此，本发明提供一种开关电路，包括至少一个用于通断负载的断路器。其中的“负载”主要指电感性负载，例如线圈、电动机或导线电感。由于通断电阻性负载或电容性负载时通常也会出现电源电感性阻抗，因此，本发明也可有利地应用于这类负载。

开关电路还具有一个电阻器，原则上最好为欧姆电阻器，因此，实际电阻的寄生电感可忽略不计。

此外，开关电路还具有一个晶闸管或一个三端双向可控硅开关。这些半导体器件的特征在于，其必须借助栅极电压触发，被触发后会自动保持导通状态。

因此，开关电路具有一种构件，用于根据所述至少一个断路器上的电压降对晶闸管或三端双向可控硅开关进行触发。为此，所述构件与断路器以及晶闸管的栅极或三端双向可控硅开关的栅极有效相连。这种构件优选是与上述栅极和断路器相连的一个或复数个电子元件。

在开关电路中，电阻器和晶闸管或三端双向可控硅开关以跨接所述至少一个断路器的连接方式连接。“跨接”指的是：根据断路器和晶闸管或三端双向可控硅开关的特定开关状态，电流可流经断路器或晶闸管或三端双向可控硅开关。

根据一种有利的实施方案，所述至少一个断路器与电感性负载直接相连。根据另一种有利建构方案，开关电路建构成既可通断交流电的正半波，也可通断交流电的负半波。

根据一种有利的进一步的特征，所述断路器与一个控制逻辑电路相连。举例而言，控制逻辑电路可以是必要时均配有驱动元件的门逻辑电路、微控制器或专用开关电路(ASIC)。通过所述构件而实现的晶闸管触发或三端双向可控硅开关触发特定而言与控制逻辑电路及其控制信号无关。

为此，控制逻辑电路在短路情况下将断开断路器。为此需在断路器上施加一个(例如)可使断路器变成高电阻器件的电位。其中，短路情况是一种偏离正常工作情况的故障情况，即流过断路器的电流超过了允许的极限值。为此，控制逻辑电路最好具有测量构件，所述测量构件用于测定流过断路器的短路电流。这种测量构件(例如)可借助电阻器或断路器内阻上的电压降来检测短路电流。

断路器合理地为一功率半导体。所述功率半导体的有利实施方案为场效应晶体管(FET)或绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor。

根据一种优选方案，电阻器与晶闸管或三端双向可控硅开关串联，因此，电阻器与晶闸管或三端双向可控硅开关直接导电相连。其中，可设置其他组件，这些组件连接在电阻器或晶闸管或三端双向可控硅开关的端子上，特定而言也连接在电阻器与晶闸管或三端双向可控硅开关之间的连接上。