專利名稱：保護開關系統(tǒng)的制作方法
保護開關系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種具有用于開關負載的開關、尤其是可控制的功率 半導體的保護開關系統(tǒng)。在例如汽車或飛機的車船電網(wǎng)中，用于接通或關斷耗電設備的電 子元件越來越處于重要地位。為此，尤其是功率半導體形式的可控開 關被用來開關一個或多個負載或耗電設備。然而這種電子開關不是絕 對可靠的。主要可能出現(xiàn)兩種故障狀態(tài)，即使得主路徑(源極與漏極 之間)斷開的斷路情況，或者使主路徑短接的擊穿情況。因此，根據(jù) 所出現(xiàn)的故障狀態(tài)，所連接的負栽不是始終關斷就是始終接通。本發(fā)明的目的在于給出一種說明書開始處所述類型的保護開關系 統(tǒng)，它即使在條件苛刻的應用中，尤其是在電子開關發(fā)生故障時也能 開關負載。根據(jù)本發(fā)明，該任務由權利要求1所述特征完成。為此，保護開 關系統(tǒng)具有一個最好可控的開關，尤其是功率半導體形式的開關，為 了開關一個負載，所述開關被連接在一個電壓輸入端和一個負載輸出 端之間的電流路徑中。 一個附加的保護開關可在一個第一插接位置和 一個第二插接位置之間交替插接。這里在第一插接位置上保護開關與可控開關串聯(lián)連接，而在第二插接位置保護開關與最好是電子的開關 并聯(lián)連接。在第一插接位置，這時保護開關與開關形成一個串聯(lián)電路，保護 開關合乎目的地用作對開關和/或對負載的過流保護。當開關在故障狀 態(tài)下?lián)舸┎亩搪窌r也給出過流保護。保護開關在后面也被稱為主電流路徑的電流路徑中的第 一插接位 置可以設置在開關的供電側或負載側。在所述的第一種情況下最好形
成第一插接位置的插座接在開關的前面。在所述的第二種情況下形成 第 一插接位置的插座接在開關的后面。在第二插接位置上，在下述情況下保護開關可以完成對負載或耗電設備的供電開關由于斷路不能再通過主電流路徑進行供電或者確 保供電。形成第二插接位置的插座合乎目的地與開關并聯(lián)連接在電壓 輸入端與電壓輸出端之間。這里第二插座在下述情況下形成對主電流 路徑的旁路電流路徑保護開關被插入到這個形成第二插接位置的插 座中。這里合理的是插座按照在車船電網(wǎng)中常用的扁平安全插座的形式 設計成扁平插座。相應地保護開關也以扁平插頭的形式設計為具有兩 個扁平插頭，所述插頭在一個開關盒中通過一個熱斷路器、特別是通 過碰片式雙金屬片形式的熱斷路器進行搭接，并且導電地相互連接。 所述雙金屬片在此固定在兩個扁平插頭中的一個上，并與另一個扁平 插頭處于接觸重疊狀態(tài)。如果在過流或短路情況下超過了一個可預置 的電流閾值，則起過流保護開關作用的保護開關熱斷路，其實現(xiàn)方式 是通過雙金屬片的彎曲使之與相應扁平插頭的重疊狀態(tài)斷開從而不再接觸。這種過流保護開關已由DE 19856707 Al和EP 1151692 A2^^開。護開關，其中在斷開狀態(tài)下在二金屬片與相i的扁平插頭之間的重疊 區(qū)域內(nèi)插入一個施加彈力的絕緣片，它可以通過按鈕手動地再次移動 到其出發(fā)位置。替代這個通過按鈕操作的過流保護開關，也可以采用 無按鈕和/或滑片的過流保護開關作為保護開關。合理的是，所述開關是一個開關半導體，尤其是MOS場效應晶 體管(MOSFET)。此開關也可以是一個所謂的IGBT (絕緣柵雙極晶 體管)或達林登晶體管。這個開關半導體合乎目的地在保護開關系統(tǒng) 中借助一個控制裝置來控制。為此，該控制裝置具有一個控制輸出， 它被送到作為率半導體實現(xiàn)的開關的柵極?？刂蒲b置在一個具有優(yōu)點的實施例中具有一個總線接口。構成開
關的功率半導體也可直接通過一個總線系統(tǒng)、例如CAN總線(控制 器局部網(wǎng))的總線接口被控制。因此保護開關系統(tǒng)也適用于具有多個電流回路的電流分配系統(tǒng)。 這種電流分配系統(tǒng)(它最好可用在一個直流低壓電網(wǎng)中)特別是已由 EP 1186086 Bl公開。如果在這種電流分配系統(tǒng)中為每個電流回路分 配一個本發(fā)明所述的保護開關系統(tǒng)，則借助于可交替插接的保護開關 為借助所述開關切換的輸出級(在該輸出級上連接有相應的負載)提 供了應急電路，作為附加的安全保證。下面借助附圖
詳細說明本發(fā)明的一個實施例。其中唯一的一個附 圖簡要示出了 一個保護開關系統(tǒng)的電路原理圖，該系統(tǒng)具有一個可控 的功率開關和一個可交替插接的保護開關。保護開關系統(tǒng)1包括一個功率半導體2形式的可控開關。這個開 關最好是一個MOS場效應晶體管，它與一個空轉二極管3相連接。功率開關2連接在一個電壓輸入端(線路)5與一個負載輸出端 (負載)6之間的電流路徑4中。保護開關系統(tǒng)的輸入電壓Uv處在低 壓范圍內(nèi)，例如為24V直流或48V直流。輸出側在負載輸出端6相對 于地(GROUND) 8連接有一個負載或一個耗電設備7。所示實施例中，在電流路徑4內(nèi)， 一個保護開關9連接在功率開 關2前面的漏極側。這個保護開關9例如是由DE 19856707 Al或EP 0151692所公開的扁平插頭形式的熱過流保護開關?？梢钥吹?， 一個 雙金屬片10作為保護開關9的熱斷路元件。此外還可以看到，借助于 一個按鈕或手動釋放元件11對保護開關9進行手動操作。保護開關9被插入到一個插座12中，其第一插座接點12a與功率 開關2的柵極側相連接。與之相對的第二插座接點12b與保護開關系 統(tǒng)1的電壓輸入端5相連接。插座12形成第一接插位置13，在該位 置中保護開關9與功率開關2構成串聯(lián)電路。在這個插接位置13，保 護開關9保護負載7不過載，尤其是在功率開關2發(fā)生故障或短路的 情況下。
當功率開關2正常工作時，它同樣由保護開關9所保護而不過載。 這個過載保護功能當?shù)?一插接位置13在主電流路徑4內(nèi)功率半導體與 負載輸出端6之間實現(xiàn)時也能保證。在這種情況下，保護開關9接在 功率開關2后面的源極側。一個旁路電流路徑14形成在電壓輸入端5和負載輸出端6之間， 在這個路徑中實現(xiàn)了保護開關9的第二插接位置15。這個第二插接位 置15也由一個與第一插座12相對應的扁平插座12，構成。它的一個 插座接點12，b也連接到電壓輸入端5,而與之相對的插座接點12，a 直接連接到負載輸出端6。因此旁路電流路徑14與由功率開關2和形 成第一插接位置13的插座12所組成的串聯(lián)電路相并聯(lián)。保護開關系統(tǒng)1的旁路電流路徑14用作在下述情況下對負載7 供給電流或電壓的應急功能主電流路徑4由于功率開關2出現(xiàn)故障 而斷開。如果功率半導體2的漏源間通路中斷或絕緣，則會出現(xiàn)這種 故障情況。在這種情況下，通過主電流路徑4供電的負載7實際上被 斷開。為了繼續(xù)給負載或耗電設備7施加供電電壓Uv并從而可對負載7 供應電流，保護開關9從第一插接位置13換插到第二插接位置15。 于是電流供給通過旁路電流路徑14進行。同時也保證了耗電設備7 的過載保護，因為保護開關9被設計成熱過流保護開關。功率開關2的控制借助于一個控制裝置16完成，其控制輸出端 17連接到功率半導體2的控制輸入端(柵級)。控制裝置16還具有一 個總線接口 18，用于將保護開關系統(tǒng)l連接到一個總線系統(tǒng)上。通過總線接口或總線連接18可以實現(xiàn)保護開關系統(tǒng)1與上級控制 或診斷系統(tǒng)的通信，其中功率開關2通過這種總線系統(tǒng)、例如借助于 CAN總線通信，直接或通過控制裝置16接收相應的用于開關負載7 的控制信號和/或尤其是在故障情況下將診斷數(shù)據(jù)發(fā)送到上級控制和 診斷裝置。從而通過這個總線接口 18可以實現(xiàn)保護開關系統(tǒng)1與上級 控制或診斷裝置之間的數(shù)據(jù)交換，用于開關、保護和監(jiān)測負載7并用 于故障和/或狀態(tài)報告。
附圖標記列表1 保護開關系統(tǒng)2 開關3 空轉二極管4 電流路徑5 電壓輸入端6 負載輸出端7 耗電設備8 地9 保護開關10 雙金屬片11 手動釋放元件12 插座12a第一插座接點 12b第二插座接點 12，插座 12，a插座接點 12，b插座接點 13第一插接位置 14 旁路電流路徑 15第二插接位置 16控制裝置 17控制輸出 18 總線接口 Uv輸入電壓
權利要求
1.一種保護開關系統(tǒng)(1)，其具有開關(2)、尤其是可控功率半導體形式的開關，為了開關負載(7)，所述開關被連接在電壓輸入端(5)與負載輸出端(6)之間的電流路徑(4)中，還具有一個保護開關(9)，所述保護開關可以在一個與開關(2)形成串聯(lián)電路的第一插接位置(13)和一個與開關(2)形成并聯(lián)電路的第二插接位置(15)之間交替插接。
2. 如權利要求l所述的保護開關系統(tǒng)(l)，其特征在于，形成第 一插接位置(13)的插座(12)連接在開關(2)的前面。
3. 如權利要求1或2所述的保護開關系統(tǒng)(1),其特征在于，形 成第二插接位置(15)的插座(12，)與開關(2)并聯(lián)地連接在電壓 輸入端(5)和負載輸出端(6)之間。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的保護開關系統(tǒng)(1),其特征 在于，開關(2)是場效應晶體管(FET),尤其是MOS場效應晶體 管(MOSFET)。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的保護開關系統(tǒng)(1 )，其特征 在于，保護開關(9)是一個熱過流保護開關。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的保護開關系統(tǒng)(1 )，其特征 在于，具有用于控制所述開關(2)的控制裝置(16)。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的保護開關系統(tǒng)(1 )，其特征 在于，具有用于通過總線系統(tǒng)控制所述開關(2)的總線接口 (18)。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的保護開關系統(tǒng)(1 )，其特征 在于，在第一插接位置(13)上，保護開關(9)用作過載保護。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的保護開關系統(tǒng)(1 )，其特征 在于，在第二插接位置(15)上，保護開關(9)構成用于接通和關斷 負載(7)的旁路電流路徑(14)。
10. —種具有多個電流回路的電流分配系統(tǒng)，其中每個電流回路 分別具有一個如權利要求1至9中任一項所述的保護開關系統(tǒng)(1 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有開關(2)、尤其是可控功率半導體形式的開關的保護開關系統(tǒng)(1)，為了開關一個負載(7)，所述開關被連接在電壓輸入端(5)與負載輸出端(6)之間的電流路徑(4)中，還具有一個保護開關(9)，它可以在一個與開關(2)形成串聯(lián)電路的第一插接位置(13)和一個與開關(2)形成并聯(lián)電路的第二插接位置(15)之間交替插接。
文檔編號H02H3/087GK101164212SQ200680013459
公開日2008年4月16日 申請日期2006年5月4日 優(yōu)先權日2005年5月6日
發(fā)明者弗雷德·策爾斯 申請人:埃倫貝格爾及珀恩斯根有限公司