专利名称：保护开关系统的制作方法
保护开关系统本发明涉及一种具有用于开关负载的开关、尤其是可控制的功率 半导体的保护开关系统。在例如汽车或飞机的车船电网中，用于接通或关断耗电设备的电 子元件越来越处于重要地位。为此，尤其是功率半导体形式的可控开 关被用来开关一个或多个负载或耗电设备。然而这种电子开关不是绝 对可靠的。主要可能出现两种故障状态，即使得主路径(源极与漏极 之间)断开的断路情况，或者使主路径短接的击穿情况。因此，根据 所出现的故障状态，所连接的负栽不是始终关断就是始终接通。本发明的目的在于给出一种说明书开始处所述类型的保护开关系 统，它即使在条件苛刻的应用中，尤其是在电子开关发生故障时也能 开关负载。根据本发明，该任务由权利要求1所述特征完成。为此，保护开 关系统具有一个最好可控的开关，尤其是功率半导体形式的开关，为 了开关一个负载，所述开关被连接在一个电压输入端和一个负载输出 端之间的电流路径中。 一个附加的保护开关可在一个第一插接位置和 一个第二插接位置之间交替插接。这里在第一插接位置上保护开关与可控开关串联连接，而在第二插接位置保护开关与最好是电子的开关 并联连接。在第一插接位置，这时保护开关与开关形成一个串联电路，保护 开关合乎目的地用作对开关和/或对负载的过流保护。当开关在故障状 态下击穿并从而短路时也给出过流保护。保护开关在后面也被称为主电流路径的电流路径中的第 一插接位 置可以设置在开关的供电側或负载侧。在所述的第一种情况下最好形
成第一插接位置的插座接在开关的前面。在所述的第二种情况下形成 第 一插接位置的插座接在开关的后面。在第二插接位置上，在下述情况下保护开关可以完成对负载或耗电设备的供电开关由于断路不能再通过主电流路径进行供电或者确 保供电。形成第二插接位置的插座合乎目的地与开关并联连接在电压 输入端与电压输出端之间。这里第二插座在下述情况下形成对主电流 路径的旁路电流路径保护开关被插入到这个形成第二插接位置的插 座中。这里合理的是插座按照在车船电网中常用的扁平安全插座的形式 设计成扁平插座。相应地保护开关也以扁平插头的形式设计为具有两 个扁平插头，所述插头在一个开关盒中通过一个热断路器、特别是通 过碰片式双金属片形式的热断路器进行搭接，并且导电地相互连接。 所述双金属片在此固定在两个扁平插头中的一个上，并与另一个扁平 插头处于接触重叠状态。如果在过流或短路情况下超过了一个可预置 的电流阈值，则起过流保护开关作用的保护开关热断路，其实现方式 是通过双金属片的弯曲使之与相应扁平插头的重叠状态断开从而不再接触。这种过流保护开关已由DE 19856707 Al和EP 1151692 A2^^开。护开关，其中在断开状态下在二金属片与相i的扁平插头之间的重叠 区域内插入一个施加弹力的绝缘片，它可以通过按钮手动地再次移动 到其出发位置。替代这个通过按钮操作的过流保护开关，也可以采用 无按钮和/或滑片的过流保护开关作为保护开关。合理的是，所述开关是一个开关半导体，尤其是MOS场效应晶 体管(MOSFET)。此开关也可以是一个所谓的IGBT (绝缘栅双极晶 体管)或达林登晶体管。这个开关半导体合乎目的地在保护开关系统 中借助一个控制装置来控制。为此，该控制装置具有一个控制输出， 它被送到作为率半导体实现的开关的栅极。控制装置在一个具有优点的实施例中具有一个总线接口。构成开
关的功率半导体也可直接通过一个总线系统、例如CAN总线(控制 器局部网)的总线接口被控制。因此保护开关系统也适用于具有多个电流回路的电流分配系统。 这种电流分配系统(它最好可用在一个直流低压电网中)特别是已由 EP 1186086 Bl公开。如果在这种电流分配系统中为每个电流回路分 配一个本发明所述的保护开关系统，则借助于可交替插接的保护开关 为借助所述开关切换的输出级(在该输出级上连接有相应的负载)提 供了应急电路，作为附加的安全保证。下面借助附图
详细说明本发明的一个实施例。其中唯一的一个附 图简要示出了 一个保护开关系统的电路原理图，该系统具有一个可控 的功率开关和一个可交替插接的保护开关。保护开关系统1包括一个功率半导体2形式的可控开关。这个开 关最好是一个MOS场效应晶体管，它与一个空转二极管3相连接。功率开关2连接在一个电压输入端(线路)5与一个负载输出端 (负载)6之间的电流路径4中。保护开关系统的输入电压Uv处在低 压范围内，例如为24V直流或48V直流。输出侧在负载输出端6相对 于地(GROUND) 8连接有一个负载或一个耗电设备7。所示实施例中，在电流路径4内， 一个保护开关9连接在功率开 关2前面的漏极侧。这个保护开关9例如是由DE 19856707 Al或EP 0151692所公开的扁平插头形式的热过流保护开关。可以看到， 一个 双金属片10作为保护开关9的热断路元件。此外还可以看到，借助于 一个按钮或手动释放元件11对保护开关9进行手动操作。保护开关9被插入到一个插座12中，其第一插座接点12a与功率 开关2的栅极侧相连接。与之相对的第二插座接点12b与保护开关系 统1的电压输入端5相连接。插座12形成第一接插位置13，在该位 置中保护开关9与功率开关2构成串联电路。在这个插接位置13，保 护开关9保护负载7不过载，尤其是在功率开关2发生故障或短路的 情况下。
当功率开关2正常工作时，它同样由保护开关9所保护而不过载。 这个过载保护功能当第 一插接位置13在主电流路径4内功率半导体与 负载输出端6之间实现时也能保证。在这种情况下，保护开关9接在 功率开关2后面的源极侧。一个旁路电流路径14形成在电压输入端5和负载输出端6之间， 在这个路径中实现了保护开关9的第二插接位置15。这个第二插接位 置15也由一个与第一插座12相对应的扁平插座12，构成。它的一个 插座接点12，b也连接到电压输入端5,而与之相对的插座接点12，a 直接连接到负载输出端6。因此旁路电流路径14与由功率开关2和形 成第一插接位置13的插座12所组成的串联电路相并联。保护开关系统1的旁路电流路径14用作在下述情况下对负载7 供给电流或电压的应急功能主电流路径4由于功率开关2出现故障 而断开。如果功率半导体2的漏源间通路中断或绝缘，则会出现这种 故障情况。在这种情况下，通过主电流路径4供电的负载7实际上被 断开。为了继续给负载或耗电设备7施加供电电压Uv并从而可对负载7 供应电流，保护开关9从第一插接位置13换插到第二插接位置15。 于是电流供给通过旁路电流路径14进行。同时也保证了耗电设备7 的过载保护，因为保护开关9被设计成热过流保护开关。功率开关2的控制借助于一个控制装置16完成，其控制输出端 17连接到功率半导体2的控制输入端(栅级)。控制装置16还具有一 个总线接口 18，用于将保护开关系统l连接到一个总线系统上。通过总线接口或总线连接18可以实现保护开关系统1与上级控制 或诊断系统的通信，其中功率开关2通过这种总线系统、例如借助于 CAN总线通信，直接或通过控制装置16接收相应的用于开关负载7 的控制信号和/或尤其是在故障情况下将诊断数据发送到上级控制和 诊断装置。从而通过这个总线接口 18可以实现保护开关系统1与上级 控制或诊断装置之间的数据交换，用于开关、保护和监测负载7并用 于故障和/或状态报告。
附图标记列表1 保护开关系统2 开关3 空转二极管4 电流路径5 电压输入端6 负载输出端7 耗电设备8 地9 保护开关10 双金属片11 手动释放元件12 插座12a第一插座接点 12b第二插座接点 12，插座 12，a插座接点 12，b插座接点 13第一插接位置 14 旁路电流路径 15第二插接位置 16控制装置 17控制输出 18 总线接口 Uv输入电压
权利要求
1.一种保护开关系统(1)，其具有开关(2)、尤其是可控功率半导体形式的开关，为了开关负载(7)，所述开关被连接在电压输入端(5)与负载输出端(6)之间的电流路径(4)中，还具有一个保护开关(9)，所述保护开关可以在一个与开关(2)形成串联电路的第一插接位置(13)和一个与开关(2)形成并联电路的第二插接位置(15)之间交替插接。
2. 如权利要求l所述的保护开关系统(l)，其特征在于，形成第 一插接位置(13)的插座(12)连接在开关(2)的前面。
3. 如权利要求1或2所述的保护开关系统(1),其特征在于，形 成第二插接位置(15)的插座(12，)与开关(2)并联地连接在电压 输入端(5)和负载输出端(6)之间。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的保护开关系统(1),其特征 在于，开关(2)是场效应晶体管(FET),尤其是MOS场效应晶体 管(MOSFET)。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的保护开关系统(1 )，其特征 在于，保护开关(9)是一个热过流保护开关。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的保护开关系统(1 )，其特征 在于，具有用于控制所述开关(2)的控制装置(16)。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的保护开关系统(1 )，其特征 在于，具有用于通过总线系统控制所述开关(2)的总线接口 (18)。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的保护开关系统(1 )，其特征 在于，在第一插接位置(13)上，保护开关(9)用作过载保护。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的保护开关系统(1 )，其特征 在于，在第二插接位置(15)上，保护开关(9)构成用于接通和关断 负载(7)的旁路电流路径(14)。
10. —种具有多个电流回路的电流分配系统，其中每个电流回路 分别具有一个如权利要求1至9中任一项所述的保护开关系统(1 )。
全文摘要
本发明涉及一种具有开关(2)、尤其是可控功率半导体形式的开关的保护开关系统(1)，为了开关一个负载(7)，所述开关被连接在电压输入端(5)与负载输出端(6)之间的电流路径(4)中，还具有一个保护开关(9)，它可以在一个与开关(2)形成串联电路的第一插接位置(13)和一个与开关(2)形成并联电路的第二插接位置(15)之间交替插接。
文档编号H02H3/087GK101164212SQ200680013459
公开日2008年4月16日 申请日期2006年5月4日 优先权日2005年5月6日
发明者弗雷德·策尔斯 申请人:埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司