专利名称：具有储能电路的故障电流保护开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种故障电流保护开关，以下称FI开关，其由一总变流器获得的释放机构的释放电压经储能电路输入，其中，称为存储电容器的电容器被充电，该电容器由一个过截继电器(或阈值开关)控制，该过截继电器在达到阈值后使存储电容器经一个其中设有释放机构的释放电路放电。在其中储有为释放机构的释放所需能量的储能电路的电容器，以下称存储电容器，在其充电和放电时，由一个过截继电器控制，在达到阈值后，该过截继电器使存储电容器经一个其中设有释放机构的释放电路放电。这种带有储能电路的FI开关，已经以不同的结构形式公开(如DE-A-3 129 277)。一般用齐纳二极管当作过截继电器或与电压有关的开关器件。虽然温度补偿的措施已公开(如DE-A-1 589 707)，但齐纳二极管实际上具有一个不可充分再现的并且与温度的关系较大的击穿电压。
为了开发小的FI开关，人们想尽可能缩小总变流器的横截面面积，在FI开关的额定故障电流尽可能小和初级线圈匝数尽可能等于1，即只有1根贯穿的导线的情况下，使过截继电器尽可能是高阻的，以便在次级绕组上不起次级负荷作用。据此，过截继电器不应起到平行于存储电容器的放电电阻的作用。用通常设在电路中的闸流管电极或用单结-晶体管做电子过截继电器迄今没有成为令人满意的技术方案。
本发明的目的在于开发一种FI开关，该FI开关在避免上述困难的同时可用于小的额定故障电流并能用小的总变流器可靠地工作。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种权利要求1所述的故障电流保护开关(FI开关)，其中，一个反向工作的晶体管装置被用作过截继电器。释放特性在很宽的温度范围内实际上与温度无关。其中，晶体管装置根据其布线可在其基极-发射极线路中反向并与存储电容器高阻联接地工作。
如果用作过截继电器的晶体管装置导通并且释放机构错误地没响应，则希望充电过程和放电过程重复。在一个作为释放机构的吸持磁铁释放器中，通过电路的相应设计，在存储电容器的一个放电过程结束时通过在吸持磁铁线圈上出现的换极电压切断晶体管装置的剩余保持电流是相宜的。
下面借助图示实施例对本发明作进一步说明。附图中
图1是FI开关的自总变流器的次级绕组起的次级回路，以一个晶体管装置作为过截继电器的基准组件，图2是图1所示FI开关的另一种晶体管装置，图3是以再一晶体管装置接入图1所示电路，图4是晶体管装置阈值电压微小地与温度相关的释放曲线，图5是与图4对比，一个传统的齐纳二极管与温度相关的电流-电压特性曲线。
图1所示的FI开关用一个总变流器工作，一个具有一存储电容器2，一个晶体管装置3和一释放机构4的次级回路与该总变流器的次级绕组1相联。特别是释放机构4可以为具有一释放绕组5的吸持磁铁装置。释放机构4能以传统方式对待保护的导线中的一开关锁和开关触点起作用。晶体管装置3基于其布线是反向工作的。晶体管装置可集成在一个芯片中。
在图1所示的实施例中，一个双向二极管6有利地平行于次级绕组1设置，该双向二极管把到达次级回路的瞬时电压限至或降至为电路所容纳的程度。一个电容器7和二极管8、9，在某种方式上还有存储电容器2形成一个已公知的倍压电路。次级绕组1的倍压加在存储电容器2上。如己公知的那样，可以有选择地设置一个电容器10，用以使次级回路与在次级绕组中感应的故障电流进行频率匹配。
基本上由晶体管11和12以及电阻13和14构成晶体管装置3的线路。可有利地设置一个电容器15，以便使FI开关的次级回路中的干扰信号短路。晶体管11和12设在一个正反馈电路中，电阻13和14负责晶体管装置3的高阻联接。由此，晶体管装置3在存储电容器2的充电过程中不会对存储电容器起负载的作用。可有利地以高的电流增益选择晶体管11和12。当在图1所示的实施例中为一个npn型晶体管结构的晶体管3反向导通时，电阻13上的电压降用来控制导通状态下的晶体管11。然后流经电阻14的电流导致一个电压降，该电压降控制晶体管12导通。然后有一个更大的电流流经电阻13，这是因为在导通状态下晶体管12上的电压降大大低于导通状态下晶体管装置3处沿反向控制的电压降。
如图4所示，沿反向工作的晶体管装置3在其约5.5V的击穿区中具有一个很陡的电流电压特性曲线并且在接近击穿电压时具有一个可忽略不计的反向电流。此外，如图4所示，击穿电压几乎与温度完全无关。
在图4中例举了一个反向工作的晶体管装置的电流-电压曲线，其横坐标为晶体管装置的发射极-基极电压(单位为伏)，其纵坐标为作为电压的函数的发射极-基极电流(单位为毫微安)。曲线16示出了在所谓常温，即+25℃时作为发射极基极电压的函数的发射极基极电流的变化。曲线17反映了+85℃时的变化，曲线18反映了-25℃时的变化，图4中的曲线为用一个MMBR 5179 LT1型的掺杂成npn结构的晶体管作为晶体管装置，其中，发射极-基极截止电压VEBO为2.5伏。有利之处在于，在实施例中5至5.5伏的击穿区中具有陡的电流-电压特性曲线，该电流-电压特性曲线也几乎与温度完全无关。人们克服了其他在一般的过截继电器中出现的各个元件存在的并与工作温度有关的击穿电压波动缺点。此外，这里所建议的FI开关具有一个至击穿电压时可忽略不计的反向电流。大部分传统类型的FI开关在+25℃常温下当截止电压大小为齐纳电压的75％时则具有几个微安的反向电流。在图5中示出了一个传统过截继电器的情况，其中，与图4相应的曲线标有一致的标号，但加撇。
图2示出了一个串联式的晶体管装置，可把该串联式晶体管装置加入图1中晶体管装置3所处的部位。
在图3中把一个pnp型的晶体管装置加入一个按图1所示的形式的电路中，就晶体管装置3而言，图1至图3所示的实施例只说明，用不同形式的晶体管装置是可能的。
在图1和图3所示的实施例中，正反馈的晶体管11、12的剩余保持电流在存储电容器2的一个放电过程结束时通过在吸持磁铁线圈5上出现的换极电压切断。为此，正反馈的晶体管的剩余保持电流，或者概况地说，以一个晶体管装置3做基准元件的过截断电器的剩余保持电流不能被超过。特别是在故障电流高的情况下，这本来是成问题的，因为过截继电器在被接合的情况下，次级电流可大于剩余保持电流，但另一方面不会大到足以释放吸持磁铁。在图1和图3所示的电路中，电流在放电电流断路时通过吸持磁铁线圈的换极电压被切断。如果在确定的故障电流形式中，比如在确定的脉动的直流故障电流中不能成功地做到这一点，则设置一个附加的、用于从次级绕组1退耦的电阻19是有利的。电阻19的设计规格要大到可从次级绕组进行充分退耦，而又不显著延长存储电容器的充电时间。用于退耦的电阻19也可有选择余地地特别是加在图1和图3用X标记标志的电路位置上。
权利要求
1.故障电流保护开关(FI开关)，其由一总变流器获得的释放机构的释放电压经储能电路输入，其中，称为存储电容器(2)的电容器被充电，该电容器由一个过截继电器控制，在达到阈值后该过截继电器使存储电容器(2)经一个其中设有释放机构(4)的释放电路放电，其特征在于，过截继电器具有一个反向工作的晶体管装置(3)，作为基准组件。
2.按照权利要求1所述的FI开关，其特征在于，晶体管装置(3)根据其布线可在其基极-发射极线路中反向并与存储电容器(2)高阻联接地工作。
3.按照权利要求1或2所述的FI开关，其特征在于，在过截继电器中，晶体管装置(3)对正反馈晶体管(11、12)起作用，在一个作为释放机构(4)的吸持磁铁释放器中，通过电路的相应设计在存储电容器(2)的一放电过程结束时，晶体管(11、12)的剩余保持电流通过在吸持磁铁线圈(5)上出现的换极电压被切断。
全文摘要
故障电流保护开关，简称FI开关，其由一总变流器获得的释放机构的释放电压经储能电路输入，其中，称为存储电容器(2)的电容器被充电，该电容器由一个过截继电器控制，在达到阈值后该过截继电器使存储电容器(2)经一个其中设有释放机构(4)的释放电路放电。其中规定，过截继电器具有一个反向工作的晶体管装置(3)，作为基准组件。
文档编号H02H1/06GK1127947SQ95116239
公开日1996年7月31日 申请日期1995年9月14日 优先权日1994年9月14日
发明者汉斯·奥特, 伯恩哈德·鲍尔 申请人:西门子公司