特許 7264920 電気エネルギーの過電流および過電圧保護された移送のための多段保護装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-17

(45)【発行日】2023-04-25

(54)【発明の名称】電気エネルギーの過電流および過電圧保護された移送のための多段保護装置

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/08 20060101AFI20230418BHJP

   H02H 3/20 20060101ALI20230418BHJP

   H02H 3/00 20060101ALI20230418BHJP

【ＦＩ】

H02H3/08 P

H02H3/20 A

H02H3/00 M

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020567580

(86)(22)【出願日】2019-05-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-07

(86)【国際出願番号】 EP2019063234

(87)【国際公開番号】W WO2019238369

(87)【国際公開日】2019-12-19

【審査請求日】2021-01-25

(31)【優先権主張番号】BE2018/5391

(32)【優先日】2018-06-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BE

(73)【特許権者】

【識別番号】504019733

【氏名又は名称】フェニックス コンタクト ゲーエムベーハー ウント コムパニー カーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ブランケ ヨルク

【審査官】右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０４３８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９９０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３３４９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１８７４６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１２－５１６６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０４１３４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５４－０２５４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４９３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－０８５８２２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１６５３４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ ３／０８

Ｈ０２Ｈ ３／２０

Ｈ０２Ｈ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧端子（１０１）から電気負荷（１０３）への電気エネルギーの過電流および過電圧保護された伝達のための保護装置（１００）であって、前記電圧端子（１０１）が２つの極を有し、
前記電圧端子（１０１）から前記電気負荷（１０３）への線路電流の流れを、線路電流強度が第１の電流強度制限値に達すると遮断するように適合された第１のヒューズ回路（１０５）と、
前記第１のヒューズ回路（１０５）の下流かつ前記電気負荷（１０３）の上流に接続された過電圧保護回路（１０７）であり、前記第１のヒューズ回路（１０５）における電圧の第１の電圧制限値に達すると、前記第１の電流強度制限値に達する線路電流を強制的に流すために、前記電圧端子（１０１）の前記極を導電的に接続するように適合されている、過電圧保護回路（１０７）と、
前記過電圧保護回路（１０７）の下流かつ前記電気負荷（１０３）の上流に接続された第２のヒューズ回路（１０９）であり、前記第２のヒューズ回路（１０９）の電圧の第２の電圧制限値に達すると前記電圧端子（１０１）の前記極を導電的に接続するために、前記過電圧保護回路（１０７）を作動させるようにも適合され、前記第２の電圧制限値が前記電気負荷（１０３）の公称電圧に応じて決定される、第２のヒューズ回路（１０９）と、
を備え、
前記第１のヒューズ回路（１０５）および前記第２のヒューズ回路（１０９）がそれぞれ、過電流保護ヒューズ（１２３、１２５）を有し、前記過電流保護ヒューズ（１２３、１２５）が、前記第１の電流強度制限値もしくは第２の電流強度制限値に達したとき、前記電圧端子（１０１）と前記電気負荷（１０３）との間の電気的接続を切断するように適合され、
前記第２のヒューズ回路（１０９）が、さらなるスイッチ入力（１２９）およびさらなるスイッチ出力（１３１）を有するさらなる電圧制限スイッチ（１２７）を有し、前記さらなる電圧制限スイッチ（１２７）が前記過電流保護ヒューズ（１２５）の前記さらなるスイッチ入力（１２９）と下流または上流で接続され、前記さらなるスイッチ出力（１３１）が制御入力（１１３）に接続され、前記さらなる電圧制限スイッチ（１２７）が、前記第２のヒューズ回路（１０９）に印加された電圧が前記第２の電圧制限値に達すると、前記さらなるスイッチ出力（１３１）において前記過電圧保護回路（１０７）をトリップするための制御信号を提供するように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項2】

請求項１に記載の保護装置（１００）であって、前記第２のヒューズ回路（１０９）が、前記線路電流が前記第２の電流強度制限値に達すると前記線路電流の流れを遮断するように適合され、前記第２の電流強度制限値が前記電気負荷（１０３）の公称電流強度に応じて決定されることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項3】

請求項１または２に記載の保護装置（１００）であって、前記第２のヒューズ回路（１０９）が、それぞれが前記電気負荷（１０３）の上流に接続された複数の電圧制限値スイッチ（１２７、３０１）を備え、前記それぞれの電圧制限値スイッチ（１２７、３０１）が、前記電圧端子（１０１）の前記極を導電的に接続するために、前記それぞれの電圧制限値スイッチ（１２７、３０１）において電圧のそれぞれの電圧制限値に達すると前記過電圧保護回路（１０７）を制御するように適合され、前記それぞれの電圧制限値が前記電気負荷（１０３）の公称電圧に応じて決定されることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の保護装置（１００）であって、前記過電圧保護回路（１０７）が、前記過電圧保護回路（１０７）を通って流れる前記線路電流が最小レベルを下回ると、前記電圧端子（１０１）の前記極の導電的接続を遮断するように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の保護装置（１００）であって、前記過電圧保護回路（１０７）が、前記電圧端子（１０１）の前記極に電気的に並列に接続された、前記制御入力（１１３）を備える半導体スイッチ（１１１）を備え、前記半導体スイッチ（１１１）が、前記制御入力（１１３）に印加される制御信号によって前記電圧端子（１０１）の前記極を導電的に接続し、線路電流強度が最小電流強度値を下回ると、前記電圧端子（１０１）の前記極間の導電的接続を遮断するように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項6】

請求項５に記載の保護装置（１００）であって、前記半導体スイッチ（１１１）がサイリスタまたはトランジスタによって形成されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項7】

請求項５または６に記載の保護装置（１００）であって、前記過電圧保護回路（１０７）がスイッチ入力（１１７）およびスイッチ出力（１１９）を有する電圧制限スイッチ（１１５）を有し、前記電圧制限スイッチ（１１５）が前記スイッチ入力（１１７）を介して前記第１のヒューズ回路（１０５）の下流に接続され、前記スイッチ出力（１１９）を介して前記半導体スイッチ（１１１）の前記制御入力（１１３）に接続され、前記電圧制限スイッチ（１１５）が前記第１のヒューズ回路（１０５）における前記電圧が前記第１の電圧制限値に達すると、前記スイッチ出力（１１９）において制御信号を提供するように形成されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項8】

請求項７に記載の保護装置（１００）であって、前記電圧制限スイッチ（１１５）がＺダイオードおよび／またはユニポーラ過電圧保護によって形成されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項9】

請求項７または８に記載の保護装置（１００）であって、前記過電圧保護回路（１０７）が、前記電圧制限スイッチ（１１５）の前記スイッチ出力（１１９）の下流に接続された、前記電圧制限スイッチ（１１５）と共に前記電圧端子（１０１）の前記極に電気的に並列に配置された抵抗器（１２１）を備え、前記制御入力（１１３）が、前記電圧制限スイッチ（１１５）の前記スイッチ出力（１１９）および前記抵抗器（１２１）に接続され、前記抵抗器（１２１）が、前記半導体スイッチ（１１１）を切り替えるために、前記制御入力（１１３）において前記電圧制限スイッチ（１１５）が切り替えられると、制御信号を、特に前記電圧端子（１０１）の前記電圧の一部の形態で提供するように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の保護装置（１００）であって、前記さらなるスイッチ出力（１３１）の後に抵抗器が続き、前記抵抗器を介して前記さらなる電圧制限スイッチ（１２７）を前記電圧端子（１０１）の一方の極に接続することができることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項11】

請求項１０に記載の保護装置（１００）であって、前記過電圧保護回路（１０７）が、前記過電圧保護回路（１０７）を前記さらなる電圧制限スイッチ（１２７）によってトリップさせると、前記電気負荷（１０３）に印加される電圧が前記さらなる電圧制限値スイッチ（１２７）の前記第２の電圧制限値を超えて上昇するのを防止するように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１項に記載の保護装置（１００）であって、前記第１のヒューズ回路（１０５）および／または前記第２のヒューズ回路（１０９）が、前記電気負荷（１０３）を遮断するために、前記第１の電流強度制限値を上回る、および／または前記第２の電流強度制限値を上回る電流強度で前記線路電流を流すことを可能にするように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１項に記載の保護装置（１００）であって、前記第１のヒューズ回路（１０５）および／または前記第２のヒューズ回路（１０９）が、構成要素および／または周囲温度を検出し、前記構成要素および／または周囲温度が温度制限値に達すると、前記過電圧保護回路（１０７）をトリップさせ、および／または電流が前記電圧端子（１０１）から前記電気負荷（１０３）に流れるのを遮断するように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか１項に記載の保護装置（１００）であって、前記第２のヒューズ回路（１０９）が、前記電気負荷（１０３）に低減された最大電力を提供するように適合され、前記低減された最大電力が、線路電流強度を前記第２の電流強度制限値に制限し、かつ前記第２のヒューズ回路（１０９）に印加される電圧を前記第２の電圧制限値に制限することによって、前記第１のヒューズ回路（１０５）および前記過電圧保護回路（１０７）から構成される複合体に関して、低減されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか１項に記載の保護装置（１００）であって、電源が前記第１のヒューズ回路（１０５）および／または前記過電圧保護回路（１０７）の下流に接続され、前記電源が前記第２のヒューズ回路（１０９）の上流に接続され、前記電圧端子（１０１）の前記電圧と比較して増加または減少した電圧を前記第２のヒューズ回路（１０９）に提供するように適合されていることを特徴とする保護装置（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電圧端子から電気負荷への電気エネルギーの過電流および過電圧保護された伝達のための保護装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電流強度、電圧および／または電力を制限するための保護装置は、通常、それぞれ所定の制限値を上回る電流強度、電圧および／または電力から下流の電気部品を保護するために、絶縁増幅器において使用される。これに対応して、保護装置の下流に接続されている電気部品の最大定格データを有利に減らすことができる。爆発保護の要件を満たすために、保護装置を使用して、電圧端子から電気負荷を安全に切断することもできる。

【0003】

保護装置は、通常、過電流保護装置と、過電流保護装置の下流に接続された過電圧保護装置と、を有する。過電圧保護は、電圧制限値に達すると電圧を短絡させることができ、それにより、短絡電流が過電流ヒューズを通って流れ、過電流ヒューズは、その後、電流強度制限値に達すると電流の流れを遮断するためにトリガーされ得る。不利なことに、電流強度制限値に応じて、および／または電圧制限値に応じて下流の電気部品の寸法決めをすることが必要な場合がある。したがって、電気部品は、電流強度および／または電圧制限値未満での動作には必要でない、増加した部品寸法ならびに増加した公称電流強度および／または増加した定格電圧を有する可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の目的は、電気部品を保護装置の下流に接続することを可能にするより効率的な保護装置を提供することであり、これらの電気部品を異なる公称電圧に適合させることができる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本目的は、独立請求項の特徴によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項、明細書、および添付図の主題である。

【0006】

本開示は、第１の過電流および過電圧ヒューズに加えて、追加の第２の過電流および／または過電圧ヒューズを含む保護装置によって上記の目的が達成され得るという知見に基づく。特に、第２のヒューズは、第１のヒューズの下流に接続することができ、前記第２のヒューズは、第１のヒューズよりも低い定格電流強度でトリップする。その結果、電気負荷を過電圧装置によって引き起こされる短絡電流よりも小さい過電流からも保護することができる。第１の過電圧保護装置および追加の過電流保護装置は、２つの別々の電圧制限値スイッチ、特に異なるサイズのＺダイオードによってトリップさせることができるクランプ回路とすることができる。

【0007】

第１の態様によると、本開示は、電圧端子から電気負荷への電気エネルギーの過電流および過電圧保護された伝達のための保護装置に関し、電圧端子は、２つの極（ｐｏｌｅｓ）を有する。保護装置は、電圧端子から電気負荷への線路電流の流れを、前記線路電流が第１の電流強度制限値に達すると遮断するように適合された第１のヒューズ回路を備える。さらに、保護装置は、第１のヒューズ回路の下流かつ電気負荷の上流に接続された過電圧保護回路を含む。過電圧保護回路は、第１の電流強度制限値に達する線路電流を強制的に流し、それによって第１のヒューズ回路をトリップさせるために、第１のヒューズ回路において電圧の第１の電圧制限値に達すると電圧端子の極を導電的に接続するように、特に、それらの極を低抵抗で接続または短絡させるように適合されている。さらに、保護装置は、過電圧保護回路の下流かつ電気負荷の上流に接続された第２のヒューズ回路を含む。第２のヒューズ回路は、電圧端子の極を導電的に接続するために、第２のヒューズ回路における電圧の第２の電圧制限値に達すると過電圧保護回路を作動させるように適合されている。第２の電圧制限値は、電気負荷の公称電圧に応じて決定することができる。さらに、第２の電圧制限値は、負荷の公称電力消費および／または公称電流消費に依存することができる。

【0008】

それぞれのヒューズ回路のそれぞれの電圧は、それぞれの負荷が電気的に接続されているそれぞれのヒューズ回路のノードで取り出す（ｔａｐ）ことができる。

【0009】

保護装置の電圧端子は、特に、エネルギー供給ネットワークから電気エネルギーを供給され、第１のヒューズ回路の上流に接続され、第１のヒューズ回路に電気エネルギーを供給する回路によって形成することができる。この中間段は、例えば、スイッチモード電源および／または電圧変換器とすることができる。

【0010】

第２の電流強度制限値は、第１の電流強度制限値よりも小さくすることができる。特に、電圧端子の電圧の電圧変換が第１のヒューズ回路と第２のヒューズ回路との間に設けられていない場合、第２のヒューズ回路の下流に接続された電気負荷は、比較的低い電流強度制限値を有することができ、それに対応して高い費用対効果でおよび／またはより小さく製造することができる。

【0011】

さらに、電圧端子の電圧を昇圧または降圧するように適合された変圧器を、第１のヒューズ回路と第２のヒューズ回路との間に配置することができる。変圧器は、例えば、電圧を２４Ｖから５Ｖに低減させるように適合させることができる。第２のヒューズ回路の下流に接続された電気負荷は、第２の電流強度制限値が第１の電流強度制限値より大きくなり得るように、第１のヒューズ回路よりも高い電流強度に適合させることができる。また、第２の電圧制限値は、第１の電圧制限値よりも小さくても大きくてもよい。

【0012】

したがって、第２のヒューズ回路は、誤動作、特に第２のヒューズ回路の上流に接続されているスイッチング段の過電圧の場合に、過電圧保護回路をトリップさせることができる。

【0013】

保護装置は、過電流ヒューズとクランプ回路（クローバー（ｃｒｏｗｂａｒ））との組合せとすることができ、これにより、電気負荷に許容される電流強度を上回る電流強度を有する電流の流れ、および／または電気負荷に許容される電圧を上回る電圧の存在に対して電気負荷の安全を確保することができる。特に、電流強度と電圧の制限とを組み合わせることで、負荷が変換することができる最大電力も規定することができる。

【0014】

さらに、保護装置は、下流の電気部品の最大定格データを低減させることができるように、例えば、絶縁増幅器の信号入力に配置することができる。さらに、保護装置は、下流の電気部品が潜在的に爆発性の環境および／または雰囲気で動作することを可能にするために、爆発保護を形成することができる。

【0015】

保護装置は、保護装置の下流の所定の電流強度、電圧、および／または電力値を予想することができるように、電気負荷のエネルギー供給部の下流に接続することができる。これに対応して、保護装置の下流に接続された電子回路は、電圧レベルが低減することが予想され得るため、より小さい空隙距離および／または沿面距離を有することができる。

【0016】

第１のヒューズ回路の下流に第２のヒューズ回路を配置することにより、特に、予想される電圧を低くすることができるため、単一段の安全装置と比較して、クリアランスおよび沿面距離を大幅に減らすことができるという利点を達成することができる。第２のセキュリティ回路は、第１のセキュリティ回路と比較して部品寸法が低減されたチップヒューズとして実装することができる。さらに、第２のヒューズ回路の下流に接続された電気部品は、第１のヒューズ回路の下流の配置と比較して、部品寸法が低減し、および／または性能データが減少する可能性がある。

【0017】

一実施形態では、過電圧保護回路は、過電圧保護回路を流れる線路電流が最小レベルを下回ると、電圧端子の極間の導電性接続を遮断するように適合されている。これには、過電圧装置をトリップさせることができる初期状態に過電圧装置をリセットすることができるという利点がある。電圧端子の極間の導電性接続により、電圧端子を短絡させることができ、それにより、電圧端子の電圧が低下し、特にほぼ０Ｖとなり、短絡電流が第１のヒューズ回路および過電圧保護回路を通って流れることができる。電流強度が最小値を下回った場合、電圧端子の極を互いに電気的に分離および／または絶縁することができる。

【0018】

一実施形態では、第２のヒューズ回路は、線路電流強度が第２の電流強度制限値に達すると線路電流が流れるのを遮断するように適合され、第２の電流強度制限値は、電気負荷に依存する。

【0019】

一実施形態では、第２のヒューズ回路は、それぞれが電気負荷の上流に接続された複数の電圧制限値スイッチを含み、それぞれの電圧制限値スイッチは、それぞれの電圧制限値スイッチにおいて、それぞれの下流の電気負荷に依存する電圧の電圧制限値に達すると、電圧端子の極を電気的に接続するように適合されている。

【0020】

特に、過電圧保護回路は、それぞれツェナーダイオードによって形成することができる。回路を接続するための接続部は、各ツェナーダイオードに対して下流にあってもよい。それぞれのツェナーダイオードは、所定の電圧で導電性になり、それに応じて半導体スイッチ、特にサイリスタを切り替えるように適合させることができる。それぞれの所定の電圧は、それぞれの回路の許容電圧に依存する可能性がある。したがって、各ツェナーダイオードは、他のツェナーダイオードと比較して異なる電圧制限値を有することができ、この電圧制限値でツェナーダイオードは、導電性になる。ツェナーダイオードは、特に、カスケード状に直列に配置された複数の電気負荷の上流に接続することができ、電圧制限値は、必ずしもより小さくなるわけではなく、むしろ下流に接続された電気負荷に対してより大きくなる。

【0021】

一実施形態では、過電圧保護回路は、電圧端子の極に電気的に並列に接続された、制御入力を有する半導体スイッチを含み、半導体スイッチは、制御入力に印加される制御信号によって電圧端子の極を導電的に接続し、電流強度値が最小値を下回ると、電圧端子の極間の導電性接続を解除するように適合されている。

【0022】

半導体スイッチは、スイッチ入力およびスイッチ出力を有することができ、スイッチ入力は、第１のヒューズ回路を介して電圧端子の第１の極に接続され、スイッチ出力は、電圧端子の第２の極に接続されている。制御信号によって、半導体スイッチは、半導体スイッチが電圧端子の極を電気的に絶縁するか、または高抵抗で接続する第１のスイッチング状態から、電圧端子の極が互いに電気的に接続された、特に低抵抗で接続された第２のスイッチング状態に切り替わることができる。

【0023】

電流強度が最小値を下回ると、半導体スイッチは、第２のスイッチング状態から第１のスイッチング状態に、独立して、または制御入力の制御信号によって切り替わることができる。過電圧保護回路は、半導体スイッチを切り替えるために、半導体スイッチを流れる電流の電流強度を検出するように適合された電流センサをさらに有することができる。

【0024】

一実施形態では、半導体スイッチは、サイリスタまたはトランジスタによって形成される。サイリスタは、例えば、電流強度値が最小値を下回ると、電圧端子の極が自動的に電気的に絶縁されるという利点を達成することができる。サイリスタは、初期状態では非導電性であり、制御入力、特にゲート電極の電流によってスイッチオンにすることができる切り替え可能な構成要素とすることができる。スイッチオン後、制御入力に電流が流れていなくてもサイリスタを導通させることができる。サイリスタは、電流強度が最小値、例えば保持電流を下回るとスイッチオフすることができる。

【0025】

さらに、半導体スイッチは、特に制御信号が制御入力に印加されていなくても、スイッチ電圧制限値を超えると、第１のスイッチング状態から第２のスイッチング状態に切り替わることができる。サイリスタは、例えば、サイリスタのゼロブレークオーバ電圧に達すると、上方（ｏｖｅｒｈｅａｄ）にトリップすることができる。トランジスタを用いると、第１のスイッチング状態から第２のスイッチング状態への切り替え、およびその逆の切り替えを、いつでも手動で行うことができるという利点を達成することができる。

【0026】

一実施形態では、過電圧保護回路は、スイッチ入力およびスイッチ出力を備えた電圧制限スイッチを有し、電圧制限スイッチは、スイッチ入力を介して第１のヒューズ回路の下流に接続され、スイッチ出力を介して半導体スイッチの制御入力に接続され、電圧制限スイッチは、第１のヒューズ回路における電圧が第１の電圧制限値に達するとスイッチ出力において制御信号を提供するように適合されている。

【0027】

電圧制限値に達すると、電圧制限スイッチは、制御入力を第１のヒューズ回路を介して電圧端子の第１の極に接続するために、非導通状態から導通状態に切り替わることができる。スイッチ出力を用いて、電圧制限スイッチを、特に抵抗器を介して電圧端子の第２の極に接続することもできる。この電気的接続により、電流が電圧制限スイッチを通って流れることができ、この電流が半導体スイッチを切り替えるための制御信号を形成することができる。

【0028】

一実施形態では、電圧制限スイッチは、Ｚダイオードおよび／またはユニポーラ過電圧保護によって形成される。第１の電圧制限値に達すると、Ｚダイオードは、ブロッキング状態から導通状態に切り替わり、電圧がしきい値を下回ると、Ｚダイオードは、導通状態からブロッキング状態に戻る。

【0029】

ユニポーラ過電圧保護は、例えば、電流パルスを、電気負荷を通過して伝導させることができるサプレッサダイオードとすることができる。その結果、電気負荷に損傷を与える可能性のあるサプレッサダイオードの降伏電圧を上回る電圧が電気負荷に印加されるのを遮断することができる。電流強度および／または電圧制限値を下回ると、漏れ電流が低く静電容量が小さい電圧制限値スイッチの電気的効果は、電気負荷に対して電気的に中立になることができる。パルスの電流は、並列に接続されることによって、電気負荷を通過して流れる。Ｚダイオードは、任意の電圧制限値回路によって置き換えることができる。

【0030】

一実施形態では、過電圧保護回路は、電圧制限スイッチのスイッチ出力の下流に接続され、電圧制限スイッチと共に電圧端子の極に電気的に並列に配置された抵抗器を含み、制御入力は、電圧制限スイッチのスイッチ出力および抵抗器に接続され、抵抗器は、半導体スイッチを切り替えるために、電圧制限スイッチが切り替えられると、制御入力において制御信号を、特に電圧端子の電圧の一部の形態で提供するように形成されている。

【0031】

電圧制限スイッチ、特にＺダイオードが第１の電圧制限値に達したことにより切り替わる場合、Ｚダイオードの場合、ツェナー電圧に達すると、電圧制限スイッチは、高抵抗状態から低抵抗状態に変化することができる。特に、下流の抵抗器と比較して、低オーム状態の電圧制限スイッチは、下流の抵抗器よりも低いオーム抵抗を有する。したがって、電圧端子の電圧は、抵抗器の両端間でほぼ完全に降下し、それにより、制御入力の電圧が変化することができる。

【0032】

この電圧変化により、半導体スイッチが切り替わることができ、この半導体スイッチは、電圧制限スイッチと抵抗器で構成された直列回路に比べて低いオーム抵抗を有することができ、それにより、半導体スイッチの切り替えに伴う電流は、主に半導体スイッチを通って流れ、電圧制限スイッチおよび抵抗を介してはほんのわずかな程度しか流れない。

【0033】

一実施形態では、第１のヒューズ回路および第２のヒューズ回路はそれぞれ、過電流保護ヒューズ、特にヒューズおよび／または回路遮断器を有し、過電流保護ヒューズは、第１の電流強度制限値もしくは第２の電流強度制限値に達したときに電圧端子と電気負荷との間の電気的接続を切断するように、または第１の電流強度制限値もしくは第２の電流強度制限値に達した後、所定の時間間隔後に切断するように適合されている。

【0034】

所定の時間間隔は、ヒューズのワイヤエレメントが電流の流れによって加熱され、溶融される、それぞれのヒューズのトリップ遅延によって決定することができる。第１のヒューズ回路における過電流保護ヒューズのトリップ遅延は、第２のヒューズ回路における過電流保護ヒューズのトリップ遅延よりも大きくすることができる。特に、第１の過電流保護ヒューズは、半導体スイッチが切り替わった後、電圧端子と電気負荷との間の電気的接続をその後切断するために使用される。第１の過電流保護ヒューズをトリップさせる、第１の電流強度制限値を上回る電流強度を有する線路電流は、半導体スイッチを介して流れ、したがって電気負荷には流れない。

【0035】

電気負荷を損傷する可能性のある電流強度の線路電流に対する電気負荷の保護は、第２の過電流保護ヒューズによって実施することができる。したがって、第２の過電流保護ヒューズは、第１の過電流保護ヒューズよりも迅速にかつ低電流強度でトリップすることができる。

【0036】

一実施形態では、第２のヒューズ回路は、過電流保護ヒューズの下流または上流でさらなるスイッチ入力と接続されたさらなる電圧制限スイッチを有し、さらなるスイッチ出力が制御入力に接続され、さらなる電圧制限スイッチは、第２のヒューズ回路に印加される電圧が第２の電圧制限に達すると、さらなるスイッチ出力において過電圧保護回路をトリップさせるための制御信号を提供するように形成されている。

【0037】

これには、第２の電圧制限値に達した場合でも、第１の電流強度制限値を上回る電流強度を有する線路電流が第１のヒューズ回路および過電圧保護回路のみを通って流れるという利点がある。したがって、第２の過電流保護ヒューズは、有利には、第２の電圧制限値に達したときにトリップすることができない。

【0038】

一実施形態では、さらなるスイッチ出力の後に抵抗器が続き、この抵抗器を介して、さらなる電圧制限スイッチを電圧端子の一方の極に接続することができる。電圧制限スイッチおよびさらなる電圧制限スイッチは両方とも、有利には、同じ抵抗器の上流に接続することができる。

【0039】

一実施形態では、過電圧保護回路は、さらなる電圧制限スイッチによって過電圧保護回路をトリップさせたときに、電気負荷（１０３）に印加される電圧がさらなる電圧制限値スイッチ（１２７）の第２の電圧制限値を超えて上昇するのを遮断するように適合されている。さらに、特に第２の電流強度制限値を上回る線路電流が第２のヒューズ回路を通って電気負荷に流れるのを遮断することができる。さらなる電圧制限スイッチによって過電圧保護回路をトリップさせることによって、電気負荷への電流の流れを遮断するために、電圧端子の極を導電性半導体スイッチによって短絡させることができる。

【0040】

一実施形態では、第１の保護回路および／または第２の保護回路は、短絡電流が過電圧保護回路を通って流れたときに、第１の電流強度制限値を上回るおよび／または第２の電流強度制限値を上回る電流強度の線路電流が電気負荷に流れるのを遮断するために、電圧端子と電気負荷との間の電気的接続を遮断するように適合されている。

【0041】

電気的接続は、ブロッキング半導体素子、機械的スイッチング接点によって、または過電流保護ヒューズの規定された溶融によって遮断することができる。したがって、電気的接続は、可逆的な方法で、または規定された溶融の場合は不可逆的な方法で切断することができる。第１の保護回路および／または第２の保護回路をトリップさせた後、回路を動作状態に戻すために手動の介入が必要になる場合がある。例えば、過電流保護ヒューズのうちの１つを交換すること、および／または過電圧または過電流の原因を取り除く必要がある場合がある。

【0042】

一実施形態では、第１のヒューズ回路および／または第２のヒューズ回路は、構成要素および／または周囲温度を検出するように適合され、構成要素および／または周囲温度が温度制限に達すると、過電圧保護回路をトリップさせ、および／または電圧端子から電気負荷に流れる電流を遮断する。これには、電気負荷を熱的負荷から保護することができるという利点がある。

【0043】

一実施形態では、第２のヒューズ回路は、線路電流強度を第２の電流強度制限値に制限し、電圧端子の電圧を第２の電圧制限値に制限することによって、第１のヒューズ回路および過電圧保護回路を含む複合体と比較して低減された最大電力を電気負荷に提供するように適合されている。

【0044】

一実施形態では、第１のヒューズ回路および／または過電圧保護回路の下流に電源ユニットが続き、電源ユニットは、第２のヒューズ回路の上流に接続され、電圧端子の電圧に対して増加または減少した電圧を第２のヒューズ回路に提供するように構成されている。

【0045】

さらなる例示的な実施形態は、添付の図を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】一実施形態における保護装置を示す図である。

【図2】一実施形態における保護装置を示す図である。

【図3】一実施形態における保護装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0047】

図１は、電圧端子１０１から電気負荷１０３への電気エネルギーの過電流および過電圧保護された伝達のための保護装置１００の概略図を示し、電圧端子１０１は、２つの極を有する。保護装置１００は、線路電流強度が第１の電流強度制限値に達すると、電圧端子１０１から電気負荷１０３への線路電流の流れを遮断するように適合された第１のヒューズ回路１０５を備える。

【0048】

保護装置１００は、第１のヒューズ回路１０５の下流に接続され、かつ電気負荷１０３の上流に接続された過電圧保護回路１０７をさらに備える。過電圧保護回路１０７は、第１のヒューズ回路１０５における電圧の第１の電圧制限値に達すると、第１の電流強度制限値に達する線路電流を強制的に流して第１のヒューズ回路１０５をトリップさせるために、電圧端子１０１の極を導電的に接続するように適合されている。

【0049】

さらに、保護装置１００は、過電圧保護回路１０７の下流かつ電気負荷１０３の上流に接続された第２のヒューズ回路１０９を備える。第２のヒューズ回路１０９は、線路電流強度が第２の電流強度制限値に達すると、線路電流の流れを遮断するように適合されている。第２のヒューズ回路１０９はまた、第２のヒューズ回路１０９に印加される電圧の第２の電圧制限値に達すると、電圧端子１０１の極を導電的に接続するように適合され、第２の電流強度制限値および第２の電圧制限値は、電気負荷１０３の公称電圧または公称電流強度に応じて決定される。

【0050】

過電圧保護回路１０７は、サイリスタ１１１、特に、電圧端子１０１の極に電気的に並列に接続された、制御入力１１３を有するサイリスタを備える。半導体スイッチ１１１は、制御入力１１３に印加される制御信号によって電圧端子１０１の極を導電的に接続し、線路電流強度が最小電流強度値を下回ると電圧端子１０１の極間の導電性接続を遮断するように適合されている。

【0051】

過電圧保護回路１０７は、電圧制限スイッチ１１５、特にスイッチ入力１１７およびスイッチ出力１１９を有するＺダイオードも備える。電圧制限スイッチ１１５は、スイッチ入力１１７を介して第１のヒューズ回路１０５の下流に接続され、スイッチ出力１１９を介して半導体スイッチ１１１の制御入力１１３に接続されている。さらに、電圧制限値スイッチ１１５は、第１のヒューズ回路１０５における電圧が第１の電圧制限値に達すると、スイッチ出力１１９において制御信号を提供するように適合されている。

【0052】

過電圧保護回路１０７は、電圧制限スイッチ１１５のスイッチ出力１１９の下流に接続された、電圧制限スイッチ１１５と共に電圧端子１０１の極に電気的に並列に配置された抵抗器１２１をさらに備える。制御入力１１３は、電圧制限スイッチ１１５のスイッチ出力１１９および抵抗器１２１に接続され、抵抗器１２１は、半導体スイッチ１１１を切り替えるために、電圧制限スイッチ１１５が切り替えられると、制御入力１１３において制御信号を、特に電圧端子１０１の電圧の一部の形態で提供するように適合されている。

【0053】

第１のヒューズ回路１０５および第２のヒューズ回路１０９はそれぞれ、過電流保護ヒューズ１２３、１２５、特にヒューズを有する。過電流保護ヒューズ１２３は、第１の電流強度制限値に達したときに電圧端子１０１と電気負荷１０３との間の電気的接続を切断するように、または第１の電流強度制限値に達した後、所定の時間間隔の後に電気的接続を切断するように適合されている。これに対応して、過電流保護ヒューズ１２５は、第２の電流強度制限値に達したときに、または第１の電流強度制限値もしくは第２の電流強度制限に達した後、所定の時間間隔が経過した後に、電圧端子１０１と電気負荷１０３との間の電気的接続を切断するように適合されている。

【0054】

第２のヒューズ回路１０９は、さらなるスイッチ入力１２９およびさらなるスイッチ出力１３１を有するさらなる電圧制限スイッチ１２７を有し、この電圧制限スイッチ１２７は、過電流保護ヒューズ１２５の下流でさらなるスイッチ入力１２９と接続されている。一実施形態では、過電流保護ヒューズ１２５は、さらなる電圧制限スイッチ１２７の上流に接続されるか、または第２のヒューズ回路１０９は、過電流保護ヒューズ１２５を含まない。

【0055】

さらなるスイッチ出力１３１は、制御入力１１３に接続されており、さらなる電圧制限値スイッチ１２７は、さらなる電圧制限値スイッチ１２７の電圧が第２の電圧制限値に達すると、さらなるスイッチ出力１３１において過電圧保護回路１０７をトリップするための制御信号を提供するように適合され、第２の電圧制限値は、電気負荷１０３の公称電圧に応じて決定される。

【0056】

さらなるスイッチ出力１３１は、制御入力１１３、スイッチ出力１１９、および抵抗器１２１に接続されている。したがって、さらなる電圧制限値スイッチ１２７は、電圧制限値スイッチ１１５と同様のやり方で半導体スイッチ１１１をトリップさせることができる。電圧制限スイッチ１１５またはさらなる電圧制限スイッチ１２７が切り替えられると、抵抗器１２１での電圧端子１０１の電圧の一部が降下する可能性がある。この電圧は、制御信号として、半導体スイッチ１１１の制御入力１１３に印加することができる。半導体スイッチ１１１が切り替えられる前に、電流は、さらなる電圧制限値スイッチ１２７を介して、および抵抗器１２１を介して流れることができる。

【0057】

図２は、電圧端子１０１から電気負荷１０３への電気エネルギーの過電流および過電圧保護された伝達のための保護装置１００の概略図を示し、電圧端子１０１は、２つの極を有する。保護装置１００は、線路電流強度が第１の電流強度制限値に達すると、電圧端子１０１から電気負荷１０３への線路電流の流れを遮断するように適合された第１のヒューズ回路１０５を備える。

【0058】

保護装置１００は、第１のヒューズ回路１０５の下流に接続され、かつ電気負荷１０３の上流に接続された過電圧保護回路１０７をさらに備える。過電圧保護回路１０７は、第１のヒューズ回路１０５における電圧の第１の電圧制限値に達すると、第１の電流強度制限値に達する線路電流を強制的に流して第１のヒューズ回路１０５をトリップさせるために、電圧端子１０１の極を導電的に接続するように適合されている。

【0059】

さらに、保護装置１００は、過電圧保護回路１０７の下流かつ電気負荷１０３の上流に接続された第２のヒューズ回路１０９を備える。第２のヒューズ回路１０９は、線路電流強度が第２の電流強度制限値に達すると、線路電流の流れを遮断するように適合されている。第２のヒューズ回路１０９はまた、第２のヒューズ回路１０９に印加される電圧の第２の電圧制限値に達すると、電圧端子１０１の極を導電的に接続するように適合され、第２の電流強度制限値および第２の電圧制限値は、電気負荷１０３の公称電圧または公称電流強度に応じてそれぞれ決定される。

【0060】

第２のヒューズ回路１０９は、さらなるスイッチ入力１２９およびさらなるスイッチ出力１３１を有するさらなる電圧制限スイッチ１２７を有し、この電圧制限スイッチ１２７は、過電流保護ヒューズ１２５の上流でさらなるスイッチ入力１２９と接続されている。

【0061】

図３は、保護装置１００の概略図を示す。第２のヒューズ回路１０９は、それぞれが電気負荷１０３の上流に接続された複数の電圧制限値スイッチ１２７、３０１を備え、それぞれの電圧制限値スイッチ１２７、３０１は、それぞれの電圧制限値スイッチ１２７、３０１において、それぞれの下流の電気負荷１０３に依存する電圧の電圧制限値に達すると、電圧端子の極を導電的に接続するように適合されている。

【符号の説明】

【0062】

１００ 保護装置、 １０１ 電圧端子、 １０３ 電気負荷、 １０５ 第１のヒューズ回路、 １０７ 過電圧保護回路、 １０９ 最２のヒューズ回路、 １１１ 半導体スイッチ、 １１３ 制御入力、 １１５ 電圧制限スイッチ、 １１７ スイッチ入力、 １１９ スイッチ出力、 １２１ 抵抗器、 １２３ 過電流保護ヒューズ、 １２５ 過電流保護ヒューズ、 １２７ 電圧制限スイッチ、 １２９ スイッチ入力、 １３１ スイッチ出力、 ３０１ 電圧制限スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】