特表 2022-530684 回路遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-30

(54)【発明の名称】回路遮断器

(51)【国際特許分類】

   H01H 73/36 20060101AFI20220623BHJP

   H01H 83/02 20060101ALI20220623BHJP

   H01H 9/54 20060101ALI20220623BHJP

   H02H 3/08 20060101ALI20220623BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20220623BHJP

【ＦＩ】

H01H73/36 A

H01H83/02 E

H01H9/54 J

H02H3/08 A

H02H3/087

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021565141

(86)(22)【出願日】2020-04-16

(85)【翻訳文提出日】2021-12-22

(86)【国際出願番号】 EP2020060668

(87)【国際公開番号】W WO2020221590

(87)【国際公開日】2020-11-05

(31)【優先権主張番号】102019206267.9

(32)【優先日】2019-05-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509031497

【氏名又は名称】エレンベルガー ウント ペンスケン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】110002011

【氏名又は名称】特許業務法人井澤国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100072039

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 洵

(74)【代理人】

【識別番号】100123722

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 幹

(74)【代理人】

【識別番号】100157738

【弁理士】

【氏名又は名称】茂木 康彦

(74)【代理人】

【識別番号】100158377

【弁理士】

【氏名又は名称】三谷 祥子

(72)【発明者】

【氏名】ラブス アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】シュトローブル クリスチャン

【テーマコード（参考）】

5G004

5G030

5G034

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004AB02

5G004BA03

5G004DA02

5G004EA01

5G030XX18

5G030YY13

5G030YY14

5G034AD11

(57)【要約】

本発明は、主電流路（１６）を備える回路遮断器（１４）に関する。主電流路（１６）は、第１の制御入力部（２２）を有する制御可能な第１のスイッチング素子（１８）を含み、第１の制御入力部（２２）は、駆動回路（２４）の制御可能な第２のスイッチング素子（５６）につながっている。駆動回路（２４）は、主電流路（１６）に結合されて２つの出力部（３６）を備える電流センサ（２６）を含み、出力部（３６）の間に印加される電圧（３８）は、主電流路（１６）によって導かれる電流に依存している。各出力部（３６）は、２つのさらなる出力部（４４）を備えるマイクロコントローラを有さない特性曲線回路（４０）のそれぞれ１つの入力部（４２）につながっており、第２のスイッチング素子（５６）は、さらなる出力部（４４）の間に印加されるさらなる電圧（５８）に応じて起動され、さらなる電圧（５８）と電圧（３８）との間に機能的関係が存在する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主電流路（１６）を備える回路遮断器（１４）であって、前記主電流路（１６）は、第１の制御入力部（２２）を有する制御可能な第１のスイッチング素子（１８）を含み、前記第１の制御入力部（２２）は、駆動回路（２４）の制御可能な第２のスイッチング素子（５６）につながっており、前記駆動回路（２４）は、前記主電流路（１６）に結合された、２つの出力部（３６）を備える電流センサ（２６）を含み、前記出力部（３６）の間に印加される電圧（３８）は、前記主電流路（１６）によって導かれる電流に依存しており、各前記出力部（３６）は、２つのさらなる出力部（４４）を備えるマイクロコントローラを有さない特性曲線回路（４０）のそれぞれ１つの入力部（４２）につながっており、前記第２のスイッチング素子（５６）は、前記さらなる出力部（４４）の間に印加されるさらなる電圧（５８）に応じて起動され、前記さらなる電圧（５８）と前記電圧（３８）との間に機能的関係が存在する、回路遮断器（１４）。

【請求項2】

前記さらなる出力部（４４）は、比較器回路（４８）の対応する入力部（４６）に接続されており、前記比較器回路（４８）は、基準入力部（５０）と、前記第２のスイッチング素子（５６）の第２の制御入力部（５４）につながる出力部（５２）と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項3】

前記電流センサ（２６）の前記出力部（３６）は、前記主電流路（１６）から電気的に分離されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項4】

前記特性曲線回路（４０）の前記入力部（４２）のうちの一方は、トリガ経路（６０）によって、前記特性曲線回路（４０）の前記さらなる出力部（４４）のうちの一方につながっており、前記特性曲線回路（４０）の残りの入力部（４２）は、前記特性曲線回路（４０）の残りのさらなる出力部（４４）に直接つながっていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項5】

前記トリガ経路（６０）は、第１の抵抗器（６２）を備え、前記第１の抵抗器（６２）は、前記さらなる出力部（４４）側において、第１のキャパシタ（６４）によって前記残りのさらなる出力部（４４）につながっていることを特徴とする、請求項４に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項6】

前記第１のキャパシタ（６４）に対して、１つの特性分岐部（６８）が並列接続されており、前記特性分岐部（６８）は、キャパシタ（７０）と抵抗器（７２）とから成る直列接続体を有することを特徴とする、請求項５に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項7】

前記第１のキャパシタ（６４）に並列接続されたさらなる特性分岐部（６８）を特徴とする、請求項６に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項8】

前記第１の抵抗器（６２）は、前記入力部（４２）側において、第２の抵抗器（６６）によって前記残りのさらなる出力部（４４）につながっていることを特徴とする、請求項５～７のいずれか１項に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項9】

前記トリガ経路（６０）は、前記第１のキャパシタ（６４）に並列接続された第３の抵抗器（７４）を含むことを特徴とする、請求項５に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項10】

前記トリガ経路（６０）は、２つのダイオード（７６）を備え、前記２つのダイオード（７６）のうちの一方は、前記第１の抵抗器（６２）と前記入力部（４２）との間に接続されており、残りのダイオード（７６）は、前記さらなる出力部（４４）と、前記第１の抵抗器（６２）及び前記第１のキャパシタ（６４）との間に接続されていることを特徴とする、請求項９に記載の回路遮断器（１４）。

【請求項11】

前記トリガ経路（６０）に並列接続されたさらなるトリガ経路（７８）を特徴とする、請求項９又は１０に記載の回路遮断器（１４）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１の制御入力部を有する制御可能な第１のスイッチング素子を含む主電流路を備える回路遮断器に関する。第１の制御入力部は、駆動回路の制御可能な第２のスイッチング素子につながっており、このためこの駆動回路によって起動される。

【背景技術】

【0002】

電気通信設備又はデータセンタ設備は、通常、電力供給網に接続されている。この供給網によって、多くの場合、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである交流電圧が提供される。この設備の機能部品は、直流電圧によって動作されることが多いので、電力供給網には、設備の整流器が接続されている。この整流器によって、交流電圧は、１０Ｖと数１００Ｖとの間であり得る直流電圧に変換されて、直流回路に供給される。この直流回路には、設備のさらなる部品が電気的に接触されているため、さらなる部品は、当該直流回路を介して通電される。

【0003】

この整流器又はこれら部品の１つが誤動作した際に、過電流が生じる場合があり、過電流によって、他の部品又は直流回路内の基礎構造体の他の構成要素が破壊され得る。これを回避するために、直流回路、及び／又は、部品と直流回路との接続を遮断する必要がある。このために、通常、回路遮断器が用いられており、回路遮断器には、過電流といった誤動作の発生に応じて起動されるスイッチング素子が設けられている。

【0004】

一代替例では、スイッチング素子は、例えば、電流が流れるバイメタルストリップによって形成されている。過電流がバイメタルストリップを通って流れると、ストリップの側部が不均等に延びるので、ストリップが曲がる。その結果、バイメタルストリップの端部が、回路遮断器の（固定）接点から外れて電流の流れが遮断される。このため、電流を監視するために、追加的な構成部品を設ける必要がなくなり、材料コストが比較的安くなる。しかしながら、バイメタルストリップの製造では比較的大きな公差が生じ得るので、バイメタルストリップを取り付ける際に、その機械的プレストレスを正確に設定して、どの回路遮断器にも合うようにする必要がある。したがって、製造時間が長くなり、製造コストが上昇する。

【0005】

さらに、バイメタルストリップに、コイル配列を追加することができる。こうして得られる熱磁気式回路遮断器は、純粋な熱原理に基づくものと比べてより迅速に、短絡過電流事故に反応することができる。しかしながら、ここでも大きな公差が発生するため、定格動作において場合によっては極めて高い短絡スパイク電流や、制限された持続短絡電力を有し、異常時に出来るだけ迅速な給電停止が求められる直流回路（ＤＣ網）の保護要件を満たすことが困難になる。

【0006】

これに対する一代替例として、スイッチング素子が、故障の特定とは無関係に構成されている例が挙げられる。この場合、スイッチング素子は、例えば半導体スイッチ又はリレーである。これらは、通常、マイクロプロセッサ及び電流センサを備える駆動回路によって起動される。そして電流センサは、スイッチング素子によって導かれる電流を検知する。電流センサは、マイクロプロセッサと信号技術的に結合されており、そのためマイクロプロセッサにおいて、実際に流れている電流の値が認識される。このため電流の値の評価が行われ、評価に応じて、マイクロプロセッサによってスイッチング素子が起動される。したがって、マイクロプロセッサのプログラミング及び／又は選択によって、回路遮断器の様々なスイッチング特性を実現可能である。したがって、回路遮断器を様々な用途で利用することが可能であり、この場合、マイクロプロセッサを用途に応じてプログラム化するだけでよい。しかしながら、マイクロプロセッサにより製造コストが上昇し、障害の発生も多くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、有利にも製造コストが低く抑えられ、様々な用途に有効に適合させることができる、特に好適な回路遮断器を提供することにある。

【0008】

本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴により解決される。有効な発展形態及び構成は、従属請求項の対象である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

回路遮断器は、電線や、例えば負荷ユニット又は負荷といった他の部品の安全確保に寄与する。このために、通常時には、回路遮断器によって所定の電流が導かれる。例えば過電流、短絡電流、又は、故障電流といった異常時には、回路遮断器がトリガされ、電流の流れ（電流）が遮断される。通常時に回路遮断器によって導かれる電流は、例えば、０．５Ａ、１Ａ、５Ａ、１０Ａ、２０Ａ、又は、５０Ａよりも大きい。具体的には、通常時に導かれる最大電流は、２００Ａ、１５０Ａ、又は、１００Ａよりも小さい。回路遮断器によって直流が導かれることが特に好ましい。回路遮断器は、そうすることに適している、具体的には、このために設置及び構成されている。電流が遮断されると、回路遮断器に、具体的には、１２Ｖ、４８Ｖ、１００Ｖ、又は、２００Ｖよりも大きい電圧が印加される。例えば、この電圧は、２，０００Ｖ、１，０００Ｖ、９００Ｖ、又は、８００Ｖよりも小さい。回路遮断器は、具体的には高電圧回路遮断器である。

【0010】

例えば、回路遮断器は、自動車に使用され、したがって自動車の一構成要素である。自動車は、電気モータといった発電機に電気的に接続された高電圧エネルギー格納装置を備えていることが都合がよい。回路遮断器は、組付け状態において、具体的には、高電圧エネルギー格納装置と、好ましくは高電圧車載網の一構成要素である発電機との間の電線に取り付けられる。回路遮断器は、そうすることに適している、具体的には、このために設置及び構成されている。これに対する一代替例では、回路遮断器は、例えば、電気自動車用の充電ポールに使用される。

【0011】

特に好ましい一代替例では、回路遮断器は、例えば移動無線装置といった電気通信設備、又は、データセンタ設備の安全確保に寄与する。この場合、回路遮断器は、例えば各設備の整流器によって給電される直流回路（ＤＣ網）に取り付けられる。整流器によって、具体的には、電気供給網によって提供された交流電圧が直流電圧に変換される。ここで、交流電圧は、具体的には５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数を有する。直流回路では、１０Ｖ～数１００Ｖの間の直流電圧が印加されることが都合がよい。例えば、印加される（直流）電圧は、１０Ｖ～５００Ｖ、５０Ｖ～２００Ｖ、又は、１００Ｖ～１５０Ｖであり、回路遮断器は、直流回路、又は、直流回路によって給電される各設備の部品の安全確保に寄与することが好ましい。

【0012】

回路遮断器は、制御可能なスイッチング素子を有する主電流路を備える。正常時の動作では、主電流路によって電流が導かれる。スイッチング素子は、主電流路内で、第１のスイッチング素子によって、主電流路を通って流れる電流が遮断されることが可能なように配置されている。したがって、第１のスイッチング素子の起動時には、主電流路が遮断される。第１のスイッチング素子は、主電流路の構成要素である２つの常時開接点を有していることが都合がよい。第１のスイッチング素子の切り替え時に、これら両常時開接点間の電気抵抗は好適に上昇する。

【0013】

第１のスイッチング素子は、制御可能に構成されており、第１の制御入力部を有している。第１の制御入力部は、主電流路の構成要素ではない。第１の制御入力部に印加された（電気）レベルに応じて、第１のスイッチング素子は起動され、これによって主電流路が遮断される。第１のスイッチング素子は、対応して切り替えられる。

【0014】

例えば、第１のスイッチング素子は、半導体スイッチ、例えば、パワー半導体スイッチによって形成されている。好ましくは、第１のスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴといったフィールドエフェクトトランジスタである。この場合、第１のスイッチング素子は、常時開接点として、主電流路の構成要素であるドレイン入力部及びソース入力部を有する。ゲート入力部は、第１の制御入力部を形成するか、又は、その一構成要素である。しかしながら第１のスイッチング素子は、リレーによって形成されていることが特に好ましい。この場合、これらの常時開接点は、電機子によって機械的に離隔される、及び／又は、機械的に互いに直接隣接して配置されることが可能である。これらの常時開接点は、例えばバネによって機械的プレストレスが加えられていることが好ましく、その結果、対応する運動時に電機子によってバネ力が作用する。電機子は、具体的には電気コイルを有するリレー駆動部の一構成要素であり、対応する通電時に、電機子に電気コイルによって対応する力が作用する。例えば、コイルの両端子の一方は、第１の制御入力部であり、又は、これに少なくとも電気的に接触している。

【0015】

例えば、第１のスイッチング素子は、リレー及び半導体スイッチから成る接続部を有する。具体的には、半導体スイッチが、リレーに並列接続されている。好ましくは、この接続部は、リレーが開放されると電流が半導体に整流されることによって、リレーにおけるアークの形成が回避されるようになっている。その後、具体的には半導体スイッチが起動され、電流が遮断される。

【0016】

回路遮断器は、制御可能な第２のスイッチング素子をさらに含み、第１のスイッチング素子の第１の制御入力部は、第２のスイッチング素子につながっている。第２のスイッチング素子は、例えば、リレー、半導体スイッチ、又は、その組み合わせである。第２のスイッチング素子によって、具体的には駆動電流が切り替えられ、このようにして、第１の制御入力部に所定の電気レベルが印加される。ここで、第２のスイッチング素子も、具体的には２つの常時開接点を有する。これらの常時開接点は、例えば、リレー、又は、半導体スイッチ、若しくは、その組み合わせによって形成されている。ここで具体的には、第２のスイッチング素子の常時開接点のうちの一方は、第１のスイッチング素子の第１の制御入力部に電気的に固定して接触されている。したがって、第２のスイッチング素子によって、第１の制御入力部に基準電位を印加することが可能である。

【0017】

ここで、第２のスイッチング素子も、制御可能に構成されており、所定の条件に応じて起動される。このために、第２のスイッチング素子は、第２の制御入力部を有していることが好ましい。つまり第１のスイッチング素子は、第２のスイッチング素子によって起動され、具体的に言えば、第２のスイッチング素子の起動時に、第１のスイッチング素子が起動される。ここで、第１のスイッチング素子を、第１の制御入力部に比較的小さいレベルが印加される場合にも起動されるように構成することが可能である。したがって、第２のスイッチング素子によって比較的大きい電流及び／又は電圧を切り替える必要がなく、このため、比較的安価な構成部品を使用することができる。例えば、第２のスイッチング素子によって切り替えられる電圧は、３０Ｖ又は２０Ｖよりも小さい。反対に、第１のスイッチング素子によって、１００Ｖ～１，０００Ｖの電圧が切り替えられることが都合がよい。

【0018】

第２のスイッチング素子は、駆動回路の一構成要素であり、駆動回路は、主電流路に結合された電流センサをさらに含む。このため、電流センサは、例えば、主電流路に取り付けられている、又は、少なくとも主電流路に能動的に接続されている。したがって、主電流路によって導かれる電流を、電流センサを用いて検知することが可能である。電流センサ自体は、２つの出力部を有しており、動作時に電流センサの出力部間に印加される電圧は、主電流路によって導かれる電流に依存する。電流センサは、これに適した構成を有している。具体的には、電流と電圧との間に機能的関係が存在する。この機能は、一定及び／又は可変である。出力部間に印加される電圧は、主電流路によって導かれる電流に対してほぼ比例していることが特に好ましい。例えば、２Ｖの電圧は、導かれる１０Ａ～１００Ａの電流に相当する。したがって、駆動回路には、比較的小さな電圧、及び／又は、比較的小さな電流、具体的には１Ａ、０．５Ａ、０．１Ａ、又は、０．０１Ａ以下の電流しか印加されない。したがって、駆動回路に、比較的安価な構成部品を使用することができるため、回路遮断器の製造コストがさらに低減される。

【0019】

駆動回路は、マイクロコントローラを有さない特性曲線回路を含む。換言すると、特性曲線回路は、マイクロコントローラ及び／又はマイクロプロセッサを含んでいない。好ましくは、特性曲線回路は、アナログで構成されており、したがって、デジタル構成部品、具体的には電子構成部品を含んでいない。駆動回路全体は、マイクロコントローラを有さずに、及び／又は、アナログに構成されていることが好ましい。換言すると、駆動回路全体は、デジタル構成部品及び／又は電子構成部品を含んでいない。しかしながら、駆動回路は少なくとも、マイクロプロセッサ／マイクロコントローラを含んでおらず、したがってマイクロプロセッサ／マイクロコントローラを有さない。例えば、駆動回路は、比較器及びシュミットトリガを含む。好ましくは、駆動回路全体がアナログで構成されており、つまりデジタル／電子構成部品、又は、少なくともマイクロプロセッサ／マイクロコントローラを含んでいない。換言すると、回路遮断器は、マイクロプロセッサ／マイクロコントローラを有していない。

【0020】

特性曲線回路は、２つの入力部を備えており、電流センサの出力部がそれぞれ、特性曲線回路の対応する入力部につながっている。したがって動作時に、特性曲線回路の入力部には、電流センサによって提供される電圧が印加される。つまり電流センサによって、特性曲線回路用の電圧が提供される。特性曲線回路は、２つのさらなる出力部を備えており、動作時に、これらの出力部の間にさらなる電圧が印加される。このさらなる電圧は、上記電圧と機能的関係を有している。好ましくは、さらなる電圧と、上記電圧の時間的経過との間に機能的関係が存在する。この機能的関係は、所定の特性曲線に相当するか、又は、これに少なくとも対応していることが都合がよい。例えば、電圧が所定の限界値を超えた場合、又は、所定の時間ウィンドウ内でさらなる限界値よりも大きい値だけ変化した場合、例えば上昇した場合のみ、さらなる電圧は、定格電流に対応する開回路電圧レベルと異なる。したがって、特性曲線回路によって、所定の特性曲線又は少なくとも切替点が規定されているので、さらなる出力部の間に印加されるさらなる電圧は、所定の特性曲線に依存する。

【0021】

具体的には、電流センサによって提供された電圧の立ち上がりに対応する、主電流路によって導かれる電流の立ち上がり時に、所定の時間ウィンドウ内でさらなる電圧に所定の変化が生じて、電圧は、好ましくは所定の値を超える。ここで、電流の各立ち上がり高さ（変化）に１つの時間ウィンドウが割り当てられており、このようにして形成された対が、具体的には回路遮断器のそれぞれ１つの切替点を規定する。この場合、特性曲線回路によって、このような複数の切替点、つまり２つの切替点、３つの切替点、又はそれ以上の切替点が規定されることが都合がよい。ここで電流センサによって、電流の各立ち上がり高さが、対応する電圧の変化上に描写される。

【0022】

第２のスイッチング素子は、特性曲線回路のさらなる出力部の間に印加されたさらなる電圧に応じて起動される。つまり、第２のスイッチング素子は、特性曲線回路の入力部に印加された電圧が所定の条件を満たす場合に起動される。しかしながら、この電圧は、主電流路によって導かれる電流に依存している。つまり、第２のスイッチング素子は、主電流路によって導かれる電流が所定の条件を満たした場合に起動される。第２のスイッチング素子の起動は、電流の変化により切替点に達した場合に行われることが好ましい。つまり、第２のスイッチング素子の起動は、電流の変化が、１つの切替点の時間ウィンドウ内において、同じ切替点の電流の立ち上がり高さ以上である場合に、又は、電流の変化が１つの切替点の電流の立ち上がり高さと同じである場合であって、その変化が、同じ切替点によって事前に設定された時間ウィンドウ内で生じる場合に行われる。

【0023】

第２のスイッチング素子が起動されると、第１のスイッチング素子が起動される。つまり、第１のスイッチング素子は、主電流路によって導かれる電流に応じて起動される。特性曲線回路によって、具体的には２つの条件又はそれ以上の条件が規定されており、これらの条件は、電流の時間経過、つまり電圧の経過も有するはずであり、こうして第２のスイッチング素子の起動が行われる。

【0024】

マイクロコントローラを有さない特性曲線回路によって、比較的高価な構成部品を使用する必要がなくなるため、製造コストが低減される。また、動作時に駆動回路に存在する電流／電圧は比較的小さいため、比較的安価な構成部品を使用することができる。したがって、回路遮断器の製造コストがさらに低減される。回路遮断器の起動特性が特性曲線回路によって設定されるので、特性曲線回路を対応して調節することにより、回路遮断器を異なる用途に使用することができる。この場合、特性曲線回路の個々の部品、又は、特性曲線回路全体を取り替えるだけで良く、他方、他の部品を変更する必要はない。したがって、比較的多くの同一部品を使用することができ、これによって製造コストがさらに低減される。

【0025】

また、回路遮断器を新たに調節すること、具体的には回路遮断器を新たに構成することも必要ない。また、特性曲線回路はマイクロコントローラを有さない構成を有しているため、比較的感度が低く、したがって堅牢である。このため信頼性及び安全性が向上する。また、比較的正確に製造可能であると共に比較的少ない製造公差を有する特性曲線回路によって、トリガ特性の設定が行われる。したがって、回路遮断器の製造後又は動作中に、各回路遮断器の較正を行う必要はない。このため、製造コスト及び動作コストが低減される。

【0026】

例えば、電流センサの出力部のうちの一方、及び／又は、特性曲線回路の入力部のうちの一方は、グランドにつながっており、つまりグランド電位にある。これに対して代替的又は組み合わせて、例えば、特性曲線回路のさらなる出力部のうちの一方は、グランドにつながっており、つまりグランド電位にある。このため、回路遮断器の接続は単純である。

【0027】

回路遮断器は、具体的には比較器を含む比較器回路を有することが特に好ましい。比較器回路も、アナログに構成されて、シュミットトリガを含んでいることが都合がよい。比較器回路は、特性曲線回路のさらなる出力部にそれぞれ接続された２つの入力部を備える。具体的には、これらは電気的に直接接続されているので、動作時に、比較器回路の入力部にさらなる電圧が印加される。比較器回路は、基準入力部をさらに含む。この基準入力部は、基準電位につながっていることが都合がよい。基準電位によって、具体的には、さらなる電位に関する所定の固定電圧が提供され、この電位は、例えば比較器回路にも印加される。さらなる電位として、特性曲線回路のさらなる出力部のうちの一方の電位が使用されることが特に好ましい。つまり接続が単純である。

【0028】

加えて、比較器回路は、場合によっては第２のスイッチング素子の第２の制御入力部につながる出力部を有している。具体的には、特性曲線回路のさらなる出力部の間に印加されるさらなる電圧が基準電位に関する所定の条件を満たす場合に、比較器回路の出力部に、ある電気レベルが印加される。具体的には、比較器回路の入力部のうちの一方に印加される電位が、基準入力部に印加される電位、つまり、好ましくは基準電位と比較される。ここで、具体的には、比較器回路の他方の入力部は、グランドに導通している。例えば、入力部のうちの一方に印加される電位が基準電位よりも大きい場合、比較器回路の出力部に所定の電気レベルが印加される。所定の電気レベルとは、定格電流に割り当てることが可能な開回路電圧レベルに相当する。したがって、入力部のうちの一方に印加される電位が基準電位よりも大きい場合、第２のスイッチング素子が起動される。

【0029】

電流センサの出力部は、主電流路から電気的に分離されていることが特に好ましい。駆動回路全体が、主電流路から電気的に分離されていることが好ましく、これによって、安全性や設備保護性及び／又は人的保護性が向上する。例えば、電流センサは、ホールセンサを含むか、又は、ホールセンサによって形成されている。ホールセンサによって、動作時に、導かれた電流によって生じる主電流路を取り囲む磁界が検知される。一代替例では、例えば、電流センサは磁気抵抗センサであるか、又は、これを含む。磁気抵抗センサによっても、動作時に、電流によって生じる主電流路を取り囲む磁界が検知される。つまり電流センサは、主電流路から離隔されており、このため電気的分離が容易である。あるいは、電流センサは、例えばシャント、つまり有利には主電流路に取り付けられる精密抵抗器を含む。したがって、電流センサは、少なくとも部分的に主電流路の一構成要素でもある。好ましくは、電流センサは、シャントの出力部に対する電気的分離部を含むため、電気的分離もこのように実現される。代替例としてこれを設けない場合には、製造コストを低減できる。

【0030】

好ましくは、特性曲線回路の入力部のうちの一方は、トリガ経路によって、特性曲線回路のさらなる出力部のうちの一方につながっている。換言すると、特性曲線回路の当該入力部と、特性曲線回路の当該さらなる出力部との間には、トリガ経路が存在し、特性曲線回路の当該入力部は、トリガ経路によって、特性曲線回路の当該さらなる出力部と接続されている。例えば、特性曲線回路の残りの入力部（以下では具体的に「残りの入力部」と呼ぶ）と、特性曲線回路の残りのさらなる出力部（以下では具体的に「残りのさらなる出力部」と呼ぶ）との間にも、複数の電気部品を備える経路が存在する。しかしながら、特性曲線回路の残りの入力部が、特性曲線回路の残りのさらなる出力部に直接つながり、これと直接電気接触していることが特に好ましい。したがって、特性曲線回路の残りの入力部に印加される電位は、特性曲線回路の残りのさらなる出力部に印加される電位に等しく、これらは、機械的に好ましくは同一の端子によって提供される。特性曲線回路の残りの入力部及び特性曲線回路の残りのさらなる出力部は、グランドに接触していることが好ましい。つまり、回路遮断器の構造は単純である。つまり具体的に言えば、二端子対が形成される。トリガ経路によって、特性曲線機能が提供される。したがって、回路遮断器を各用途に適用するには、トリガ経路を調節するだけでよい。

【0031】

このトリガ経路が、第１の抵抗器を有していることが都合がよい。したがって、特性曲線回路の入力部は、第１の抵抗器によって特性曲線回路のさらなる出力部に接続されている。ここで例えば、第１の抵抗器と入力部又は出力部との間に、追加的な電気構成部品が配置されている。さらなる出力部側において、第１の抵抗器は、第１のキャパシタによって、残りのさらなる出力部、つまり特性曲線回路の残りの入力部にもつながっている。第１のキャパシタはコンデンサであることが特に好ましい。

【0032】

特性曲線回路の両入力部に電圧が印加されると、第１のキャパシタを充電する電流が、第１の抵抗器を介して生じる。ここで、充電時間は、第１のキャパシタによって設定される。特性曲線回路の入力部に印加される電圧及び第１の抵抗器の選択に応じて、第１のキャパシタに印加される電圧及びその時間的経過が生じる。ここで、第１のキャパシタに印加される電圧は、具体的には、特性曲線回路のさらなる出力部に印加されるさらなる電圧である。

【0033】

第１のキャパシタ及び第１の抵抗器を使用することにより、特性曲線回路の入力部に印加される電圧の経過と、特性曲線回路のさらなる出力部に印加されるさらなる電圧の経過とに差異が生じる。つまり、さらなる電圧は、第１の抵抗器の選択、及び、第１のキャパシタの選択、及び、印加される電圧に依存する。さらなる電圧が比較的急速な変動、つまり具体的にはスパイク電圧を有している場合、これらの変動は、第１の抵抗器及び第１のキャパシタによって平滑化される。換言すると、第１の抵抗器及び第１のキャパシタは、ローパスフィルタとして機能する。したがって、具体的に言えば、第２のスイッチング素子は起動せず回路遮断器はトリガされない。したがって、第１の抵抗器及び第１のキャパシタを好適に選択することによって、少なくとも部分的に熱式回路遮断器の動作を模擬することができる。

【0034】

第１のキャパシタに対して、キャパシタ及び抵抗器から成る直列接続体を有する特性分岐部が並列接続されていることが好ましい。このキャパシタは、コンデンサによって形成されていることが都合がよい。ここで例えば、キャパシタは、関連付けられる抵抗器に対して、第１の抵抗器側又は残りのさらなる出力部／入力部側に設けられている。具体的には、特性分岐部は、この直列接続体によって形成されている。したがって、特性分岐部によっても、第１のキャパシタに、さらなる電圧用のさらなる条件が追加される。具体的には、特性分岐部によって、ローパスフィルタが形成される、及び／又は、ローパスフィルタが特性分岐部を形成する。ローパスフィルタは直線型であることが好ましい。

【0035】

特性分岐部によって、既に存在する特性曲線を、さらなる切替点を加えることによって変化させることが可能であり、切替点は、具体的には、所定の時間ウィンドウ内で印加される電圧、したがって主電流路によって導かれる電流の所定の経時的上昇を規定する。切替点が実現されるか、又は、切替点を超えると、第２のスイッチング素子の駆動が好適に行われる。換言すると、この場合、さらなる電圧が、第２のスイッチング素子を切り替えるための所定の条件を満たす。

【0036】

例えば、このような特性分岐部が１つだけ設けられている。しかしながら、回路遮断器、つまり特性曲線回路は、少なくとも１つのこのようなさらなる特性分岐部、好ましくは複数のさらなる特性分岐部を含むことが特に好ましい。これらの特性分岐部は、それぞれ、具体的にはキャパシタ及び抵抗器によって形成されている。具体的に言えば、特性分岐部は互いに同一であり、技術的には単に各構成部品の寸法によってのみ区別され、構成部品の構成及び／又は種類によって区別される訳ではない。

【0037】

これらの特性分岐部は、具体的には、各抵抗器の選択によって区別されることが好ましく、この場合、例えばキャパシタは常に同一である。これに対する代替例では、例えば、各抵抗器が常に同一であり、キャパシタが異なっている。これらの特性分岐部のうちの少なくとも２つの特性分岐部の間で、抵抗器及びキャパシタが区別されることが特に好ましい。好ましくは、回路遮断器は、このような特性分岐部を、４個、５個、６個、８個、１０個、又は、それ以上有している。

【0038】

各特性分岐部によって、具体的には、特性曲線の一切替点又は完全な一特性曲線、つまり一条件が定義される。これは、主電流路によって導かれる電流の所定の時間ウィンドウ内での変化に対応する。この切替点のうちの１つを超えると、さらなる電圧によって与えられるそれぞれの条件が満たされる。例えばこの場合、つまり各条件が満たされた場合、さらなる電圧は、所定の限界値よりも大きく、具体的には存在し得る基準電位よりも大きい。したがってこの場合、第２のスイッチング素子が駆動される。

【0039】

特性曲線回路の入力部側において、第１の抵抗器が、第２の抵抗器によって、特性曲線回路の残りのさらなる出力部につながっていることが特に好ましい。したがって、第２の抵抗器も、特性曲線回路の残りの入力部につながっている。好ましくは、第２の抵抗器は、比較的大きな値を有しており、比較的高抵抗性である。第２の抵抗器の抵抗値は、例えば、２０ｋＯｈｍ、５０ｋＯｈｍ、又は、１００ｋＯｈｍより大きい。したがってさらなる電圧は、実質的には第２の抵抗器の影響を受けない。

【0040】

具体的には、回路遮断器がトリガされた後、つまり電流センサが電圧を提供しなくなった場合、第１のキャパシタ及び存在し得るさらなるキャパシタの放電が、第２の抵抗器によって行われる。したがって、トリガされた後の回路遮断器は安全な状態に移行し、各構成部品には電圧がもう印加されない。

【0041】

一代替例では、トリガ経路は、第１のキャパシタに並列接続された第３の抵抗器を備える。したがって、第３の抵抗器も、特性曲線回路の２つのさらなる出力部と電気接触している。このため、第３の抵抗器によって第１のキャパシタの放電が常に行われ、こうして、電圧中に起こり得るスパイク電圧が吸収される。これによって、回路遮断器の熱的動作が模擬され得る。第１のキャパシタの過充電も回避されるため、第１のキャパシタは常にその作動性を有する。したがって、第３の抵抗器によって、トリガ経路によって提供される切替点又は特性曲線がさらに調節される。

【0042】

トリガ経路は、第１の抵抗器と特性曲線回路の入力部との間に配置された１つのダイオードを含むことが好ましい。ここで、具体的には、特性曲線回路の入力部から第１の抵抗器までの電流が流れることが可能であるが、その逆は不可能である。代替的又は好ましくは組み合わせにおいて、特性曲線回路のさらなる出力部と第１の抵抗器との間、したがって、第１のキャパシタと特性曲線回路のさらなる出力部との間に、１つのダイオードが接続されている。遮断方向に基づき、第１の抵抗器から特性曲線回路のさらなる出力部までの電流の流れが可能であることが好ましい。これらの両ダイオードが設けられていることにより、第１の抵抗器を介して電流が流れることが可能であることが特に好ましい。両ダイオードにより、トリガ経路の作動性が向上し、第１のキャパシタが特性曲線回路のさらなる出力部側において常に放電されることが確保される。

【0043】

さらなる一代替例では、追加的な抵抗器が、特性曲線回路のさらなる出力部と第１の抵抗器との間、つまり、第１のキャパシタと特性曲線回路のさらなる出力部との間に接続されている。ここで、さらなる抵抗器によって、少なくとも部分的に上述のダイオードのうちの一方の機能が果たされる。

【0044】

例えば、１つのトリガ経路だけが設けられている。しかしながら、特性曲線回路が少なくとも１つのさらなるトリガ経路又はそれ以上のトリガ経路、例えば２個、３個、４個、５個、１０個のさらなるトリガ経路を含むことが特に好ましい。さらなるトリガ経路は、上記トリガ経路に対して並列接続されており、したがって特性曲線回路の入力部及び特性曲線回路のさらなる出力部につながっている。全てのトリガ経路は、好ましくは互いに同一に構成されており、したがって具体的には同一の数及び／又は種類の構成部品を有している。これらの接続も異なっていない。しかしながら、トリガ経路の構成部品のうちの少なくとも１つは、寸法／その値によって異なっていることが都合がよい。具体的には、トリガ経路のうちの少なくとも２つのトリガ経路間の第１、第２、及び／又は、第３の抵抗器が異なっている。つまり、特性曲線回路によって、比較的複雑な特性曲線回路を提供することが可能であり、これによって、回路遮断器のトリガを行うことが可能である。

【0045】

第１の抵抗器、第１のキャパシタ、及び、さらなるキャパシタ／抵抗器用の値の特定は、例えば、具体的には複数のこのようなトリガ経路／特性分岐部が存在する場合、ヒューリスティックな方法及び／又は繰り返しの方法によって行われる。

【0046】

第１、第２、第３、…、の部品と記載される場合、これは、具体的には、単にある特定の部品のことを指すと理解されたい。具体的に言えば、これは、このような部品がある特定の数存在することを意味するものではない。つまり、具体的に言えば、第３の抵抗器が存在する場合に、第２の抵抗器が存在することを示唆するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0047】

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながらより詳細に説明する。

【図1】特性曲線回路を備える回路遮断器を示す概略的な図である。

【図2】特性曲線回路の一実施形態を示す簡略化された回路図である。

【図3】特性曲線回路によって提供される特性曲線を示す図である。

【図4】図２に対応する、特性曲線回路のさらなる一実施形態を示す図である。

【0048】

全ての図において、互いに対応する部材には、同一の参照番号が付されている。

【発明を実施するための形態】

【0049】

図１において、直流回路６によって互いに接続された２つの変圧器４を備える直流システム２が、簡略化されて示されている。変圧器４のうちの一方により、負荷８が通電される。例えば、直流システム２は、エレクトロモビリティー用の充電ポールであり、したがって、負荷８は自動車又は同様のものを示す。あるいは、直流システム２は、例えば、電気通信設備又はデータセンタ設備の一構成要素であり、負荷８は、モバイル通信設備（ステーション）又は他の部品によって構成されている。変圧器４のうちの一方は、整流器として構成されており、例えば、直流電圧又は交流電圧を供給する供給網１０に接続されている。例えば、供給網１０は、バッテリ又は他のエネルギー格納装置によって提供される。

【0050】

直流回路６は２つの電流路１２を備える。２つの電流路１２によって、動作時に、２つの変圧器４の間で電気エネルギーの伝送を行うことが可能である。故障時の安全確保のために、電流路１２のうちの一方には回路遮断器１４が取り付けられている。つまり回路遮断器１４は、電流路１２のうちの一方を少なくとも部分的に形成している。回路遮断器１４は、主電流路１６を備え、この主電流路１６は、詳細には図示されていない端子によって関連付けられた電流路１２のさらなる構成要素に接続されている。換言すると、主電流路１６は、少なくとも部分的に電流路１２を形成している。回路遮断器１４は、２つの常時開接点２０を有する第１のスイッチング素子１８を備えており、これらの常時開接点２０の間の電気抵抗は設定可能である。加えて、第１のスイッチング素子１８は、第１の制御入力部２２を有している。この第１の制御入力部２２によって、両常時開接点２０の間の電気抵抗が設定される。したがって第１のスイッチング素子１８は、制御可能に構成されている。

【0051】

例えば、第１のスイッチング素子１８は、半導体スイッチ、例えばパワー半導体スイッチによって形成されている。ここでは、充電ゾーンを変更することによって、具体的には「ドレイン」及び「ソース」によって提供される常時開接点２０の間の電気抵抗が設定される。しかしながら、第１のスイッチング素子１８は、リレーによって形成されていることが好ましく、常時開接点２０は、互いに移動可能に搭載されており、これらを離隔することによって電気抵抗は上昇する。常時開接点２０の少なくとも一方は、詳細には図示されていない電機子と能動的に接続されており、この電機子によって、両常時開接点２０の互いに対する位置が設定される。電機子は、例えば、磁性材料又は強磁性材料から成り、詳細には図示されていないリレー駆動部のコイルによって駆動される。第１の制御入力部２２に特定の電圧が印加されると、コイルは通電される。

【0052】

回路遮断器１４は、第１のスイッチング素子１８の駆動を行う駆動回路２４をさらに含む。換言すると、駆動回路２４は、第１のスイッチング素子１８の第１の制御入力部２２につながっている。駆動回路２４は、ホールセンサ２８を含む電流センサ２６を備えている。ここで、ホールセンサ２８は、主電流路１６を円周側から取り囲んでおり、主電流路１６によって導かれる通常は３０Ａ（定格電流「ｉ_ｎｅｎｎ」）の電流によって生成される磁界が、ホールセンサ２８によって検知される。

【0053】

ホールセンサ２８は、機械的に、主電流路１６から離隔されており、電流センサ２６の評価回路３０によって動作される、つまり給電される。このために、評価回路３０は、２４Ｖの直流電圧をグランド３４に対して提供する直流電圧源３２に電気的に接続されており、評価回路３０もグランド３４に電気的に接続されている。図示されていない他の代替例では、グランド３４に対する直流電圧は、１Ｖ～５０Ｖ、１０Ｖ～３０Ｖであり、例えば１２Ｖである。また、電流センサ２６、具体的には評価回路３０は、２つの出力部３６を有する。これらの出力部のうちの一方もグランドにつながっている。換言すると、この出力部３６には、電位として、常にグランド３４が印加されている。これらの出力部３６の間に印加される電圧３８（図２）は、主電流路１６によって導かれる電流に依存する。具体的には、ホールセンサ２８を使用することにより、電圧３８は、主電流路１６によって通電される電流に対して正比例する。ここで、主電流路１６によって導かれる３０Ａの電流は、出力部３６の間に印加される０．９Ｖの電圧３８と固定補正値との和に相当し、主電流路１６によって導かれる６０Ａの電流は、出力部３６の間に印加される１．８Ｖの電圧３８と固定補正値との和に相当する。つまり、比例因子は０．０３Ｖ／Ａである。また、ホールセンサ２８を使用することにより、電流センサ２６の出力部３６は、主電流路１６から電気的に分離される。

【0054】

一代替例では、ホールセンサ２８の代わりに、磁気抵抗センサが用いられる。ここでも、構成によっては、電流センサ２６の出力部３６は、主電流路１６から電気的に分離される。さらなる一代替例では、ホールセンサ２８の代わりに、主電流路１６に設置されるシャントが用いられる。これによって、評価回路３０を対応して調節することにより、主電流路１６に対する出力部３６の電気的な分離が行われる。

【0055】

駆動回路２４は、特性曲線回路４０をさらに含み、特性曲線回路４０は、２つの入力部４２及び２つのさらなる出力部４４を有する。入力部４２のうちの一方及び出力部４４のうちの一方は、同一の物理的端子によって形成されており、グランド３４につながっている。したがって、特性曲線回路４０のこの入力部４２も、電流センサ２６の出力部３６のうちの一方に電気的に接触している。特性曲線回路４０の他方の入力部４２は、電流センサ２６の他方の出力部３６に電気的に接触している。

【0056】

特性曲線回路４０の他方の出力部４４は、比較器回路４８の合計２つの入力部４６のうちの一方につながっており、当該入力部４６は、詳細には図示されていない比較器を含む。比較器回路４８の他方の入力部４６は、グランド３４につながっている。また、比較器回路４８は、直流電圧源３２に繋がる基準入力部５０を含む。したがって、グランド３４に関する基準入力部５０には、直流電圧源３２によって提供された電位が、具体的には２４Ｖである基準電位として印加される。比較器回路４８は、出力部５２をさらに含み、比較器回路４８の入力部４６間に印加された電圧が基準入力部５０とグランド３４との間の電圧よりも大きい場合にのみ、この出力部５２に、あるレベルが印加される。一発展形態では、具体的には比較器回路４８によって、基準電位に対する調節が行われる。

【0057】

比較器回路４８の出力部５２は、第１の制御入力部２２と直流電圧源３２との間に接続された制御可能な第２のスイッチング素子５６の第２の制御入力部５４につながっている。第２のスイッチング素子５６は、半導体スイッチ、具体的にはＭＯＳＦＥＴによって提供されている。つまり第２のスイッチング素子５６も、２つの常時開接点２０を含む。２つの常時開接点２０のうちの一方は、「ドレイン」から成り、他方は、「ソース」から成る。この常時開接点２０によって、第１の制御入力部２２を、直流電圧源３２によって提供された電位にすることが可能である。ここで、第２のスイッチング素子５６の常時開接点２０を設定することは、「ゲート」によって形成される第２の制御入力部５４によって行われる。

【0058】

したがって、第２のスイッチング素子５６は、特性曲線回路４０のさらなる出力部４４間に印加されたさらなる電圧５８（図２）に応じて起動される。このために、具体的には特性曲線回路４０のさらなる出力部４４は、比較器回路４８の入力部５０に接続されており、比較器回路４８の出力部５２は、第２の制御入力部５４につながっている。これにより、出力部５２は、さらなる電圧５８が直流電圧源３２によって提供された電圧、つまり、基準電位を形成する電圧よりも大きい場合にのみ、あるレベルを有する。特性曲線回路４０及び駆動回路２４のさらなる構成要素は、アナログの構成部品によって形成されており、マイクロコントローラを用いない特性曲線回路４０によって、特性曲線回路４０の出力部４４に印加されるさらなる電圧５８と、特性曲線回路４０の出力部４２に印加され、つまり電流センサ２６の出力部３６にも印加される電圧３８との間の機能的な関係が実現される。少なくとも、駆動回路２４は、マイクロコントローラを有していない。

【0059】

図２には、特性曲線回路４０の第１の実施形態が示されている。特性曲線回路４０は、２つの入力部４２を有し、これらの入力部４２の間には、動作時に電圧３８が印加される。特性曲線回路４０のさらなる出力部４４間には、動作時に、さらなる電圧５８が印加される。特性曲線回路４０の入力部４２のうちの一方は、トリガ経路６０によって、特性曲線回路４０のさらなる出力部４４のうちの一方につながっている。特性曲線回路４０の残りの入力部４２及び残りの出力部４４は、グランド３４に電気的につながっており、したがって直接互いに電気接触されている。

【0060】

トリガ経路６０は、第１の抵抗器６２を含み、この第１の抵抗器６２は、特性曲線回路４０の入力部４２と特性曲線回路４０のさらなる出力部４４との間に接続されており、このためこれらを互いに接続している。第１の抵抗器６２の値は、１ｋＯｈｍである。第１の抵抗器６２は、特性曲線回路４０の関連するさらなる出力部４４側において、第１のキャパシタ６４によって残りのさらなる出力部４４につながっており、したがってグランド３４につながっている。第１のキャパシタ６４は、コンデンサによって形成されており、値として３．１６μＦを有している。入力部４２側において、第１の抵抗器６２は、第２の抵抗器６６によって特性曲線回路４０の残りのさらなる出力部４４につながっており、したがってグランド３４にもつながっている。ここで、第２の抵抗６６の値は５１ｋＯｈｍである。

【0061】

第１のキャパシタ６４に並列に、多数の特性分岐部６８、ここでは４つの特性分岐部６８が接続されており、ここでは、これらのうちの２つが図示されている。換言すると、特性分岐部６８によって、特性曲線回路４０内の両方のさらなる出力部４４が、互いに電気的に接続されている。各特性分岐部６８は、１つのキャパシタ７０と１つの抵抗器７２との直列接続により形成されており、この例では、キャパシタ７０は、各抵抗器７２に関して第１の抵抗器６２側に設けられている。つまり、特性分岐部６８は同様に構成されており、一方の特性分岐部６８のキャパシタ７０の値は、３．１６μＦであり、同じ特性分岐部６８の抵抗器７２の値は、１．０４９ｋＯｈｍである。他の特性分岐部６８のキャパシタ７０の値は、４．６４μＦであり、この特性分岐部６８の抵抗器７２の値は、４．３１９ｋＯｈｍである。他の特性分岐部６８のキャパシタ７０の値は、８．２５μＦであり、この特性分岐部６８の抵抗器７２の値は、４７５．４Ｏｈｍである。

【0062】

電圧３８によって、動作時に、第１のキャパシタ６４が充電され、第１のキャパシタ６４において、さらなる電圧５８が設定される。電圧３８が変動を有する場合、これは、ローパスフィルタとして作用する第１の抵抗器７２、第１のキャパシタ６４、及び、特性分岐部６８によって部分的に平滑化される。電圧３８が所定のある時間ウィンドウ内で比較的大きく変化した場合、第１のキャパシタ６４及びキャパシタ７０の比較的迅速な充電が可能であり、その結果、さらなる電圧５８が変化する。換言すると、トリガ経路６０は、ｎ番目のローパスフィルタとして機能する。ここでｎは、特性分岐部６８の数に「１」を加算した値である。またｎは、トリガ経路６０のキャパシタ６４、７０の数に等しく、これによって、伝達機能が形成される。

【0063】

その結果、比較器回路４８の入力部６４に印加された電圧は変化し、基準入力部５０とグランド３４との間に形成された電圧よりも大きくなる。その結果、第２のスイッチング素子５６が駆動され、これによって第１のスイッチング素子１８が開き、主電流路１６を介して流れる電流は遮断される。

【0064】

特性曲線回路４０の電気構成部品用の個々の値を選択することにより、主電流路１６を通って流れる電流の変化に相当する電圧３８の所定の変化時に、所定の時間ウィンドウ内で第１のスイッチング素子１８もトリガされることが確保される。

【0065】

図３には、特性曲線回路４０によって提供される特性曲線７３が示されている。ここで、回路遮断器１４のトリガ時間は、引き外し電流、つまり主電流路１６によって導かれる、定格電流の複数倍の電流（ここでは３０Ａの電流）に対して、ミリ秒となっている。比較器回路４８によって、トリガが定格電流の定数１．８倍以上でのみ行われることが確保される。このために、基準電位に対する好適な調節が行われる。

【0066】

第１のキャパシタ６４及び第１の抵抗器６２によって、並びに、３つの特性分岐部６８によって、第１の切替点７３ａ、第２の切替点７３ｂ、第３の切替点７３ｃ、及び、第４の切替点７３ｄ、つまり全部で４つの切替点が生じる。第１の切替点７３ａは、主電流路１６によって導かれる電流が定格電流の２倍以上に５０ｍｓで上昇することに相当し、第２の切替点７３ｂは、主電流路１６によって導かれる電流が定格電流の３倍以上に１５ｍｓで上昇することに相当し、第３の切替点７３ｃは、主電流路１６によって導かれる電流が定格電流の５倍以上に５ｍｓで上昇することに相当し、第４の切替点７３ｄは、主電流路１６によって導かれる電流が定格電流の１０倍以上に１ｍｓで上昇することに相当する。常に、切替点７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、及び、７３ｄのうちの１つ、並びに、特性曲線７３が、主電流路１６によって導かれる電流の変化によって超過されると、第２のスイッチング素子５６の起動が行われ、これによって回路遮断器１４がトリガされる。

【0067】

図４には、特性曲線回路４０のさらなる実施形態が示されている。ここでも、入力部４２のうちの一方とさらなる出力部４４のうちの一方との間に、トリガ経路６０が設けられている。ここでも、特性曲線回路４０の残りの入力部４２及び特性曲線回路４０の残りのさらなる出力部４４は、グランド３４につながっている。さらにまた、第１の抵抗器６２及び第１のキャパシタ６４が設けられている。しかしながら、第１のキャパシタ６４は、第１のキャパシタ６４に対して並列接続された第３の抵抗器７４によってブリッジされている。

【0068】

加えて、トリガ経路６０は、２つのダイオード７６を含み、第１の抵抗器６２は、これら２つのダイオード７６の間に配置されている。換言すると、特性曲線回路４０の入力部４２と特性曲線回路４０のさらなる出力部４４との間に、これら２つのダイオード７６と第１の抵抗器６２とから成る電気的な並列接続が形成されている。つまり、ダイオード７６のうちの一方は、第１の抵抗器６２と特性曲線回路４０の入力部４２との間に接続されており、残りのダイオード７６は、特性曲線回路４０の出力部４４と第１の抵抗器６２及び第１のキャパシタ６４との間に接続されている。ここで、ダイオード７６によって、特性曲線回路４０の入力部４２から特性曲線回路４０のさらなる出力部４４まで電流が流れることが可能であるが、その逆は不可能である。

【0069】

トリガ経路６０に、さらなるトリガ経路７８が電気的に並列接続されている。さらなるトリガ経路７８はトリガ経路６０と同様であり、したがってダイオード７６、第１の抵抗器６２、及び、第３の抵抗器７４を含む。この接続も同様である。しかしながら、第１の抵抗器６２、第３の抵抗器７４、及び、第１のキャパシタ６４の値は異なる。ダイオード７６は、常に同一であるか、又は異なっている。さらなる例では、同様の多数のさらなるトリガ経路７８が設けられ、第１及び第３の抵抗器６２、７４並びに第１のキャパシタ６４の値は異なっている。

【0070】

ここでも、動作時に、印加された電圧３８が変化した場合、第１の抵抗器６２及び第１のキャパシタ６４によってスパイクの平滑化が行われる。第３の抵抗器７４によって、第１のキャパシタ６４が放電され、これによって、出力部４４に印加されたさらなる電圧５８が、通常動作において所定の値以下を維持する。ダイオード７６によって、第１のキャパシタ６４が、常に特性曲線回路４０の出力部４４側で充電されることが確保される。

【0071】

電圧３８の変化が所定の条件を満たし、比較的短い時間ウィンドウ内で比較的大きい値だけ変化する場合にのみ、さらなる電圧５８が変化する。この場合、トリガ経路６０及びさらなるトリガ経路７８によって、異なる条件、つまり電圧３８の変化の値及び関連する時間ウィンドウが特定される。ここでも、電圧３８は、主電流路１６によって導かれる電流に対して比例する。

【0072】

まとめると、回路遮断器１４は、直流システム２、又は、直流中間回路の安全確保に寄与する。直流中間回路とは、例えば、持続短絡電力が制限された直流／高電圧システムである。これは、具体的には変圧器４によって提供される。直流システム２は、例えば、自動車、具体的には電気自動車、充電ポール、電気通信インフラストラクチャ、又は、データセンタインフラストラクチャの一構成要素である。

【0073】

第１のスイッチング素子１８は、例えば、機械式リレー、半導体リレー、ハイブリッドリレー、又は、半導体スイッチといった、遠隔駆動可能なスイッチング素子である。主電流路１６によって導かれる電流を検知することは、電気分離部を有する電流センサ２６によって行われ、電流センサ２６によって、主電流路１６の電流が電圧３８上にほぼ直線状に描写される。ここで電流センサ２６は、数ミリ秒の間、具体的には直流システム２の定格電流の複数倍を、損傷なく検知／測定可能なように構成されている。場合によっては生じるスパイク電流の測定も可能である。電流センサ２６の評価回路３０によって、例えばスケーリングが行われ、場合によって生じるオフセットが解消される。

【0074】

特性曲線回路４０によって、所定の電流／時間特性曲線の描写が、純粋にアナログの構成部品によって行われる。換言すると、特性曲線回路４０は、アナログ回路であり、パッシブな部品によってのみ形成される。

【0075】

一代替例（図２）では、直列ＲＣ組み合わせ、つまり特性分岐部６８の並列配置が設けられている。ここでは、直列抵抗器、つまり第１の抵抗器６２と、放電抵抗器、つまり第２の抵抗器６６とが設けられている。特性曲線点、つまり切替点は、これを超えると第１のスイッチング素子１８が起動される点であり、第１の抵抗器６２及び第１のキャパシタ６４によって提供される。他の特性曲線点が、特性分岐部６８によって設定される。高いオーム抵抗を有する第２の抵抗器６６によって、第１のスイッチング素子１８の停止後に、キャパシタ６４、７０の放電が行われる。

【0076】

他の一代替例（図４）では、各特性曲線点において、つまり各切替点において、第１のキャパシタ６４のうちの一方の充電が各第１の抵抗器６２を介して行われる。各第１のキャパシタ６４は、関連する第３の抵抗器７４を介して放電される。したがって、これはＴ型二端子対構造である。トリガ経路６０、７８の分離は、ダイオード７６によって行われる。

【0077】

さらなる電圧５８が所定の値に達すると、つまり具体的には限界値を超えると、第２のスイッチング素子５６の起動が行われ、つまり駆動回路２４がトリガされる。ここで第２のスイッチング素子５６は、半導体スイッチとして形成されており、反応時間が短縮される。その後、第１のスイッチング素子１８が起動され、比較的短時間の遅延しか生じない。

【0078】

例えば、回路遮断器１４は、直流システム２内の他の種類の故障、例えば故障アークを検知可能なさらなるセンサを含む。このさらなるセンサも、具体的には、第１の制御入力部２２につながっており、このセンサにより、第１のスイッチング素子１８もトリガされることが可能である。

【0079】

本発明は、上述の実施形態に限定されない。むしろ、本発明の他の様々な変形例が、本発明の対象から逸脱することなく、当業者により想定可能である。特に、また、実施形態に関連して記載される全ての個々の特徴を、本発明の対象から逸脱することなく、別の方法で互いに組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0080】

２ 直流システム
４ 変圧器
６ 直流回路
８ 負荷
１０ 供給網
１２ 電流路
１４ 回路遮断器
１６ 主電流路
１８ 第１のスイッチング素子
２０ 常時開接点
２２ 第１の制御入力部
２４ 駆動回路
２６ 電流センサ
２８ ホールセンサ
３０ 評価回路
３２ 直流電圧源
３４ グランド
３６ 出力部
３８ 電圧
４０ 特性曲線回路
４２ 入力部
４４ さらなる出力部
４６ 入力部
４８ 比較器回路
５０ 基準入力部
５２ 出力部
５４ 第２の制御入力部
５６ 第２のスイッチング素子
５８ さらなる電圧
６０ トリガ経路
６２ 第１の抵抗器
６４ 第１のキャパシタ
６６ 第２の抵抗器
６８ 特性分岐部
７０ キャパシタ
７２ 抵抗器
７３ 特性曲線
７４ 第３の抵抗器
７６ ダイオード
７８ さらなるトリガ経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図】

【国際調査報告】