專利名稱：具有儲能電路的故障電流保護開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種故障電流保護開關(guān)，以下稱FI開關(guān)，其由一總變流器獲得的釋放機構(gòu)的釋放電壓經(jīng)儲能電路輸入，其中，稱為存儲電容器的電容器被充電，該電容器由一個過截繼電器(或閾值開關(guān))控制，該過截繼電器在達到閾值后使存儲電容器經(jīng)一個其中設(shè)有釋放機構(gòu)的釋放電路放電。在其中儲有為釋放機構(gòu)的釋放所需能量的儲能電路的電容器，以下稱存儲電容器，在其充電和放電時，由一個過截繼電器控制，在達到閾值后，該過截繼電器使存儲電容器經(jīng)一個其中設(shè)有釋放機構(gòu)的釋放電路放電。這種帶有儲能電路的FI開關(guān)，已經(jīng)以不同的結(jié)構(gòu)形式公開(如DE-A-3 129 277)。一般用齊納二極管當(dāng)作過截繼電器或與電壓有關(guān)的開關(guān)器件。雖然溫度補償?shù)拇胧┮压_(如DE-A-1 589 707)，但齊納二極管實際上具有一個不可充分再現(xiàn)的并且與溫度的關(guān)系較大的擊穿電壓。
為了開發(fā)小的FI開關(guān)，人們想盡可能縮小總變流器的橫截面面積，在FI開關(guān)的額定故障電流盡可能小和初級線圈匝數(shù)盡可能等于1，即只有1根貫穿的導(dǎo)線的情況下，使過截繼電器盡可能是高阻的，以便在次級繞組上不起次級負荷作用。據(jù)此，過截繼電器不應(yīng)起到平行于存儲電容器的放電電阻的作用。用通常設(shè)在電路中的閘流管電極或用單結(jié)-晶體管做電子過截繼電器迄今沒有成為令人滿意的技術(shù)方案。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種FI開關(guān)，該FI開關(guān)在避免上述困難的同時可用于小的額定故障電流并能用小的總變流器可靠地工作。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即提供一種權(quán)利要求1所述的故障電流保護開關(guān)(FI開關(guān))，其中，一個反向工作的晶體管裝置被用作過截繼電器。釋放特性在很寬的溫度范圍內(nèi)實際上與溫度無關(guān)。其中，晶體管裝置根據(jù)其布線可在其基極-發(fā)射極線路中反向并與存儲電容器高阻聯(lián)接地工作。
如果用作過截繼電器的晶體管裝置導(dǎo)通并且釋放機構(gòu)錯誤地沒響應(yīng)，則希望充電過程和放電過程重復(fù)。在一個作為釋放機構(gòu)的吸持磁鐵釋放器中，通過電路的相應(yīng)設(shè)計，在存儲電容器的一個放電過程結(jié)束時通過在吸持磁鐵線圈上出現(xiàn)的換極電壓切斷晶體管裝置的剩余保持電流是相宜的。
下面借助圖示實施例對本發(fā)明作進一步說明。附圖中

圖1是FI開關(guān)的自總變流器的次級繞組起的次級回路，以一個晶體管裝置作為過截繼電器的基準(zhǔn)組件，圖2是圖1所示FI開關(guān)的另一種晶體管裝置，圖3是以再一晶體管裝置接入圖1所示電路，圖4是晶體管裝置閾值電壓微小地與溫度相關(guān)的釋放曲線，圖5是與圖4對比，一個傳統(tǒng)的齊納二極管與溫度相關(guān)的電流-電壓特性曲線。
圖1所示的FI開關(guān)用一個總變流器工作，一個具有一存儲電容器2，一個晶體管裝置3和一釋放機構(gòu)4的次級回路與該總變流器的次級繞組1相聯(lián)。特別是釋放機構(gòu)4可以為具有一釋放繞組5的吸持磁鐵裝置。釋放機構(gòu)4能以傳統(tǒng)方式對待保護的導(dǎo)線中的一開關(guān)鎖和開關(guān)觸點起作用。晶體管裝置3基于其布線是反向工作的。晶體管裝置可集成在一個芯片中。
在圖1所示的實施例中，一個雙向二極管6有利地平行于次級繞組1設(shè)置，該雙向二極管把到達次級回路的瞬時電壓限至或降至為電路所容納的程度。一個電容器7和二極管8、9，在某種方式上還有存儲電容器2形成一個已公知的倍壓電路。次級繞組1的倍壓加在存儲電容器2上。如己公知的那樣，可以有選擇地設(shè)置一個電容器10，用以使次級回路與在次級繞組中感應(yīng)的故障電流進行頻率匹配。
基本上由晶體管11和12以及電阻13和14構(gòu)成晶體管裝置3的線路。可有利地設(shè)置一個電容器15，以便使FI開關(guān)的次級回路中的干擾信號短路。晶體管11和12設(shè)在一個正反饋電路中，電阻13和14負責(zé)晶體管裝置3的高阻聯(lián)接。由此，晶體管裝置3在存儲電容器2的充電過程中不會對存儲電容器起負載的作用?？捎欣匾愿叩碾娏髟鲆孢x擇晶體管11和12。當(dāng)在圖1所示的實施例中為一個npn型晶體管結(jié)構(gòu)的晶體管3反向?qū)〞r，電阻13上的電壓降用來控制導(dǎo)通狀態(tài)下的晶體管11。然后流經(jīng)電阻14的電流導(dǎo)致一個電壓降，該電壓降控制晶體管12導(dǎo)通。然后有一個更大的電流流經(jīng)電阻13，這是因為在導(dǎo)通狀態(tài)下晶體管12上的電壓降大大低于導(dǎo)通狀態(tài)下晶體管裝置3處沿反向控制的電壓降。
如圖4所示，沿反向工作的晶體管裝置3在其約5.5V的擊穿區(qū)中具有一個很陡的電流電壓特性曲線并且在接近擊穿電壓時具有一個可忽略不計的反向電流。此外，如圖4所示，擊穿電壓幾乎與溫度完全無關(guān)。
在圖4中例舉了一個反向工作的晶體管裝置的電流-電壓曲線，其橫坐標(biāo)為晶體管裝置的發(fā)射極-基極電壓(單位為伏)，其縱坐標(biāo)為作為電壓的函數(shù)的發(fā)射極-基極電流(單位為毫微安)。曲線16示出了在所謂常溫，即+25℃時作為發(fā)射極基極電壓的函數(shù)的發(fā)射極基極電流的變化。曲線17反映了+85℃時的變化，曲線18反映了-25℃時的變化，圖4中的曲線為用一個MMBR 5179 LT1型的摻雜成npn結(jié)構(gòu)的晶體管作為晶體管裝置，其中，發(fā)射極-基極截止電壓VEBO為2.5伏。有利之處在于，在實施例中5至5.5伏的擊穿區(qū)中具有陡的電流-電壓特性曲線，該電流-電壓特性曲線也幾乎與溫度完全無關(guān)。人們克服了其他在一般的過截繼電器中出現(xiàn)的各個元件存在的并與工作溫度有關(guān)的擊穿電壓波動缺點。此外，這里所建議的FI開關(guān)具有一個至擊穿電壓時可忽略不計的反向電流。大部分傳統(tǒng)類型的FI開關(guān)在+25℃常溫下當(dāng)截止電壓大小為齊納電壓的75％時則具有幾個微安的反向電流。在圖5中示出了一個傳統(tǒng)過截繼電器的情況，其中，與圖4相應(yīng)的曲線標(biāo)有一致的標(biāo)號，但加撇。
圖2示出了一個串聯(lián)式的晶體管裝置，可把該串聯(lián)式晶體管裝置加入圖1中晶體管裝置3所處的部位。
在圖3中把一個pnp型的晶體管裝置加入一個按圖1所示的形式的電路中，就晶體管裝置3而言，圖1至圖3所示的實施例只說明，用不同形式的晶體管裝置是可能的。
在圖1和圖3所示的實施例中，正反饋的晶體管11、12的剩余保持電流在存儲電容器2的一個放電過程結(jié)束時通過在吸持磁鐵線圈5上出現(xiàn)的換極電壓切斷。為此，正反饋的晶體管的剩余保持電流，或者概況地說，以一個晶體管裝置3做基準(zhǔn)元件的過截斷電器的剩余保持電流不能被超過。特別是在故障電流高的情況下，這本來是成問題的，因為過截繼電器在被接合的情況下，次級電流可大于剩余保持電流，但另一方面不會大到足以釋放吸持磁鐵。在圖1和圖3所示的電路中，電流在放電電流斷路時通過吸持磁鐵線圈的換極電壓被切斷。如果在確定的故障電流形式中，比如在確定的脈動的直流故障電流中不能成功地做到這一點，則設(shè)置一個附加的、用于從次級繞組1退耦的電阻19是有利的。電阻19的設(shè)計規(guī)格要大到可從次級繞組進行充分退耦，而又不顯著延長存儲電容器的充電時間。用于退耦的電阻19也可有選擇余地地特別是加在圖1和圖3用X標(biāo)記標(biāo)志的電路位置上。
權(quán)利要求
1.故障電流保護開關(guān)(FI開關(guān))，其由一總變流器獲得的釋放機構(gòu)的釋放電壓經(jīng)儲能電路輸入，其中，稱為存儲電容器(2)的電容器被充電，該電容器由一個過截繼電器控制，在達到閾值后該過截繼電器使存儲電容器(2)經(jīng)一個其中設(shè)有釋放機構(gòu)(4)的釋放電路放電，其特征在于，過截繼電器具有一個反向工作的晶體管裝置(3)，作為基準(zhǔn)組件。
2.按照權(quán)利要求1所述的FI開關(guān)，其特征在于，晶體管裝置(3)根據(jù)其布線可在其基極-發(fā)射極線路中反向并與存儲電容器(2)高阻聯(lián)接地工作。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的FI開關(guān)，其特征在于，在過截繼電器中，晶體管裝置(3)對正反饋晶體管(11、12)起作用，在一個作為釋放機構(gòu)(4)的吸持磁鐵釋放器中，通過電路的相應(yīng)設(shè)計在存儲電容器(2)的一放電過程結(jié)束時，晶體管(11、12)的剩余保持電流通過在吸持磁鐵線圈(5)上出現(xiàn)的換極電壓被切斷。
全文摘要
故障電流保護開關(guān)，簡稱FI開關(guān)，其由一總變流器獲得的釋放機構(gòu)的釋放電壓經(jīng)儲能電路輸入，其中，稱為存儲電容器(2)的電容器被充電，該電容器由一個過截繼電器控制，在達到閾值后該過截繼電器使存儲電容器(2)經(jīng)一個其中設(shè)有釋放機構(gòu)(4)的釋放電路放電。其中規(guī)定，過截繼電器具有一個反向工作的晶體管裝置(3)，作為基準(zhǔn)組件。
文檔編號H02H1/06GK1127947SQ95116239
公開日1996年7月31日 申請日期1995年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月14日
發(fā)明者漢斯·奧特, 伯恩哈德·鮑爾 申請人:西門子公司