[发明专利]具有过电压限制器的电子开关

说明书

本发明涉及一种电子开关(1)，其具有至少一个能关断的半导体开关(2)、压敏电阻器(3)和电容器(4)，其中电子开关(1)具有第一接头(11)和第二接头(12)，根据能关断的半导体开关(2)的开关状态能够借助至少一个能关断的半导体开关(2)在接头之间建立或中断导电连接。为了在过电压保护方面改进电子开关而提出，由压敏电阻器(3)和电容器(4)构成的串联电路(5)分别通过第一二极管(15)与第一接头(11)连接并且通过第二二极管(16)与第二接头(12)连接。本发明还涉及具有这种电子开关(1)的直流电压系统(10)。本发明还涉及用于限制在这种电子开关(1)或这种直流电压系统(10)中的过电压的方法，其中在由压敏电阻器(3)设定的极限被超过之后，在关断过程中将与电子开关(1)连接的元件(25)的感应能量传输到电容器(4)中。

技术领域

本发明涉及一种电子开关，其具有至少一个能关断的半导体开关、压敏电阻器和电容器，其中电子开关具有第一接头和第二接头，根据能关断的半导体开关的开关状态能够借助至少一个能关断的半导体开关在第一接头与第二接头之间建立或中断导电连接。本发明还涉及一种具有这种电子开关的直流电压系统，其中直流电压系统具有第一电势和第二电势，其中电子开关的接头之一与直流电压系统的第一电势连接。本发明还涉及一种用于限制在这种电子开关或这种直流电压系统中的过电压的方法。

背景技术

为了能够切换直流电流，需要直流开关。与交流开关的切换不同，直流开关具有明显更复杂的构造，因为例如在直流电压网络中发生的直流运行中电流没有过零点，而在该点处能够以简单的方式消除电流。直流电压网络也被称为DC网络。

已经证明有利的是，使用电子开关来构造直流开关。电子开关例如包括诸如晶体管或晶闸管的半导体开关。如果开关是能关断的半导体，则该开关适合作为用于切换直流电流的机械开关的替代产品。

当发生故障时，迅速关断半导体很快就成为问题。此时问题在于，从DC网络到故障位置的供电线路具有电感，该电感与线路的长度成正比并且通常约为500nH/m。在线路长度为50m时，该电感因此约为25μH。由于电感中的电流不能突然变为零并且要继续流动但不存在续流路径，所以由半导体开关的关断过程在该电感处引起高的过电压。因此，开关的接头处的电势上升至大的值。该电压因此也出现在电子开关处并且能够损坏或破坏该电子开关。

通过使机械开关具有明显更慢的关断速度并且还在机械开关的电弧中将存储的能量转换成热量，机械开关解决了该问题。然而，机械开关的缺点在于，机械开关由于其缓慢的关断能够在DC网络中产生巨大的电压扰动，该扰动影响并联的其他负载。

发明内容

本发明的目的是改进电子开关。

该目的通过一种电子开关实现，其具有至少一个能关断的半导体开关、压敏电阻器和电容器，其中，该电子开关具有第一接头和第二接头，根据能关断的半导体开关的开关状态能够借助至少一个能关断的半导体开关在第一接头与第二接头之间建立或中断导电连接，其中，由压敏电阻器和电容器构成的串联电路分别通过第一二极管与第一接头连接并且通过第二二极管与第二接头连接。此外，该目的通过具有这种电子开关的直流电压系统实现，其中，借助于电子开关，能够中断直流电压系统的、在电子开关的第一接头与第二接头之间的电连接。此外，该目的还通过一种用于限制在这种电子开关或这种直流电压系统中的过电压的方法来实现，其中，在由压敏电阻器设定的极限被超过之后，在至少一个能关断的半导体开关的关断过程期间将与电子开关连接的元件的感应能量传输到电容器中。

本发明基于以下认识，即通过压敏电阻器与电容器的串联连接能够以简单的方式消除由系统中的电感引起的过电压。由此能够可靠地防止电子开关的一个能关断的半导体或多个能关断的半导体被损坏或破坏。压敏电阻器的任务是在电压升高的情况下导通并且将在直流电压系统的元件中存储的感应能量(也就是例如存储在电感、特别是寄生电感中的电能)输送给电容器。该电容器无损地吸收该能量。