[发明专利]尤其在短路情况下限制交流电流的设备

说明书

本发明涉及一种限制交流电流的设备。

为给用电器(设备)供应交流电流，用电器要通过一个开关设备与电网的一条支线连接。为保护用电器不流过过大的电流，尤其是在短路情况下，在低压开关技术中开关设备使用保护支线用的熔断保护断路器和开关时间明显大于1毫秒(1ms)的机械式功率开关。如果在一个电力支线中同时驱动多个用电器，而只有一个用电器出现短路的话，那么当未出现短路的用电器不受影响继续工作，只切断短路的用电器，将具有极大优点。为此目的，需要在每一用电器前面直接接入限流组件(限流器)，该限流器在释放为该电力支线配置的断路器(线路保护开关)之前，在显著小于1ms的时间内把电流从可能的短路电流可靠地限制到一个预先规定的非临界的过电流值。

这种限流器必须能够在限流情况下经受在组件上存在的高电压，其通常达到700V，间或达到1200V，视电网而定。因为其时在组件上存在的损耗功率非常高，因此当限流器在接受另外的电压时自动辅助地把该电流减小到显著低于预先规定的过电流值时，将特别具有优点(自保护组件)。

在市场上唯一可得到的无源、亦即无控制功能的限流器是BA公司以PROLIM名字销售的设备，它建立在该设备中所使用材料晶界的与电流有关导电性上面。然而该设备在频繁使用于限流时可能出现电流饱和值(电流限制值)改变的情况。

此外，通常只使用有源、亦即有控制功能的限流器，它采集电流并在超过一个预先给定的最大电流值时通过有源控制器限制电流。DE-A-4330459公知了一种基于半导体的有源限流器。该有源限流半导体开关具有一个预先规定导通型的第一半导体区，给它在彼此相对的表面上各安置一个电极。现在在第一半导体区内，在两个电极之间彼此相距安置其他的相反导通型的半导体区。在其他各个半导体区之间分别构造第一半导体区的通道区，它垂直于第一半导体区的两个表面(垂直通道)。在两个电极之间的竖直电流由该通道区引导并加以限制。为控制在这两个电极之间的电流流通，在第一半导体区内相反掺杂的半导体区上施加一个栅电压，通过该栅电压可以控制通道区的电阻。

DE-A-19548443公知了一个半导体装置，它具有一个预先规定导通型的第一半导体区，一个在第一半导体区的一个表面上安置的接触区和一个在第一半导体区内接触区下安置的、具有和第一半导体区相反导通型的第二半导体区。第二半导体区在所有方向上平行于第一半导体区的表面超过接触区继续延伸，使得在第一半导体区内至少构造出一个通道区，它向下以在第一半导体区和第二半导体区之间构造的p-n结的耗尽区为界，并在导通状态下承载来自接触区或者流向接触区的电流。因此至少一个通道区在第一半导体区内横向设置并因此具有一个良好的饱和特性。在与第一半导体区的上述表面相对的第一半导体区的另一表面上安置另一个接触区。然后可以在该接触区和在第一半导体区的另一表面上的接触区之间施加一个该半导体装置用的操作电压。

该通道区在由DE-A-19548443公知的半导体装置的一个改进方案中以另一p-n结的一个耗尽区与第二半导体区对立的一侧为界，该p-n结由第一半导体区和至少一个与第一半导体区相反导通型的第三半导体区所构造。给第三半导体区配置一个控制电极，通过施加控制电压来控制所述通道区的电阻。在另一个改进方案中，该通道区以至少一个肖特基触点的耗尽区的与第二半导体区对立的一侧为界。在该实施例中还可在肖特基触点上施加控制电压，以控制所述通道区的电阻。

本发明的目的在于，提供一种限制交流电流的设备，它能承受短路情况下快速重现的交变电压，并能够可靠限制相应的交流电流。

本发明的目的是通过权利要求1所述的特征来实现的。

根据本发明，在要限制的交流电流的电流路径中至少接入一个半导体装置，它如此构造或者可如此控制，使得它在施加一个具有预先规定极性(正向，导通方向)的正向电压时有正向电流导通，该电流随从零电压增加的正向电压单调地、优选基本线性(欧姆特性曲线)地增长，在一相应的饱和电压下增长到饱和电流，并在超过该饱和电压的正向电压时被限制在一个小于饱和电流的限制电流，优选小于饱和电流的约五分之一。然而，该半导体装置可以在相反极性(反向)下不限制电流(无对称特性曲线)。在施加反向电压时，一个反向电流大量流过该半导体装置，它随从零电压增加的反向电压单调地增长到一个预先规定的反向击穿电压，并在超过该反向击穿电压时由于载流子击穿而急剧增长。然而在载流子击穿时该半导体装置很容易损坏。