專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的安全設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的安全設(shè)備，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)尤其 被用于開(kāi)啟或者關(guān)閉被連接初級(jí)網(wǎng)絡(luò)上并且能夠給次級(jí)設(shè)施供電的次 級(jí)線路。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括一個(gè)能夠開(kāi)啟次級(jí)電路并且在次級(jí)電路過(guò)載的情 況下能夠保護(hù)次級(jí)網(wǎng)絡(luò)的電纜的電流保護(hù)裝置。
電流保護(hù)裝置被標(biāo)定為根據(jù)低于用來(lái)表征尤其被用于航空電子接
線中的電纜的冒煙曲線的、計(jì)算得出的i2.t能量確定值來(lái)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)。
半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)一般配備一個(gè)電流保護(hù)電路，它包括次級(jí)線路上的電 流檢測(cè)裝置，電流檢測(cè)裝置測(cè)量被插入該次級(jí)電路中的一個(gè)串聯(lián)電阻 的端子上的電位差，并且，包括一個(gè)控制開(kāi)關(guān)元件的電路，其測(cè)量在
流閾值的情況下，激活該開(kāi)關(guān)元件為開(kāi)路。
因此半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)配備一個(gè)由外部系統(tǒng)管理的正常運(yùn)行的開(kāi)啟關(guān)閉 控制和一個(gè)來(lái)自電流保護(hù)電路的開(kāi)啟控制。
此開(kāi)關(guān)所遇到問(wèn)題是其故障模式通常為由功率MOS晶體管構(gòu)成 的一個(gè)開(kāi)關(guān)元件發(fā)生短路。
當(dāng)出現(xiàn)這種故障時(shí)，不再能控制次級(jí)線路的開(kāi)啟，次級(jí)線路取消 了防過(guò)流保護(hù)，并且在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的情況下導(dǎo)致次級(jí)電纜毀滅性的 發(fā)熱，同樣可能損害初級(jí)線路。
所知的解決方法是將保險(xiǎn)絲放置在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的上游(輸入側(cè))， 保險(xiǎn)絲被標(biāo)定為當(dāng)達(dá)到高于開(kāi)關(guān)安全斷開(kāi)值的一個(gè)電平閾值時(shí)能夠斷 開(kāi)。在現(xiàn)有技術(shù)中還存在，只有在下游電路故障的情況下，保險(xiǎn)絲才 中斷，因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲的特性的離散性，除非使保險(xiǎn)絲的斷開(kāi)值大大低于 電纜電流量，當(dāng)開(kāi)關(guān)短路時(shí)，人們不能容易地確保電路在一個(gè)不損害 電纜的電流強(qiáng)度下斷開(kāi)。
因此不論是根據(jù)保險(xiǎn)絲的中斷值還是根據(jù)開(kāi)關(guān)設(shè)備的斷開(kāi)電流， 電纜必須加大尺寸，并且為了減少功率晶體管毀壞的危險(xiǎn)，根據(jù)次級(jí) 線路的額定電流，開(kāi)關(guān)設(shè)備自身也必須加大尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的改進(jìn)，目的是實(shí)現(xiàn)一種確保保險(xiǎn)絲中 斷的安全設(shè)備，并且在該開(kāi)關(guān)故障的情況下保護(hù)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上游和下 游的接線。
為此，本發(fā)明為用來(lái)控制在開(kāi)關(guān)設(shè)備上游安裝有保險(xiǎn)絲的次級(jí)線 路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)備配備了 一個(gè)安全設(shè)備，包括一個(gè)使該次級(jí)線路短路
的元件，使得切斷保險(xiǎn)絲，和檢測(cè)次級(jí)線路的過(guò)流的元件的啟動(dòng)裝置。


本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的非限制性實(shí)施
方式的描述后會(huì)更加清楚，其中
圖1:現(xiàn)有技術(shù)的開(kāi)關(guān)設(shè)備的示意圖， 圖2:對(duì)應(yīng)于圖1的示意圖的時(shí)間/能量特性曲線， 圖3:根據(jù)本發(fā)明裝配有安全設(shè)備的開(kāi)關(guān)設(shè)備示意圖， 圖4:對(duì)應(yīng)于圖3的示意圖的時(shí)間/能量特性曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一種用于控制次級(jí)線路或電路2的開(kāi)關(guān)設(shè)備，包括設(shè)備 例如從初級(jí)線路或電路16開(kāi)始的未被示出的公知航空電子設(shè)備。
以已知的方式，多個(gè)次級(jí)電路能夠并聯(lián)連接在初級(jí)電路上，并且 這些次級(jí)電路消耗的電流在初級(jí)電路16合并，這導(dǎo)致初級(jí)電路16的電纜截面的增大。
開(kāi)關(guān)電路1最好是一個(gè)單個(gè)或者混合電路形式的半導(dǎo)體功率轉(zhuǎn)換 器，包括一個(gè)電流保護(hù)裝置，其尤其用于保護(hù)次級(jí)線路的電纜以抵御 在中由于次級(jí)線路電流過(guò)大導(dǎo)致的過(guò)熱。
開(kāi)關(guān)設(shè)備包括一個(gè)被控制設(shè)備控制的開(kāi)關(guān)元件10，控制設(shè)備包括
一個(gè)來(lái)自機(jī)器、或者在航空應(yīng)用的情況下來(lái)自飛行器駕駛座控制板的
未被示出的控制部件的控制路徑17。
開(kāi)關(guān)設(shè)備包括一個(gè)開(kāi)關(guān)元件10,它可以是MOS晶體管模擬轉(zhuǎn)換 器或者在有必要時(shí)是一個(gè)繼電器，和一個(gè)第一放大器和/或電壓比較器 8,其輸入被連接在生成與通過(guò)次級(jí)線路2的電流成正比的電位差的控 制電阻7的端子上。
有利地是，這種設(shè)備包括控制開(kāi)關(guān)元件10的第一微控制器9，接 收第一放大器和/或電壓比較器的放大信號(hào)，并且，被編程以便根據(jù)放 大信號(hào)的值轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)元件10為閉路或開(kāi)路，第一微控制器包括控制開(kāi) 關(guān)元件10的輸出11。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，第一微控制器能夠被接線邏輯電路代替，控 制閾值和電平由電阻值確定，比較器給出 一個(gè)邏輯輸出信號(hào)。
當(dāng)過(guò)流時(shí)達(dá)到次級(jí)電路的斷開(kāi)閾值，通過(guò)將開(kāi)關(guān)元件由導(dǎo)通狀態(tài) 轉(zhuǎn)換到斷開(kāi)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)設(shè)備切斷次級(jí)電路，以便隔離次級(jí)電路。
與此相反，如果閾值被超過(guò)，而開(kāi)關(guān)設(shè)備沒(méi)有切斷該電路，例如 閉合電路的開(kāi)關(guān)元件被阻塞出故障的情況下，預(yù)備一個(gè)保險(xiǎn)絲3以便 如果電流增加到保險(xiǎn)絲3所能接受的最大電流之上，保險(xiǎn)絲自熔斷并 且在第二安全等級(jí)隔開(kāi)次級(jí)線路。
除開(kāi)關(guān)設(shè)備1之外，次級(jí)線路2的控制電路還包括保險(xiǎn)絲3，其 斷開(kāi)閾值被計(jì)算為在開(kāi)關(guān)設(shè)備的保護(hù)裝置的斷開(kāi)閾值之上并且在次級(jí) 線纜的過(guò)熱閾值之下，同樣在初級(jí)線纜的過(guò)熱閾值之下。
圖2的曲線對(duì)應(yīng)于這些等級(jí)，其橫坐標(biāo)表示時(shí)間而縱坐標(biāo)表示流 過(guò)開(kāi)關(guān)元件和次級(jí)線路的電流的二次冪，標(biāo)記20對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)設(shè)備的斷 開(kāi)區(qū)域，標(biāo)記21對(duì)應(yīng)著保險(xiǎn)絲的熔斷區(qū)域，標(biāo)記22對(duì)應(yīng)于次級(jí)線路2的電纜的特性i2.t，和標(biāo)記23對(duì)應(yīng)于主線路16的電纜的特性i2.t。
保險(xiǎn)絲的熔斷應(yīng)該在開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟閾值之間并且低于所有次級(jí)電纜 損壞的風(fēng)險(xiǎn)值。
由于保險(xiǎn)絲的電流值的離散(dispersion)，為了避免保險(xiǎn)絲中斷 區(qū)域和開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)啟區(qū)域之間相關(guān)重疊的任何風(fēng)險(xiǎn)——這能在開(kāi)關(guān) 開(kāi)啟前引起保險(xiǎn)絲的中斷，必須降低開(kāi)關(guān)的檢測(cè)電平，其結(jié)果是使用 具有承栽更小電流的線路的大尺寸的開(kāi)關(guān)設(shè)備，并且給相關(guān)的系統(tǒng)和 電纜加大尺寸。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)安全設(shè)備的實(shí)施例。
對(duì)于用于控制在開(kāi)關(guān)設(shè)備上游配有保險(xiǎn)絲3的次級(jí)線路2的半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)設(shè)備1，這種安全設(shè)備包括一個(gè)將開(kāi)關(guān)設(shè)備控制的次級(jí)線路短 路的元件4。
該使得短路的元件被放置在次級(jí)線路2和一個(gè)接地之間，以便在 檢測(cè)到異常時(shí)通過(guò)在次級(jí)線路中和保險(xiǎn)絲3處產(chǎn)生過(guò)流來(lái)熔斷保險(xiǎn)絲 3。
在正常運(yùn)行時(shí)，該元件為開(kāi)啟的。
安全設(shè)備包括當(dāng)在次級(jí)線路中檢測(cè)到一個(gè)過(guò)流時(shí)用于激活元件4 短路的裝置5、 6、 7。
這樣，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流時(shí)，元件4被短路并且加大該電流以便使得 和/或加速保險(xiǎn)絲中斷。
根據(jù)圖3所示，元件4的激活裝置包括開(kāi)關(guān)設(shè)備端子上的電位差 的檢測(cè)裝置7，該電位差與一個(gè)閾值的比較裝置6和當(dāng)檢測(cè)閾值被超 過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件4的裝置5。
有利的是，檢測(cè)裝置是被串聯(lián)在次級(jí)電路中的電阻7，該電阻7 根據(jù)流過(guò)次級(jí)線路2的電流在其端子上產(chǎn)生電位差并且控制開(kāi)關(guān)設(shè) 備。
為了避免并合次級(jí)電路上的電阻，該電阻優(yōu)選地是已經(jīng)被用于測(cè) 量流過(guò)次級(jí)線路的電流的開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制電阻。
該使得短路的電路還包括其輸入被連接在控制電阻7的端子上的一個(gè)第二電壓放大器和/或比較器6，以及在選擇智能類(lèi)型的解決方 案的情況下的控制元件4短路線路的第二微控制器5。
第二微控制器接收第二電壓放大器和/或比較器的放大信號(hào)并且
值的放大信號(hào)的值，激活該線路的短路元件4。
完全像第一微控制器一樣，在本發(fā)明范圍內(nèi)第二微控制器被接線 邏輯裝置代替。
安全設(shè)備被標(biāo)定，使得當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流水平高于由開(kāi)關(guān)1的電流保護(hù)電路 斷開(kāi)次級(jí)電路的激活電流水平的情況下使該線路短路。
這樣，安全設(shè)備只在開(kāi)關(guān)元件IO短路有故障不能切斷在開(kāi)關(guān)的安 全額定電流水平的次級(jí)線路的情況下被激活。
為了避免在開(kāi)關(guān)設(shè)備和安全設(shè)備這兩個(gè)系統(tǒng)之間的重疊，根據(jù)實(shí) 例第二微控制器5包括一個(gè)開(kāi)關(guān)元件10的補(bǔ)充控制輸出13，并且該 設(shè)備包括一個(gè)"或"邏輯門(mén)14，它插在第一微控制器的控制輸出11 和開(kāi)關(guān)元件10的控制輸入15之間，并且接收補(bǔ)充輸出13的信號(hào)，以 根據(jù)控制輸出11或者補(bǔ)充輸出13的到1來(lái)起動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的斷開(kāi)。
根據(jù)本發(fā)明，使得電路短路的元件4最好是一個(gè)半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器，
電位差的閘流晶體管，或者是在線路被供以交流電的情況下開(kāi)關(guān)設(shè)備 的端子上的電位差便是交流電位差的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件。 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的電路的不同元件的能量/時(shí)間曲線。
的電流的二次冪。
標(biāo)記24對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)i殳備的開(kāi)啟區(qū)域和短路元件的閉合區(qū)域，標(biāo)記 25對(duì)應(yīng)于次級(jí)線路2的電纜的特性P.t，標(biāo)記26對(duì)應(yīng)于保險(xiǎn)絲熔斷區(qū) 域和標(biāo)記27對(duì)應(yīng)于主線路16的電纜的特性i2.t。
根據(jù)本發(fā)明，激活安全設(shè)備的短路的曲線i2.t被有利地定義在次 級(jí)電纜的冒煙曲線(la courbe de fum& )之下且在保險(xiǎn)絲的熔斷曲線 f.t之下，這樣保險(xiǎn)絲的熔斷曲線能夠毫無(wú)風(fēng)險(xiǎn)地在次級(jí)電纜的冒煙曲線以外。
事實(shí)上，因?yàn)槭褂瞄l流晶體管或者三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的安 全設(shè)備比保險(xiǎn)絲熔斷曲線更有決定性作用，被使用的開(kāi)關(guān)設(shè)備能夠擁 有更高的曲線At，該曲線接近次級(jí)電纜的曲線。
保險(xiǎn)絲的斷開(kāi)區(qū)域能夠再上升到次級(jí)電纜的特性之上，因?yàn)樵谕?br> 過(guò)元件4產(chǎn)生了短路之后，為避免對(duì)次級(jí)電路的電纜有損害的發(fā)熱， 保險(xiǎn)絲的熔斷要足夠快。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備同樣允許在使用比沒(méi)有該設(shè)備時(shí)更大的電流的 系統(tǒng)上使用半導(dǎo)體功率轉(zhuǎn)換器，并且避免對(duì)這種轉(zhuǎn)換器的功率元件加 大尺寸。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對(duì)于開(kāi)關(guān)設(shè)備和安全設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們可以共 享同一個(gè)微控制器、電壓放大器和/或比較器，但還是優(yōu)選描迷的冗余 解決方案，以便避免簡(jiǎn)單故障的出現(xiàn)。
為了避免增加線路上的損失，使用單個(gè)電阻總是優(yōu)選的，因?yàn)檫@ 種元件的故障會(huì)導(dǎo)致電路開(kāi)路而非短路。
權(quán)利要求
1、一種安全設(shè)備，用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)備(1)，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)備(1)控制在該開(kāi)關(guān)設(shè)備的上游配備有保險(xiǎn)絲(3)的次級(jí)線路(2)，其特征在于包括用于使該次級(jí)線路短路的元件(4)，使得切斷保險(xiǎn)絲(3)，和根據(jù)在該次級(jí)線路中檢測(cè)到過(guò)流而激活該元件(4)的激活裝置(5、6、7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全設(shè)備，其中所述激活裝置包括檢 測(cè)所述開(kāi)關(guān)設(shè)備的端子間的電位差的檢測(cè)裝置(7)、比較所述電位差 和一個(gè)閾值的比較裝置(6 )和根據(jù)檢測(cè)到所述閾值被超過(guò)而控制所述 開(kāi)關(guān)元件(4)的控制裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的安全設(shè)備，其中所述檢測(cè)裝置是所述 開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制電阻(7)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的安全設(shè)備，其中所述開(kāi)關(guān)設(shè)備包括在 所述控制電阻(7)的端子上的第一電壓放大器和/或比較器(8),控 制開(kāi)關(guān)元件(10)的第一微控制器(9)，該第一微控制器(9)接收 該第一電壓放大器和/或比較器放大的信號(hào)并被編程為根據(jù)該放大的 信號(hào)的值轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)元件(10)，并且包括控制所述開(kāi)關(guān)元件(10)的 輸出(11)，所述使得線路短路的電路包括在控制電阻(7)的端子上 的第二電壓放大器和/或比較器(6),用于控制所述使線路短路的元 件(4)的第二微控制器(5)，該第二微控制器(5)接收所述第一電 壓放大器和/或比較器放大的信號(hào)并被編程以根據(jù)放大信號(hào)的值激活 所述使線路短路的元件(4)，所述第二微控制器包括使線路短路的元 件(4)的控制輸出(11)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的安全設(shè)備，其中所述第二微控制器包 括一個(gè)控制所述開(kāi)關(guān)元件(10)的補(bǔ)充輸出(13)，并且為此所述設(shè) 備包括一個(gè)插在所述第一微控制器的控制輸出(11)和所述開(kāi)關(guān)元件(10)的控制輸入(15)之間的"或"邏輯門(mén)(14)，該"或"邏輯 門(mén)(14)接收該補(bǔ)充輸出(13)的信號(hào)以根據(jù)所述控制輸出(11)或所述補(bǔ)充輸出(13)變?yōu)?而起動(dòng)所述開(kāi)關(guān)元件的斷開(kāi)。
6、 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安全設(shè)備，其中所述使得線 路短路的元件(4)是一個(gè)半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的安全設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)換器是閘流晶 體管，在所述開(kāi)關(guān)設(shè)備端子上的電位差是直流電位差。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的安全設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)換器是三端雙 向可控硅開(kāi)關(guān)元件，在所述開(kāi)關(guān)設(shè)備端子上的電位差是交流電位差。
9、 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安全設(shè)備，其特征在于所述 安全設(shè)備被標(biāo)定，使得當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流水平高于使所述開(kāi)關(guān)斷開(kāi)所述次級(jí) 電路的激活電流水平的情況下使所述線路短路。
10、 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安全設(shè)備，其特征在于其短 路激活曲線i2.t被定義在所述次級(jí)電纜的冒煙曲線之下且在保險(xiǎn)絲的 熔斷曲線P.t之下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種安全設(shè)備，用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)備(1)，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)備(1)控制在該開(kāi)關(guān)設(shè)備的上游配備有保險(xiǎn)絲(3)的次級(jí)線路(2)，其包括用于使該次級(jí)線路短路的元件(4)，使得切斷保險(xiǎn)絲(3)，和根據(jù)在該次級(jí)線路中檢測(cè)到過(guò)流而激活該元件(4)的激活裝置(5、6、7)。
文檔編號(hào)H02H9/00GK101427467SQ200780014033
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者D·羅塞特 申請(qǐng)人:空中客車(chē)法國(guó)公司