DE102022210645A1

DE102022210645A1 - Electrical circuit for protecting semiconductor switches in high-voltage networks

Info

Publication number: DE102022210645A1
Application number: DE102022210645.8A
Authority: DE
Inventors: Mathis Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-10
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2024-04-11
Also published as: CN117879079A

Abstract

Elektrische Schaltung 1 für ein eine elektrische Energiequelle 2 aufweisendes Hochvoltnetz 3, die Schaltung 1 umfassend, eine Vielzahl von Halbleiterschaltern 4, 5 mit einem Eingangsanschluss 4a, 5a, einem Ausgangsanschluss 4b, 5b und einem Steueranschluss 4c, 5c, und eine Vielzahl an Schutzvaristoren 6, wobei elektrische Verbraucher 7 des Hochvoltnetzes 3 über einen jeweiligen ersten Verbindungspunkt 8 mit einem der Halbleiterschalter 4, 5 elektrisch verbunden und mittels der Halbleiterschalter 4, 5 mit der elektrischen Energiequelle 2 elektrisch verbindbar sind, wobei alle Halbleiterschalter 4, 5 gleichermaßen entweder mit dem Eingangsanschluss oder dem Ausgangsanschluss über einen gemeinsamen zweiten Verbindungspunkt 9 elektrisch verbunden sind, wobei jeder Schutzvaristor 6 elektrisch zwischen einem ersten Verbindungspunkt 8 und einem gemeinsamen Sternpunkt 10 aller Schutzvaristoren 6 geschaltet ist, und wobei der Sternpunkt 10 mit der elektrischen Energiequelle 2 elektrisch verbunden ist.

Electrical circuit 1 for a high-voltage network 3 having an electrical energy source 2, the circuit 1 comprising a plurality of semiconductor switches 4, 5 with an input connection 4a, 5a, an output connection 4b, 5b and a control connection 4c, 5c, and a plurality of protective varistors 6, wherein electrical consumers 7 of the high-voltage network 3 are electrically connected to one of the semiconductor switches 4, 5 via a respective first connection point 8 and can be electrically connected to the electrical energy source 2 by means of the semiconductor switches 4, 5, wherein all semiconductor switches 4, 5 are equally electrically connected either to the input connection or the output connection via a common second connection point 9, wherein each protective varistor 6 is electrically connected between a first connection point 8 and a common star point 10 of all protective varistors 6, and wherein the star point 10 is electrically connected to the electrical energy source 2.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zum Schutz von Halbleiterschaltern in Hochvoltnetzen.The present invention relates to an electrical circuit for protecting semiconductor switches in high-voltage networks.

Stand der TechnikState of the art

Schalter in Hochvoltnetzen sind im Vergleich zu Schalter aus Niedervoltnetzen besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Solche hohen Belastungen treten häufig bei Fehlerfällen in den Hochvoltnetzen auf. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn sich in einem Hochvoltnetz ein Kurzschluss ereignet und die Schalter des Hochvoltnetzes während des Kurschluss geöffnet werden sollen um den Kurzschlussstrom zu unterbrechen. Daher werden zum Beispiel in der Automobilindustrie in Hochvoltnetzen mechanische Schalter zur Kontaktierung zwischen einer elektrischen Energiequelle und den durch die elektrische Energiequelle versorgten Verbrauchern, wie z.B. ein Fahrzeugantrieb, eingesetzt. Mechanische Schalter weisen gegenüber Halbleiterschaltern Nachteile hinsichtlich Baugröße, Gewicht und Kosten auf. Halbleiterschalter hingegen, können kleiner, als mechanische Schalter ausgelegt werden und sind mit geringeren Kosten verbunden. Daher ist es vorteilhaft, anstelle von mechanischen Schaltern Halbleiterschalter in Hochvoltnetzen zu verwenden. Allerdings treten bei Halbleiterschaltern in einem Hochvoltnetz beim Abschalten der Halbleiterschalter während eines Kurschlusses im Hochvoltnetz in Folge von parasitären Induktivitäten Belastungen bis hin zur Schädigung der Halbleiterschalter auf.Switches in high-voltage networks are subjected to particularly high loads compared to switches in low-voltage networks. Such high loads often occur when there is a fault in high-voltage networks. This can be the case, for example, if a short circuit occurs in a high-voltage network and the switches of the high-voltage network need to be opened during the short circuit in order to interrupt the short-circuit current. For this reason, for example, in the automotive industry, mechanical switches are used in high-voltage networks to make contact between an electrical energy source and the consumers supplied by the electrical energy source, such as a vehicle drive. Compared to semiconductor switches, mechanical switches have disadvantages in terms of size, weight and cost. Semiconductor switches, on the other hand, can be designed to be smaller than mechanical switches and are associated with lower costs. It is therefore advantageous to use semiconductor switches in high-voltage networks instead of mechanical switches. However, with semiconductor switches in a high-voltage network, when the semiconductor switches are switched off during a short circuit in the high-voltage network, stresses and even damage to the semiconductor switches occur as a result of parasitic inductances.

Gegenwärtig sind zur Verringerung der Belastung der Halbleiterschalter in solchen Fehlerfällen in Hochvoltnetzen verschiedenen Schutzschaltungen bekannt. Eine solche Schutzschaltung umfasst den Einsatz von R-C-Gliedern, welche parallel zu den Halbleiterschaltern angeordnet werden.Currently, various protective circuits are known to reduce the load on semiconductor switches in such fault cases in high-voltage networks. Such a protective circuit involves the use of R-C elements, which are arranged in parallel to the semiconductor switches.

Dokument US 9,992,849 B1 beschreibt eine Dimmerschaltung, die zum Erkennen eines Überspannungsereignisses konfiguriert ist und eine Steuerung, eine Vielzahl von Dimm-Transistoren, einen Stromsensor und eine Überspannungsschutzvorrichtung, die über mindestens einen der Vielzahl von Dimm-Transistoren gekoppelt ist, aufweist. Die Dimmerschaltung erzeugt ein Transistortreibersignal, um die mehreren Dimmertransistoren in einem Rückwärtsphasen-Dimmmodus anzusteuern, und liefert ein gedimmtes Ausgangssignal an eine Last.document US9,992,849 B1 describes a dimming circuit configured to detect an overvoltage event and comprising a controller, a plurality of dimming transistors, a current sensor, and an overvoltage protection device coupled across at least one of the plurality of dimming transistors. The dimming circuit generates a transistor drive signal to drive the plurality of dimming transistors in a reverse phase dimming mode and provides a dimmed output signal to a load.

Dokument US 2011/205675 A1 beschreibt eine Spannungsschutzvorrichtung, welche eine erste Spannungsklemmschaltung aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie die Spannung einer an eine elektrische Last angelegten Eingangsleistung klemmt, sowie eine zweite Spannungsklemmschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie die an die elektrische Last angelegte Spannung klemmt. Eine Serieninduktivität trennt die erste und die zweite Spannungsklemmschaltung. Außerdem wird ein Schaltelement verwendet, um selektiv eine direkte Kopplung der Eingangsleistung mit der elektrischen Last herzustellen, wobei eine Schaltung verwendet wird, um den Betrieb des Schaltelements zu steuern.document US 2011/205675 A1 describes a voltage protection device comprising a first voltage clamp circuit configured to clamp the voltage of an input power applied to an electrical load and a second voltage clamp circuit configured to clamp the voltage applied to the electrical load. A series inductance separates the first and second voltage clamp circuits. In addition, a switching element is used to selectively directly couple the input power to the electrical load, and a circuit is used to control the operation of the switching element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Schaltung erlaubt eine effiziente Methode zum Schutz der Halbleiterschalter, zum Beispiel bei Kurzschlüssen, in Hochvoltnetzen. Durch diese Anordnung der elektrischen Bauteile in der elektrischen Schaltung können kleiner dimensionierte Bauteile verwendet werden, welche geringere Kosten mit sich bringen und eine kompaktere elektrische Schaltung ermöglichen.The electrical circuit according to the invention allows an efficient method for protecting semiconductor switches, for example in the event of short circuits, in high-voltage networks. This arrangement of the electrical components in the electrical circuit allows smaller-dimensioned components to be used, which entails lower costs and enables a more compact electrical circuit.

Die elektrische Schaltung ist für ein Hochvoltnetz ausgelegt, wobei das Hochvoltnetz eine elektrische Energiequelle aufweist. Die elektrische Schaltung umfasst eine Vielzahl von Halbleiterschaltern mit jeweils einem Eingangsanschluss, einem Ausgangsanschluss und einem Steueranschluss und eine Vielzahl von Schutzvaristoren. Elektrische Verbraucher des Hochvoltnetzes sind über einen jeweiligen ersten Verbindungspunkt mit einem der Halbleiterschalter elektrisch verbunden und mittels der Halbleiterschalter mit der elektrischen Energiequelle elektrisch verbindbar. Hierbei sind alle Halbleiterschalter gleichermaßen entweder mit dem Eingangsanschluss oder dem Ausgangsanschluss über einen gemeinsamen zweiten Verbindungspunkt elektrisch verbunden. Jeder Schutzvaristor ist elektrisch zwischen einem der ersten Verbindungspunkte und einem gemeinsamen Sternpunkt aller Schutzvaristoren geschaltet und der Sternpunkt ist mit der elektrischen Energiequelle elektrisch verbunden.The electrical circuit is designed for a high-voltage network, wherein the high-voltage network has an electrical energy source. The electrical circuit comprises a plurality of semiconductor switches, each with an input connection, an output connection and a control connection, and a plurality of protective varistors. Electrical consumers of the high-voltage network are electrically connected to one of the semiconductor switches via a respective first connection point and can be electrically connected to the electrical energy source by means of the semiconductor switches. All semiconductor switches are electrically connected equally to either the input connection or the output connection via a common second connection point. Each protective varistor is electrically connected between one of the first connection points and a common star point of all protective varistors, and the star point is electrically connected to the electrical energy source.

Tritt ein Fehlerfall, zum Bespiel ein Kurzschluss im Hochvoltnetz auf, so öffnet zumindest einer der oder öffnen die Halbleiterschalter. Eine vorhandene elektrische Energie, zum Beispiel durch parasitäre Induktivitäten, zwischen den Halbleiterschaltern angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, kann nun über die Schutzvaristoren in Wärme gewandelt werden. Durch den unmittelbaren Abbau der elektrischen Energie mittels der Schutzvaristoren wird eine Belastung der Halbleiterschalter verhindert. Hierbei können die Schutzvaristoren kleiner dimensioniert werden als vergleichsweise R-C-Glieder. Dies ermöglicht weniger und kompaktere Bauteile für eine Schutzschaltung der Halbleiterschalter zu wählen und Kosten und Platz in der elektrischen Schaltung einzusparen.If a fault occurs, for example a short circuit in the high-voltage network, at least one of the semiconductor switches opens. Any electrical energy present, for example due to parasitic inductances, between electrical consumers connected to the semiconductor switches can now be converted into heat via the protective varistors. The immediate dissipation of the electrical energy by means of the protective varistors prevents the semiconductor switches from being loaded. The protective varistors can be made smaller than comparatively R-C elements. This makes it possible to select fewer and more compact components for a protective circuit for the semiconductor switches and to save costs and space in the electrical circuit.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt weist die elektrische Schaltung eine Vielzahl von Schutzthyristoren auf. Hierbei ist in der elektrischen Schaltung zwischen jedem Schutzvaristor und dem ersten Verbindungspunkt ein Schutzthyristor in Reihe geschaltet. Liegt kein Fehlerfall im Hochvoltnetz vor, so bleiben die Schutzthyristoren geöffnet und unterbrechen einen möglichen Stromfluss durch die Schutzvaristoren. Liegt ein Fehlerfall vor, werden die Schutzthyristoren umgeschaltet und ein Strom kann über die Schutzvaristoren fließen. Somit ist eine dauerhafte Belastung der Schutzvaristoren verhindert oder zumindest vermindert, wenn diese nicht benötigt werden.The electrical circuit preferably has a large number of protective thyristors. In the electrical circuit, a protective thyristor is connected in series between each protective varistor and the first connection point. If there is no fault in the high-voltage network, the protective thyristors remain open and interrupt any possible current flow through the protective varistors. If there is a fault, the protective thyristors are switched over and a current can flow through the protective varistors. This prevents or at least reduces permanent loading of the protective varistors when they are not needed.

Die Anordnung der Schutzthyristoren erlaubt es einen Kriechstrom zwischen dem ersten Verbindungspunkt und der elektrischen Energiequelle zu unterbinden. Durch die Unterbindung des Kriechstroms durch die Schutzvaristoren wird eine Lebensdauer der Schutzvaristoren gegenüber einer Schaltung ohne Schutzthyristoren verlängert. Weiterhin erlauben die Schutzthyristoren eine steilere Kennlinie der Schutzvaristoren, da die Schutzthyristoren erst mit Überschreiten eines Mindeststroms in einen leitenden Zustand wechseln. Somit wird der auftretende Kriechstrom durch die Schutzvaristoren verhindert.The arrangement of the protective thyristors allows a leakage current to be prevented between the first connection point and the electrical energy source. By preventing the leakage current through the protective varistors, the service life of the protective varistors is extended compared to a circuit without protective thyristors. Furthermore, the protective thyristors allow a steeper characteristic curve of the protective varistors, since the protective thyristors only switch to a conductive state when a minimum current is exceeded. The protective varistors thus prevent the occurring leakage current.

Besonders bevorzugt weist jeder Schutzvaristor der elektrischen Schaltung die gleiche Schwellspannung auf. Dies erlaubt es die Schutzvaristoren auf einen Typ zu reduzieren, wodurch die Komplexität der Schaltung bei weiterhin vorhandener Effektivität der Schaltung reduziert wird.Particularly preferably, each protective varistor of the electrical circuit has the same threshold voltage. This allows the protective varistors to be reduced to one type, thereby reducing the complexity of the circuit while maintaining the effectiveness of the circuit.

Vorteilhafterweise ist in der elektrischen Schaltung zwischen dem Sternpunkt der Schaltung und der elektrischen Energiequelle ein zusätzlicher Verbindungsthyristor in Reihe geschaltet. Der zusätzliche Verbindungsthyristor ermöglicht es auf die restlichen Schutzthyristoren, welche zwischen dem Sternpunkt und dem ersten Verbindungspunkt angeordnet sind zu verzichten. Dies erlaubt eine weitere Reduzierung der Anzahl der Bauteile und gewährleistet weiterhin, dass ein Kriechstrom durch die Schutzvaristoren unterbunden wird und die Lebensdauer der Schutzvaristoren größer ausfällt, als wenn kein Thyristor in der Schaltung angeordnet wäre. Selbstverständlich ist es auch möglich sowohl den zusätzlichen Verbindungsthyristor als auch die Schutzthyristoren zwischen dem Sternpunkt und dem ersten Verbindungspunkt in der elektrischen Schaltung gleichzeitig anzuordnen.Advantageously, an additional connecting thyristor is connected in series in the electrical circuit between the star point of the circuit and the electrical energy source. The additional connecting thyristor makes it possible to dispense with the remaining protective thyristors, which are arranged between the star point and the first connection point. This allows a further reduction in the number of components and also ensures that leakage current is prevented by the protective varistors and the service life of the protective varistors is longer than if no thyristor were arranged in the circuit. Of course, it is also possible to arrange both the additional connecting thyristor and the protective thyristors between the star point and the first connection point in the electrical circuit at the same time.

Besonders vorteilhafterweise ist einer der Halbleiterschalter ein Ladeschalter. Hierbei ist der Ladeschalter in der elektrischen Schaltung zwischen dem zweiten Verbindungspunkt und der elektrischen Energiequelle elektrisch angeordnet. Durch seine Anordnung ermöglicht der Ladeschalter Ladeströme, welche in die elektrische Energiequelle fließen, zu unterbrechen. Alle anderen Halbleiterschalter sind über den Ladeschalter mit der elektrischen Energiequelle verbunden.Particularly advantageously, one of the semiconductor switches is a charging switch. The charging switch is arranged electrically in the electrical circuit between the second connection point and the electrical energy source. Due to its arrangement, the charging switch enables charging currents that flow into the electrical energy source to be interrupted. All other semiconductor switches are connected to the electrical energy source via the charging switch.

Bevorzugt sind der Sternpunkt der Schaltung und der elektrische Energiespeicher über einen Ladevaristor miteinander verbunden. Ein Gemeinschaftsthyristor verbindet den Sternpunkt der Schaltung und den zweiten Verbindungspunkt des Hochvoltnetzes elektrisch miteinander. Mittels des Ladevaristors und des Gemeinschaftsthyristors können zu hohe Ladeströme abgebaut werden. Zudem ermöglicht es der Ladevaristor in Verbindung mit dem Gemeinschaftsthyristor die elektrische Energie zwischen dem Ladeschalter und den Verbrauchern bei einem Kurzschluss abzubauen. Hierdurch wird eine Schädigung des Ladeschalters im Falle eines Kurzschlusses während eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers verhindert. Mittels der Schutzvaristoren und des Gemeinschaftsthyristors kann die im System gespeicherte elektrische Energie in den Varistoren abgebaut werden.Preferably, the star point of the circuit and the electrical energy storage device are connected to one another via a charging varistor. A common thyristor electrically connects the star point of the circuit and the second connection point of the high-voltage network. Excessive charging currents can be reduced using the charging varistor and the common thyristor. In addition, the charging varistor in conjunction with the common thyristor makes it possible to reduce the electrical energy between the charging switch and the consumers in the event of a short circuit. This prevents damage to the charging switch in the event of a short circuit during charging of the electrical energy storage device. The electrical energy stored in the system in the varistors can be reduced using the protective varistors and the common thyristor.

Bevorzugt weist die elektrische Schaltung zumindest einen Dämpfungskondensator auf, wobei der Dämpfungskondensator den Sternpunkt der Schaltung und den zweiten Verbindungspunkt elektrisch miteinander verbindet. Diese Anordnung des Dämpfungskondensators erlaubt eine Dämpfung von Spannungsspitzen, wie sie etwa in Fehlerfällen im Hochvoltnetz vorkommen, in der elektrischen Schaltung. Zugleich ist diese Anordnung bauteilärmer als zu jedem Halbleiterschalter parallel eine R-C-Glied vorzusehen, da ein einziger Dämpfungskondensator in dieser Anordnung der elektrischen Schaltung zum Schutz der Halbleiterschalter genügt.The electrical circuit preferably has at least one damping capacitor, the damping capacitor electrically connecting the star point of the circuit and the second connection point. This arrangement of the damping capacitor allows voltage peaks, such as those that occur in the event of a fault in the high-voltage network, to be dampened in the electrical circuit. At the same time, this arrangement has fewer components than providing an R-C element in parallel with each semiconductor switch, since a single damping capacitor in this arrangement of the electrical circuit is sufficient to protect the semiconductor switches.

Vorteilhafterweise ist der Dämpfungskondensator als gepolter Dämpfungskondensator ausgestaltet. Hierdurch wird beim Öffnen der Halbleiterschalter sowohl in Laderichtung als auch in Entladerichtung der Dämpfungskondensator unipolar aufgeladen. Dies ermöglicht, dass der Dämpfungskondensator unabhängig von der Abschaltstromrichtung, Ladestrom oder Entladestrom, im Fehlerfall immer gleich herum aufgeladen wird. Dies ermöglicht den Einsatz von kapazitätsreichen Elektrolytkondensatoren als Dämpfungskondensator.The damping capacitor is advantageously designed as a polarized damping capacitor. This means that when the semiconductor switch is opened, the damping capacitor is charged unipolarly in both the charging and discharging directions. This means that the damping capacitor is always charged in the same direction in the event of a fault, regardless of the switch-off current direction, charging current or discharging current. This enables the use of high-capacity electrolytic capacitors as damping capacitors.

Besonders bevorzugt können Hybrid-Polymer-Aluminium-Kondensatoren oder andere Kondensatortypen, welche hohe Kapazitätswerte aufweisen und innerhalb weniger Mikrosekunden bis einigen 100 Mikrosekunden die in den parasitären Induktivitäten zwischen den Halbleiteschaltern und den Verbrauchern gespeicherte Energie aufnehmen können, verwendet werden.Particularly preferably, hybrid polymer-aluminum capacitors or other capacitor types which have high capacitance values and can absorb the energy stored in the parasitic inductances between the semiconductor switches and the loads within a few microseconds to a few 100 microseconds can be used.

Besonders bevorzugt weist die elektrische Schaltung einen Entladewiderstand auf. Der Entladewiderstand ist elektrisch parallel zum Dämpfungskondensator angeordnet. Dies erlaubt es die sich in einem geladenen Dämpfungskondensator befindliche Energie über den Entladewiderstand abzubauen.The electrical circuit particularly preferably has a discharge resistor. The discharge resistor is arranged electrically parallel to the damping capacitor. This allows the energy in a charged damping capacitor to be dissipated via the discharge resistor.

In einer Ausführungsform der elektrischen Schaltung ist zwischen dem Entladewiderstand und dem Dämpfungskondensator und dem zweiten Verbindungspunkt ein Dämpfungsthyristor elektrisch in Reihe geschaltet. Durch diese Anordnung des Dämpfungsthyristors ist es möglich, sowohl auf die Schutzthyristoren zwischen dem Sternpunkt und den ersten Verbindungspunkten, als auch auf den Verbindungsthyristor zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Sternpunkt zu verzichten, da ein Aufladen des Dämpfungskondensators nun durch den Dämpfungsthyristor gesteuert wird. In der eben beschriebenen Anordnung verhindert der Dämpfungsthyristor ein ungewolltes Aufladen des Dämpfungskondensators durch Kriechströme in der elektrischen Schaltung.In one embodiment of the electrical circuit, a damping thyristor is electrically connected in series between the discharge resistor and the damping capacitor and the second connection point. This arrangement of the damping thyristor makes it possible to dispense with both the protective thyristors between the star point and the first connection points and the connection thyristor between the electrical energy storage device and the star point, since charging of the damping capacitor is now controlled by the damping thyristor. In the arrangement just described, the damping thyristor prevents unwanted charging of the damping capacitor due to leakage currents in the electrical circuit.

Ebenso ist es möglich den Dämpfungsthyristor zusätzlich zu dem Gemeinschaftsthyristor anzuordnen, oder den Dämpfungsthyristor zusätzlich zu dem Verbindungsthyristor, oder den Dämpfungsthyristor zusätzlich zu den Schutzthyristoren anzuordnen. Zudem ist es möglich den Dämpfungsthyristor, den Gemeinschaftsthyristor und den Verbindungsthyristor in einer Ausführungsform der elektrischen Schaltung anzuordnen. Zudem ist es möglich den Dämpfungsthyristor, den Gemeinschaftsthyristor und den Verbindungsthyristor in einer Ausführungsform der elektrischen Schaltung anzuordnen.It is also possible to arrange the damping thyristor in addition to the common thyristor, or to arrange the damping thyristor in addition to the connecting thyristor, or to arrange the damping thyristor in addition to the protection thyristors. It is also possible to arrange the damping thyristor, the common thyristor and the connecting thyristor in one embodiment of the electrical circuit. It is also possible to arrange the damping thyristor, the common thyristor and the connecting thyristor in one embodiment of the electrical circuit.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die elektrische Schaltung eine Löschschaltung. Die Löschschaltung umfasst einen Löschschalter und einen zum Löschschalter in Reihe geschalteten Löschkondensator. Die Löschschaltung verbindet elektrisch den Sternpunkt der Schaltung und den zweiten Verbindungspunkt miteinander. Die Löschschaltung ist elektrisch parallel zum Dämpfungskondensator, dem Entladewiderstand und dem Dämpfungsthyristor angeordnet. Die Löschschaltung ermöglicht eine temporäre Kommutierung des Stroms des Dämpfungsthyristors, wodurch der Dämpfungsthyristor blockiert und einen weiteren Stromfluss durch den Dämpfungskreis, Entladewiderstand und Dämpfungskondensator, verhindert. Alternativ können andere aus dem Stand der Technik bekannte Löscheinrichtungen verwendet werden.In an advantageous embodiment, the electrical circuit comprises a quenching circuit. The quenching circuit comprises a quenching switch and a quenching capacitor connected in series with the quenching switch. The quenching circuit electrically connects the star point of the circuit and the second connection point to one another. The quenching circuit is arranged electrically in parallel with the damping capacitor, the discharge resistor and the damping thyristor. The quenching circuit enables temporary commutation of the current of the damping thyristor, whereby the damping thyristor blocks and prevents further current flow through the damping circuit, discharge resistor and damping capacitor. Alternatively, other quenching devices known from the prior art can be used.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Halbleiterschalter als Feldeffekttransistor, insbesondere als mehrere parallel verschaltetet Feldeffekttransistoren, ausgestaltet. Hierbei stellt der Source-Anschluss den Eingangsanschluss des Hableiterschalters dar, der Drain-Anschluss den Ausgangsanschluss des Hableiterschalters dar und der Gate-Anschluss den Steueranschluss des Hableiterschalters dar. Wobei der zweite Verbindungspunkt als Common-Source-Verbindung oder als Common-Drain-Verbindung ausgestaltet ist.In a particularly advantageous embodiment, the semiconductor switches are designed as field effect transistors, in particular as several field effect transistors connected in parallel. Here, the source connection represents the input connection of the semiconductor switch, the drain connection represents the output connection of the semiconductor switch and the gate connection represents the control connection of the semiconductor switch. The second connection point is designed as a common source connection or as a common drain connection.

Vorteilhafterweise kann die elektrische Energiequelle mehrere elektrische Energiequellen umfassen. Bevorzugt ist vor jede Energiequelle ein Ladeschalter angeordnet, der eingerichtet ist einen Ladestrom in die jeweilige Energiequelle zu unterbinden.Advantageously, the electrical energy source can comprise several electrical energy sources. Preferably, a charging switch is arranged in front of each energy source, which is designed to prevent a charging current in the respective energy source.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawing. In the drawing:

1 a schematic representation of the electrical circuit according to a first embodiment of the invention,
2 a schematic representation of the electrical circuit according to a second embodiment of the invention,
3 a schematic representation of the electrical circuit according to a third embodiment of the invention,
4 a schematic representation of the electrical circuit according to a fourth embodiment of the invention,
5 a schematic representation of the electrical circuit according to a fifth embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Hochvoltnetz 3 umfasst in 1 drei elektrische Verbraucher 7 und eine elektrische Energiequelle 2. Wobei die elektrische Schaltung 1 für eine beliebige Anzahl an elektrischen Verbrauchern 7 anpassbar ist. Weiterhin kann das Hochvoltnetz 3 mehrere elektrische Energiequellen 2 aufweisen. 1 shows a schematic representation of the electrical circuit 1 according to a first embodiment of the invention. The high-voltage network 3 comprises 1 three electrical consumers 7 and one electrical energy source 2. The electrical circuit 1 can be adapted for any number of electrical consumers 7. Furthermore, the high-voltage network 3 can have several electrical energy sources 2.

Die elektrische Schaltung 1 umfasst in dem ersten Ausführungsbeispiel vier Halbleiterschalter 4, 5 mit jeweils einem Eingangsanschluss 4a, 5a, einem Ausgangsanschluss 4b, 5b und einem Steueranschluss 4c, 5c. Weiterhin umfasst die elektrische Schaltung 1 in dem ersten Ausführungsbeispiel drei Varistoren 6. Die drei elektrischen Verbraucher 7 des Hochvoltnetzes 3 sind über einen jeweiligen ersten Verbindungspunkt 8 mit einem der Halbleiterschalter 4, 5 elektrisch verbunden und mittels der Halbleiterschalter 4, 5 mit der elektrischen Energiequelle 2 elektrisch verbindbar. Alle Halbleiterschalter 4, 5 sind gleichermaßen mit dem Eingangsanschluss 4a, 5a über einen gemeinsamen zweiten Verbindungspunkt 9 elektrisch verbunden. Alle drei Schutzvaristoren 6 sind elektrisch zwischen einem der ersten Verbindungspunkte 8 und einem gemeinsamen Sternpunkt 10 aller Schutzvaristoren 6 geschaltet und der Sternpunkt 10 ist mit der elektrischen Energiequelle 2 elektrisch verbunden.In the first embodiment, the electrical circuit 1 comprises four semiconductor switches 4, 5, each with an input connection 4a, 5a, an output connection 4b, 5b and a control connection 4c, 5c. Furthermore, the electrical circuit 1 in the first embodiment comprises three varistors 6. The three electrical consumers 7 of the high-voltage network 3 are connected to one of the semiconductor switches via a respective first connection point 8. 4, 5 are electrically connected and can be electrically connected to the electrical energy source 2 by means of the semiconductor switches 4, 5. All semiconductor switches 4, 5 are equally electrically connected to the input terminal 4a, 5a via a common second connection point 9. All three protective varistors 6 are electrically connected between one of the first connection points 8 and a common star point 10 of all protective varistors 6 and the star point 10 is electrically connected to the electrical energy source 2.

Somit ist jedem Verbraucher 7 ein Halbleiterschalter 4 zugeordnet, der einen Entladestrom von der elektrischen Energiequelle 3 zu den Verbrauchern 7 sperren kann. Jeder Halbleiterschalter 4 kann separat geschaltet werden. So braucht bei einem Kurzschluss in einem Verbraucher 7 nur der zum Verbraucher 7 zugehörige Halbleiterschalter 4 geöffnet zu werden. Dies weist den Vorteil auf, dass die anderen Verbraucher 7, in denen kein Kurzschluss vorliegt, weiterhin versorgt werden können. Alternativ können bei einem Kurzschluss in einem Verbraucher 7 mehrere oder alle Halbleiterschalter 4 geöffnet werden.Each consumer 7 is thus assigned a semiconductor switch 4 that can block a discharge current from the electrical energy source 3 to the consumers 7. Each semiconductor switch 4 can be switched separately. In the event of a short circuit in a consumer 7, only the semiconductor switch 4 associated with the consumer 7 needs to be opened. This has the advantage that the other consumers 7 in which there is no short circuit can continue to be supplied. Alternatively, in the event of a short circuit in a consumer 7, several or all semiconductor switches 4 can be opened.

In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterschalter 4, 5 als Feldeffekttransistor ausgestaltet. Hierbei stellt der Source-Anschluss den Eingangsanschluss 4a, 5a des jeweiligen Hableiterschalters 4, 5 dar, der Drain-Anschluss den Ausgangsanschluss 4b, 5b des jeweiligen Hableiterschalters 4, 5 dar und der Gate-Anschluss den Steueranschluss 4c, 5c des jeweiligen Hableiterschalters 4, 5 dar. Der zweite Verbindungspunkt ist als Common-Source-Verbindung ausgestaltet. Alternativ können die Halbleiterschalter 4, 5 auch als Common-Drain-Verbindung verschaltet werden.In the first embodiment, the semiconductor switches 4, 5 are designed as field effect transistors. The source connection represents the input connection 4a, 5a of the respective semiconductor switch 4, 5, the drain connection represents the output connection 4b, 5b of the respective semiconductor switch 4, 5 and the gate connection represents the control connection 4c, 5c of the respective semiconductor switch 4, 5. The second connection point is designed as a common source connection. Alternatively, the semiconductor switches 4, 5 can also be connected as a common drain connection.

Vorteilhafter weise können die Halbleiterschalter 4, 5 mehrere parallel verschaltete Halbleiterschalter aufweisen. Ebenso vorteilhaft können die Halbleiterschalter 4, 5, mehrere parallel verschaltete Feldeffekttransistoren aufweisen.Advantageously, the semiconductor switches 4, 5 can have a plurality of semiconductor switches connected in parallel. Likewise advantageously, the semiconductor switches 4, 5 can have a plurality of field effect transistors connected in parallel.

Einer der Halbleiterschalter 4, 5 ist ein Ladeschalter 4. Der Ladeschalter 4 ist in der elektrischen Schaltung 1 zwischen dem zweiten Verbindungspunkt 9 und der elektrischen Energiequelle 2 elektrisch angeordnet. Alle anderen Halbleiterschalter 5 sind über den Ladeschalter 4 mit der elektrischen Energiequelle 2 verbunden. Daher erlaubt der Ladeschalter 4 ein vereinfachtes Unterbrechen in Laderichtung der Verbindung zwischen den Verbrauchern 7 und der elektrischen Energiequelle 2 und unterbindet einen Ladestrom zur elektrischen Energiequelle.One of the semiconductor switches 4, 5 is a charging switch 4. The charging switch 4 is arranged electrically in the electrical circuit 1 between the second connection point 9 and the electrical energy source 2. All other semiconductor switches 5 are connected to the electrical energy source 2 via the charging switch 4. The charging switch 4 therefore allows a simplified interruption in the charging direction of the connection between the consumers 7 and the electrical energy source 2 and prevents a charging current to the electrical energy source.

Tritt ein Fehlerfall, zum Bespiel ein Kurzschluss im Hochvoltnetz 3 auf, so öffnet einer der oder öffnen die Halbleiterschalter 4, 5. Eine vorhanden elektrische Energie, zum Beispiel durch parasitäre Induktivitäten, zwischen den Halbleiterschaltern 4, 5 und den an den Halbleiterschaltern 4, 5 angeschlossenen Verbrauchern 7, elektrischen Leitungen und der Energiequelle 2, kann nun über die Schutzvaristoren 6 abfließen. Hierbei wird die elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Durch den unmittelbaren Abbau der elektrischen Energie zwischen den Halbleiterschaltern 4, 5 und den elektrischen Verbrauchern 7 mittels der Schutzvaristoren 6 wird eine unzulässige Belastung beim Öffnen der Halbleiterschalter 4, 5 verhindert. Hierbei können die Schutzvaristoren 6 kleiner dimensioniert werden, als vergleichsweise R-C-Glieder bzw. es werden nur drei Schutzschaltungen benötigt und nicht vier (parallel zu jedem Halbleiterschalter). Hierdurch ermöglicht es die elektrische Schaltung 1 weniger und/oder kompaktere Bauteile für eine Schutzschaltung der Halbleiterschalter 4, 5 zu wählen und Kosten und Platz in der elektrischen Schaltung 1 einzusparen.If a fault occurs, for example a short circuit in the high-voltage network 3, one or more of the semiconductor switches 4, 5 open. Any electrical energy present, for example due to parasitic inductances, between the semiconductor switches 4, 5 and the consumers 7 connected to the semiconductor switches 4, 5, electrical lines and the energy source 2, can now flow away via the protective varistors 6. The electrical energy is converted into heat. The immediate dissipation of the electrical energy between the semiconductor switches 4, 5 and the electrical consumers 7 by means of the protective varistors 6 prevents an unacceptable load when the semiconductor switches 4, 5 open. The protective varistors 6 can be made smaller than comparatively R-C elements, or only three protective circuits are required and not four (parallel to each semiconductor switch). This allows the electrical circuit 1 to select fewer and/or more compact components for a protective circuit of the semiconductor switches 4, 5 and to save costs and space in the electrical circuit 1.

2 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die elektrischen Schaltung 1 von dem ersten Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl von Schutzthyristoren 11. Die Schutzthyristoren 11 sind in der elektrischen Schaltung 1 zwischen jedem Schutzvaristor 6 und dem ersten Verbindungspunkt 8 in Reihe zum jeweiligen Schutzvaristor 6 geschaltet. Liegt ein Fehlerfall im Hochvoltnetz 3 oder in den Verbrauchern 7 vor, so öffnen die vom Fehlerfall betroffenen Halbleiterschalter 5, woraufhin die Schutzthyristoren 11 aufgrund der ansteigenden Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Verbindungspunkt 8 und dem zweiten Verbindungspunkt 9 oder zwischen den Verbindungspunkten 9 und 10 in Laderichtung schließen. Dadurch kann ein Strom durch die Schutzvaristoren 6 fließen, der in Schutzvaristoren 6 in Wärme gewandelt wird. Liegt ein Fehlerfall vor, werden die Schutzthyristoren 11 umgeschaltet und ein Strom kann über die Schutzvaristoren 6 abfließen. Somit ist eine Belastung der Schutzvaristoren 6 verhindert, wenn diese nicht benötigt werden. 2 shows a schematic representation of the electrical circuit 1 according to a second embodiment of the invention. In this second embodiment, the electrical circuit 1 differs from the first embodiment by a large number of protective thyristors 11. The protective thyristors 11 are connected in the electrical circuit 1 between each protective varistor 6 and the first connection point 8 in series with the respective protective varistor 6. If there is a fault in the high-voltage network 3 or in the consumers 7, the semiconductor switches 5 affected by the fault open, whereupon the protective thyristors 11 close due to the increasing voltage difference between the first connection point 8 and the second connection point 9 or between the connection points 9 and 10 in the charging direction. This allows a current to flow through the protective varistors 6, which is converted into heat in the protective varistors 6. If there is a fault, the protective thyristors 11 are switched over and a current can flow through the protective varistors 6. This prevents the protective varistors 6 from being loaded when they are not needed.

Diese Anordnung der Schutzthyristoren 11 erlaubt es einen Kriechstrom zwischen den ersten Verbindungspunkten 8 und der elektrischen Energiequelle 2 zu unterbinden. Durch die Unterbindung des Kriechstroms durch die Schutzvaristoren 6 wird eine Lebensdauer der Schutzvaristoren 6 gegenüber einer Schaltung 1 ohne Schutzthyristoren 11 verlängert. Weiterhin erlauben die Schutzthyristoren 11 in Kombination mit den Schutzvaristoren 6 einen steileren Kennlinienverlauf, da die Schutzthyristoren 11 erst beim Überschreiten einer vordefinierten Spannung und eines vordefinierten Stroms leiten, wie dies auch beim Öffnen der Halbleiterschalter 4 und/ oder 5 der Fall ist.This arrangement of the protective thyristors 11 allows a leakage current to be prevented between the first connection points 8 and the electrical energy source 2. By preventing the leakage current through the protective varistors 6, the service life of the protective varistors 6 is extended compared to a circuit 1 without protective thyristors 11. Furthermore, the protective thyristors 11 in combination with the protective varistors 6 allow a steeper characteristic curve, since the protective thyristors 11 only conduct when a predefined voltage and a predefined current are exceeded, as is also the case when the semiconductor switches 4 and/or 5 are opened.

Bevorzugt weist jeder der Schutzvaristoren 6 der elektrischen Schaltung 1 die gleiche Schwellspannung auf. Dies erlaubt es die Schutzvaristoren 6 auf einen Typ zu reduzieren wodurch die Komplexität der Schaltung 1 bei weiterhin vorhandener Effektivität der Schaltung 1 erreicht wird.Preferably, each of the protective varistors 6 of the electrical circuit 1 has the same threshold voltage. This allows the protective varistors 6 to be reduced to one type, thereby reducing the complexity of the circuit 1 while maintaining the effectiveness of the circuit 1.

Besonders bevorzugt ist in der elektrischen Schaltung 1 zwischen dem Sternpunkt 10 der Schaltung 1 und der elektrischen Energiequelle 2 ein zusätzlicher Verbindungsthyristor 12 in Reihe geschaltet. Der zusätzliche Verbindungsthyristor 12 ermöglicht es auf die restlichen Schutzthyristoren 11, welche zwischen dem Sternpunkt 10 und dem ersten Verbindungspunkt 8 angeordnet sind, zu verzichten. Dies erlaubt eine weitere Reduzierung der Anzahl der Bauteile und gewährleistet weiterhin, dass ein Kriechstrom durch die Schutzvaristoren 6 unterbunden wird und die Lebensdauer der Schutzvaristoren 6 größer ist als wenn kein Thyristor 11, 12 in der Schaltung 1 angeordnet ist.Particularly preferably, an additional connecting thyristor 12 is connected in series in the electrical circuit 1 between the star point 10 of the circuit 1 and the electrical energy source 2. The additional connecting thyristor 12 makes it possible to dispense with the remaining protective thyristors 11, which are arranged between the star point 10 and the first connection point 8. This allows a further reduction in the number of components and also ensures that a leakage current is prevented by the protective varistors 6 and the service life of the protective varistors 6 is longer than if no thyristor 11, 12 is arranged in the circuit 1.

Die elektrische Schaltung 1 kann sowohl mit nur einem zusätzlichen Verbindungsthyristor 12 in der elektrischen Schaltung 1 als auch in gleichzeitiger Anordnung des zusätzlichen Verbindungsthyristor 12 mit den zwischen den Schutzvaristoren 6 und dem ersten Verbindungspunkt 8 angeordneten Schutzthyristoren 11 in der elektrischen Schaltung 1 ausgeführt werden.The electrical circuit 1 can be designed both with only one additional connecting thyristor 12 in the electrical circuit 1 and with the additional connecting thyristor 12 being arranged simultaneously with the protective thyristors 11 arranged between the protective varistors 6 and the first connection point 8 in the electrical circuit 1.

3 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung 1 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass zwischen dem Sternpunkt 10 der Schaltung 1 und dem elektrischen Energiespeicher 2 ein Ladevaristor 6a angeordnet ist. Außerdem verbindet im dritten Ausführungsbeispiel im Unterscheid zum zweiten Ausführungsbeispiel ein weiterer Gemeinschaftsthyristor 12a den Sternpunkt 10 der Schaltung 1 und den zweiten Verbindungspunkt 9 des Hochvoltnetzes 3 elektrisch miteinander. Der Vorteil dieser Schaltanordnung liegt darin, dass mittels der Schutzvaristoren 6 dem Ladevaristor 6a und lediglich einem Gemeinschaftsthyristor 12a die Schutzschaltung aller Halbleiterschalter 4, 5 realisiert werden kann. Auf die Schutzthyristoren 11 kann komplett verzichtet werden. Ebenso erlaubt der Ladethyristor 6a bei einem Ladestrom in den elektrischen Energiespeicher 2 eine elektrische Energie zwischen den Verbrauchern 7 und den Ladeschalter 4 im Falle eines Kurzschlusses abzubauen und somit eine unzulässige Belastung des Ladeschalters 4 beim Öffnen des Ladeschalters 4 zu verhindern. 3 shows a schematic representation of the electrical circuit 1 according to a third embodiment of the invention. The third embodiment differs from the second embodiment in that a charging varistor 6a is arranged between the star point 10 of the circuit 1 and the electrical energy storage device 2. In addition, in the third embodiment, in contrast to the second embodiment, a further common thyristor 12a electrically connects the star point 10 of the circuit 1 and the second connection point 9 of the high-voltage network 3. The advantage of this switching arrangement is that the protective circuit of all semiconductor switches 4, 5 can be implemented using the protective varistors 6, the charging varistor 6a and just one common thyristor 12a. The protective thyristors 11 can be dispensed with completely. Likewise, the charging thyristor 6a allows electrical energy to be dissipated between the consumers 7 and the charging switch 4 in the event of a short circuit when there is a charging current in the electrical energy storage device 2, thus preventing an impermissible load on the charging switch 4 when the charging switch 4 is opened.

Ebenso kann in einer Anordnung umfassend die Schutzvaristoren 6, den Ladevaristor 6a und den Verbindungsthyristor 12, ohne die Schutzthyristoren 11 eine Anzahl an Komponenten in der Schaltung verringert werden. Außerdem ist nun die Schutzschaltung parallel zu jedem Halbleiterschalter bei gleichzeitiger reduzierter Anzahl von Schutzelementen.Likewise, in an arrangement comprising the protective varistors 6, the charging varistor 6a and the connecting thyristor 12, without the protective thyristors 11, a number of components in the circuit can be reduced. In addition, the protective circuit is now parallel to each semiconductor switch while simultaneously reducing the number of protective elements.

4 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung 1 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel basiert auf dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die elektrische Schaltung 1 zusätzlich zumindest einen Dämpfungskondensator 13 und einen Ladevaristor 6a in Reihe zum Verbindungsthyristor 12 aufweist. Der Dämpfungskondensator 13 verbindet den Sternpunkt 10 der Schaltung 1 und den zweiten Verbindungspunkt 9 elektrisch miteinander. Diese Anordnung des Dämpfungskondensators 13 erlaubt eine Abdämpfung und eine Glättung der Spannungsspitzen beim Öffnen der Halbleiterschalter 4, 5, wie sie etwa in Fehlerfällen im Hochvoltnetz 3 vorkommen. Zugleich ist diese Anordnung bauteilärmer als zu jedem Halbleiterschalter 4, 5 parallel eine R-C-Glied vorzusehen, da ein einziger Dämpfungskondensator 13 in dieser Anordnung der elektrischen Schaltung 1 zum Schutz der Halbleiterschaler genügt. 4 shows a schematic representation of the electrical circuit 1 according to a fourth embodiment of the invention. The fourth embodiment is based on the second embodiment, wherein the electrical circuit 1 additionally has at least one damping capacitor 13 and a charging varistor 6a in series with the connecting thyristor 12. The damping capacitor 13 electrically connects the star point 10 of the circuit 1 and the second connection point 9 to one another. This arrangement of the damping capacitor 13 allows the voltage peaks to be dampened and smoothed when the semiconductor switches 4, 5 open, such as those that occur in the event of a fault in the high-voltage network 3. At the same time, this arrangement has fewer components than providing an RC element in parallel with each semiconductor switch 4, 5, since a single damping capacitor 13 in this arrangement of the electrical circuit 1 is sufficient to protect the semiconductor switches.

Vorteilhafterweise ist, ist der Dämpfungskondensator 13 als gepolter Dämpfungskondensator 13 ausgestaltet, da beim Öffnen der Halbleiterschalter 4, 5 sowohl in Laderichtung als auch in Entladerichtung der Dämpfungskondensator 13 unipolar aufgeladen wird. Aufgrund des hohen Kapazitäts-/ Volumen-Verhältnisses eignen sich gepolte Dämpfungskondensatoren 13 besonders gut um hohe Abschaltenergien abzudämpfen.Advantageously, the damping capacitor 13 is designed as a polarized damping capacitor 13, since when the semiconductor switches 4, 5 are opened, the damping capacitor 13 is charged unipolarly in both the charging direction and the discharging direction. Due to the high capacity/volume ratio, polarized damping capacitors 13 are particularly well suited to dampening high switch-off energies.

Bevorzugt ist der Dämpfungskondensator 13 als Elektrolytkondensator, insbesondere als Polymer-Elektrolytkondensator oder als Hybrid-Polymer-Elektrolytkondensator ausgestaltet. Die beiden letztgenannten Kondensatortypen ermöglichen es besonders hohe Energien in kurzer Zeit zu puffern, und eignen sich daher besonders zum schnellen Abbau der elektrischen Energie zwischen den Halbleiterschaltern 4, 5 und den Verbrauchern 7 bei einem Kurschluss.The damping capacitor 13 is preferably designed as an electrolytic capacitor, in particular as a polymer electrolytic capacitor or as a hybrid polymer electrolytic capacitor. The last two capacitor types make it possible to buffer particularly high energies in a short time and are therefore particularly suitable for quickly dissipating the electrical energy between the semiconductor switches 4, 5 and the consumers 7 in the event of a short circuit.

Bevorzugt können mehrere Dämpfungskondensatoren 13 parallel zueinander geschaltet werden. Hierdurch können mehrere kleinere Dämpfungskondensatoren 13 anstelle eines größeren Dämpfungskondensators 13 verwendet werden, wodurch die Anforderungen an die kleineren Dämpfungskondensatoren 13 sinken und günstigere dafür mehrere Dämpfungskondensatoren 13 verwendet werden können.Preferably, several damping capacitors 13 can be connected in parallel to one another. This allows several smaller damping capacitors 13 to be used instead of one larger damping capacitor 13, whereby the requirements for the smaller damping capacitors 13 are reduced and several cheaper damping capacitors 13 can be used instead.

Besonders bevorzugt werden in der Anordnung mit mehreren parallel verschalteten Dämpfungskondensatoren 13 zu jedem Dämpfungskondensator 13 ein zusätzlicher Widerstand vorgeschaltet. Durch den zusätzlichen Widerstand vor jedem Dämpfungskondensator 13 kann eine Strombegrenzung und eine gleichmäßige Stromaufteilung über die Dämpfungskondensatoren 13 erreicht werden. Hierdurch kann auch bei unterschiedlichen ESR-Werten der Dämpfungskondensatoren 13 eine gleichmäßige Stromverteilung über die Dämpfungskondensatoren 13 gewährleistet werden. Somit wird verhindert, dass der Strom beim Abschalten größtenteils nur in einen der mehreren Dämpfungskondensatoren 13 fließt.Particularly preferred in the arrangement with several parallel connected dampers ing capacitors 13, an additional resistor is connected upstream of each damping capacitor 13. The additional resistor in front of each damping capacitor 13 makes it possible to limit the current and to distribute the current evenly across the damping capacitors 13. This ensures that the current is evenly distributed across the damping capacitors 13 even if the ESR values of the damping capacitors 13 are different. This prevents the current from flowing mostly into just one of the several damping capacitors 13 when the device is switched off.

Besonders bevorzugt weist die elektrische Schaltung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel außerdem einen Entladewiderstand 14 auf. Der Entladewiderstand 14 ist elektrisch parallel zum Dämpfungskondensator 13 angeordnet. Dies erlaubt es, die in einem geladenen Dämpfungskondensator 13 befindliche Energie über den Entladewiderstand 14 abzubauen.Particularly preferably, the electrical circuit 1 according to the fourth embodiment also has a discharge resistor 14. The discharge resistor 14 is arranged electrically parallel to the damping capacitor 13. This allows the energy in a charged damping capacitor 13 to be dissipated via the discharge resistor 14.

Insbesondere beträgt in dieser Anordnung die Schwellspannung der Schutzvaristoren 6 und des Ladevaristors 6a die Hälfte der Batteriespannung.In particular, in this arrangement, the threshold voltage of the protective varistors 6 and the charging varistor 6a is half the battery voltage.

Vorteilhafterweise ist zwischen dem Entladewiderstand 14 und dem Dämpfungskondensator 13 und dem zweiten Verbindungspunkt 9 ein Dämpfungsthyristor 15 elektrisch in Reihe geschaltet. Durch diese Anordnung des Dämpfungsthyristors 15 ist es möglich auf die Schutzthyristoren 11 zwischen dem Sternpunkt 10 und den ersten Verbindungspunkt 8 und auf den Verbindungsthyristor 12, je nach Schwellspannung der SChutzvaristoren 6 und des Ladevaristors 6a, zu verzichten, da ein Aufladen des Dämpfungskondensators 13 nun durch den Dämpfungsthyristor 15 gesteuert wird. In der eben beschriebenen Anordnung verhindert der Dämpfungsthyristor 15 ein ungewolltes Aufladen des Dämpfungskondensators 13 durch Ströme und/oder Kriechströme durch die Schutzvaristoren 6 in der elektrischen Schaltung 1. Ebenso ist es möglich den Dämpfungsthyristor 15 zusätzlich zu den Schutzthyristoren 11 zwischen dem Sternpunkt 10 und dem zweiten Verbindungspunkt 9 und dem Verbindungsthyristor 12 anzuordnen.Advantageously, a damping thyristor 15 is electrically connected in series between the discharge resistor 14 and the damping capacitor 13 and the second connection point 9. This arrangement of the damping thyristor 15 makes it possible to dispense with the protective thyristors 11 between the star point 10 and the first connection point 8 and the connecting thyristor 12, depending on the threshold voltage of the protective varistors 6 and the charging varistor 6a, since charging of the damping capacitor 13 is now controlled by the damping thyristor 15. In the arrangement just described, the damping thyristor 15 prevents unwanted charging of the damping capacitor 13 by currents and/or leakage currents through the protective varistors 6 in the electrical circuit 1. It is also possible to arrange the damping thyristor 15 in addition to the protective thyristors 11 between the star point 10 and the second connection point 9 and the connection thyristor 12.

Ein Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist die kleinere notwendige Nennspannung des Dämpfungskondensators 13 im Vergleich zu einem R-C-Glied parallel zu den Halbleiterschaltern, welche auch als Snubber-Schaltung bekannt ist. Je größer die Kapazität des Dämpfungskondensators 13 ist desto geringer steigt die Spannung im Fehlerfall über den Dämpfungskondensator 13 an. Dadurch ist der Einsatz von kostengünstigeren und platzsparenderen Kondensatoren für den Dämpfungskondensator 13 möglich.An advantage of this circuit arrangement is the smaller required nominal voltage of the damping capacitor 13 compared to an R-C element parallel to the semiconductor switches, which is also known as a snubber circuit. The larger the capacitance of the damping capacitor 13, the lower the voltage rises across the damping capacitor 13 in the event of a fault. This makes it possible to use more cost-effective and space-saving capacitors for the damping capacitor 13.

5 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung 1 nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Schaltung 1 weist zusätzlich zur vierten Ausführungsform eine Löschschaltung 16 auf. Die Löschschaltung 16 umfasst einen Löschschalter 16a und einen zum Löschschalter 16a in Reihe geschalteten Löschkondensator 16b. Die Löschschaltung 16 verbindet elektrisch den Sternpunkt 10 der Schaltung 1 und den zweiten Verbindungspunkt 9 miteinander. Die Löschschaltung 16 ist elektrisch parallel zum Dämpfungskondensator 13, dem Entladewiderstand 14 und dem Dämpfungsthyristor 15 angeordnet. Die Löschschaltung 16 ermöglicht eine temporäre Kommutierung des Stroms durch den Dämpfungsthyristors 15. Hierdurch blockiert der Dämpfungsthyristor 15 einen weiteren Stromfluss durch sich selbst.. 5 shows a schematic representation of the electrical circuit 1 according to a fifth embodiment of the invention. In addition to the fourth embodiment, the electrical circuit 1 has a quenching circuit 16. The quenching circuit 16 comprises a quenching switch 16a and a quenching capacitor 16b connected in series with the quenching switch 16a. The quenching circuit 16 electrically connects the star point 10 of the circuit 1 and the second connection point 9 to one another. The quenching circuit 16 is arranged electrically parallel to the damping capacitor 13, the discharge resistor 14 and the damping thyristor 15. The quenching circuit 16 enables a temporary commutation of the current through the damping thyristor 15. The damping thyristor 15 thereby blocks any further current flow through itself.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 9992849 B1 [0004]
US 2011205675 A1 [0005]

Claims

Electrical circuit (1) for a high-voltage network (3) having an electrical energy source (2), the circuit (1) comprising, - a plurality of semiconductor switches (4, 5) with an input connection (4a, 5a), an output connection (4b, 5b) and a control connection (4c, 5c), and - a plurality of protective varistors (6), - wherein electrical consumers (7) of the high-voltage network (3) are electrically connected to one of the semiconductor switches (4, 5) via a respective first connection point (8) and can be electrically connected to the electrical energy source (2) by means of the semiconductor switches (4, 5), - wherein all semiconductor switches (4, 5) are equally electrically connected either to the input connection (4a, 5a) or to the output connection (4a, 5b) via a common second connection point (9), - wherein each protective varistor (6) is electrically connected between a first connection point (8) and a common star point (10) of all protective varistors (6), and - wherein the star point (10) is electrically connected to the electrical energy source (2).

Circuit (1) according to Claim 1 , characterized by a plurality of protective thyristors (11), wherein a protective thyristor (11) is connected in series between each protective varistor (6) and the first connection point (8).

Circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each protective varistor (6) has the same threshold voltage, in particular a threshold voltage equal to half the terminal voltage of the electrical energy source (2).

Circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a connecting thyristor (12) is connected in series between the star point (10) of the circuit and the electrical energy source (2).

Circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that one of the semiconductor switches (4, 5) is a charging switch (4), wherein the charging switch (4) is electrically arranged between the second connection point (9) and the electrical energy source (2).

Circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the star point (10) of the circuit (1) and the electrical energy store (2) are connected to one another via a charging varistor (6a) and a common thyristor (12a) electrically connects the star point (10) of the circuit (1) and the second connection point (9) of the high-voltage network (2).

Circuit (1) according to Claim 5 , characterized in that at least one damping capacitor (13) electrically connects the star point (10) of the circuit (1) and the second connection point (9).

Circuit (1) according to Claim 6 , characterized in that the damping capacitor (13) is designed as a polarized damping capacitor.

Circuit (1) according to Claim 7 , characterized in that a discharge resistor (14) is electrically arranged parallel to the damping capacitor (13).

Circuit (1) according to Claim 9 , characterized in that a damping thyristor (15) is connected in series between the damping capacitor (13) and the discharge resistor (14) and the second connection point (9).

Circuit (1) according to one of the Claims 9 and 10 , characterized in that a quenching circuit (16) electrically connects the star point (10) of the circuit (1) and the second connection point (9) and is arranged in parallel to the damping capacitor (13), the discharge resistor (14) and the damping thyristor (15), wherein the quenching circuit (16) comprises a quenching switch (16a) and a quenching capacitor (16b).

Circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor switches (4, 5) are designed as a field effect transistor, in particular from several field effect transistors connected in parallel, wherein the input connection (4a, 5a) is designed as a source connection of the field effect transistor, the output connection (4b, 5b) is designed as a drain connection of the field effect transistor, the control connection (4c, 5c) is designed as a gate connection of the field effect transistor and the second connection point (9) is designed as a common source connection or as a common drain connection.