【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及在防爆環境下的應用中用于限制過電壓和過電流的撬棍電路。本專利技術特別涉及用于降低撬棍電路的齊納二極管和電阻器的額定功率的措施。
技術介紹
1、撬棍電路通常用于安全地防止在防爆區域中提供電能的裝置/設備的過電壓和過電流事件。撬棍電路的原理是當檢測到過電壓和/或過電流時，借助于半導體開關(mosfet、晶閘管)使輸入電壓源短路，從而快速觸發串聯連接至輸入電壓源的安全熔斷器。由于整個電路(包括比較器、濾波等)的響應時間因半導體的觸發時間以及emc或功能要求通常為幾微秒至幾毫秒，因此撬棍電路通常與和輸出端并聯的齊納二極管結合，以便進一步限制任何過電壓的輸出電壓的電壓瞬態。
2、例如，文件us5144517a公開了一種保護屏障裝置，該保護屏障裝置包括在第一輸入端子和第二輸入端子處以及第一輸出端子處和第二輸出端子處的dc電壓源；其中，第一輸出端子與第一輸入端子在第一低阻抗串聯路徑中，并且第二輸出端子與第二輸入端子在第二低阻抗串聯路徑中。提供了電流檢測裝置，用于檢測第一串聯路徑和第二串聯路徑中的至少一個中的電流。此外，提供了過流電平信號生成裝置，用于根據由超過預選擇電平的電流組成的檢測到的過電流電平來生成過流電平信號。提供了過流電平信號生成裝置，用于借助于至少部分地由第一串聯路徑和第二串聯路徑中的至少一個中的過電流饋送的放大裝置來放大由過流電平信號生成裝置提供的過流電平信號以形成觸發信號。還提供了撬棍電路，用于根據觸發信號在第一串聯路徑與第二串聯路徑之間切換低電阻電流路徑。
3、此外，如文件ep13881
4、當使用齊納二極管進行電壓限制和使用電阻器進行電流限制時，在故障的情況下會發生高功率損耗，由于提供了附加的冷卻元件，這導致設計工作量增加，限制了可能的封裝密度，并且對這些部件的熱負載能力提出了高要求。
5、當使用撬棍時——在撬棍中使用功率半導體開關關斷過電壓或過電流，電壓和電流瞬態可能發生在撬棍電路內和裝置的輸出端子處，這對于防爆應用領域中的使用可能是關鍵的。因此，該裝置必須經過廣泛的測試，以確保爆炸安全。同樣，在故障的情況下，功能上可用輸出電壓和可用輸出電流與測試相關的最大輸出電壓和輸出電流之間必須保持距離。
6、因此，本專利技術的目的是提供一種改進的撬棍電路，該改進的撬棍電路抑制高電壓瞬態和高電流瞬態向裝置的輸出側的傳播或防止其發生。
技術實現思路
1、這個問題通過根據權利要求1所述的裝置的撬棍電路特別是用于在防爆應用中使用的撬棍電路得到解決。
2、在從屬權利要求中給出了另外的實施方式。
3、根據第一方面，提供了一種撬棍電路，例如，特別是用于在電子裝置中使用的撬棍電路，所述撬棍電路包括：
4、-觸發裝置，其用于根據控制電壓來觸發輸入端子兩端的短路；
5、-比較器，其被配置成根據比較器的比較器輸入端處的比較器電壓并根據預定的基準電壓閾值來觸發用于觸發短路的觸發裝置；
6、-與第五電阻器串聯的具有預定的擊穿電壓的齊納二極管，其連接在輸入端子中的一個與比較器輸入端之間，使得當所施加的輸入電壓超過擊穿電壓時，比較器電壓超過基準電壓閾值或落在基準電壓閾值以下，從而觸發短路；
7、-第七電阻器、第八電阻器、第五電阻器和第六電阻器的串聯連接，其中，撬棍電路的輸出端處的負載電流流經第七電阻器和第六電阻器，并且比較器的輸入端連接至第五電阻器與第八電阻器之間的節點，特別是直接連接至該節點，其中，串聯連接連接在輸入端子之間，使得當超過預定閾值電流時，比較器電壓超過基準電壓閾值或落在基準電壓閾值以下，從而觸發短路。
8、撬棍電路通常包括齊納二極管，所述齊納二極管限制電壓，直到檢測到過電壓時可控半導體開關閉合，以便使電壓輸入端短路。這會導致觸發串聯連接的安全熔斷器。如果電流太高，也應觸發半導體開關，并且因此保護下游應用免受熱過載的影響。
9、撬棍電路中使用的齊納二極管的額定功率通常設計為上游安全熔斷器的額定熔斷器電流的1.7倍。這是不利的，因為它可能導致應用電路中在期望電平以上的高功率損耗。
10、上面的撬棍電路具有短路截止，該短路截止在檢測到過電壓或過電流形式的過載時使輸入側短路并且觸發位于那里的安全熔斷器。當半導體開關閉合時，輸入側短路，這導致安全熔斷器斷開。同時，撬棍電路的輸出側上存在的任何電容性負載被放電。
11、撬棍電路包括觸發裝置，特別是具有半導體開關例如mosfet或晶閘管形式的觸發裝置，該觸發裝置被直接觸發或借助于前置放大器電路觸發，以便使輸入側短路。根據比較器的狀態來控制觸發裝置或半導體開關。根據比較器輸入端處的比較器電壓相對于預定的基準電壓閾值的電平，針對觸發裝置/半導體開關生成控制信號，根據該控制信號通過閉合半導體開關，即將其切換至低阻抗而導致短路。
12、原則上，上面的電路可以設計成兩種互補的變型，使得分別在確定超過基準電壓閾值或落在基準電壓閾值以下時觸發短路。在這種情況下，互補設計意味著極性是反向的，并且在每種情況下都使用所用的半導體元件的反電導率類型，使得在比較器的情況下，在超過基準電壓閾值或——通過相應的互補設計——在落入基準電壓閾值以下時觸發短路。
13、這意味著根據比較器電壓觸發撬棍電路，所述比較器電壓根據施加在輸入側上的輸入電壓并根據流動的負載電流來設定。在撬棍電路的輸入側與輸出側之間的負載路徑中，在第一輸入端子與第一輸出端子之間可以存在第七電阻器，并且在第二輸入端子與第二輸出端子之間可以存在第六電阻器。第六電阻器和第七電阻器的值被定大小成使得：預定觸發電流或超過該預定觸發電流的電流導致比較器輸入端處的比較器電壓的變化，這導致比較器的輸出側上的控制信號的切換，并且因此導致觸發裝置的觸發。
14、此外，齊納二極管和第六電阻器可以串聯連接，特別是直接連接在輸入端子之間。
15、此外，比較器的比較器輸入端可以連接至第五電阻器和反向方向上的齊納二極管的串聯連接。根據設計，所得比較器電壓基于供應電壓電位中的一個，特別是基于較高的供應電壓電位。然后，比較器電壓對應于比較器的輸入端處的電壓值，該電壓值取決于齊納二極管的擊穿電壓和比較器的輸入端處的第五電阻器兩端的電壓降。齊納二極管的擊穿電壓以這樣的方式設定：當負載電流為0并且超過預定觸發電壓時，比較器電壓超過基準電壓閾值或落在基準電壓閾值以下，從而觸發觸發裝置。
16、為了在不插入與齊納二極管串聯的附加阻抗的情況下設定預定觸發電流和最大齊納二極管電流的閾值，使用第八電阻器將第一輸出端子連接至比較器的比較器輸入端。由于負載路徑中的第七電阻器，在低輸出電流下輸出電壓電位為高，并且比較器的比較器輸入端以偏移電壓偏置。這意味著即使流過齊納二極管的小的附加電流也足以觸發撬棍電路。因此，在故障的情況下，齊納二極管上本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種撬棍電路(1)，特別是用于在電壓轉換器中使用的撬棍電路，所述撬棍電路包括：
2.根據權利要求1所述的撬棍電路(1)，其中，所述比較器(IC1)包括雙極晶體管或具有預定的基準電壓閾值的分流基準(IC1)，在所述雙極晶體管中，所述基準電壓閾值由所述雙極晶體管的基極-發射極電壓確定。
3.根據權利要求1或2所述的撬棍電路(1)，其中，另外的齊納二極管(NZ2)在反向方向上與所述第八電阻器(R8)串聯連接。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的撬棍電路(1)，其中，在所述觸發裝置(P1)與所述比較器(IC1)之間設置低通濾波器，使得如果檢測到所述比較器電壓超過所述基準電壓閾值或落在所述基準電壓閾值以下，則在觸發所述短路時提供時間延遲。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的撬棍電路(1)，其中，所述比較器輸入端經由所述第五電阻器(R5)直接連接特別是直接電連接至兩個輸出端子中的一個，在所述兩個輸出端子處提供高輸出電位和低輸出電位。
6.根據權利要求5所述的撬棍電路(1)，其中，所述第五電阻器(R5)連接至所述低輸出電位的輸
7.根據權利要求5所述的撬棍電路(1)，其中，所述第五電阻器(R5)連接至所述高輸出電位的輸出端子，特別是直接電連接至所述高輸出電位的輸出端子，其中，所述第七電阻器(R7)的電阻值低于所述第六電阻器(R6)的電阻值。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的撬棍電路(1)，其中，所述齊納二極管(NZ1)和所述第六電阻器(R6)串聯連接，特別是直接連接在所述輸入端子(E1，E2)之間。
9.根據權利要求1至5中任一項所述的撬棍電路(1)，其中，在負載載流線路內實現電流限制，所述電流限制在檢測到所述比較器電壓超過所述基準電壓閾值或落在所述基準電壓閾值以下時限制流動的負載電流。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的撬棍電路(1)，其中，所述輸入端子中的一個設置有安全熔斷器(F1)，所述安全熔斷器(F1)在所述短路被觸發時中斷電流流動。
...【技術特征摘要】
1.一種撬棍電路(1)，特別是用于在電壓轉換器中使用的撬棍電路，所述撬棍電路包括：
2.根據權利要求1所述的撬棍電路(1)，其中，所述比較器(ic1)包括雙極晶體管或具有預定的基準電壓閾值的分流基準(ic1)，在所述雙極晶體管中，所述基準電壓閾值由所述雙極晶體管的基極-發射極電壓確定。
3.根據權利要求1或2所述的撬棍電路(1)，其中，另外的齊納二極管(nz2)在反向方向上與所述第八電阻器(r8)串聯連接。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的撬棍電路(1)，其中，在所述觸發裝置(p1)與所述比較器(ic1)之間設置低通濾波器，使得如果檢測到所述比較器電壓超過所述基準電壓閾值或落在所述基準電壓閾值以下，則在觸發所述短路時提供時間延遲。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的撬棍電路(1)，其中，所述比較器輸入端經由所述第五電阻器(r5)直接連接特別是直接電連接至兩個輸出端子中的一個，在所述兩個輸出端子處提供高輸出電位和低輸出電位。
6.根據權利要求5所述的撬棍電路(1)，其中，所述...
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