ÜBERSPANNUNGSGESCHÜTZTEN ÜBERTRAGUNG VON ELEKTRISCHER

ENERGIE

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schutzvorrichtung zur Überstrom- und überspannungsgesicherten Übertragung von elektrischer Energie von einem Spannungsanschluss zu einem elektrischen Verbraucher.

Üblicherweise werden in Trennverstärkern Schutzvorrichtungen zur Begrenzung einer Stromstärke, einer Spannung und/oder einer Leistung eingesetzt, um nachgeschaltete elektrische Bauteile vor Stromstärken, Spannungen und/oder Leistungen oberhalb eines jeweils vorbestimmten Grenzwertes zu schützen. Entsprechend können die maximalen Bemessungsdaten von elektrischen Bauteilen, welche der Schutzvorrichtung nachgeschaltet sind, vorteilhaft reduziert sein. Mit der Schutzvorrichtung kann ferner ein elektrischer Verbraucher sicher von dem Spannungsanschluss getrennt werden, um Anforderungen des Explosionsschutzes zu genügen.

Typischerweise weist die Schutzvorrichtung eine Überstromsicherung und einen der Überstromsicherung nachgeschalteten Überspannungsschutz auf. Der Überspannungsschutz kann bei einem Erreichen eines Spannungsgrenzwerts die Spannung kurzschließen, sodass ein Kurzschlussstrom durch die Überstromsicherung fließt, welche nachfolgend bei Erreichen eines Stromstärkegrenzwerts auslösen kann, um den Stromfluss zu unterbrechen. In nachteiliger Weise kann es notwendig sein, die nachgeschalteten elektrischen Bauteile entsprechend dem Stromstärkegrenzwert und/oder entsprechend dem Spannungsgrenzwert zu dimensionieren. Demnach können die elektrischen Bauteile erhöhte Bauteilabmessungen und für den Betrieb unterhalb des Stromstärke- und/oder Spannungsgrenzwertes nicht notwendige, erhöhte Nennstromstärken und/oder erhöhte Bemessungsspannungen aufweisen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine effizientere Schutzvorrichtung bereitzustellen, welches es ermöglicht der Schutzvorrichtung elektrische Bauteile nachzuschalten, welche für unterschiedliche Nennspannungen ausgelegt sein können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren. Die vorliegende Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine Schutzvorrichtung gelöst werden kann, welches neben einer ersten Überstrom- und Überspannungssicherung eine zusätzliche, zweite Überstrom- und/oder Überspannungssicherung aufweist. Insbesondere kann einer ersten Schmelzsicherung eine zweite Schmelzsicherung nachgeschaltet sein, welche bei einem niedrigeren Nennstrom auslöst, als die erste Sicherung. Dadurch kann der elektrische Verbraucher auch vor Überströmen geschützt sein, welche kleiner sind als der von der Überspannungsvorrichtung hervorgerufene Kurzschlussstrom. Die erste Überspannungssicherung und die zusätzliche Überstromsicherung kann eine Klemmschaltung sein, welche durch zwei separate Spannungsgrenzwertschalter, insbesondere unterschiedliche dimensionierte Z-Dioden, ausgelöst werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung eine Schutzvorrichtung zur überstrom- und überspannungsgeschützten Übertragung von elektrischer Energie von einem Spannungsanschluss zu einem elektrischen Verbraucher, wobei der Versorgungsanschluss zwei Pole aufweist. Die Schutzvorrichtung umfasst eine erste Sicherungsschaltung, welche ausgebildet ist, bei Erreichen eines ersten Stromstärkegrenzwertes durch einen Leitungsstrom von dem Spannungsanschluss zu dem elektrischen Verbraucher ein Fließen des Leitungsstroms zu unterbinden. Weiterhin umfasst die Schutzvorrichtung eine Überspannungsschutzschaltung, welche der ersten Sicherungsschaltung nachgeschaltet und dem elektrischen Verbraucher vorgeschaltet ist. Die Überspannungsschutzschaltung ist ausgebildet, bei Erreichen eines ersten Spannungsgrenzwertes einer Spannung an der ersten Sicherungsschaltung die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch leitfähig zu verbinden, insbesondere niederohmig zu verbinden oder kurzzuschließen, um zur Auslösung der ersten Sicherungsschaltung einen Leitungsstrom zu erzwingen, welcher den ersten Stromstärkegrenzwert erreicht. Ferner umfasst die Schutzvorrichtung eine zweite Sicherungsschaltung, welche der Überspannungsschutzschaltung nachgeschaltet und dem elektrischen Verbraucher vorgeschaltet ist. Die zweite Sicherungsschaltung ist ausgebildet, bei Erreichen eines zweiten Spannungsgrenzwerts einer Spannung an der zweiten Sicherungsschaltung die Überspannungsschutzschaltung anzusteuern, um die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch leitfähig zu verbinden. Der zweite Spannungsgrenzwert kann in Abhängigkeit von einer Nennspannung des elektrischen Verbrauchers bestimmt sein. Ferner kann der zweite Spannungsgrenzwert von einer Nenn-Leistungsaufnahme und/oder einer Nenn-Stromaufnahme des Verbrauchers abhängig sein. Die jeweilige Spannung an der jeweiligen Sicherungsschaltung kann an einem Knotenpunkt der jeweiligen Sicherungsschaltung abgegriffen werden, mit welchem der jeweilige Verbraucher elektrisch verbunden ist.

Der Spannungsanschluss der Schutzvorrichtung kann insbesondere durch eine Schaltung gebildet sein, welche von einem Energiebereitstellungsnetz mit elektrischer Energie versorgt wird und der ersten Sicherungsschaltung vorgeschaltet ist und diese mit elektrischer Energie versorgt. Diese zwischengeschaltete Stufe kann beispielsweise ein Schaltnetzteil und/oder ein Spannungswandler sein.

Der zweite Stromstärkegrenzwert kann kleiner sein als der erste Stromstärkegrenzwert. Insbesondere falls zwischen der ersten Sicherungsschaltung und der zweiten Sicherungsschaltung eine Spannungstransformation der Spannung des Spannungsanschluss nicht vorgesehen ist, können der zweiten Sicherungsschaltung nachgeschaltete elektrische Verbraucher geringere Stromstärkegrenzwerte aufweisen und entsprechend kostengünstiger und/oder kleiner hergestellt werden.

Ferner kann zwischen der ersten Sicherungsschaltung und der zweiten Sicherungsschaltung ein Spannungstransformator angeordnet sein, welcher ausgebildet ist, die Spannung des Spannungsanschlusses herauf- oder herabzusetzen. Der Spannungstransformator kann beispielsweise ausgebildet sein eine Spannung von 24 V auf 5 V herabzusetzen. Der zweiten Sicherungsschaltung nachgeschaltete elektrische Verbraucher können für eine höhere Stromstärke als die erste Sicherungsschaltung ausgelegt sein, sodass der zweite Stromstärkegrenzwert größer ist als der erste Stromstärkegrenzwert sein kann. Ebenso kann der zweite Spannungsgrenzwert kleiner oder größer als der erste Spannungsgrenzwert sein.

Entsprechend kann die zweite Sicherungsschaltung bei einer Fehlfunktion, insbesondere einer Überspannung einer Schaltstufe, welche der zweiten Sicherungsschaltung vorgeschaltet ist, die Überspannungsschutzschaltung auslösen.

Die Schutzvorrichtung kann ein Verbund aus einer Überstromsicherung und einer Klemmschaltung (Crowbar) sein, mit welcher ein elektrischer Verbraucher gegen das Fließen eines elektrischen Stroms mit einer Stromstärke oberhalb einer für den elektrischen Verbraucher zulässigen Stromstärke und/oder das Anliegen einer Spannung oberhalb einer für den Verbraucher zulässigen Spannung gesichert werden kann. Insbesondere kann in Kombination der Begrenzung der Stromstärke und der Spannung auch eine elektrische Maximalleistung, welche der Verbraucher umsetzen kann, definiert sein.

Ferner kann die Schutzvorrichtung beispielsweise in einem Signaleingang eines Trennverstärkers angeordnet werden, um die maximalen Bemessungsdaten nachgeschalteter elektrischer Bauteile reduzieren zu können. Weiterhin kann die Schutzvorrichtung einen Explosionsschutz bilden, um einen Betrieb der nachgeschalteten elektrischen Bauteile in einer explosionsgefährdeten Umgebung und/oder Atmosphären, zu ermöglichen.

Die Schutzvorrichtung kann einer Energieeinspeisung eines elektrischen Verbrauchers nachgeschaltet sein, um nach der Schutzvorrichtung vorbestimmte Strom-, Spannungs- und/oder Leistungswerte erwarten zu können. Entsprechend können der Schutzvorrichtung nachgeschaltete elektronische Schaltungen geringere Luft- und/oder Kriechstrecken aufweisen, da mit einem reduzierten Spannungsniveau gerechnet werden kann.

Mit der Anordnung einer zweiten Sicherungsschaltung nach der ersten Sicherungsschaltung kann insbesondere der Vorteil erreicht werden, dass die Luft- und Kriechstrecken gegenüber einer einstufigen Sicherungsanordnung signifikant reduziert werden können, da die zu erwartenden Spannungen niedriger sein können. Die zweite Sicherungsschaltung kann als eine Chip-sicherung ausgeführt sein, welche reduzierte Bauteilabmessungen gegenüber der ersten Sicherungsschaltung aufweist. Ferner können elektrische Bauteile, welche der zweiten Sicherungsschaltung nachgeschaltet sind gegenüber einer Anordnung nach der ersten Sicherungsschaltung reduzierte Bauteilabmessungen und/oder reduzierte Leistungsdaten aufweisen.

In einer Ausführungsform ist die Überspannungsschutzschaltung ausgebildet, bei Unterschreiten einer Mindeststromstärke des durch die Überspannungsschutzschaltung fließenden Leitungsstroms die elektrische leitende Verbindung zwischen den Polen des Spannungsanschlusses aufzuheben. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Überspannungsvorrichtung in einen Ausgangszustand, in welchem die Überspannungsvorrichtung ausgelöst werden kann, zurückversetzt werden kann. Mit der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Polen des Spannungsanschlusses kann der Spannungsanschluss kurzgeschlossen sein, sodass eine Spannung des Spannungsanschlusses reduziert ist, insbesondere nahezu 0 V beträgt und durch die erste Sicherungsschaltung und die Überspannungsschutzschaltung ein Kurzschlussstrom fließen kann. Mit Unterschreiten der Mindeststromstärke können die Pole des Spannungsanschlusses voneinander elektrisch getrennt und/oder isoliert werden.

In einer Ausführungsform ist die zweite Sicherungsschaltung ausgebildet, bei Erreichen eines zweiten Stromstärkegrenzwertes durch den Leitungsstrom ein Fließen des Leitungsstroms zu unterbinden, wobei der zweite Stromstärkegrenzwert von dem elektrischen Verbraucher abhängig ist.

In einer Ausführungsform weist die zweite Sicherungsschaltung eine Mehrzahl von Spannungsgrenzwertschaltern auf, welche jeweils einem elektrischen Verbraucher vorgeschaltet sind, und wobei der jeweilige Spannungsgrenzwertschaltern ausgebildet ist, bei Erreichen eines von dem jeweiligen nachgeschalteten elektrischen Verbraucher abhängigen Spannungsgrenzwerts einer Spannung an dem jeweiligen Spannungsgrenzwertschalter die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch leitfähig zu verbinden.

Insbesondere können die Überspannungsschutzschaltungen jeweils durch eine Zenerdiode gebildet sein. Jeder Zenerdiode kann ein Anschluss zum Anschließen eines Schaltkreises nachgeschaltet sein. Die jeweilige Zenerdiode kann ausgebildet sein, bei einer vorbestimmten Spannung elektrisch leitend zu werden und entsprechend den Halbleiterschalter, insbesondere einen Thyristor zu schalten. Die jeweilige vorbestimmte Spannung kann von der zulässigen Spannung des jeweiligen Schaltkreises abhängen. Jede Zenerdiode kann daher in Bezug zu den weiteren Zenerdioden einen unterschiedlichen Spannungsgrenzwert aufweisen, bei welcher die Zenerdiode elektrisch leitend wird. Die Zenerdioden können insbesondere kaskadenartig mehreren seriell angeordneten elektrischen Verbrauchern vorgeschaltet sein, wobei die Spannungsgrenzwerte nicht notwendigerweise kleiner werden, sondern für nachgeschaltete elektrische Verbraucher auch größer sein können.

In einer Ausführungsform umfasst die Überspannungsschutzschaltung einen Halbleiterschalter, welcher elektrisch parallel mit den Polen des Spannungsanschlusses verbunden ist und einen Steuereingang aufweist, wobei der Halbleiterschalter ausgebildet ist, mit einem an dem Steuereingang anliegenden Steuersignal die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch leitfähig zu verbinden und bei Unterschreiten des Mindeststromstärkewerts durch den Leitungsstrom die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Polen des Spannungsanschlusses aufzuheben. Der Halbleiterschalter kann einen Schaltereingang und einen Schalterausgang aufweisen, wobei der Schaltereingang über die erste Sicherungsschaltung mit einem ersten Pol des Spannungsanschlusses verbunden ist und der Schalterausgang mit einem zweiten Pol des Spannungsanschlusses verbunden ist. Mit dem Steuersignal kann der Halbleiterschalter von einem ersten Schaltzustand, in welchem der Halbleiterschalter die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch isoliert oder hochohmig verbindet, zu einem zweiten Schaltzustand schalten, in welchem die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch miteinander verbunden werden, insbesondere niederohmig verbunden werden.

Mit Unterschreiten der Mindeststromstärke kann der Halbleiterschalter selbstständig oder mittels eines Steuersignals an dem Steuereingang von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand schalten. Die Überspannungsschutzschaltung kann ferner einen Stromsensor aufweisen, welcher ausgebildet ist, die Stromstärke eines durch den Halbleiterschalter fließenden Stroms zu erfassen, um den Halbleiterschalter zu schalten.

In einer Ausführungsform ist der Halbleiterschalter durch einen Thyristor oder einen Transistor gebildet. Der Thyristor kann beispielsweise den Vorteil erreichen, dass automatisch bei Unterschreiten des Mindeststromstärkewerts die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch isoliert sind. Der Thyristor kann ein einschaltbares Bauelement sein, welches im Ausgangszustand nichtleitend ist und durch einen Strom an dem Steuereingang, insbesondere an einer Gate-Elektrode eingeschaltet werden kann. Nach dem Einschalten kann der Thyristor auch ohne Strom an dem Steuereingang leitend sein. Der Thyristor kann bei Unterschreiten eines Mindeststromstärkewerts, beispielsweise eines Haltestroms, ausschalten.

Weiterhin kann der Halbleiterschalter bei einem Überschreiten eines

Schalterspannungsgrenzwerts, insbesondere auch ohne Anliegen eines Steuersignals an dem Steuereingang, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand schalten. Ein Thyristor kann beispielsweise Überkopfzünden, wenn eine Nullkippspannung des Thyristors erreicht ist. Mit dem Transistor kann der Vorteil erreicht werden, dass ein Schalten von dem ersten Schaltzustand zu dem zweiten Schaltzustand und umgekehrt manuell zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann. In einer Ausführungsform weist die Überspannungsschutzschaltung einen

Spannungsgrenzwertschalter mit einem Schaltereingang und einem Schalterausgang auf, wobei der Spannungsgrenzwertschalter über den Schaltereingang der ersten

Sicherungsschaltung nachgeschaltet ist und über den Schalterausgang mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters verbunden ist, und wobei der Spannungsgrenzwertschalter ausgebildet ist, bei Erreichen des ersten Spannungsgrenzwerts durch die Spannung an der ersten Sicherungsschaltung an dem Schalterausgang das Steuersignal bereitzustellen.

Der Spannungsgrenzwertschalter kann bei Erreichen des Spannungsgrenzwertes von einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand schalten, um den Steuereingang über die erste Sicherungsschaltung mit dem ersten Pol des Spannungsanschlusses zu verbinden. Mit dem Schalterausgang kann der Spannungsgrenzwertschalter ferner mit dem zweiten Pol des Spannungsanschlusses, insbesondere über einen Widerstand, verbunden sein. Mit dieser elektrischen Verbindung kann ein Strom durch den

Spannungsgrenzwertschalter fließen, welcher das Steuersignal zum Schalten des Halbleiterschalters bilden kann.

In einer Ausführungsform ist der Spannungsgrenzwertschalter durch eine Z-Diode und/oder durch einen unipolaren Überspannungsschutz gebildet. Die Z-Diode kann bei Erreichen des ersten Spannungsgrenzwerts von einem sperrenden Zustand in einen leitenden Zustand schalten, wobei die Z-Diode bei einem Unterschreiten des Spannungsgrenzwertes von dem leitenden Zustand zu dem sperrenden Zustand zurückwechselt.

Der unipolare Überspannungsschutz kann beispielsweise eine Suppressordiode sein, mit welcher ein Stromimpuls an dem elektrischen Verbraucher vorbeigeführt werden kann. Dadurch kann ein Anliegen einer Spannung oberhalb der Durchbruchspannung der Suppressordiode, welche den elektrischen Verbraucher beschädigen könnte, an dem elektrischen Verbraucher unterbunden werden. Unterhalb der Strom- und/oder Spannungsgrenzwerte kann die elektrische Wirkung des Spannungsgrenzwertschalters mit einem geringen Leckstrom und einer geringen Kapazität elektrisch neutral gegenüber dem elektrischen Verbraucher sein. Der Strom des Impulses wird durch Parallelschaltung an dem elektrischen Verbraucher vorbeigeführt. Die Z-Diode kann durch eine beliebige Spannungsgrenzwertschaltung ersetzt werden.

In einer Ausführungsform umfasst die Überspannungsschutzschaltung einen Widerstand, welcher dem Schalterausgang des Spannungsgrenzwertschalters nachgeschaltet ist und mit dem Spannungsgrenzwertschalter elektrisch parallel zu den Polen des Spannungsanschlusses angeordnet ist, und wobei der Steuereingang mit dem Schalterausgang des Spannungsgrenzwertschalters und dem Widerstand verbunden ist, und wobei der Widerstand ausgebildet ist, bei einem Schalten des Spannungsgrenzwertschalters an dem Steuereingang ein Steuersignal, insbesondere in Form eines Teils der Spannung an dem Spannungsanschluss, bereitzustellen, um den Halbleiterschalter zu schalten.

Wenn der Spannungsgrenzwertschalter, insbesondere die Z-Diode, aufgrund des Erreichens des ersten Spannungsgrenzwerts, im Falle der Z-Diode bei Erreichen der Zener- Spannung, schaltet, kann der Spannungsgrenzwertschalter von einem hochohmigen Zustand zu einem niederohmigen Zustand übergehen. Insbesondere im Vergleich zu dem nachgeschalteten Widerstand weist der Spannungsgrenzwertschalter in dem niederohmigen Zustand einen geringeren ohmschen Widerstand auf als der nachgeschaltete Widerstand. Dementsprechend fällt die Spannung des Spannungsanschlusses fast vollständig an dem Widerstand ab, sodass sich die Spannung an dem Steuereingang ändern kann.

Mit der Spannungsänderung kann der Halbleiterschalter schalten, welcher gegenüber der Reihenschaltung bestehend aus dem Spannungsgrenzwertschalter und dem Widerstand einen geringeren ohmschen Widerstand aufweisen kann, sodass ein elektrischer Strom mit dem Schalten des Halbleiterschalters hauptsächlich durch den Halbleiterschalter und nur zu einem geringeren Teil über den Spannungsgrenzwertschalter und den Widerstand fließen kann.

In einer Ausführungsform weist die erste Sicherungsschaltung und die zweite Sicherungsschaltung jeweils eine Überstromschutzsicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung und/oder einen Leistungsschutzschalter auf, wobei die Überstromschutzsicherung ausgebildet ist, bei Erreichen des ersten Stromstärkegrenzwerts respektive des zweiten Stromstärkegrenzwerts die elektrische Verbindung zwischen dem Spannungsanschluss und dem elektrischen Verbraucher zu trennen oder nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervall nach dem Erreichen des ersten Stromstärkegrenzwerts respektive des zweiten Stromstärkegrenzwerts zu trennen.

Das vorbestimmte Zeitintervall kann durch eine Auslöseverzögerung der jeweiligen Schmelzsicherung bestimmt sein, in welcher ein Drahtelement der Schmelzsicherung durch den Stromfluss erwärmt und aufgeschmolzen wird. Die Auslöseverzögerung der Überstromschutzsicherung in der ersten Schutzschaltung kann größer sein als die Auslöseverzögerung der Überstromschutzsicherung in der zweiten Schutzschaltung. Insbesondere dient die erste Überstromschutzsicherung dem nachfolgenden Trennen der elektrischen Verbindung zwischen dem Spannungsanschluss und dem elektrischen Verbraucher, nachdem der Halbleiterschalter geschaltet hat. Ein Leitungsstrom mit einer Stromstärke oberhalb des ersten Stromstärkegrenzwertes, welcher die erste Überstromschutzsicherung auslöst, fließt über den Halbleiterschalter und somit nicht zu dem elektrischen Verbraucher.

Ein Schutz des elektrischen Verbrauchers vor einem Leitungsstrom mit einer Stromstärke, welcher den elektrischen Verbraucher beschädigen könnte, kann durch die zweite Überstromschutzsicherung realisiert sein. Die zweite Überstromschutzsicherung kann demnach schneller und bei einer niedrigeren Stromstärke als die erste Überstromschutzsicherung auslösen.

In einer Ausführungsform weist die zweite Sicherungsschaltung einen weiteren Spannungsgrenzwertschalter auf, welcher mit dem weiteren Schaltereingang der Überstromschutzsicherung nachgeschaltet oder vorgeschaltet ist, und wobei der weitere Schalterausgang mit dem Steuereingang verbunden ist, und wobei der weitere Spannungsgrenzwertschalter ausgebildet ist, bei Erreichen des zweiten Spannungsgrenzwerts durch eine Spannung, welche an der zweiten Sicherungsschaltung anliegt, an dem weiteren Schalterausgang ein Steuersignal zum Auslösen der Überspannungsschutzschaltung bereitzustellen.

Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch bei Erreichen des zweiten Spannungsgrenzwerts ein Leitungsstrom mit einer Stromstärke oberhalb des ersten Stromstärkegrenzwerts lediglich durch die erste Sicherungsschaltung und die Überspannungsschutzschaltung fließt. Die zweite Überstromschutzsicherung kann demnach bei Erreichen des zweiten Spannungsgrenzwertes vorteilhafterweise nicht auslösen.

In einer Ausführungsform ist dem weiteren Schalterausgang ein Widerstand nachgeschaltet, über welchen der weitere Spannungsgrenzwertschalter mit einem Pol des Spannungsanschlusses verbindbar ist. Der Spannungsgrenzwertschalter und der weitere Spannungsgrenzwertschalter können beide vorteilhafterweise dem selben Widerstand vorgeschaltet sein. In einer Ausführungsform ist die Überspannungsschutzschaltung ausgebildet, bei einem Auslösen der Überspannungsschutzschaltung mittels des weiteren

Spannungsgrenzwertschalters ein Ansteigen einer Spannung, die an dem elektrischen Verbraucher (103) anliegt, oberhalb des zweiten Spannungsgrenzwertes des weiteren Spannungsgrenzwertschalters (127) zu unterbinden. Ferner kann ein Fließen eines Leitungsstromes, insbesondere oberhalb des zweiten Stromstärkegrenzwertes durch die zweite Sicherungsschaltung zu dem elektrischen Verbraucher unterbunden sein. Durch Auslösen der Überspannungsschutzschaltung mittels des weiteren Spannungsgrenzwertschalters können die Pole des Spannungsanschlusses durch den leitend geschalteten Halbleiterschalter kurzgeschlossen werden, um einen Stromfluss zu dem elektrischen Verbraucher zu unterbinden.

In einer Ausführungsform sind die erste Schutzschaltung und/oder die zweite Schutzschaltung ausgebildet, bei einem Fließen eines Kurzschlussstromes durch die Überspannungsschutzschaltung eine elektrische Verbindung zwischen dem Spannungsanschluss und dem elektrischen Verbraucher zu unterbrechen, um das Fließen des Leitungsstroms mit einer Stromstärke oberhalb des ersten Stromstärkegrenzwerts und/oder oberhalb des zweiten Stromstärkegrenzwerts zu dem elektrischen Verbraucher zu unterbinden.

Das Unterbrechen der elektrischen Verbindung kann mittels eines sperrenden Halbleiterelements, eines mechanischen Schaltkontakts oder mittels eines definierten Schmelzens der Überstromschutzsicherung realisiert sein. Demnach kann ein Trennen der elektrischen Verbindung reversibel ausgeführt sein oder im Falle des definierten Schmelzens irreversibel ausgeführt sein. Nach einem Auslösen der ersten Schutzschaltung und/oder der zweiten Schutzschaltung kann ein manueller Eingriff notwendig sein, um die Schaltung wieder in Betrieb zu nehmen. Beispielsweise kann es notwendig sein eine der Überstromschutzsicherungen zu ersetzen und/oder die Ursache der Überspannung oder des Überstroms zu beheben.

In einer Ausführungsform sind die erste Sicherungsschaltung und/oder die zweite Sicherungsschaltung ausgebildet, eine Bauteil- und/oder Umgebungstemperatur zu erfassen und bei Erreichen eines Temperaturgrenzwertes durch die Bauteil und/oder Umgebungstemperatur die Überspannungsschutzschaltung auszulösen und/oder ein Fließen eines Stroms von dem Spannungsanschluss zu dem elektrischen Verbraucher zu unterbinden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der elektrische Verbraucher vor thermischen Belastungen geschützt sein kann.

In einer Ausführungsform ist die zweite Sicherungsschaltung ausgebildet, dem elektrischen Verbraucher eine gegenüber dem Verbund bestehend aus der ersten Sicherungsschaltung und der Überspannungsschutzschaltung mittels einer Begrenzung des Leitungsstroms auf den zweiten Stromstärkegrenzwert und einer Begrenzung einer Spannung des Spannungsanschlusses auf den zweiten Spannungsgrenzwert eine reduzierte elektrische Maximalleistung bereitzustellen.

In einer Ausführungsform ist der ersten Sicherungsschaltung und/oder der Überspannungsschutzschaltung ein Netzteil nachgeschaltet, wobei das Netzteil der zweiten Sicherungsschaltung vorgeschaltet und ausgebildet ist, der zweiten Sicherungsschaltung eine gegenüber der Spannung des Spannungsanschlusses erhöhte oder erniedrigte Spannung bereitzustellen.

Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schutzvorrichtung in einer Ausführungsform;

Fig. 2 eine Schutzvorrichtung in einer Ausführungsform; und

Fig. 3 eine Schutzvorrichtung in einer Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Schutzvorrichtung 100 zur Überstrom- und überspannungsgeschützten Übertragung von elektrischer Energie von einem Spannungsanschluss 101 zu einem elektrischen Verbraucher 103, wobei der Versorgungsanschluss 101 zwei Pole aufweist. Die Schutzvorrichtung 100 umfasst eine erste Sicherungsschaltung 105, welche ausgebildet ist, bei Erreichen eines ersten Stromstärkegrenzwertes durch einen Leitungsstrom von dem Spannungsanschluss 101 zu dem elektrischen Verbraucher 103 ein Fließen des Leitungsstroms zu unterbinden.

Ferner umfasst die Schutzvorrichtung 100 eine Überspannungsschutzschaltung 107, welche der ersten Sicherungsschaltung 105 nachgeschaltet und dem elektrischen Verbraucher 103 vorgeschaltet ist. Die Überspannungsschutzschaltung 107 ist ausgebildet, bei Erreichen eines ersten Spannungsgrenzwertes einer Spannung an der ersten Sicherungsschaltung 105 die Pole des Spannungsanschlusses 101 elektrisch leitfähig zu verbinden, um zur Auslösung der ersten Sicherungsschaltung 105 einen Leitungsstrom zu erzwingen, welcher den ersten Stromstärkegrenzwert erreicht.

Weiterhin umfasst die Schutzvorrichtung 100 eine zweite Sicherungsschaltung 109, welche der Überspannungsschutzschaltung 107 nachgeschaltet und dem elektrischen Verbraucher 103 vorgeschaltet ist. Die zweite Sicherungsschaltung 109 ist ausgebildet, bei Erreichen eines zweiten Stromstärkegrenzwertes durch den Leitungsstrom ein Fließen des Leitungsstroms zu unterbinden. Die zweite Sicherungsschaltung 109 ist ferner ausgebildet, bei Erreichen eines zweiten Spannungsgrenzwerts einer Spannung, welche an der zweiten Sicherungsschaltung 109 anliegt, die Pole des Spannungsanschlusses 101 elektrisch leitfähig zu verbinden, wobei der zweite Stromstärkegrenzwert und der zweite Spannungsgrenzwert in Abhängigkeit einer Nennspannung respektive einer Nennstromstärke des elektrischen Verbrauchers 103 bestimmt sind.

Die Überspannungsschutzschaltung 107 umfasst einen Thyristor 1 1 1 , insbesondere einen Thyristor, welcher elektrisch parallel mit den Polen des Spannungsanschlusses 101 verbunden ist und einen Steuereingang 1 13 aufweist. Der Halbleiterschalter 1 1 1 ist ausgebildet, mit einem an dem Steuereingang 1 13 anliegenden Steuersignal die Pole des Spannungsanschlusses 101 elektrisch leitfähig zu verbinden und bei Unterschreiten des Mindeststromstärkewerts durch den Leitungsstrom die elektrische leitende Verbindungzwischen den Polen des Spannungsanschlusses 101 aufzuheben.

Ferner umfasst die Überspannungsvorrichtung 107 einen Spannungsgrenzwertschalter 1 15, insbesondere eine Z-Diode mit einem Schaltereingang 1 17 und einem

Schalterausgang 1 19. Der Spannungsgrenzwertschalter 1 15 ist über den Schaltereingang 1 17 der ersten Sicherungsschaltung 105 nachgeschaltet und über den

Schalterausgang 1 19 mit dem Steuereingang 1 13 des Halbleiterschalters 1 1 1 verbunden. Weiterhin ist der Spannungsgrenzwertschalter 1 15 ausgebildet, bei Erreichen des ersten Spannungsgrenzwerts durch die Spannung an der ersten Sicherungsschaltung 105 an dem Schalterausgang 1 19 das Steuersignal bereitzustellen.

Die Überspannungsschutzschaltung 107 umfasst ferner einen Widerstand 121 , welcher dem Schalterausgang 1 19 des Spannungsgrenzwertschalters 1 15 nachgeschaltet ist und mit dem Spannungsgrenzwertschalter 1 15 elektrisch parallel zu den Polen des Spannungsanschlusses 101 angeordnet ist. Der Steuereingang 1 13 ist mit dem Schalterausgang 1 19 des Spannungsgrenzwertschalters 1 15 und dem Widerstand 121 verbunden, wobei der Widerstand 121 ausgebildet ist, bei einem Schalten des Spannungsgrenzwertschalters 1 15 an dem Steuereingang 1 13 ein Steuersignal, insbesondere in Form eines Teils der Spannung an dem Spannungsanschluss 101 , bereitzustellen, um den Halbleiterschalter 1 1 1 zu schalten.

Die erste Sicherungsschaltung 105 und die zweite Sicherungsschaltung 109 weisen jeweils eine Überstromschutzsicherung 123, 125, insbesondere eine Schmelzsicherung auf. Die Überstromschutzsicherung 123 ist ausgebildet, bei Erreichen des ersten Stromstärkegrenzwerts die elektrische Verbindung zwischen dem Spannungsanschluss 101 und dem elektrischen Verbraucher 103 zu trennen oder nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Erreichen des ersten Stromstärkegrenzwerts zu trennen. Entsprechend ist die Überstromschutzsicherung 125 ausgebildet, bei Erreichen des zweiten Stromstärkegrenzwerts die elektrische Verbindung zwischen dem Spannungsanschluss 101 und dem elektrischen Verbraucher 103 zu trennen oder nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Erreichen des ersten Stromstärkegrenzwerts respektive des zweiten Stromstärkegrenzwerts zu trennen.

Die zweite Sicherungsschaltung 109 weist einen weiteren Spannungsgrenzwertschalter 127 mit einem weiteren Schaltereingang 129 und einem weiteren Schalterausgang 131 auf, welcher mit dem weiteren Schaltereingang 129 der Überstromschutzsicherung 125 nachgeschaltet ist. In einer Ausführungsform ist die Überstromschutzsicherung 125 dem weiteren Spannungsgrenzwertschalter 131 vorgeschaltet oder die zweite Sicherungsschaltung 109 umfasst die Überstromschutzsicherung 125 nicht.

Der weitere Schalterausgang 131 ist mit dem Steuereingang 1 13 verbunden, und der weitere Spannungsgrenzwertschalter 127 ist ausgebildet, bei Erreichen des zweiten Spannungsgrenzwerts durch eine Spannung an dem weiteren Spannungsgrenzwertschalter 127, an dem weiteren Schalterausgang 131 ein Steuersignal zum Auslösen der Überspannungsschutzschaltung 107 bereitzustellen, wobei der zweite Spannungsgrenzwert in Abhängigkeit von einer Nennspannung des elektrischen Verbrauchers 103 bestimmt ist.

Der weitere Schalterausgang 131 ist mit dem Steuersignaleingang 1 13 dem Schalterausgang 1 19 und dem Widerstand 121 verbunden. Dementsprechend kann der weitere Spannungsgrenzwertschalter 127 ähnlich dem Spannungsgrenzwertschalter 1 15 den Halbleiterschalter 1 1 1 auslösen. Bei dem Schalten des Spannungsgrenzwertschalter 1 15 oder des weiteren Spannungsgrenzwertschalters 127, kann ein Teil einer Spannung des Spannungsanschlusses 101 an dem Widerstand 121 abfallen. Diese Spannung kann als Steuersignal an dem Steuereingang 1 13 des Halbleiterschalters 1 1 1 anliegen. Vor dem Schalten des Halbleiterschalters 1 1 1 kann über den weiteren Spannungsgrenzwertschalter 127 und über den Widerstand 121 ein Strom fließen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Schutzvorrichtung 100 zur Überstrom- und überspannungsgeschützten Übertragung von elektrischer Energie von einem Spannungsanschluss 101 zu einem elektrischen Verbraucher 103, wobei der Versorgungsanschluss 101 zwei Pole aufweist. Die Schutzvorrichtung 100 umfasst eine erste Sicherungsschaltung 105, welche ausgebildet ist, bei Erreichen eines ersten Stromstärkegrenzwertes durch einen Leitungsstrom von dem Spannungsanschluss 101 zu dem elektrischen Verbraucher 103 ein Fließen des Leitungsstroms zu unterbinden.

Ferner umfasst die Schutzvorrichtung 100 eine Überspannungsschutzschaltung 107, welche der ersten Sicherungsschaltung 105 nachgeschaltet und dem elektrischen Verbraucher 103 vorgeschaltet ist. Die Überspannungsschutzschaltung 107 ist ausgebildet, bei Erreichen eines ersten Spannungsgrenzwertes einer Spannung an der ersten Sicherungsschaltung 105 die Pole des Spannungsanschlusses 101 elektrisch leitfähig zu verbinden, um zur Auslösung der ersten Sicherungsschaltung 105 einen Leitungsstrom zu erzwingen, welcher den ersten Stromstärkegrenzwert erreicht.

Weiterhin umfasst die Schutzvorrichtung 100 eine zweite Sicherungsschaltung 109, welche der Überspannungsschutzschaltung 107 nachgeschaltet und dem elektrischen Verbraucher 103 vorgeschaltet ist. Die zweite Sicherungsschaltung 109 ist ausgebildet, bei Erreichen eines zweiten Stromstärkegrenzwertes durch den Leitungsstrom ein Fließen des Leitungsstroms zu unterbinden. Die zweite Sicherungsschaltung 109 ist ferner ausgebildet, bei Erreichen eines zweiten Spannungsgrenzwerts einer Spannung, welche an der zweiten Sicherungsschaltung 109 anliegt, die Pole des Spannungsanschlusses 101 elektrisch leitfähig zu verbinden, wobei der zweite Stromstärkegrenzwert und der zweite Spannungsgrenzwert jeweils in Abhängigkeit von einer Nennspannung respektive einer Nennstromstärke des elektrischen Verbrauchers 103 bestimmt sind. Die zweite Sicherungsschaltung 109 weist einen weiteren Spannungsgrenzwertschalter 127 mit einem weiteren Schaltereingang 129 und einen weiteren Schalterausgang 131 auf, welcher mit dem weiteren Schaltereingang 129 der Überstromschutzsicherung 125 vorgeschaltet ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Schutzvorrichtung 100. Die zweite Sicherungsschaltung 109 umfasst eine Mehrzahl von Spannungsgrenzwertschaltern 127, 301 , welche jeweils einem elektrischen Verbraucher 103 vorgeschaltet sind, und wobei der jeweilige Spannungsgrenzwertschalter 127, 301 ausgebildet ist, bei Erreichen eines von dem jeweiligen nachgeschalteten elektrischen Verbraucher 103 abhängigen Spannungsgrenzwerts einer Spannung an dem jeweiligen Spannungsgrenzwertschalter 127, 301 die Pole des Spannungsanschlusses elektrisch leitfähig zu verbinden.

Bezugszeichenliste

100 Schutzvorrichtung

101 Spannungsanschluss

103 Elektrischer Verbraucher

105 Erste Sicherungsschaltung

107 Überspannungsschutzschaltung

109 Zweite Sicherungsschaltung

1 1 1 Halbleiterschalter

113 Steuereingang

115 Spannungsgrenzwertschalter

117 Schaltereingang

119 Schalterausgang

121 Widerstand

123 Überstromschutzsicherung

125 Überstromschutzsicherung

127 Spannungsgrenzwertschalter

129 Schaltereingang

131 Schalterausgang

301 Spannungsgrenzwertschalter