DE102023203234B3

DE102023203234B3 - Method for operating a hybrid switch and a corresponding hybrid switch

Info

Publication number: DE102023203234B3
Application number: DE102023203234.1A
Authority: DE
Inventors: Hendrik-Christian Köpf; Peter Steegmüller; Stefan Holbe; Dirk Bösche
Original assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Current assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Priority date: 2023-04-06
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2043-04-07
Also published as: EP4443461A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (28) zum Betrieb eines Hybridschalters (10), der einen Hauptstrompfad (14) mit einem Trennelement (16) und einen parallel zu dem Hauptstrompfad (14) geschalteten Nebenstrompfad (22) mit einem Halbleiterschalter (26) aufweist. Gemäß dem Verfahren (28) wird das Trennelement (16) geöffnet, und eine elektrische Kenngröße (20) des Hauptstrompfads (14) wird ermittelt. Ein Stromfluss über den Halbleiterschalter (24) wird in Abhängigkeit der Kenngröße (20) eingestellt. Als elektrische Kenngröße (20) wird ein in den Hauptstrompfad (14) induzierter elektrischer Strom herangezogen. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridschalter (10).The invention relates to a method (28) for operating a hybrid switch (10), which has a main current path (14) with a separating element (16) and a secondary current path (22) connected in parallel to the main current path (14) with a semiconductor switch (26). According to the method (28), the separating element (16) is opened and an electrical parameter (20) of the main current path (14) is determined. A current flow via the semiconductor switch (24) is set depending on the parameter (20). An electrical current induced in the main current path (14) is used as the electrical parameter (20). The invention further relates to a hybrid switch (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridschalters und einen Hybridschalter. Der Hybridschalter weist einen Hauptstrompfad mit einem Trennelement und einen parallel zu dem Hauptstrompfad geschalteten Nebenstrompfad mit einem Halbleiterschalter auf.The invention relates to a method for operating a hybrid switch and a hybrid switch. The hybrid switch has a main current path with a separating element and a secondary current path with a semiconductor switch connected in parallel to the main current path.

Aus der WO 2010 / 108 565 A1 ist ein Hybridschalter (hybrider Trennschalter) mit einem mechanischen Schalter oder Trennelement und einer diesem parallel geschalten Halbleiterelektronik bekannt, die einen Halbleiterschalter, vorzugsweise einen IGBT, umfasst. Die Halbleiterelektronik weist keine zusätzliche Energiequelle auf und ist bei geschlossenem mechanischem Schalter stromsperrend, d. h. praktisch strom- und spannungslos. Zur Stromunterbrechung über den Hybridschalter wird der mechanische Schalter geöffnet, wobei ein Lichtbogen entstehen kann. Die Energie des beim Öffnen des mechanischen Schalters entstehenden Lichtbogens wird von der die Halbleiterelektronik genutzt, wobei die Halbleiterelektronik derart mit dem mechanischen Schalter verschaltet ist, dass bei sich öffnendem mechanischem Schalter die Lichtbogenspannung über diesen (infolge des Lichtbogens) der Halbleiterschalter stromleitend schaltet.From WO 2010/108 565 A1 a hybrid switch (hybrid isolating switch) with a mechanical switch or isolating element and semiconductor electronics connected in parallel with this is known, which comprises a semiconductor switch, preferably an IGBT. The semiconductor electronics have no additional energy source and are current-blocking when the mechanical switch is closed, i.e. H. practically no current or voltage. To interrupt the power via the hybrid switch, the mechanical switch is opened, which can result in an arc. The energy of the arc created when the mechanical switch is opened is used by the semiconductor electronics, the semiconductor electronics being connected to the mechanical switch in such a way that when the mechanical switch opens, the arc voltage across it (as a result of the arc) switches the semiconductor switch to conduct current.

Sobald der Halbleiterschalter stromleitend geschaltet ist, beginnt der elektrische Strom von dem mechanischen Schalter auf den Halbleiterschalter zu kommutieren. Die entsprechende Lichtbogenspannung bzw. der Lichtbogenstrom lädt zudem einen Energiespeicher in Form eines Kondensators auf, mittels dessen Steuerspannung für die Halbleiterelektronik bereitgestellt wird. Sobald der elektrische Strom auf den Halbleiterschalter kommutiert ist, verlischt der Lichtbogen, und der Ladevorgang des Energiespeichers ist beendet. Dabei befindet sich zwischen den Schaltkontakten des mechanischen Schalters ein ionisiertes Gas, das aufgrund des Lichtbogens entstanden ist, und das über die Zeit abgebaut wird. Im Anschluss an den Ladevorgang startet ein Zeitglied, während dessen mittels des Energiespeichers der Halbleiterschalter noch weiterhin stromführend gehalten wird. Nach Ablauf der Zeitdauer des Zeitglieds wird der Halbleiterschalter erneut stromsperrend geschaltet. Anstatt der Verwendung des Zeitglieds wird beispielsweise die Zeitdauer anhand des Ladezustands des Energiespeichers vorgegeben.As soon as the semiconductor switch is switched to conduct current, the electrical current begins to commute from the mechanical switch to the semiconductor switch. The corresponding arc voltage or arc current also charges an energy storage device in the form of a capacitor, by means of which control voltage is provided for the semiconductor electronics. As soon as the electrical current has commutated to the semiconductor switch, the arc goes out and the charging process of the energy storage unit is completed. There is an ionized gas between the switching contacts of the mechanical switch, which was created due to the arc and which is broken down over time. Following the charging process, a timer starts, during which the semiconductor switch continues to be kept live by means of the energy storage. After the time period of the timer has elapsed, the semiconductor switch is switched to blocking current again. Instead of using the timer, for example, the time period is specified based on the charge status of the energy storage device.

Falls die Zeitdauer zu gering gewählt wird, ist es möglich, dass aufgrund des zwischen den Schaltkontakte des mechanischen Schalters noch vorhandenen ionisiert Gases sowie der anliegenden elektrischen Spannung erneut ein Lichtbogen zündet, sodass über den mechanischen Schaltern wieder ein elektrischer Strom fließt. Daher wird die Zeitdauer üblicherweise vergleichsweise groß gewählt, unter der Annahme, dass nach dieser das ionisiert Gas ausreichend abgebaut wurde und/oder der Abstand der Schaltkontakte des mechanischen Schalters groß genug ist, sodass ein erneutes Zünden des Lichtbogens unterbleibt.If the time period is chosen too short, it is possible that an arc will ignite again due to the ionized gas still present between the switching contacts of the mechanical switch and the applied electrical voltage, so that an electrical current flows again through the mechanical switches. The time period is therefore usually chosen to be comparatively long, assuming that after this time the ionized gas has been sufficiently reduced and/or the distance between the switching contacts of the mechanical switch is large enough so that the arc is not ignited again.

Da die Zeitdauer für sämtliche Anwendungsfälle des Hybridschalters verwendet wird, ist die Zeitdauer nochmals vergrößert, wobei in dem jeweiligen konkreten Anwendungsfall beispielsweise eine verringerte Zeitdauer ausgereicht hätte. Während der Zeitdauer herrscht dabei weiterhin ein unerwünschte Stromfluss über den Hybridschalter, was zu einem weiteren unerwünschten Betrieb und gegebenenfalls Beschädigung der über den Hybridschalter bestromten Bauteile und/oder einer Gefährdung von Personen führen kann.Since the time period is used for all applications of the hybrid switch, the time period is increased again, although in the specific application in question, for example, a reduced time period would have been sufficient. During the time period, an undesirable current flow continues to prevail via the hybrid switch, which can lead to further undesirable operation and possibly damage to the components powered by the hybrid switch and/or endanger people.

Aus US 2010 / 0 254 046 A1 ist ein Hochspannungs-Gleichstrom-Energieverteilungssystem bekannt, das einen Energiebus, einen Lastleiter und einen Hybridschütz zum Verbinden des Energiebusses und des Lastleiters umfasst, durch den induktive Energie beim Trennen des Lastleiters von dem Energiebus fließt. Ein erster Teil der induktiven Energie durchläuft das Hybridschütz als Lichtbogen. Ein zweiter Teil der induktiven Energie durchläuft das Hybridschütz als ohmsche Wärme.From US 2010/0 254 046 A1 a high-voltage direct current power distribution system is known which includes a power bus, a load conductor and a hybrid contactor for connecting the power bus and the load conductor through which inductive energy flows when the load conductor is disconnected from the power bus. A first part of the inductive energy passes through the hybrid contactor as an arc. A second part of the inductive energy passes through the hybrid contactor as ohmic heat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein besonders geeignetes zum Betrieb eines Hybridschalters und einen besonders geeigneten Hybridschalter anzugeben, wobei zweckmäßigerweise ein sichere Stromunterbrechung erfolgt, wobei insbesondere eine Schaltdauer verkürzt ist.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable hybrid switch for operating a hybrid switch and a particularly suitable hybrid switch, whereby a safe power interruption expediently occurs, in particular a switching duration being shortened.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Hybridschalters durch die Merkmale des Anspruchs 5 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.With regard to the method, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1 and with regard to the hybrid switch by the features of claim 5. Advantageous refinements and further developments are the subject of the subclaims.

Das Verfahren dient dem Betrieb eines Hybridschalters, der eine Trennvorrichtung ist, also eine Schaltereinheit. Dabei dient das Verfahren insbesondere der Stromunterbrechung über den Hybridschalter, zweckmäßigerweise der Gleichstromunterbrechung. Mit anderen Worten erfolgt bei dem Verfahren eine Unterbrechung eines elektrischen Stromfluss zwischen einer Gleichstromquelle und einer elektrischen Einrichtung. Der Hybridschalter ist beispielsweise unidirektional oder bidirektional ausgestaltet. Zum Beispiel sind die mittels des Hybridschalter schaltbaren elektrischen Spannungen, vorzugsweise die jeweilige Nennspannung, zwischen 200 V und 3 kV und insbesondere 220 V, 400 V, 650 V, 1000V oder 1500 VThe method is used to operate a hybrid switch, which is a disconnecting device, i.e. a switch unit. The method is used in particular to interrupt the power via the hybrid switch, expediently to interrupt the direct current. In other words, the method involves an interruption of an electrical current flow between a direct current source and an electrical device. The hybrid switch is designed, for example, to be unidirectional or bidirectional. For example, the electrical voltages that can be switched using the hybrid switch, preferably the respective nominal voltage, are between 200 V and 3 kV and in particular 220 V, 400 V, 650 V, 1000 V or 1500 V

Der Hybridschalter weist einen Hauptstrompfad auf, der insbesondere zwischen zwei Anschlüssen des Hybridschalters gebildet oder zumindest zwischen diese geschaltet ist. Die beiden Anschlüsse dienen hierbei insbesondere der Kontaktierung mit weiteren Bestandteilen eines Stromkreises, wie Leitungen oder Stromschienen, und sind beispielsweise mittels Klemmen oder Stecker gebildet. Der Hauptstrompfad weist ein Trennelement auf, das betätigt werden kann. Hierbei ist es möglich, dieses in einen geschlossenen Zustand zu versetzen, bei dem insbesondere der Hauptstrompfad niederohmig ist, sodass insbesondere ein Stromfluss zwischen den beiden Enden des Hauptstrompfads, zweckmäßigerweise zwischen den beiden Anschlüssen, möglich ist. In einem geöffneten Zustand hingegen ist das Trennelement hochohmig ausgestaltet, sodass ein Stromfluss über den Hauptstrompfad im Wesentlichen nicht möglich ist, oder sodass zumindest ein erhöhter ohmscher Widerstand vorherrscht. Zweckmäßigerweise ist das Trennelement ein galvanisch trennendes Bauteil, sofern dieses geöffnet ist. Das Trennelement ist zweckmäßigerweise ein mechanischer Schalter, wie ein Relais, ein Schütz oder ein Stecker oder umfasst zumindest einen hiervon. Alternativ hierzu ist das Trennelement nach Art eines Überspannungsschutzes ausgestaltet. Der Überspannungsschutz weist dabei insbesondere eine Funkenstrecke auf, die auch als Gasableiter (engl. „gas Discharge Tube; GDT) bezeichnet ist oder zumindest umfasst. Das Trennelement ist zweckmäßigerweise elektrisch betätigbar, und/oder insbesondere geeignet, vorzugsweise vorgesehen und eingerichtet, eine galvanische Auftrennung des Hauptstrompfads bei einem Öffnen, also dem Versetzen in den geöffneten/offenen Zustand, vorzunehmen.The hybrid switch has a main current path, which is formed in particular between two connections of the hybrid switch or is at least connected between them. The two connections serve in particular to make contact with other components of a circuit, such as cables or busbars, and are formed, for example, by means of terminals or plugs. The main current path has a separating element that can be actuated. It is possible to put this in a closed state, in which the main current path in particular has a low resistance, so that in particular a current flow between the two ends of the main current path, expediently between the two connections, is possible. In an open state, however, the separating element is designed to have a high resistance, so that a current flow via the main current path is essentially not possible, or so that at least an increased ohmic resistance prevails. The separating element is expediently a galvanically isolating component, provided it is open. The separating element is expediently a mechanical switch, such as a relay, a contactor or a plug or includes at least one of these. Alternatively, the separating element is designed in the manner of a surge protector. The surge protection in particular has a spark gap, which is also referred to as or at least includes a gas discharge tube (GDT). The separating element is expediently electrically actuable and/or particularly suitable, preferably provided and set up, to carry out a galvanic isolation of the main current path when it is opened, i.e. when it is put into the opened/open state.

Der Hybridschalter weist ferner einen Nebenstrompfad auf, der einen Halbleiterschalter umfasst. Insbesondere ist der Halbleiterschalter parallel zu dem Trennelement geschaltet, sodass das Trennelement mittels des Halbleiterschalters überbrückt ist. Alternativ sind zum Beispiel noch weitere Bestandteile des Hauptstrompfads mittels des Halbleiterschalters überbrückt. Falls das Trennelement einen Gasableiter aufweist oder daraus besteht, entspricht das Öffnen insbesondere dem Entstehen eines Lichtbogens.The hybrid switch further has a secondary current path that includes a semiconductor switch. In particular, the semiconductor switch is connected in parallel to the separating element, so that the separating element is bridged by means of the semiconductor switch. Alternatively, for example, other components of the main current path are bridged using the semiconductor switch. If the separating element has or consists of a gas arrester, the opening corresponds in particular to the creation of an arc.

Der Halbleiterschalter ist zweckmäßigerweise ein Leistungshalbleiterschalter und vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, wie ein MOSFET, oder ein IGBT oder GTO. Insbesondere ist dabei in einem Normalbetrieb, also wenn ein Stromfluss über den Hybridschalter erfolgen soll, der Halbleiterschalter stromsperrend und wird insbesondere entsprechend angesteuert. Somit sind elektrische Verluste des Hybridschalters bei Betrieb vergleichsweise gering.The semiconductor switch is expediently a power semiconductor switch and preferably a field effect transistor, such as a MOSFET, or an IGBT or GTO. In particular, in normal operation, i.e. when a current flow is to take place via the hybrid switch, the semiconductor switch is current-blocking and is in particular activated accordingly. Electrical losses of the hybrid switch during operation are therefore comparatively low.

Das Verfahren wird insbesondere durchgeführt, um eine Stromunterbrechung über den Hybridschalter zu erreichen. Bei dem Verfahren wird zunächst das Trennelement geöffnet. Aufgrund des Öffnens wird ein elektrischer Widerstand des Hauptstrompfads erhöht. Hierbei ist es möglich, dass sich in dem Trennelement, insbesondere zwischen zwei zum Öffnen zueinander beabstandete Schaltkontakte, ein Lichtbogen ausbildet, sodass auch weiterhin ein elektrischer Stromfluss über den Hauptstrompfad erfolgt. Hierbei ist insbesondere jedoch der elektrische Widerstand des Hauptstrompfads und daher auch die darüber abfallende elektrische Spannung erhöht.The method is carried out in particular to achieve a power interruption via the hybrid switch. During the process, the separating element is first opened. Due to the opening, an electrical resistance of the main current path is increased. It is possible here for an arc to form in the separating element, in particular between two switching contacts that are spaced apart for opening, so that an electrical current continues to flow via the main current path. In particular, however, the electrical resistance of the main current path and therefore also the electrical voltage dropping across it is increased.

In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird eine elektrische Kenngröße des Hauptstrompfads ermittelt. Die elektrische Kenngröße ist hierbei insbesondere zeitlich veränderlich und abhängig von der aktuellen Situation des Hybridschalters. Mit anderen Worten ist bei nachfolgenden Ausführungen des Verfahrens, auch bei gleichem Hybridschalter, die elektrische Kenngröße insbesondere unterschiedlich, und/oder die elektrische Kenngröße verändert nach dem Öffnen des Trennelements.In a subsequent step, an electrical parameter of the main current path is determined. The electrical parameter is particularly variable over time and depends on the current situation of the hybrid switch. In other words, in subsequent embodiments of the method, even with the same hybrid switch, the electrical characteristic is in particular different and/or the electrical characteristic is changed after the separating element is opened.

In einem weiteren Arbeitsschritt wird ein Stromfluss über den Halbleiterschalter in Abhängigkeit der Kenngröße eingestellt. Insbesondere wird zur Einstellung des Stromflusses eine entsprechende elektrische Spannung an eine Steuereingang des Halbleiterschalters angelegt. Beim Einstellen wird der elektrischer Stromfluss über den Halbleiterschalter erstellt, beendet, reduziert oder vergrößert, sodass insbesondere auch ein über den Hauptstrompfad geführte Anteil des über den Hybridschalter geführten Stroms verändert wird. Das Einstellen des Stromflusses erfolgt beispielsweise binär, sodass dieser entweder erstellt bzw. unterbrochen wird. Dabei wird der Halbleiterschalter insbesondere voll durchgesteuert. Alternativ hierzu erfolgt eine nicht voll durchgesteuerte Ansteuerung des Halbleiterschalters, sodass dieser nicht niederohmig und auch nicht hochohmig ist, sondern einen Widerstand aufweist, sodass ein elektrischer Stromfluss über diesen erfolgt. Zum Beispiel wird bei der Einstellung des Stromflusses eine Zeitdauer eingestellt, die der Halbleiterschalter stromführend ist, also der Zeitpunkt, zu dem der Halbleiterschalter in den elektrisch nichtleitenden Zustand überführt wird, oder der Zeitpunkt wird eingestellt, zu dem der Halbleiterschalter stromführend geschaltet wird. Vorzugsweise ist dabei, beispielsweise aufgrund der Einstellung des elektrischen Stromflusses oder aufgrund einer weiteren Ansteuerung in einem anderen Arbeitsschritt, der Halbleiterschalter nach einer bestimmten Zeitspanne in den elektrisch nichtleitenden Zustand versetzt, wobei die Zeitspanne beispielsweise der oben genannten Zeitdauer entspricht.In a further step, a current flow is set via the semiconductor switch depending on the parameter. In particular, to adjust the current flow, a corresponding electrical voltage is applied to a control input of the semiconductor switch. When setting, the electrical current flow is created, terminated, reduced or increased via the semiconductor switch, so that in particular a portion of the current conducted via the hybrid switch via the main current path is also changed. For example, the current flow is set in a binary manner, so that it is either created or interrupted. In particular, the semiconductor switch is fully controlled. Alternatively, the semiconductor switch is not fully controlled, so that it is not low-resistance or high-resistance, but rather has a resistance, so that an electrical current flows through it. For example, when setting the current flow, a period of time is set for which the semiconductor switch is energized, i.e. the time at which the semiconductor switch is transferred to the electrically non-conductive state, or the time is set at which the semiconductor switch is switched energized. Preferably, for example due to the adjustment of the electrical current flow or due to further control in another work step, the semiconductor switch is placed in the electrically non-conducting state after a certain period of time, the period of time corresponding, for example, to the period of time mentioned above.

Aufgrund des Verfahrens wird somit bei jedem Schaltvorgang, also bei jeder gewünschte Stromunterbrechung der Stromfluss über den Halbleiterschalter entsprechend der aktuellen Situation eingestellt. Somit ist es möglich, eine Zeitdauer, für die nach dem Öffnen des Trennelements noch mit dem Halbleiterschalter ein elektrischer Strom geführt wird, zu verringern, wobei dennoch ein erneutes Zünden eines Lichtbogens in dem Trennelement nach Öffnen des Halbleiterschalters vermieden ist. Alternativ oder in Kombination wird der Stromflusses derart eingestellt, dass eine Zeitdauer, während der in oder über das Trennelement noch ein Lichtbogen vorhanden nach dem Öffnen verkürzt ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist es möglich eine nach dem Öffnen des Trennelements noch über den Hybridschalter geführte elektrische Strommenge zu verringern, indem insbesondere eine Leitfähigkeit des Halbleiterschalters verringert wird, wobei dieser dennoch stromführend ist. Mit anderen Worten wird der Halbleiterschalter nicht voll durchgesteuert.Due to the method, the current flow via the semiconductor switch is adjusted according to the current situation with every switching process, i.e. with every desired power interruption. It is therefore possible to reduce the period of time for which an electrical current is still carried with the semiconductor switch after the isolating element has been opened, while still avoiding re-ignition of an arc in the isolating element after opening the semiconductor switch. Alternatively or in combination, the current flow is adjusted such that a period of time during which an arc is still present in or via the separating element after opening is shortened. Alternatively or in combination with this, it is possible to reduce the amount of electrical current that is still conducted via the hybrid switch after the separating element has been opened, in particular by reducing the conductivity of the semiconductor switch, although it is still current-carrying. In other words, the semiconductor switch is not fully activated.

Aufgrund dieses Vorgehens wird eine mittels des Hybridschalters betriebene elektrische Last, also ein Bauteil, lediglich für die vergleichsweise kurze Zeitspanne und/oder mit einer vergleichsweise geringen elektrischen Energie nach dem Öffnen des Trennelements noch weiter betrieben, also mit elektrischem Strom versorgt. Dabei ist ein erneutes Zünden des Lichtbogens über bzw. in dem Trennelement vermieden, sodass nach Abschluss des Verfahrens ein sichere Stromunterbrechung vorherrscht. Die Zeitspanne bzw. die elektrische Energie ist dabei auf die jeweilige Anwendungssituation angepasst, sodass diese jeweils minimal gewählt werden kann. Somit ist eine Sicherheit erhöht.Due to this procedure, an electrical load, i.e. a component, operated by means of the hybrid switch is only operated for the comparatively short period of time and/or with a comparatively low electrical energy after the separating element has been opened, i.e. supplied with electrical current. This prevents the arc from being re-ignited above or in the separating element, so that there is a safe power interruption after the process has been completed. The period of time or the electrical energy is adapted to the respective application situation so that it can be chosen to be minimal. Security is therefore increased.

Die Einstellung des Halbleiterschalters, insbesondere das Anlegen einer Steuerspannung, sodass ein Stromfluss über diesen ermöglicht/eingestellt ist, und/oder die Ermittlung der elektrischen Kenngröße erfolgt beispielsweise mittels einer Elektronik, insbesondere einer Ansteuerschaltung, die zum Beispiel mittels einer externen Stromquelle betrieben wird. Alternativ oder in Kombination hierzu wird die Elektronik zumindest teilweise mittels einer über das Trennelement anfallenden elektrischen Spannung bestromt. Somit ist eine Montage des Hybridschalters vereinfacht und eine Robustheit erhöht. Beispielsweise umfasst der Hybridschalter lediglich den Hauptstrompfad und den Nebenstrompfad. Alternativ hierzu umfasst der Hybridschalter zudem eine Störschutzbeschaltung, die parallel zu dem Hauptstrompfad, dem Nebenstrompfad oder zwischen die etwaigen Anschlüsse geschaltet ist. Insbesondere weist die Störschutzbeschaltung einen Varistor auf oder ist mittels dessen gebildet. Mittels der Störschutzbeschaltung wird insbesondere vermieden, dass eine Überspannung an dem Trennelement und/oder dem Halbleiterschalter anliegt, die zu deren Zerstörung führen würde.The setting of the semiconductor switch, in particular the application of a control voltage, so that a current flow via it is enabled/set, and/or the determination of the electrical parameter is carried out, for example, by means of electronics, in particular a control circuit, which is operated, for example, by means of an external power source. Alternatively or in combination, the electronics are at least partially powered by an electrical voltage generated via the separating element. This simplifies assembly of the hybrid switch and increases robustness. For example, the hybrid switch only includes the main current path and the secondary current path. Alternatively, the hybrid switch also includes an interference suppression circuit that is connected in parallel to the main current path, the secondary current path or between any connections. In particular, the interference protection circuit has a varistor or is formed by means of it. By means of the interference protection circuit, it is particularly avoided that an overvoltage is present on the isolating element and/or the semiconductor switch, which would lead to their destruction.

Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst der Hybridschalter zweckmäßigerweise eine weiteres Trennelement, das elektrisch in Reihe mit dem Hauptstrompfad und dem Nebenstrompfad geschaltet ist. Dieses wird insbesondere geöffnet, sobald kein elektrischer Stromfluss mehr über den Hauptstrom und den Nebenstrompfad erfolgt. Somit ist es ist möglich, mittels des Hybridschalters eine galvanische Trennung zu realisieren. Beispielsweise ist das weitere Trennelement oder ein zusätzliches Trennelement zumindest teilweise in den Nebenstrompfad eingebracht, sodass dort ebenfalls eine galvanische Trennung erfolgen kann.Alternatively or in combination therewith, the hybrid switch expediently comprises a further separating element which is electrically connected in series with the main current path and the secondary current path. This is opened in particular as soon as there is no longer any electrical current flowing via the main current and the secondary current path. It is therefore possible to achieve galvanic isolation using the hybrid switch. For example, the further separating element or an additional separating element is at least partially introduced into the secondary current path, so that galvanic isolation can also take place there.

Zum Beispiel ist der Hybridschalter ein Bestandteil eines Schutzschalters, mittels dessen eine Absicherung einer Komponente des Stromkreises bei Betrieb erfolgt, beispielsweise einer (elektrischen) Leitung oder einer betriebenen Komponente, also einer Last. Mit anderen Worten ist der Hybridschalter entweder ein Bestandteil eines Leitungsschutzschalters oder eines Geräteschutzschalters. Alternativ hierzu ist der Hybridschalter zum Beispiel ein manueller Schalter zur Unterbrechung des Stromflusses über den zugeordneten Stromkreis, wie eines Not-Aus-Schalters.For example, the hybrid switch is a component of a circuit breaker, by means of which a component of the circuit is protected during operation, for example an (electrical) line or an operated component, i.e. a load. In other words, the hybrid switch is either a component of a circuit breaker or a device circuit breaker. Alternatively, the hybrid switch is, for example, a manual switch for interrupting the flow of current via the associated circuit, such as an emergency stop switch.

Beispielsweise wird die elektrische Kenngröße lediglich einmalig gemessen und in Abhängigkeit hiervon der Stromfluss entsprechend eingestellt. Dabei ist der Stromfluss beispielsweise konstant oder zeitlich veränderlich. Zum Beispiel erfolgt die Einstellung derart, dass zumindest einmalig oder kurzzeitig sich der entsprechende Stromfluss ergibt. Bevorzugt erfolgt die Einstellung derart, dass der Stromfluss für die bestimmte Zeitdauer vorhanden ist, und dass dieser nach Ablauf der Zeitdauer beendet wird. Mit anderen Worten wird somit die Zeitdauer des Stromflusses über den Halbleiterschalter in Abhängigkeit der (elektrischen) Kenngröße eingestellt. Nach Ablauf der Zeitdauer ist der Halbleiterschalter insbesondere stromsperrend. Dabei ist die Abhängigkeit, anhand derer die Einstellung erfolgt, zweckmäßigerweise derart, dass ein erneutes Zünden des Lichtbogens in dem Trennelement nach Öffnen des Halbleiterschalter vermieden wird. Somit ist der Hybridschalter lediglich für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne, die die Zeitdauer umfasst, während derer der Halbleiterschalter stromführend ist, stromführend, wobei sichergestellt ist, dass ein erneutes Zünden des Lichtbogens im Anschluss hieran nicht erfolgt.For example, the electrical parameter is only measured once and the current flow is adjusted accordingly depending on this. The current flow is, for example, constant or variable over time. For example, the setting is made in such a way that the corresponding current flow results at least once or briefly. The setting is preferably carried out in such a way that the current flow is present for the specific period of time and that this is ended after the period of time has elapsed. In other words, the duration of the current flow via the semiconductor switch is set depending on the (electrical) parameter. After the period of time has elapsed, the semiconductor switch is in particular current-blocking. The dependency on which the setting is made is expediently such that a renewed ignition of the arc in the separating element after opening the semiconductor switch is avoided. The hybrid switch is therefore only energized for a comparatively short period of time, which includes the period of time during which the semiconductor switch is energized, ensuring that the arc is not re-ignited afterwards.

Zum Beispiel wird in die elektrische Kenngröße mittels eines Sensors gemessen, der beispielsweise dem elektrischen dem Hauptstrompfad zugeordnet ist. Alternativ hierzu wird die elektrische Kenngröße beispielsweise anhand von sonstigen Betriebsdaten des Hybridschalters ermittelt, wobei die Betriebsdaten insbesondere gemessen werden. Beispielsweise die elektrische Kenngröße im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Öffnen des Trennelements oder in einem bestimmten zeitlichen Abstand nach dem Öffnen des Trennelements ermittelt. Zum Beispiel wird die elektrische Kenngröße lediglich einmalig ermittelt. Alternativ hierzu erfolgt ein mehrmaliges Ermitteln der elektrischen Kenngröße, insbesondere wenn diese zeitlich veränderlich ist. Das sich zweckmäßigerweise nach dem jeweiligen Ermitteln der elektrischen Kenngröße, der Stromfluss entsprechend eingestellt, sodass ein Anpassen des Stromflusses erfolgt. Insbesondere wird hierbei die elektrische Kenngröße in bestimmten zeitlichen Abständen ermittelt, die beispielsweise variieren oder besonders bevorzugt konstant sind, was die Durchführung des Verfahrens erleichtert. Zweckmäßigerweise wird die elektrische Kenngröße im Wesentlichen kontinuierlich ermittelt und somit im Wesentlichen der Stromfluss entsprechend eingestellt und beispielsweise verändert.For example, the electrical parameter is measured using a sensor, which is assigned to the main electrical current path, for example. Alternatively, the electrical Parameter determined, for example, based on other operating data of the hybrid switch, the operating data being measured in particular. For example, the electrical parameter is determined essentially simultaneously with the opening of the separating element or at a certain time interval after opening the separating element. For example, the electrical parameter is only determined once. Alternatively, the electrical parameter is determined several times, especially if it changes over time. After the electrical parameter has been determined, the current flow is expediently adjusted accordingly, so that the current flow is adjusted. In particular, the electrical parameter is determined at certain time intervals, which vary, for example, or are particularly preferably constant, which makes it easier to carry out the method. The electrical parameter is expediently determined essentially continuously and the current flow is therefore essentially adjusted accordingly and, for example, changed.

Besonders bevorzugt wird mittels der Einstellung des Stromflusses die elektrische Kenngröße auf einen Soll-Wert geregelt. Hierbei wird insbesondere der Halbleiterschalter nicht voll durchgesteuert, sodass dieser nicht stets vergleichsweises niederohmig ist, sondern der Widerstand des Halbleiterschalters wird variiert. Beispielsweise ist der Soll-Wert konstant oder ist zeitliche veränderlich. Insbesondere wird der Soll-Wert derart gewählt, dass aufgrund des resultierenden Verhaltens des Hybridschalters ein Ausbilden eines Lichtbogens über das Trennelement nicht erfolgt bzw. dieser unterbrochen wird. Dabei ist der Soll-Wert zweckmäßigerweise zusätzlich derart ausgebildet, dass der Stromfluss minimal ist. Auf diese Weise ist die nach dem Öffnen des Trennelements über den Hybridschalter geführte elektrische Energie vergleichsweise gering, wobei dennoch sicher ein Ausbilden des Lichtbogens unterbleibt. Beispielsweise erfolgt die Regelung im Wesentlichen unverzüglich nach Öffnen des Trennelements. Alternativ hierzu wird zunächst für eine bestimmte Dauer der Stromfluss über den Halbleiterschalter maximal gewählt, wofür der elektrische Widerstand des Halbleiterschalters auf den niedrigsten möglichen Wert gesetzt wird. Mit anderen Worten wird der Halbleiterschalter zunächst voll durchgesteuert. Erst danach wird der Stromfluss angepasst, sodass die elektrische Kenngröße dem Soll-Wert entspricht. Somit ist sichergestellt, dass nach Öffnen des Trennelements der elektrische Strom vollständig auf den Halbleiterschalter kommutiert und somit der in dem Trennelement gebildete Lichtbogen sicher erlischt. Auch erfolgt bereits eine Entionisierung des in dem Trennelement vorhandenen Gases.Particularly preferably, the electrical characteristic is regulated to a target value by adjusting the current flow. In this case, the semiconductor switch in particular is not fully controlled, so that it is not always comparatively low-resistance, but the resistance of the semiconductor switch is varied. For example, the target value is constant or changes over time. In particular, the target value is selected such that, due to the resulting behavior of the hybrid switch, an arc is not formed across the isolating element or is interrupted. The target value is also expediently designed such that the current flow is minimal. In this way, the electrical energy conducted across the hybrid switch after the isolating element is opened is comparatively low, but the arc is still reliably prevented from forming. For example, the regulation takes place essentially immediately after the isolating element is opened. Alternatively, the current flow across the semiconductor switch is initially selected to be maximum for a certain period of time, for which the electrical resistance of the semiconductor switch is set to the lowest possible value. In other words, the semiconductor switch is initially fully controlled. Only then is the current flow adjusted so that the electrical characteristic corresponds to the target value. This ensures that after the separating element is opened, the electrical current is completely commutated to the semiconductor switch and the arc formed in the separating element is safely extinguished. The gas present in the separating element is also deionized.

Beispielsweise wird die elektrische Kenngröße bei geschlossenem Halbleiterschalter erfasst. Beispielsweise ist dabei der Halbleiterschalter voll durchgesteuert, sodass mittels dessen der kleinstmögliche elektrische Widerstand bereitgestellt wird. Alternativ hierzu weist der Halbleiterschalter einen bestimmten, nicht vernachlässigbaren Widerstand auf, sodass mittels dessen zwar ein Leiten eines elektrischen Stroms erfolgt, der jedoch aufgrund des bereitgestellten elektrischen Widerstands begrenzt ist. Beispielsweise wird der Halbleiterschalter geschlossen, also stromführend geschaltet, wenn das Trennelements geöffnet wird, also zum Beispiel während des Öffnens, unverzüglich im Anschluss an das Öffnen oder ein bestimmtes Zeitfenster danach. Alternativ hierzu wird der Halbleiter beispielsweise schon geschlossen, bevor das Trennelement geöffnet wird, sodass der elektrische Strom von dem Trennelement zumindest teilweise bereits auf den Halbleiterschalter und somit auf den Nebenstrompfad kommutiert. Auf diese Weise wird das Ausbilden eines Lichtbogens in dem Trennelement bei dessen Öffnen im Wesentlichen von vornherein unterbunden.For example, the electrical parameter is recorded when the semiconductor switch is closed. For example, the semiconductor switch is fully activated, so that the smallest possible electrical resistance is provided. Alternatively, the semiconductor switch has a certain, non-negligible resistance, so that an electrical current is conducted by means of this, but this is limited due to the electrical resistance provided. For example, the semiconductor switch is closed, i.e. switched to live, when the separating element is opened, i.e. for example during opening, immediately after opening or a certain time window afterwards. Alternatively, the semiconductor is already closed, for example, before the isolating element is opened, so that the electrical current from the isolating element is at least partially commutated to the semiconductor switch and thus to the secondary current path. In this way, the formation of an arc in the separating element when it is opened is essentially prevented from the outset.

Die elektrische Kenngröße wird vorzugsweise mit einem ersten Schwellwert verglichen, wobei zweckmäßigerweise die elektrische Kenngröße ermittelt wird, wenn das Trennelement geöffnet ist. Beim Ermitteln ist der Hauptstrompfad geeigneterweise nicht mehr stromführend, und der etwaige Lichtbogen in dem Trennelement ist bereits erloschen. Beispielsweise wird die elektrische Kenngröße kontinuierlich oder zumindest in bestimmten diskreten zeitlichen Abständen ermittelt. Bei dem Vergleich wird insbesondere überprüft, ob die elektrische Kenngröße den ersten Schwellwert überschreitet bzw. unterschreitet, vorzugsweise oder die elektrische Kenngröße größer oder kleiner als der erste Schwellwert ist. In Abhängigkeit des Vergleichs der elektrischen Kenngröße mit dem ersten Schwellwert wird der Halbleiterschalter geöffnet. Der Vergleich, also insbesondere die Art des Vergleichs, und/oder der erste Schwellwert sind dabei derart angepasst, dass bei dem resultierenden Öffnen des Halbleiterschalters, also dem Überführen in den stromsperrenden Zustand, ein (erneutes) Zünden des Lichtbogens in dem Trennelement nicht mehr stattfindet. Geeigneterweise ist das zünden aufgrund der dann herrschenden Gegebenheiten nicht mehr möglich.The electrical characteristic is preferably compared with a first threshold value, wherein the electrical characteristic is expediently determined when the isolating element is open. When determining, the main current path is suitably no longer conducting current and any arc in the isolating element has already been extinguished. For example, the electrical characteristic is determined continuously or at least at certain discrete time intervals. During the comparison, it is checked in particular whether the electrical characteristic exceeds or falls below the first threshold value, preferably whether the electrical characteristic is greater or less than the first threshold value. The semiconductor switch is opened depending on the comparison of the electrical characteristic with the first threshold value. The comparison, i.e. in particular the type of comparison, and/or the first threshold value are adapted in such a way that when the semiconductor switch is opened as a result, i.e. when it is transferred to the current-blocking state, the arc in the isolating element is no longer (re)ignited. Suitably, ignition is no longer possible due to the conditions then prevailing.

Der erste Schwellwert und der Vergleich ist auf die jeweils verwendete elektrische Kenngröße angepasst. Zum Beispiel korrespondiert die elektrische Kenngröße zu einer Leitfähigkeit des Hauptstrompfads, und der Halbleiterschalter wird geöffnet, wenn die elektrische Kenngröße kleiner als der erste Schwellwert ist. Falls die elektrische Kenngröße zu einem elektrischen Widerstand, zweckmäßigerweise einer Impedanz, des Hauptstrompfads korrespondiert, wird der Halbleiterschalter geöffnet, wenn die elektrische Kenngröße größer als der erste Schwellwert ist.The first threshold value and the comparison are adapted to the electrical parameter used. For example, the electrical characteristic corresponds to a conductivity of the main current path, and the semiconductor switch is opened when the electrical characteristic is smaller than the first threshold value. If the electrical parameter results in an electrical resistance, expediently corresponds to an impedance of the main current path, the semiconductor switch is opened when the electrical parameter is greater than the first threshold value.

Zusammenfassend wird, sobald anhand des Vergleichs bestimmt, dass ein erneutes Zünden des Lichtbogens nicht mehr möglich ist, insbesondere der Stromfluss über den Halbleiterschalter unterbrochen und entsprechend eingestellt. Mit anderen Worten wird der Halbleiterschalter derart angesteuert, dass dieser nicht mehr stromführend ist. Somit kann bei geeigneter Wahl des ersten Schwellwert sowie der verwendeten elektrischen Kenngröße der über den Hybridschalter geführte elektrische Strom vergleichsweise schnell und sicher beendet werden. In summary, as soon as it is determined based on the comparison that re-ignition of the arc is no longer possible, in particular the current flow via the semiconductor switch is interrupted and adjusted accordingly. In other words, the semiconductor switch is controlled in such a way that it is no longer carrying current. Thus, with a suitable choice of the first threshold value and the electrical parameter used, the electrical current conducted via the hybrid switch can be terminated comparatively quickly and safely.

Beispielsweise wird bis zum Öffnen des Halbleiterschalters dieser voll durchgesteuert, sodass dieser vergleichsweise niederohmig ist. Alternativ hierzu erfolgt zumindest teilweise eine Begrenzung des elektrischen Stromflusses über diesen.For example, until the semiconductor switch is opened, it is fully controlled, so that it has a comparatively low resistance. Alternatively, the electrical current flow is at least partially limited via this.

Alternativ oder in Kombination hierzu wird die elektrische Kenngröße bei geöffnetem Halbleiterschalter erfasst, also wenn ein Stromfluss über diesen unterbrochen ist. Der Halbleiterschalter wird geschlossen, wenn die elektrische Kenngröße einen zweiten Schwellwert erreicht. Somit wird die elektrische Kenngröße erfasst, wenn in dem Trennelement der Lichtbogen ausgebildet ist. Beispielsweise wird der Halbleiterschalter nach dem Öffnen des Trennelements geöffnet belassen, oder dieser wird beispielsweise zunächst geschlossen und anschließend geöffnet. Aufgrund der vergleichsweisen hohen Leitfähigkeit des Halbleiterschalters, also vergleichsweise geringen Widerstand bricht der Lichtbogen über das Trennelement zunächst zusammen, und es erfolgt eine Entionisierung sowie Kühlung des Trennelements. Wenn der Halbleiterschalter danach geöffnet wird, zündet der Lichtbogen erneut, wobei die zum Aufrechterhalten/Zünden des Lichtbogens in dem Trennelement erforderlich elektrische Spannung vergrößert ist. Dabei ist die Menge des vorhandenen ionisierten Gases reduziert und dieses wird in geringerem Umfang neu gebildet.Alternatively or in combination with this, the electrical parameter is recorded when the semiconductor switch is open, i.e. when a current flow across it is interrupted. The semiconductor switch is closed when the electrical parameter reaches a second threshold value. The electrical characteristic is thus detected when the arc is formed in the separating element. For example, the semiconductor switch is left open after the separating element has been opened, or it is, for example, first closed and then opened. Due to the comparatively high conductivity of the semiconductor switch, i.e. comparatively low resistance, the arc initially collapses via the separating element and the separating element is deionized and cooled. When the semiconductor switch is then opened, the arc re-ignites, with the electrical voltage required to maintain/ignite the arc in the separating element being increased. The amount of ionized gas present is reduced and new gas is formed to a lesser extent.

Wenn die elektrische Kenngröße den zweiten Schwellwert erreicht, also diesen über- oder unterschreitet, wird der Halbleiterschalter geschlossen. Infolgedessen kommutiert der elektrische Strom von dem Hauptstrompfad auf den Nebenstrompfad, und der in dem Trennelement vorhandene Lichtbogen erlischt, der beispielsweise nach dem Öffnen direkt entstanden ist, oder erneut gezündet ist. Insbesondere änderte sich im Anschluss hieran vergleichsweise zügig die elektrische Kenngröße. Vorzugsweise wird nach dem Schließen des Halbleiterschalters und/oder der daraus resultierenden Änderung der elektrischen Kenngröße der Halbleiterschalter im Wesentlichen unverzüglich erneut geöffnet. Der Zeitpunkt des Öffnens wird dabei beispielsweise anhand der erneut ermittelten elektrischen Kenngröße bestimmt, oder diese liegt ein bestimmtes Zeitfenster nach dem Zeitpunkt des Schließens des Halbleiterschalters. Der zweite Schwellwert ist zweckmäßigerweise derart gewählt, dass nach dem Schließen und dem nachfolgenden Öffnen des Halbleiterschalters ein Zünden des Lichtbogens in dem Trennelement ausbleibt.When the electrical parameter reaches the second threshold value, i.e. exceeds or falls below it, the semiconductor switch is closed. As a result, the electrical current commutates from the main current path to the secondary current path, and the arc present in the separating element, which, for example, was created directly after opening, or was re-ignited, goes out. In particular, the electrical parameter changed comparatively quickly afterwards. Preferably, after the semiconductor switch has been closed and/or the resulting change in the electrical parameter, the semiconductor switch is opened again essentially immediately. The time of opening is determined, for example, based on the newly determined electrical parameter, or this is a certain time window after the time of closing of the semiconductor switch. The second threshold value is expediently selected such that after the semiconductor switch is closed and subsequently opened, the arc does not ignite in the separating element.

Zusammenfassend wird somit bei dieser Variante zunächst der Lichtbogen über das Trennelement belassen, wobei die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens erforderlich elektrische Spannung ansteigt. Der Halbleiterschalter wird für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne geschlossen, damit der Lichtbogen erlischt, und der Zeitpunkt des Schließens ist derart gewählt, dass bei erneutem Öffnen des Halbleiterschalters ein erneutes Zünden des Lichtbogens nicht mehr stattfindet. Hierfür sind der zweite Schwellwert und die elektrische Kenngröße entsprechend gewählt. Bei dieser Vorgehensweise besteht der Lichtbogen für ein verlängertes Zeitfenster. Jedoch ist die mittels des Halbleiterschalters geführte elektrische Energie, der damit geführte elektrische Strom und oder die geschaltete elektrische Spannung vergleichsweise gering, weswegen eine Belastung des Halbleiterschalters reduziert ist, Somit kann ein vergleichsweise kostengünstiger Halbleiterschalter verwendet werden.In summary, in this variant, the arc is initially left over the separating element, with the electrical voltage required to maintain the arc increasing. The semiconductor switch is closed for a comparatively short period of time so that the arc goes out, and the time of closing is chosen such that when the semiconductor switch is opened again, the arc is no longer re-ignited. For this purpose, the second threshold value and the electrical parameter are selected accordingly. With this approach, the arc exists for an extended time window. However, the electrical energy carried by the semiconductor switch, the electrical current carried with it and/or the switched electrical voltage is comparatively low, which is why a load on the semiconductor switch is reduced. A comparatively inexpensive semiconductor switch can therefore be used.

Als elektrische Kenngröße wird ein in den Hauptstrompfad induzierter elektrischer Strom herangezogen. Der induzierte elektrische Strom wird beispielsweise qualitativ oder quantitativ oder zumindest jeweils eine hierzu korrespondierende Größe. Falls das Trennelement geöffnet ist, und falls in dem Trennelement kein Lichtbogen mehr vorhanden ist, kann dennoch ionisiertes Gas vorhanden sein, über das der in den Hauptstrompfad induzieren elektrische Strom geführt wird. Falls die Entionisierung ausreichend fortgeschritten ist, kann hingegen in den Hauptstrompfad kein elektrischer Strom mehr induziert werden, oder zumindest ist die Menge verringert. Somit ist es möglich, anhand des induzierten elektrischen Strom auf die Leitfähigkeit des Hauptstrompfads zu schließen. Aufgrund der induktiven Kopplung findet dabei im Wesentlichen kein Einfluss auf einen Normalbetrieb des Hybridschalters statt.An electrical current induced in the main current path is used as an electrical parameter. The induced electrical current is, for example, qualitative or quantitative or at least a corresponding quantity. If the separating element is open and if there is no longer an arc in the separating element, ionized gas can still be present through which the electrical current induced into the main current path is conducted. However, if the deionization has progressed sufficiently, no more electrical current can be induced in the main current path, or at least the amount is reduced. It is therefore possible to draw conclusions about the conductivity of the main current path based on the induced electrical current. Due to the inductive coupling, there is essentially no influence on normal operation of the hybrid switch.

Zum Induzieren des elektrischen Stroms weist der Hauptstrompfad zweckmäßigerweise eine elektrische Spule auf, die im Weiteren auch als erste Spule bezeichnet wird. Die erste Spule ist dabei elektrisch in Reihe mit dem Trennelement geschaltet. Die erste Spule ist induktiv mit einer weiteren elektrischen Spule gekoppelt, die im Weiteren auch als zweite Spule bezeichnet wird. Insbesondere sind die beiden (elektrischen) Spulen mittels eines gemeinsamen Trafos gebildet. Beispielsweise wird hierbei in bestimmten Abständen über die zweite Spule ein vorbestimmter elektrischer Strom geführt und ermittelt, wie viel Energie davon zu der ersten Spule und somit in den Hauptstrompfad übertragen wird. Hieraus wird der induzierte elektrische Strom ermittelt.To induce the electrical current, the main current path expediently has an electrical coil, which is also referred to below as the first coil. The first coil is electrically connected in series with the separating element. The first coil is inductively coupled to a further electrical coil, which is also referred to below as the second coil. In particular are the two (electrical) coils are formed by a common transformer. For example, a predetermined electrical current is passed over the second coil at certain intervals and it is determined how much energy is transferred to the first coil and thus into the main current path. The induced electrical current is determined from this.

Der Hybridschalter weist einen Hauptstrompfad mit einem Trennelement und einen parallel zu dem Hauptstrompfad geschalteten Nebenstrompfad mit einem Halbleiterschalter auf. Das Trennelement ist beispielsweise ein mechanischer Schalter, wie ein Relais oder Schütz. Alternativ hierzu ist das Trennelement beispielsweise nach Art eines Steckers ausgebildet. Insbesondere ist das Trennelement derart ausgebildet, dass bei einem Öffnen, also bei einer Erhöhung des ohmschen Widerstands eine mechanische Trennung von zwei Kontakten erfolgt, über die in einem geschlossenen Zustand ein elektrischer Stromfluss erfolgt, wobei die beiden Kontakte mechanisch aneinander anliegen. Der Halbleiterschalter ist zweckmäßigerweise an Leistungshalbleiterschalter und beispielsweise ein IGBT oder MOSFET.The hybrid switch has a main current path with a separating element and a secondary current path with a semiconductor switch connected in parallel to the main current path. The separating element is, for example, a mechanical switch, such as a relay or contactor. Alternatively, the separating element is designed, for example, in the manner of a plug. In particular, the separating element is designed in such a way that when opening, i.e. when the ohmic resistance increases, a mechanical separation of two contacts takes place, via which an electrical current flows in a closed state, with the two contacts mechanically abutting against one another. The semiconductor switch is expediently connected to a power semiconductor switch and, for example, an IGBT or MOSFET.

Der Hybridschalter ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem das Trennelement geöffnet wird. Zudem wird eine elektrische Kenngröße des Hauptstrompfads ermittelt, und ein Stromfluss über den Halbleiterschalter wird in Abhängigkeit der Kenngröße eingestellt. Beispielsweise umfasst der Hybridschalter eine Steuereinheit die geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, ist, das Verfahren durchzuführen. Die Steuereinheit umfasst oder bildet geeigneterweise eine Ansteuerschaltung für den Halbleiterschalter und/oder das Trennelement. Zum Beispiel erfolgt dabei eine Bestromung der Steuereinheit mittels einer externen Energiequelle. Alternativ hierzu erfolgt eine Bestromung der Steuereinheit mittels des Hauptstrompfads, beispielsweise mittels einer über das Trennelement anfallenden elektrischen Spannung. In einer weiteren Alternative wird das Verfahren aufgrund einer geeigneten Verschaltung mehrerer diskreter Elemente durchgeführt, wobei zweckmäßigerweise keine externe Stromquelle/Energiequelle vorhanden ist. Somit ist eine Robustheit erhöht und eine Montage des Hybridschalters vereinfacht.The hybrid switch is operated according to a method in which the isolating element is opened. In addition, an electrical parameter of the main current path is determined, and a current flow via the semiconductor switch is set depending on the parameter. For example, the hybrid switch comprises a control unit which is suitable, in particular provided and set up, to carry out the method. The control unit suitably comprises or forms a control circuit for the semiconductor switch and/or the isolating element. For example, the control unit is powered by an external energy source. Alternatively, the control unit is energized by means of the main current path, for example by means of an electrical voltage occurring via the separating element. In a further alternative, the method is carried out based on a suitable interconnection of several discrete elements, with expediently no external power source/energy source being present. This increases robustness and simplifies assembly of the hybrid switch.

Insbesondere wird der Hybridschalter in einen Gleichstromkreis verwendet, und das Verfahren wird insbesondere zur Gleichstromunterbrechung herangezogen. Beispielsweise ist der Hybridschalter im Montagezustand ein Bestandteil einer Industrieautomatisierung, Straßenbeleuchtung, eine Schiffsbordnetzes, der elektrifizierten Luftfahrt, einer Bahninfrastruktur oder Bahnantriebs eines Inselnetzes im privaten häuslichen Bereich, eines Energieerzeugers, eines Gewächshauses oder wird im Bereich von Elektromobilität eingesetzt, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, in der Landwirtschaft oder in einem Baustellenfahrzeug. Insbesondere ist der Hybridschalter hierfür geeignet, zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet.In particular, the hybrid switch is used in a direct current circuit, and the method is used in particular for direct current interruption. For example, in the assembled state, the hybrid switch is a component of an industrial automation, street lighting, a ship's electrical system, electrified aviation, a railway infrastructure or railway drive of an island network in the private domestic sector, an energy generator, a greenhouse or is used in the field of electromobility, for example in a motor vehicle, in agriculture or in a construction site vehicle. In particular, the hybrid switch is suitable for this purpose and is expediently provided and set up.

Beispielsweise ist der Hybridschalter lediglich mittels des Hauptstrompfads und des Nebenstrompfad sowie der etwaigen Steuereinheit gebildet. Besonders bevorzugt jedoch umfasst der Hybridschalter eine Störschutzbeschaltung, die parallel zum Hauptstrompfad oder zumindest zu dem Trennelement und/oder dem Halbleiterschalter geschaltet ist. Mittels dieser wird insbesondere eine Überspannung begrenzt. Die Störschutzbeschaltung umfasst vorzugsweise einen Varistor oder ist mittels dessen gebildet.For example, the hybrid switch is formed only by means of the main current path and the secondary current path as well as any control unit. However, the hybrid switch particularly preferably comprises an interference suppression circuit which is connected in parallel to the main current path or at least to the isolating element and/or the semiconductor switch. This is used to limit overvoltage in particular. The interference protection circuit preferably comprises a varistor or is formed by means of it.

Besonders bevorzugt ist der Halbleiterschalter ein Feldeffekttransistor, beispielsweise ein MOSFET. Hierbei ist insbesondere der sogenannte Drain und Gate mittels einer Reihenschaltung aus einer Diode und einer Zenerdiode elektrisch miteinander kontaktiert, deren Sperrrichtung entgegengesetzt sind. Alternativ hierzu sind Gate und Source mittels der Reihenschaltung miteinander elektrisch kontaktiert. Insbesondere ist mittels der Reihenschaltung eine Verschaltung nach Art einer sogenannten „active clampings“ realisiert. Somit wird bei einer elektrischen Spannung, die eine Mindestgröße aufweist, und die insbesondere nach dem Öffnen des Trennelements auftritt, wenn der Lichtbogen sich ausbildet, der Halbleiterschalter in den elektrisch leitenden Zustand versetzt.The semiconductor switch is particularly preferably a field effect transistor, for example a MOSFET. In particular, the so-called drain and gate are electrically contacted with one another by means of a series connection of a diode and a Zener diode, the blocking direction of which is opposite. Alternatively, the gate and source are electrically contacted with one another by means of the series connection. In particular, by means of the series connection, an interconnection in the manner of so-called “active clampings” is implemented. Thus, at an electrical voltage that has a minimum magnitude and which occurs in particular after the separating element has been opened when the arc is formed, the semiconductor switch is put into the electrically conductive state.

Beispielsweise ist zudem die etwaige weiteren Komponente vorhanden. Vorzugsweise ist diese mittels der oder einer Reihenschaltung aus der Diode und der Zenerdiode überbrückt. Vorzugsweise ist die Reihenschaltung dabei gegen den Steuereingang (Gate) des Halbleiterschalters geführt. Somit ist Reaktionszeit zum Einschalten des Halbleiterschalters nach Öffnen des Trennelements erhöht, was eine Regelung vereinfacht. Auch ist kein zusätzliches Netzteil erforderlich.For example, any additional components are also present. This is preferably bridged by means of the or a series connection of the diode and the Zener diode. The series connection is preferably routed against the control input (gate) of the semiconductor switch. The response time for switching on the semiconductor switch after opening the separating element is therefore increased, which simplifies control. No additional power supply is required either.

Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst der Hybridschalter eine elektrische (erste) Spule, die elektrisch in Reihe mit dem Trennelement geschaltet ist. Die erste Spule ist insbesondere induktiv mit einer weiteren/zweiten Spule gekoppelt, wobei die beiden Spulen zweckmäßigerweise einem gemeinsamen Transformator zugeordnet sind, was eine Herstellung erleichtert. Mittels Bestromung der zweiten Spule, nämlich mittels Anlegens einer Wechselspannung, ist es möglich, in den Hauptstrompfad einen elektrischen Strom zu induzieren. Auch ist es aufgrund der induktiven Kopplung mittels weiterer Bestandteile des Transformators möglich, einen mit dem Hauptstrompfad geführten elektrischen Strom zu bestimmen.Alternatively or in combination therewith, the hybrid switch comprises an electrical (first) coil which is electrically connected in series with the isolating element. The first coil is in particular inductively coupled to a further/second coil, the two coils expediently being assigned to a common transformer, which facilitates production. By energizing the second coil, namely by applying an alternating voltage, it is possible to induce an electrical current in the main current path. Due to the inductive coupling using other components of the transformer, it is also possible to have one to determine the electrical current carried in the main current path.

Zweckmäßigerweise ist die zweite Spule ein Bestandteil eines Schwingkreises, der zudem einen Kondensator umfasst. Falls der Hauptstrompfad elektrisch leitfähig ist, und es somit möglich ist, in diesen einen elektrischen Strom zu induzieren, ist die Güte des Schwingkreises vergleichsweise schlecht. Dahingegen ist, falls kein elektrischer Strom induziert werden kann, die Güte des Schwingkreises vergleichsweise hoch. Zweckmäßigerweise wird bei Betrieb der Schwingkreis mit dessen Eigenfrequenz betrieben, weswegen ein Energiebedarf verringert ist. Insbesondere wird hierbei die dem Schwingkreis zugeführte Energie ermittelt und anhand dessen die Leitfähigkeit des Hauptstrompfads bestimmt.The second coil is expediently a component of a resonant circuit, which also includes a capacitor. If the main current path is electrically conductive and it is therefore possible to induce an electrical current in it, the quality of the resonant circuit is comparatively poor. On the other hand, if no electric current can be induced, the quality of the resonant circuit is comparatively high. During operation, the resonant circuit is expediently operated at its natural frequency, which is why energy requirements are reduced. In particular, the energy supplied to the resonant circuit is determined and the conductivity of the main current path is determined based on this.

Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines derartigen Hybridschalters zur Durchführung des Verfahrens und/oder als Schutzschalter.Furthermore, the invention also relates to the use of such a hybrid switch for carrying out the method and/or as a protective switch.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf den Hybridschalter /die Verwendung und untereinander zu übertragen und umgekehrt.The further developments and advantages explained in connection with the method can also be transferred to the hybrid switch/the use and to each other and vice versa.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch einen Schaltkreis mit einem Hybridschalter, der
2 ein Verfahren zum Betrieb des Hybridschalters,
3 einen vereinfachten Schaltplan des Hybridschalters, der eine weitere Komponente umfasst, und
4 eine Abwandlung des Hybridschalters, der die weitere Komponente aufweist,
5-9 jeweils eine Ausgestaltungsform der weiteren Komponente,
10 einen vereinfachten Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des Hybridschalters,
11 einen vereinfachten Schaltplan einer letzten Ausführungsform des Hybridschalters, und
12 einen detaillierteren Schaltplan des Hybridschalters gemäß 11.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:

1 schematically a circuit with a hybrid switch, the
2 a method for operating the hybrid switch,
3 a simplified circuit diagram of the hybrid switch, which includes another component, and
4 a modification of the hybrid switch, which has the further component,
5-9 each one embodiment of the further component,
10 a simplified circuit diagram of a further embodiment of the hybrid switch,
11 a simplified circuit diagram of a final embodiment of the hybrid switch, and
12 a more detailed circuit diagram of the hybrid switch 11 .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures.

In 1 ist schematisch vereinfacht ein Stromkreis 2 dargestellt, der eine (elektrische) Stromquelle 4 umfasst. Mittels der Stromquelle 4 wird eine Gleichspannung bereitgestellt, die 650 V beträgt. Die Stromquelle 4 ist mittels mehrerer Leitungen 6 mit einer Last 8 verbunden, wobei der bei Normalbetrieb mittels der Leitungen 6 geführte elektrische Strom größer als 5 A und ein elektrischer Gleichstrom ist.In 1 A circuit 2 is shown in simplified schematic form, which includes an (electrical) power source 4. The power source 4 provides a direct voltage of 650 V. The power source 4 is connected to a load 8 by means of several lines 6, the electrical current carried by the lines 6 during normal operation being greater than 5 A and a direct electrical current.

Je nach Anwendungsfall des Stromkreises 2 sind die Stromquelle 4 und die Last 8 angepasst. Beispielsweise ist der Stromkreis 2 ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, das zum Beispiel landgebunden ist. Hierbei handelt es sich beim Kraftfahrzeug insbesondere um einen Nutzkraftwagen, einen Personenkraftwagen, eine Baumaschine oder eine Landmaschine. Dabei ist Stromquelle 4 beispielsweise mittels einer Hochvoltbatterie oder eines Gleichrichters gebildet. Alternativ hierzu ist das Kraftfahrzeug ein Schienenfahrzeug, und die Stromquelle 4 ist beispielsweise mittels eines Stromabnehmers oder dergleichen gebildet. In einer weiteren Alternative ist das Kraftfahrzeug ein Flugzeug oder ein Schiff. Insbesondere wird jeweils als Last 8 ein Hauptantrieb verwendet. Alternativ hierzu ist der Stromkreis 2 stationär ausgebildet, und die Stromquelle 4 ist beispielsweise ein Versorgungsnetz oder ein lokale Energiespeicher. Die Last 8 ist beispielsweise ein Wechselrichter oder ein Aktor.Depending on the application of the circuit 2, the power source 4 and the load 8 are adapted. For example, the circuit 2 is a component of a motor vehicle that is, for example, land-based. The motor vehicle is in particular a commercial vehicle, a passenger car, a construction machine or an agricultural machine. Power source 4 is formed, for example, by means of a high-voltage battery or a rectifier. Alternatively, the motor vehicle is a rail vehicle, and the power source 4 is formed, for example, by means of a current collector or the like. In a further alternative, the motor vehicle is an aircraft or a ship. In particular, a main drive is used as the load 8. Alternatively, the circuit 2 is designed to be stationary, and the power source 4 is, for example, a supply network or a local energy storage. The load 8 is, for example, an inverter or an actuator.

In eine der Leitungen 6 ist ein Hybridschalter 10 eingebracht, mittels dessen ein Stromfluss zwischen der Stromquelle 4 und der Last 8 unterbrochen werden kann. Hierfür wird der Hybridschalter 10 beispielsweise manuell betätigt, oder die Hybridschalter 10 ist ein Bestandteil eine Vorrichtung zur Absicherung der Stromquelle 4, der Last 8 oder der Leitungen 6 und beispielsweise ein Schutzschalter. Der Hybridschalter 10 weist zwei Anschlüsse 12 auf, die jeweils mit einem Teil einer der entsprechenden Leitung 6 elektrisch kontaktiert ist.A hybrid switch 10 is incorporated in one of the lines 6, by means of which a current flow between the power source 4 and the load 8 can be interrupted. For this purpose, the hybrid switch 10 is operated manually, for example, or the hybrid switch 10 is a component of a device for protecting the power source 4, the load 8 or the lines 6 and, for example, a circuit breaker. The hybrid switch 10 has two connections 12, each of which is electrically contacted with a part of one of the corresponding lines 6.

Zwischen den beiden Anschlüssen 12 erstreckt sich ein Hauptstrompfad 14 der ein Trennelement 16 umfasst. Das Trennelement 16 ist ein elektrisch betätigbarer mechanischer Schalter, wie zum Beispiel ein Relais. Hierbei ist es möglich, das Trennelement 16 zu öffnen und zu schließen, wobei im geschlossenen Zustand die beiden Anschlüsse 12 mittels des Hauptstrompfads 14 niederohmig elektrisch miteinander kontaktiert sind. Sofern das Trennelement 16 geöffnet ist, ist der Hauptstrompfad 14 galvanisch getrennt, und, sofern eine zwischen den Anschlüssen 12 anliegende elektrische Spannung ausreichend gering ist, ist ein elektrischer Stromfluss über den Hauptstrompfad 14 nicht möglich. Dem Hauptstrompfad 14 ist eine Einheit 18 zugeordnet, mittels derer eine elektrische Kenngröße 20 des Hauptstrompfads 14 ermittelt werden kann. Dabei ist die Einheit 18 beispielsweise ein Bestandteil des Hauptstrompfads 14 oder von diesem mechanisch und/oder elektrisch getrennt.A main current path 14 which includes a separating element 16 extends between the two connections 12. The separating element 16 is an electrically operable mechanical switch, such as a relay. It is possible to open and close the separating element 16, with the two connections 12 being electrically contacted with one another in a low-resistance manner by means of the main current path 14 in the closed state. If the separating element 16 is open, the main current path 14 is galvanically isolated, and, if an electrical voltage applied between the connections 12 is sufficiently low, an electrical current flow via the main current path 14 is not possible. A unit 18 is assigned to the main current path 14, by means of which an electrical parameter 20 of the main current path 14 can be determined. The unit 18 is, for example, a component of the main current path 14 or is mechanically and/or electrically separated from it.

Ferner weist der Hybridschalter 10 einen Nebenstrompfad 22 auf, der einen Halbleiterschalter 24 umfasst. Der Nebenstrompfad 22 erstreckt sich dabei ebenfalls zwischen den beiden Anschlüssen 12, und das Trennelement 16 und der Halbleiterschalter 24 sind folglich elektrisch zueinander parallelgeschaltet. Der Halbleiterschalter 24 ist dabei zum Beispiel als IGBT oder MOSFET ausgebildet. Mittels entsprechender Ansteuerung des Halbleiterschalters 24, nämlich mittels Anlegens einer entsprechenden Ansteuerspannung, ist es möglich, den Halbleiterschalter 24 in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen, der auch als geschlossener Zustand bezeichnet wird. In diesem Fall ist der Halbleiterschalter 24 voll durchgesteuert, und der damit bereitgestellte elektrische Widerstand ist minimal. Auch ist es möglich, den Halbleiterschalter 24 in einen elektrisch nichtleitenden Zustand zu versetzen, der auch als geöffneter Zustand bezeichnet wird, und bei dem der elektrische Widerstand auf ein Maximum erhöht ist. Jedoch ist es auch möglich, für den elektrischen Widerstand einen Mittelwert zwischen dem Minimum und dem Maximum zu wählen, sodass der Halbleiterschalter 24 einen erhöhten elektrischen Widerstand aufweist, der jedoch geringer als das Maximum ist. In diesem Fall ist ein Stromfluss über den Halbleiterschalter 24 und somit über den Nebenstrompfad 22 prinzipiell möglich, wobei jedoch eine Stromstärke aufgrund des vorhandenen elektrischen Widerstands begrenzt ist.Furthermore, the hybrid switch 10 has a secondary current path 22, which includes a semiconductor switch 24. The secondary current path 22 also extends between the two connections 12, and the separating element 16 and the semiconductor switch 24 are therefore electrically connected in parallel to one another. The semiconductor switch 24 is designed, for example, as an IGBT or MOSFET. By appropriately controlling the semiconductor switch 24, namely by applying a corresponding control voltage, it is possible to put the semiconductor switch 24 into an electrically conductive state, which is also referred to as a closed state. In this case, the semiconductor switch 24 is fully activated and the electrical resistance provided is minimal. It is also possible to put the semiconductor switch 24 into an electrically non-conductive state, which is also referred to as an open state, and in which the electrical resistance is increased to a maximum. However, it is also possible to choose an average value between the minimum and the maximum for the electrical resistance, so that the semiconductor switch 24 has an increased electrical resistance, which is, however, lower than the maximum. In this case, a current flow via the semiconductor switch 24 and thus via the secondary current path 22 is possible in principle, although the current intensity is limited due to the existing electrical resistance.

Der Hybridschalter 10 weist eine Steuereinheit 26 auf, die eine nicht näher dargestellte Ansteuerschaltung für das Trennelement 16 sowie den Halbleiterschalter 24 umfasst. Mittels dieser ist es möglich, an das Trennelement 16 und den Halbleiterschalter 24 jeweils eine entsprechende (Ansteuer-) Spannung anzulegen, anhand derer sich jeweils der geöffnete oder geschlossen Zustand ergibt. Die Steuereinheit 26 ist geeignet sowie vorgesehen und eingerichtet, ein in 2 dargestelltes Verfahren 28 zum Betrieb des Hybridschalters 10 durchzuführen. Dabei wird das Verfahren 28 durchgeführt, wenn ein elektrischer Strom zwischen der Stromquelle 4 und der Last 8 unterbrochen werden soll. Mit anderen Worten dient das Verfahren 28 der Stromunterbrechung über den Hybridschalter 10. Somit wird das Verfahren 28 zum Beenden eines Normalbetrieb durchgeführt, in dem ein ungestörter Stromfluss von der Stromquelle 4 zu der Last 8 über den Hybridschalter 10 erfolgen soll. Im Normalbetrieb ist dabei das Trennelement 16 geschlossen, sodass die beiden Anschlüssen 12 des Hybridschalters 10 über den Hauptstrompfad 14 niederohmig miteinander elektrisch verbunden sind. Der Halbleiterschalter 24 hingegen ist elektrisch nichtleitend und somit geöffnet, sodass dort keine elektrischen Verluste anfallen.The hybrid switch 10 has a control unit 26, which includes a control circuit (not shown) for the isolating element 16 and the semiconductor switch 24. By means of this, it is possible to apply a corresponding (control) voltage to the separating element 16 and the semiconductor switch 24, which results in the open or closed state. The control unit 26 is suitable and provided and set up to be an in 2 to carry out the method 28 shown for operating the hybrid switch 10. The method 28 is carried out when an electrical current between the power source 4 and the load 8 is to be interrupted. In other words, the method 28 serves to interrupt the power via the hybrid switch 10. The method 28 is therefore carried out to end normal operation, in which an undisturbed current flow from the power source 4 to the load 8 via the hybrid switch 10 is to take place. During normal operation, the separating element 16 is closed, so that the two connections 12 of the hybrid switch 10 are electrically connected to one another in a low-resistance manner via the main current path 14. The semiconductor switch 24, on the other hand, is electrically non-conductive and therefore open, so that no electrical losses occur there.

In einem ersten Arbeitsschritt 30 des Verfahrens 28 wird das Trennelement 16 geöffnet, also in den elektrisch nichtleitenden Zustand versetzt. Aufgrund des mit dem Hybridschalter 10 geführten elektrischen Stroms sowie der wegen des nunmehr geöffneten Trennelement 16 zwischen den Anschlüssen 12 anliegenden elektrischen Spannung ist es möglich, dass sich ein Lichtbogen 32 in dem Trennelement 16 ausbildet, sodass ein elektrischer Stromfluss über den Hauptstrompfad 14 auch weiterhin besteht. Wenn das Trennelement 16 geöffnet wird, wird beispielsweise im Wesentlichen gleichzeitig oder zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt der Halbleiterschalter 24 in den elektrisch leitenden Zustand versetzt, sodass der mittels des Hauptstrompfads 14 geführte elektrische Strom auf den Nebenstrompfad 22 kommutiert. In diesem Fall erlischt der Lichtbogen 32, oder dieser wird gegebenenfalls nicht gebildet, sofern der Halbleiterschalter 24 beim Öffnen des Trennelements 16 bereits in dem elektrisch leitenden Zustand war.In a first step 30 of the method 28, the separating element 16 is opened, i.e. put into the electrically non-conductive state. Due to the electrical current carried by the hybrid switch 10 and the electrical voltage present between the connections 12 due to the now open separating element 16, it is possible for an arc 32 to form in the separating element 16, so that an electrical current flow continues to exist via the main current path 14 . When the separating element 16 is opened, the semiconductor switch 24 is put into the electrically conductive state, for example essentially at the same time or at an earlier or later time, so that the electrical current carried by the main current path 14 commutates to the secondary current path 22. In this case, the arc 32 extinguishes or, if necessary, is not formed if the semiconductor switch 24 was already in the electrically conductive state when the separating element 16 was opened.

In einem zweiten Arbeitsschritt 32 wird mittels der Einheit 18 die elektrische Kenngröße 20 des Hauptstrompfads 14 ermittelt. Zum Beispiel die elektrische Kenngröße 20 mittels der Einheit 18 direkt gemessen. Alternativ hierzu wird die elektrische Kenngröße 20, die auch lediglich als Kenngröße bezeichnet wird, anhand von Messdaten abgeleitet und auf diese Weise ermittelt. Die elektrischen Kenngröße 20 ist zeitlich veränderlich und verändert sich insbesondere in Abhängigkeit eines zwischen den Anschlüssen 12 oder zumindest über den Hauptstrompfad 14 geführten Anteils des elektrischen Stroms. Alternativ oder in Kombination verändert sich die Kenngröße 20 in Abhängigkeit einer über den Hauptstrompfad 14 zumindest teilweise anfallenden elektrischen Spannung oder zumindest einer Leitfähigkeit des Hauptstrompfads 14. Die elektrische Kenngröße 20 verändert sich dabei insbesondere zudem in Abhängigkeit des Lichtbogens 32, beispielsweise in Abhängigkeit dessen Anwesenheit und/oder der zum Halten erforderlichen elektrische Spannung und/oder des mittels des Lichtbogens 32 geführten elektrischen Stroms.In a second step 32, the electrical parameter 20 of the main current path 14 is determined using the unit 18. For example, the electrical parameter 20 is measured directly using the unit 18. Alternatively, the electrical parameter 20, which is also referred to simply as a parameter, is derived from measurement data and determined in this way. The electrical parameter 20 varies over time and changes in particular depending on a portion of the electrical current carried between the connections 12 or at least via the main current path 14. Alternatively or in combination, the parameter 20 changes depending on an electrical voltage occurring at least partially via the main current path 14 or at least a conductivity of the main current path 14. The electrical parameter 20 also changes in particular depending on the arc 32, for example depending on its presence and /or the electrical voltage required to hold and/or the electrical current carried by the arc 32.

In Abhängigkeit der ermittelten Kenngröße 20 wird ein Stromfluss über den Halbleiterschalter 24 eingestellt. Zur Einstellung des Stromflusses über den Halbleiterschalter 24 wird dabei insbesondere ein elektrischer Widerstand des Halbleiterschalters 24 entsprechend angepasst oder eingestellt.Depending on the determined parameter 20, a current flow is set via the semiconductor switch 24. To adjust the current flow via the semiconductor switch 24, in particular an electrical resistance of the semiconductor switch 24 is adjusted or adjusted accordingly.

Das Verfahren wird mit einem dritten Arbeitsschritt 34 beendet. In diesem wird, sofern dies noch nicht in dem zweiten Arbeitsschritt 32 erfolgte, der Halbleiterschalter 24 geöffnet, sodass über diesen ebenfalls kein elektrischer Stromfluss mehr möglich ist. Zudem wird bei einer nicht näher dargestellten Variante ein weiteres Trennelement, das elektrisch in Reihe sowohl mit dem Hauptstrompfad 14 als auch mit dem Nebenstrompfad 22 geschaltet und somit zwischen diese und einen der Anschlüsse 12, ebenfalls geöffnet. Das weitere Trennelement ist dabei ein Relais oder Schütz, sodass bei geöffnetem weiteren Trennelement die beiden Anschlüsse 12 galvanisch getrennt sind. Da davor bereits kein Stromfluss mehr über den Hybridschalter 10 erfolgte, entsteht beim Öffnen des weiteren Trennelements dort kein Lichtbogen, und das Öffnen erfolgt nicht unter Last.The process is ended with a third step 34. In this case, if this has not already taken place in the second work step 32, the semiconductor switch 24 is opened, so that electrical current flow is no longer possible via it. In addition, in a variant not shown in detail, there is a further separating element that is electrical connected in series with both the main current path 14 and with the secondary current path 22 and thus between these and one of the connections 12, also opened. The further isolating element is a relay or contactor, so that when the further isolating element is open, the two connections 12 are galvanically isolated. Since there was no longer any current flow via the hybrid switch 10 beforehand, no arc occurs when the further separating element is opened, and the opening does not take place under load.

In 3 ist ein vereinfachter Schaltplan einer Variante des Hybridschalters 10 dargestellt. Das Trennelement 16 ist als Relais ausgestaltet und elektrisch in Reihe mit einer weiteren Komponente 36 geschaltet, die ebenfalls ein Bestandteil des Hauptstrompfads 14 ist. Der Hybridschalter umfasst einen Spannungssensor 38, der ein Bestandteil eines Hilfsstrompfad 40 ist, mittels dessen die weitere Komponente 36 überbrückt ist. Mittels des Spannungssensor 38 kann die über die weitere Komponente 36 anfallende elektrische Spannung erfasst werden. Bei einer nicht näher dargestellten Variante ist der Spannungssensor 38 in die weitere Komponente 36 integriert oder beispielsweise nicht vorhandenen. Der Spannungssensor 38 sowie die weitere Komponente 36 sind mit der Steuereinheit 26 signaltechnisch und elektrisch kontaktiert und diese bilden zumindest teilweise die Einheit 18.In 3 a simplified circuit diagram of a variant of the hybrid switch 10 is shown. The separating element 16 is designed as a relay and is electrically connected in series with a further component 36, which is also part of the main current path 14. The hybrid switch includes a voltage sensor 38, which is part of an auxiliary current path 40, by means of which the further component 36 is bridged. By means of the voltage sensor 38, the electrical voltage occurring via the further component 36 can be detected. In a variant not shown in more detail, the voltage sensor 38 is integrated into the further component 36 or, for example, not present. The voltage sensor 38 and the further component 36 are in signal and electrical contact with the control unit 26 and these at least partially form the unit 18.

Gegen die Steuereinheit 26 ist ein Steuereingang 42 des Halbleiterschalters 24 geführt, sodass mittels der Steuereinheit 26 eine Ansteuerung des Halbleiterschalters 24 erfolgen kann. Ebenso erfolgt mittels der Steuereinheit 26 eine nicht näher dargestellte Ansteuerung des Trennelements 16. Die Steuereinheit 26 ist mit einer Energiequelle 46 elektrisch kontaktiert, mittels derer eine Bestromung der Steuereinheit 26 erfolgt. Mittels dieser wird die von der Energiequelle 46 bereitgestellte elektrische Energie bei Bedarf zu dem Trennelement 16, dem Halbleiterschalter 24, der weiteren Komponente 36 und dem Spannungssensor 38 geleitet. Die Energiequelle 46 ist beispielsweise mittels eines Anschlusses an ein Versorgungsnetz realisiert, das insbesondere unabhängig von dem Stromkreis 2 ist.A control input 42 of the semiconductor switch 24 is routed against the control unit 26, so that the semiconductor switch 24 can be controlled by means of the control unit 26. Likewise, the control unit 26 is used to control the separating element 16 (not shown in more detail). The control unit 26 is electrically contacted with an energy source 46, by means of which the control unit 26 is energized. By means of this, the electrical energy provided by the energy source 46 is conducted, if necessary, to the separating element 16, the semiconductor switch 24, the further component 36 and the voltage sensor 38. The energy source 46 is realized, for example, by means of a connection to a supply network, which is in particular independent of the circuit 2.

Die Reihenschaltung aus dem Trennelement 16 und der weiteren Komponente 36 ist mit dem Halbleiterschalter 24 überbrückt. Zudem ist die Reihenschaltung und daher auch der Hauptstrompfad 14 und der Nebenstrompfad 22 mit einer Störschutzbeschaltung 44 überbrückt. Die Störschutzbeschaltung 44 umfasst einen Varistor und ist mittels dessen gebildet. Mittels der Störschutzbeschaltung wird ein Ausbilden einer elektrischen Überspannung an dem Hauptstrompfad 14 und dem Nebenstrompfad 22 verhindert, die ansonsten zu einer Zerstörung der einzelnen Komponenten führen könnte.The series connection of the separating element 16 and the further component 36 is bridged with the semiconductor switch 24. In addition, the series connection and therefore also the main current path 14 and the secondary current path 22 are bridged with an interference protection circuit 44. The interference protection circuit 44 includes a varistor and is formed by means of it. By means of the interference protection circuit, an electrical overvoltage is prevented from forming on the main current path 14 and the secondary current path 22, which could otherwise lead to the destruction of the individual components.

Bei Betrieb dieser Ausführungsform des Hybridschalters 10, also bei Durchführung des Verfahrens 28, wird als elektrische Kenngröße 10 die über die weitere Komponente 36 des Hauptstrompfads 14 anfallende elektrische Spannung herangezogen, die mittels des Spannungssensors 38 gemessen wird. Dabei in dem ersten Arbeitsschritt 30 der Halbleiterschalter 24 nach oder gleichzeitig mit dem Öffnen des Trennelements 16 geschlossen. Infolgedessen kommutiert der elektrische Strom auf den Nebenstrompfad 22, und der Lichtbogen 32 verlischt. Aufgrund des Lichtbogens 32 wurde jedoch in dem Trennelement 16 ionisiertes Gas gebildet, weswegen der Hauptstrompfad noch weiterhin eine, wenn auch verringerte, elektrische Leitfähigkeit aufweist. Infolgedessen bildet sich eine elektrische Spannung zwischen den beiden Enden des Hauptstrompfads 14, und somit auch über die weitere Komponente 36, aus, auch wenn ein Stromfluss über den Hauptstrompfad 14 unterbleibt. Die elektrische Spannung, also die Kenngröße 20, sinkt dabei, je weiter eine Entionisierung des Gases in dem Trennelement 16 erfolgt. Zudem ist die anliegende elektrische Spannung, also die Kenngröße 20 ist dabei abhängig von der zwischen den Anschlüssen 12 anliegenden elektrischen Spannung.When operating this embodiment of the hybrid switch 10, i.e. when carrying out the method 28, the electrical voltage occurring via the further component 36 of the main current path 14, which is measured by means of the voltage sensor 38, is used as the electrical parameter 10. In the first step 30, the semiconductor switch 24 is closed after or simultaneously with the opening of the separating element 16. As a result, the electrical current commutates to the secondary current path 22 and the arc 32 goes out. However, due to the arc 32, ionized gas was formed in the separating element 16, which is why the main current path continues to have electrical conductivity, albeit reduced. As a result, an electrical voltage is formed between the two ends of the main current path 14, and thus also across the further component 36, even if there is no current flow via the main current path 14. The electrical voltage, i.e. the parameter 20, decreases the further the gas is deionized in the separating element 16. In addition, the applied electrical voltage, i.e. the parameter 20, is dependent on the electrical voltage present between the connections 12.

In dem zweiten Arbeitsschritt 32 wird der Stromfluss über den Halbleiterschalter 24 derart eingestellt, dass die elektrische Kenngröße 20, also die über die weitere Komponente 36 anfallende elektrische Spannung, einem Soll-Wert entspricht. Mit anderen Worten wird mittels der Einstellung des Stromflusses die elektronische Kenngröße 20 auf den Soll-Wert geregelt. Der Soll-Wert, also die elektrische Spannung, ist dabei derart, dass wenn dies an der weiteren Komponente 36 anliegt, die in diesem Fall an dem Trennelement 16 anliegende elektrische Spannung kein Zünden des Lichtbogens 32 hervorruft.In the second step 32, the current flow via the semiconductor switch 24 is adjusted such that the electrical parameter 20, i.e. the electrical voltage occurring via the further component 36, corresponds to a target value. In other words, the electronic parameter 20 is regulated to the target value by adjusting the current flow. The target value, i.e. the electrical voltage, is such that if this is applied to the further component 36, the electrical voltage applied to the separating element 16 in this case does not cause the arc 32 to be ignited.

Damit die elektrische Kenngröße 20 dem Soll-Wert entspricht, wird der Halbleiterschalter 24 stromführend geschaltet, wobei der mit den Nebenstrompfad 22 geführte elektrische Strom begrenzt ist, sodass zwischen den Anschlüssen 12 zunächst nicht die vollständige, mit der Stromquelle 4 bereitgestellte Spannung anliegt. Hierfür wird eine entsprechend angepasste elektrische Spannung an den Steuereingang 42 angelegt. Aufgrund der andauernden Entionisierung des Gases in dem Trennelement 16, da der Lichtbogen 32 nicht mehr vorhanden ist, sinkt die elektrische Leitfähigkeit des Hauptstrompfads 14 und somit die über die weitere Komponente 36 anfallende elektrische Spannung. Mittels der Regelung des Stromflusses über den Halbleiterschalter 24 wird dies nachgezogen und die elektrische Spannung, also die Kenngröße 20, erneut auf den Soll-Wert angepasst, wofür der Stromfluss über den Halbleiterschalter 24 verringert wird, sodass sich die elektrische Spannung zwischen den Anschlüssen 12 erhöht. Folglich nimmt die elektrische Kenngröße 20 erneut den Soll-Wert an, wobei jedoch der Stromfluss über den Hybridschalter 10 geringer ist. Zusammenfassend ist, damit die elektrische Kenngröße 20 dem Soll-Wert entspricht, aufgrund der Entionisierung des Gases in dem Trennelement 16 es erforderlich, die elektrische Spannung zwischen den Anschlüssen 12 zu erhöhen, wofür die Leitfähigkeit des Halbleiterschalters 24 verringert wird.So that the electrical parameter 20 corresponds to the target value, the semiconductor switch 24 is switched to conduct current, with the electrical current carried by the secondary current path 22 being limited, so that the full voltage provided by the power source 4 is not initially present between the connections 12. For this purpose, an appropriately adapted electrical voltage is applied to the control input 42. Due to the ongoing deionization of the gas in the separating element 16, since the arc 32 is no longer present, the electrical conductivity of the main current path 14 and thus the electrical voltage occurring via the further component 36 decreases. By regulating the current flow via the semiconductor switch 24, this is adjusted and the electrical voltage, i.e. the parameter 20, is again adjusted to the target value, for which the current flow via the semiconductor switch 24 is reduced, so that the electrical voltage between the connections 12 increases. Consequently, the electrical parameter 20 again assumes the target value, although the current flow via the hybrid switch 10 is lower. In summary, in order for the electrical parameter 20 to correspond to the target value, due to the deionization of the gas in the separating element 16, it is necessary to increase the electrical voltage between the connections 12, for which the conductivity of the semiconductor switch 24 is reduced.

Dies erfolgt, bis der Halbleiterschalter 24 vollständig geöffnet ist, sodass die zwischen den Anschlüssen 12 anliegenden elektrische Spannung dem Soll-Wert entspricht. Bei einer weiteren Entionisierung ist ein Nachziehen der Regelung nicht mehr möglich. So ist es trotz vollständig geöffnetem Halbleiterschalter 24 nicht mehr möglich, dass die elektrische Kenngröße 20 den Soll-Wert erreicht, da die Leitfähigkeit des Hauptstrompfads 14 zu sehr abgenommen hat. Infolge kommt der Stromfluss über den Hybridschalter 10 vollständig zum Erliegen. Im Anschluss hieran wird der dritte Arbeitsschritt 34 ausgeführt, und das Verfahren 28 wird beendet.This occurs until the semiconductor switch 24 is completely opened, so that the electrical voltage present between the connections 12 corresponds to the target value. In the event of further deionization, it is no longer possible to tighten the regulation. Thus, despite the semiconductor switch 24 being fully opened, it is no longer possible for the electrical parameter 20 to reach the target value because the conductivity of the main current path 14 has decreased too much. As a result, the current flow via the hybrid switch 10 comes to a complete standstill. Following this, the third step 34 is carried out and the method 28 is ended.

In einer weiteren Ausgestaltungsform wird in dem ersten Arbeitsschritt 30 ebenfalls der Halbleiterschalter 24 nach oder gleichzeitig mit dem Öffnen des Trennelements 16 geschlossen, sodass der elektrische Strom auf den Nebenstrompfad 22 kommutiert. Dabei wird der Halbleiterschalter 24 vollständig durchgesteuert. Mit anderen Worten wird ein elektrischer Widerstand des Halbleiterschalters 24 auf ein Minimum gesetzt, wofür eine entsprechende elektrische Spannung an den Steuereingang 42 angelegt wird. Aufgrund der Entionisierung in dem Trennelement 16 nimmt die über der weiteren Komponente 36 anfallende elektrische Spannung ab, und die elektrische Kenngröße 20 verringert sich. Die elektrische Kenngröße 20 wird mittels der Steuereinheit 26 mit einem ersten Schwellwert verglichen. Sobald die elektrische Kenngröße 20 den ersten Schwellwert erreicht oder unterschreitet wird der Halbleiterschalter 24 in dem zweiten Arbeitsschritt 32 geöffnet.In a further embodiment, in the first work step 30, the semiconductor switch 24 is also closed after or simultaneously with the opening of the separating element 16, so that the electrical current commutates to the secondary current path 22. The semiconductor switch 24 is completely controlled. In other words, an electrical resistance of the semiconductor switch 24 is set to a minimum, for which a corresponding electrical voltage is applied to the control input 42. Due to the deionization in the separating element 16, the electrical voltage occurring across the further component 36 decreases and the electrical parameter 20 decreases. The electrical parameter 20 is compared with a first threshold value by means of the control unit 26. As soon as the electrical parameter 20 reaches or falls below the first threshold value, the semiconductor switch 24 is opened in the second step 32.

Der erste Schwellwert ist derart gewählt, dass bei der dann vorherrschenden der verringerten Leitfähigkeit des Trennelement 16 sowie des Hauptstrompfads 14 kein erneutes Zünden des Lichtbogens 32 mehr erfolgt. Hierbei entspricht der erste Schwellwert im Wesentlichen dem Wert, ab dem bei der obigen Variante des Verfahrens 28 trotz vollständig geöffnetem Halbleiterschalter 24 nicht mehr der Soll-Wert erreicht werden kann. Insbesondere wird der dort verwendete Soll-Wert als der erste Schwellwert herangezogen.The first threshold value is selected such that, given the reduced conductivity of the separating element 16 and the main current path 14, the arc 32 is no longer re-ignited. Here, the first threshold value essentially corresponds to the value from which the target value can no longer be achieved in the above variant of the method 28 despite the semiconductor switch 24 being completely open. In particular, the target value used there is used as the first threshold value.

Bei einer Kombination dieser beiden Varianten wird der Soll-Wert geringfügig geringer gewählt, und eine entsprechende Regelung durchgeführt. Sobald die elektrische Kenngröße 20 den Soll-Wert erreicht, wird die Regelung beendet und der Halbleiterschalter 24 geöffnet. Zusammenfassend wird die elektrische Kenngröße 20 somit bei geschlossenem Halbleiterschalter 24 erfasst und in Abhängigkeit eines Vergleichs mit dem ersten Schwellwert, nämlich wenn die elektrische Kenngröße den ersten Schwellwert unterschreitet, wird der Halbleiterschalter 24 geöffnet.If these two variants are combined, the target value is chosen to be slightly lower and a corresponding control is carried out. As soon as the electrical parameter 20 reaches the target value, the control is ended and the semiconductor switch 24 is opened. In summary, the electrical parameter 20 is thus detected when the semiconductor switch 24 is closed and depending on a comparison with the first threshold value, namely when the electrical parameter falls below the first threshold value, the semiconductor switch 24 is opened.

Bei einer weiteren Alternative wird in dem ersten Arbeitsschritt 30 der Halbleiterschalter 24 zunächst nicht geschlossen, sodass der Lichtbogen 32 weiter besteht. Aufgrund der sich öffnenden Kontakte des Trennelements 16 nimmt jedoch die über das Trennelement 16 und somit auch die zwischen den Anschlüssen 12 anfallende elektrische Spannung zu. Infolgedessen verändert sich, je nach verwendeter weitere Komponente 36, die über die weitere Komponente 36 anfallende elektrische Spannung. Hierbei ist es möglich, dass die elektrische Spannung ansteigt oder auch absinkt.In a further alternative, in the first step 30, the semiconductor switch 24 is not initially closed, so that the arc 32 continues to exist. However, due to the opening contacts of the separating element 16, the electrical voltage occurring across the separating element 16 and thus also the voltage between the connections 12 increases. As a result, depending on the additional component 36 used, the electrical voltage generated via the additional component 36 changes. It is possible that the electrical voltage increases or decreases.

Zumindest wird in dem zweiten Arbeitsschritt 32 die elektrische Kenngröße 20 bei geöffnetem Halbleiterschalter 24 erfasst. Wenn die elektrische Kenngröße 20 einen zweiten Schwellwert erreicht, also insbesondere die über die weitere Komponente 36 anfallende elektrische Spannung je nach verwendeter weitere Komponente 36 größer oder kleiner als der zweite Schwellwert ist und/oder diesen unter- bzw. überschreitet, wird der Halbleiterschalter 24 geschlossen. Somit kommutiert erst dann der elektrische Strom von dem Hauptstrompfad 14 auf den Nebenstrompfad 22, sodass der Lichtbogen 32 erlischt. Somit wird der Stromfluss über den Halbleiterschalter 24 in Abhängigkeit der Kenngröße 20 eingestellt, nämlich erstellt, sobald die elektrische Kenngröße 20 den zweiten Schwellwert erreicht.At least in the second step 32, the electrical parameter 20 is detected with the semiconductor switch 24 open. If the electrical parameter 20 reaches a second threshold value, that is to say in particular the electrical voltage occurring via the further component 36, depending on the further component 36 used, is greater or smaller than the second threshold value and/or falls below or exceeds it, the semiconductor switch 24 is closed . Only then does the electrical current commute from the main current path 14 to the secondary current path 22, so that the arc 32 goes out. The current flow via the semiconductor switch 24 is thus adjusted depending on the parameter 20, namely created as soon as the electrical parameter 20 reaches the second threshold value.

Dabei ist der zweite Schwellwert derart gewählt, dass bei einem nachfolgenden erneuten Öffnen des Halbleiterschalters 24 und somit bei einem Anlegen der nun zwischen den Anschlüssen 12 anliegende elektrische Spannung an den Hauptstrompfad 14 diese nicht ausreicht, um den Lichtbogen 32 erneut zu zünden.The second threshold value is selected such that when the semiconductor switch 24 is subsequently opened again and thus when the electrical voltage now present between the connections 12 is applied to the main current path 14, it is not sufficient to re-ignite the arc 32.

Sobald der Halbleiterschalter 24 geschlossen wurde und der Lichtbogen 32 erloschen ist, wird im Wesentlichen unverzüglich der dritte Arbeitsschritt 34 durchgeführt und der Halbleiterschalter 24 erneut geöffnet. Da der Lichtbogen 32 nicht erneut gezündet werden kann, wird somit der Stromfluss über den Hybridschalter 10 unterbrochen. Bei dieser Variante des Verfahrens 28 und des Hybridschalters 10 dient der Halbleiterschalter 24 dem Beenden des Lichtbogens 32, wenn die zwischen den Anschlüssen 12 anliegenden elektrische Spannung nicht ausreicht, um diesen erneut zu zünden, da die Schaltkontakte des Trennelement 16 einen zu großen Abstand zueinander aufweisen. Infolgedessen kann ein vergleichsweise leistungsschwacher Halbleiterschalter 24 verwendet werden.As soon as the semiconductor switch 24 has been closed and the arc 32 has extinguished, the third work step 34 is carried out essentially immediately and the semiconductor switch 24 is opened again. Since the arc 32 cannot be re-ignited, the current flow via the hybrid switch 10 is interrupted. In this variant of the method 28 and the hybrid switch 10, the semiconductor switch 24 serves to terminate the arc 32 when the electrical voltage present between the connections 12 is not off is enough to ignite it again because the switching contacts of the separating element 16 are too far apart. As a result, a comparatively low-power semiconductor switch 24 can be used.

Bei einer Wandlung wird in dem ersten Arbeitsschritt 30 der Halbleiterschalter 24 für eine kurze Zeitspanne geschlossenen, wenn das Trennelement 16 geöffnet wird. Hierbei ist die Zeitspanne, die der Halbleiterschalter 24 geschlossen ist, vergleichsweise kurz, sodass bei einem nachfolgenden Öffnen der Lichtbogen 32 erneut zündet. Jedoch erfolgt bei dieser Variante bereits eine kurzzeitige Entionisierung in dem Trennelement 14 oder eine sonstige Kühlung, sodass die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens erforderliche elektrische Spannung bereits erhöht ist. Infolgedessen ist es möglich, den zweiten Schwellwert geringer zu wählen.During a conversion, in the first step 30, the semiconductor switch 24 is closed for a short period of time when the separating element 16 is opened. The period of time for which the semiconductor switch 24 is closed is comparatively short, so that the arc 32 ignites again when it is subsequently opened. However, in this variant, a short-term deionization already takes place in the separating element 14 or other cooling, so that the electrical voltage required to maintain the arc is already increased. As a result, it is possible to choose the second threshold value lower.

In 4 ist eine Abwandlung des Hybridschalters 10 dargestellt, wobei der Nebenstrompfad 22 mit dem Halbleiterschalter 24, der Hauptstrompfad 14 mit dem Trennelement 16 sowie der weiteren Komponente 36 und die Störschutzbeschaltung 44 sowie deren jeweilige Verschaltung miteinander nicht verändert ist.In 4 a modification of the hybrid switch 10 is shown, wherein the secondary current path 22 with the semiconductor switch 24, the main current path 14 with the separating element 16 as well as the further component 36 and the interference protection circuit 44 as well as their respective interconnection are not changed.

Der Steuereingang 42 des Halbleiterschalters 24 jedoch ist über eine Reihenschaltung 48 aus einer Diode 50 und einer Zenerdiode 52 mit einem der Anschlüsse 12 elektrisch kontaktiert, nämlich dem, mit dem auch die weiter Komponente 36 elektrisch direkt kontaktiert ist. Die Sperrrichtung der Diode 50 und der Zenerdiode 52 sind hierbei entgegensetzt zueinander gerichtet.The control input 42 of the semiconductor switch 24, however, is electrically contacted via a series circuit 48 consisting of a diode 50 and a Zener diode 52 with one of the connections 12, namely the one with which the further component 36 is also electrically contacted directly. The blocking direction of the diode 50 and the Zener diode 52 are directed opposite to each other.

Der Hilfsstrompfad 40 weist nicht mehr den Stromsensor 38 auf, sondern umfasst ebenfalls eine derartige Reihenschaltung 48 mit der entsprechenden Diode 50 sowie der Zenerdiode 52. Gegen den Hilfsstrompfad 40 ist auf der dem Anschluss 12 zugewandten Seite die Energiequelle 46 geführt. Die Energiequelle 46 ist ferner über einen ersten Widerstand 54 gegen das verbleibende Ende des Hilfsstrompfads 40 und somit auch gegen den Hauptstrompfad 14 zwischen dem Trennelement 16 und der weiteren Komponente 36 geführt. Somit wird mittels der Energiequelle 46 das elektrische Potential für den Hilfsstrompfad 40 zumindest teilweise vorgegeben, also die über der weiteren Komponente 36 anfallende elektrischen Spannung.The auxiliary current path 40 no longer has the current sensor 38, but also includes such a series connection 48 with the corresponding diode 50 and the Zener diode 52. The energy source 46 is guided against the auxiliary current path 40 on the side facing the connection 12. The energy source 46 is further guided via a first resistor 54 against the remaining end of the auxiliary current path 40 and thus also against the main current path 14 between the separating element 16 and the further component 36. Thus, the electrical potential for the auxiliary current path 40 is at least partially predetermined by means of the energy source 46, i.e. the electrical voltage occurring across the further component 36.

Die Steuereinheit 26 ist über eine weitere der Reihenschaltungen 48 sowie einen zweiten Widerstand 56, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, ebenfalls gegen den Hauptstrompfad 14 zwischen dem Trennelement 16 und der weiteren Komponente 36 geführt und somit gegen ein Ende des Hilfsstrompfads 40 geführt. Zudem ist die Steuereinheit 26, die noch weiterhin mit dem Steuereingang 42 des Halbleiterschalters 24 elektrisch kontaktiert ist, über eine weitere der Reihenschaltungen 48, die elektrisch in Reihe mit einem dritten Widerstand 58 geschaltet ist, mit dem verbleibenden Anschluss 12 elektrisch geführt. Der Aufbau sämtlicher Reihenschaltungen 48 mit der jeweiligen Diode 50 und der Zenerdiode 52, deren Sperrrichtung gegeneinander gerichtet sind, ist gleich. Jedoch können diese bei unterschiedlichen Reihenschaltungen 48 insbesondere unterschiedliche Sperrspannungen aufweisen.The control unit 26 is also guided against the main current path 14 between the separating element 16 and the further component 36 via another of the series circuits 48 and a second resistor 56, which are electrically connected in series, and is thus guided against one end of the auxiliary current path 40. In addition, the control unit 26, which is still electrically contacted with the control input 42 of the semiconductor switch 24, is electrically connected to the remaining connection 12 via another of the series circuits 48, which is electrically connected in series with a third resistor 58. The structure of all series circuits 48 with the respective diode 50 and the Zener diode 52, whose blocking directions are directed against each other, is the same. However, these can have different blocking voltages in particular with different series connections 48.

Aufgrund der Verschaltung wird bei dieser Variante die über der weiteren Komponente 36 anfallende elektrische Spannung nicht mehr direkt gemessen. Jedoch wird, wenn die über der weiteren Komponente 36 anliegende elektrische Spannung größer als ein bestimmter Wert ist, aufgrund der Verschaltung, die nach Art eines sogenannten „active clampings“ ist, der Halbleiterschalter 24 im Wesentlichen unverzüglich elektrisch leitfähig geschaltet, sodass eine Reaktionszeit zum Einschalten des Halbleiterschalters 24 verringert ist. Aufgrund der Verschaltung der Steuereinheit 26 kann dabei die über der weiteren Komponente 36 anfallende elektrische Spannung ermittelt werden, sodass beispielsweise die Regelung erfolgen kann. Zumindest jedoch ist es möglich, den Stromfluss über den Halbleiterschalter 24 in Abhängigkeit der elektrischen Kenngröße 20 einzustellen.Due to the wiring, in this variant the electrical voltage occurring across the additional component 36 is no longer measured directly. However, if the electrical voltage present across the additional component 36 is greater than a certain value, due to the wiring, which is in the form of so-called “active clamping”, the semiconductor switch 24 is essentially immediately switched to electrically conductive, so that the reaction time for switching on the semiconductor switch 24 is reduced. Due to the wiring of the control unit 26, the electrical voltage occurring across the additional component 36 can be determined, so that, for example, regulation can take place. At least, however, it is possible to adjust the current flow via the semiconductor switch 24 depending on the electrical parameter 20.

In 5 ist eine erste Ausgestaltungsform der weiteren Komponente 36 dargestellt. Diese ist als ohmscher Widerstand ausgebildet und weist somit einen konstanten elektrischen Widerstand auf. Hierbei ist es möglich, den Stromsensor 38 in die weitere Komponente 36 zu integrieren, sodass es sich um einen Shunt handelt, mittels dessen insbesondere der über den Hauptstrompfad 14 geführte elektrische Strom gemessen werden kann wird. Bei dieser Variante wird die elektrische Kenngröße 20 vorzugsweise bei geöffnetem Halbleiterschalter 24 erfasst, und der Halbleiterschalter 24 wird geschlossen, wenn die elektrische Kenngröße 20 den zweiten Schwellwert erreicht.In 5 a first embodiment of the further component 36 is shown. This is designed as an ohmic resistance and therefore has a constant electrical resistance. It is possible here to integrate the current sensor 38 into the further component 36, so that it is a shunt, by means of which in particular the electrical current carried over the main current path 14 can be measured. In this variant, the electrical characteristic 20 is preferably detected when the semiconductor switch 24 is open, and the semiconductor switch 24 is closed when the electrical characteristic 20 reaches the second threshold value.

In den 6 und 7 ist jeweils eine weitere Ausgestaltungsform der weiteren Komponente 36 dargestellt. Beide Male ist die weitere Komponente 36 ein Schaltelement 60, wobei in 6 das Schaltelement 60 ein Halbleiterschalter, wie ein MOSFET, ist. In 7 ist das Schaltelement 60 und somit auch die weitere Komponente 36 als mechanischer Schalter ausgestaltet. Hierbei ist es möglich, dass der mechanische Schalter, der insbesondere nach Art eines Relais ausgebildet ist, separat von dem Trennelement 16 ist. Jedoch ist es auch möglich, Schaltelement 60 und das Trennelement 16 mittels einer gemeinsamen Baueinheit bereitzustellen, nämlich eines Doppelschalters, sodass bei Betrieb das Trennelement 16 und die weitere Komponente 36 im Wesentlichen gleichzeitig betätigt werden.In the 6 and 7 a further embodiment of the further component 36 is shown in each case. In both cases the further component 36 is a switching element 60, where in 6 the switching element 60 is a semiconductor switch, such as a MOSFET. In 7 the switching element 60 and thus also the further component 36 are designed as a mechanical switch. It is possible here for the mechanical switch, which is designed in particular in the manner of a relay, to be separate from the separating element 16. However, it is also possible to provide the switching element 60 and the separating element 16 by means of a common structural unit, namely a double switch, so that during operation Separating element 16 and the further component 36 are actuated essentially simultaneously.

Bei den dargestellten Varianten wird das Schaltelement 60 bei Durchführung des Verfahrens 28 derart angesteuert, dass eine bestimmte elektrische Kenngröße 20 erreicht wird, nämlich dass die elektrische Kenngröße 20 eine Mindestspannung nicht unterschreitet. Beispielsweise wird hierfür der mechanische Schalter derart angesteuert, dass über diesen ein weiterer Lichtbogen beim Öffnen entsteht.In the variants shown, the switching element 60 is controlled when carrying out the method 28 in such a way that a certain electrical parameter 20 is achieved, namely that the electrical parameter 20 does not fall below a minimum voltage. For example, the mechanical switch is controlled in such a way that a further arc is created when it is opened.

Bei den in 8 und 9 dargestellten Varianten weist die weitere Komponente 36 jeweils das Schaltelement 60 auf, das als Halbleiterschalter oder als mechanischer Schalter ausgebildet ist. Das jeweilige Schaltelement 60 ist jeweils mit einem vierten Widerstand 62, einem Kondensator 64 sowie einer zweiten Zenerdiode 66 überbrückt. Mittels dieser wird sichergestellt, dass die über der weiteren Komponente 36 anfallende elektrische Spannung, also die elektrische Kenngröße 20, stets einen Mindestwert aufweist. Bei einer Verwendung einer derartigen weitere Komponente 6 sind der erste bzw. zweite Schwellwert entsprechend angepasst.At the in 8th and 9 In the variants shown, the further component 36 each has the switching element 60, which is designed as a semiconductor switch or as a mechanical switch. The respective switching element 60 is bridged with a fourth resistor 62, a capacitor 64 and a second Zener diode 66. This ensures that the electrical voltage occurring across the further component 36, i.e. the electrical parameter 20, always has a minimum value. When using such a further component 6, the first and second threshold values are adjusted accordingly.

In 10 ist eine weitere Ausgestaltungsform des Hybridschalters 10 dargestellt, wobei die weitere Komponente 36 als Schaltelement 60 ausgestaltet ist, das mechanisch mit dem Trennelement 16 zu einem Doppelschalter zusammengefasst sind. Auch ist wiederum die Störschutzbeschaltung 44 vorhanden, die nicht abgewandelt ist. Der Nebenstrompfad 22 mit dem Halbleiterschalter 24 ist weiterhin vorhanden, wobei der Steuereingang 42 des Halbleiterschalters 24 über eine der Reihenschaltungen 48 mit dem einen der Ausgänge 12 elektrisch kontaktiert ist, nämlich dem, der auch mit dem Hilfsstrompfad 40 kontaktiert ist. Parallel zu dieser Reihenschaltung 48 ist sowohl ein fünfter Widerstand 68 als auch ein zweiter Kondensator 70 geschaltet. Der Hilfsstrompfad 40 weist lediglich einen sechsten Widerstand 72 auf, mittels dessen die weitere Komponente 36 überbrückt ist, und mittels dessen somit die darüber mindestens abfallende elektrische Spannung vorgegeben wird.In 10 a further embodiment of the hybrid switch 10 is shown, wherein the further component 36 is designed as a switching element 60, which is mechanically combined with the separating element 16 to form a double switch. The interference protection circuit 44 is also present, which is not modified. The auxiliary current path 22 with the semiconductor switch 24 is still present, with the control input 42 of the semiconductor switch 24 being electrically contacted via one of the series circuits 48 with one of the outputs 12, namely the one that is also contacted with the auxiliary current path 40. Both a fifth resistor 68 and a second capacitor 70 are connected in parallel to this series circuit 48. The auxiliary current path 40 only has a sixth resistor 72, by means of which the further component 36 is bridged, and by means of which the electrical voltage at least falling across it is specified.

Der Steuereingang 42 des Halbleiterschalter 24 ist auch weiterhin über eine der Reihenschaltungen 48 sowie über den zweiten Widerstand 56, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, gegen dem Hauptstrompfad 14 zwischen dem Trennelement 16 und der weiteren Komponente 36 geführt. Optional ist der Steuereingang 42 über eine der Reihenschaltungen 48 sowie den dritten Widerstand 58 gegen den verbleibenden Anschluss 12 geführt.The control input 42 of the semiconductor switch 24 is also routed via one of the series circuits 48 and via the second resistor 56, which are electrically connected in series, against the main current path 14 between the separating element 16 and the further component 36. Optionally, the control input 42 is routed to the remaining connection 12 via one of the series connections 48 and the third resistor 58.

Bei dieser Variante des Hybridschalters 10 ist die Steuereinheit 26 nicht als separate Einheit vorhanden, sondern mittels der Verschaltung gebildet. Auch ist eine Energiequelle 46 nicht erforderlich und weggelassen. Sobald das Trennelement 16 geöffnet wird, wird dabei auch die weitere Komponente 36, also das Schaltelement 60, geöffnet. Aufgrund der Verschaltung des Steuereingangs 42 des Halbleiterschalters 24 mit zumindest einem der Anschlüsse 12 nach Art eines sogenannten „active clampings“ liegt an dem Steuereingangs 42 eine elektrische Spannung an, sodass der Halbleiterschalter 24 elektrisch leitend ist. Mittels des sechsten Widerstands 72 wird diese zumindest teilweise vorgegeben und verändert sich in Abhängigkeit der über dem Schaltelement 60 anfallende elektrische Spannung, die die elektrische Kenngröße 20 darstellt. Mit anderen Worten erfolgt aufgrund der Verschaltung eine Regelung der elektrischen Kenngröße 20 auf den Soll-Wert, wobei diese zumindest teilweise mittels des sechsten Widerstands 72 vorgegeben ist. Somit wird eine Variante des Verfahrens 28 aufgrund der Verschaltung durchgeführt.In this variant of the hybrid switch 10, the control unit 26 is not present as a separate unit, but is formed by means of the interconnection. Also, an energy source 46 is not required and is omitted. As soon as the separating element 16 is opened, the further component 36, i.e. the switching element 60, is also opened. Due to the connection of the control input 42 of the semiconductor switch 24 to at least one of the connections 12 in the manner of a so-called “active clamping”, an electrical voltage is present at the control input 42, so that the semiconductor switch 24 is electrically conductive. This is at least partially predetermined by means of the sixth resistor 72 and changes depending on the electrical voltage occurring across the switching element 60, which represents the electrical parameter 20. In other words, the electrical parameter 20 is regulated to the desired value due to the interconnection, this being at least partially predetermined by means of the sixth resistor 72. A variant of the method 28 is therefore carried out based on the interconnection.

In 11 ist eine weitere Ausgestaltungsform des Hybridschalters 10 vereinfacht dargestellt, der den sich zwischen den Anschlüssen 12 erstreckenden Hauptstrompfad 14 aufweist, zu dem parallel der Nebenstrompfad 22 mit dem Halbleiterschalter 24 geschaltet ist. Die Störschutzbeschaltung 44 ist nicht dargestellt und in einer nicht näher dargestellten Variante weggelassen. Auch ist die Steuereinheit 26 nicht gezeigt. In den Hauptstrompfad 14 ist eine erste Spule 74 eingebracht, die elektrisch in Reihe mit dem Trennelement 16 geschaltet ist. Die erste Spule 74 ist induktiv mit einer zweiten Spule 76 gekoppelt, wobei die beiden Spulen 74, 76 Bestandteil eines gemeinsamen Transformators 78 sind. Aufgrund der induktiven Kopplung wird bei einem elektrischen Wechselstrom durch eine der beiden Spulen 74, 76 in der anderen der beiden Spule 74, 76 eine Wechselspannung induziert. Mit anderen Worten handelt sich bei den beiden Spulen 74, 76 um elektrische Spulen, die jeweils mittels eines elektrischen Leiters gebildet sind, der auf einen gemeinsamen weichmagnetischen Kern gewickelt ist, sodass die induktive Kopplung realisiert ist.In 11 a further embodiment of the hybrid switch 10 is shown in simplified form, which has the main current path 14 extending between the connections 12, to which the secondary current path 22 with the semiconductor switch 24 is connected in parallel. The interference protection circuit 44 is not shown and is omitted in a variant not shown in more detail. The control unit 26 is also not shown. A first coil 74 is introduced into the main current path 14 and is electrically connected in series with the isolating element 16. The first coil 74 is inductively coupled to a second coil 76, the two coils 74, 76 being part of a common transformer 78. Due to the inductive coupling, when an alternating electrical current passes through one of the two coils 74, 76, an alternating voltage is induced in the other of the two coils 74, 76. In other words, the two coils 74, 76 are electrical coils, each formed by an electrical conductor wound on a common soft magnetic core, so that the inductive coupling is realized.

Die zweite Spule 74 ist ein Bestandteil eines Schwingkreises 80, der galvanisch von dem Strompfad 14 und dem Nebenstrompfad 22 getrennt ist, und der eine Kapazität 82 in Form eines Kondensators aufweist. Der Schwingkreis 80 ist mittels einer Kontrolleinheit 84 betrieben, mittels derer der Schwingkreis 80 in Eigenresonanz gehalten wird, die anhand der zweiten Spule 76 sowie der Kapazität 82 vorgegeben wird. Hierbei wird mittels der Kontrolleinheit 84 eine entsprechende Wechselspannung an die Kapazität 82 bzw. 2. Spule 76 angelegt, die der Eigenfrequenz des Schwingkreises 80 entspricht. Auch werden mittels der Kontrolleinheit 84 elektrische Verluste ausgeglichen, die sich aufgrund einer verschlechterten Güte des Schwingkreises 80 ergeben. Mit anderen Worten wird mittels der Kontrolleinheit 84 sichergestellt, dass die bei Betrieb in dem Schwingkreis 80 vorhandene Energie stets gleich ist, unabhängig von den Verlusten des Schwingkreises 80.The second coil 74 is a component of a resonant circuit 80, which is galvanically isolated from the current path 14 and the secondary current path 22, and which has a capacitance 82 in the form of a capacitor. The resonant circuit 80 is operated by means of a control unit 84, by means of which the resonant circuit 80 is kept in natural resonance, which is specified using the second coil 76 and the capacitance 82. Here, a corresponding alternating voltage is applied to the capacitance 82 or second coil 76 by means of the control unit 84, which corresponds to the natural frequency of the resonant circuit 80. The control unit 84 also compensates for electrical losses that occur due to a deteriorated quality of the resonant circuit 80. In other words, the control unit 84 ensures that the energy present in the resonant circuit 80 during operation is always the same, regardless of the losses of the resonant circuit 80.

Bei Durchführung des Verfahrens 28 wird in dem ersten Arbeitsschritt 30 das Trennelement 16 geöffnet und der Halbleiterschalter 24 geschlossen. Somit entsteht zunächst der Lichtbogen 32, der nachfolgend erlischt. Aufgrund des Lichtbogens 32 befindet sich in dem Trennelement 16 ionisiertes Gas, sodass der Hauptstrompfad 14 auch weiterhin eine (elektrische) Leitfähigkeit aufweist. Mittels der Kontrolleinheit 84 wird in dem zweiten Arbeitsschritt 32 angefangen den Schwingkreis 80 zu betreiben, sodass darin ein Wechselstrom fließt, weswegen in der ersten Spule 74 eine elektrische Wechselspannung induziert wird. Solange der Hauptstrompfad 14 noch eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, führt die induzierte elektrische Wechselspannung zu einem Stromfluss in dem Hauptstrompfad 14, und in der erste Spule 74 gespeicherte elektrische Energie wird ausgekoppelt. Diese stammte aus dem Schwingkreis 80. Mit anderen Worten fließt elektrische Energie aus dem Schwingkreis 80. Somit ist die Güte des Schwingkreises 80 vergleichsweise gering, und mittels der Kontrolleinheit 84 wird eine vergleichsweise große Energiemenge erneut in den Schwingkreis 80 eingeleitet, damit diese einen konstanten Energiegehalt aufweist.When carrying out the method 28, the separating element 16 is opened and the semiconductor switch 24 is closed in the first step 30. This initially creates the arc 32, which then goes out. Due to the arc 32, there is ionized gas in the separating element 16, so that the main current path 14 continues to have (electrical) conductivity. In the second step 32, the control unit 84 begins to operate the resonant circuit 80 so that an alternating current flows therein, which is why an alternating electrical voltage is induced in the first coil 74. As long as the main current path 14 still has electrical conductivity, the induced electrical alternating voltage leads to a current flow in the main current path 14, and electrical energy stored in the first coil 74 is coupled out. This came from the resonant circuit 80. In other words, electrical energy flows from the resonant circuit 80. The quality of the resonant circuit 80 is therefore comparatively low, and by means of the control unit 84 a comparatively large amount of energy is reintroduced into the resonant circuit 80 so that it has a constant energy content having.

Die nachgeführte Energie korrespondiert zu dem in den Hauptstrompfad 14 induzierten elektrischen Strom und wird als die elektrische Kenngröße 20 herangezogen. Mit anderen Worten wird als elektrische Kenngröße der in den Hauptstrompfad 14 induzierte elektrische Strom herangezogen. Hierbei ist die Kontrolleinheit 84 und der Schwingkreis 80 derart aufgebaut, dass die maximal nachgeführte elektrische Energie, auch bei maximaler elektrischer Leitfähigkeit des Hauptstrompfads 14, geringer als ein 1 W ist, sodass die bei Betrieb des Hybridschalters 10 insgesamt auftretenden elektrischen Verluste vergleichsweise gering sind.The tracked energy corresponds to the electrical current induced in the main current path 14 and is used as the electrical parameter 20. In other words, the electrical current induced in the main current path 14 is used as the electrical parameter. Here, the control unit 84 and the resonant circuit 80 are constructed in such a way that the maximum tracked electrical energy, even with maximum electrical conductivity of the main current path 14, is less than 1 W, so that the overall electrical losses that occur when the hybrid switch 10 is in operation are comparatively low.

Wenn die Leitfähigkeit des Hauptstrompfads 14 nachlässt, ist der sich aufgrund der in der ersten Spule 74 induzierten Wechselspannung ergebende elektrische Strom verringert, weswegen die aus dem Schwingkreis 80 ausgekoppelt Energie ebenfalls verringert ist. Falls der Hauptstrompfad 14 überhaupt keine elektrische Leitfähigkeit mehr aufweist, beträgt dabei der in den Hauptstrompfad 14 induzierte elektrische Strom im Wesentlichen 0 A, und mittels der Kontrolleinheit 84 werden lediglich in dem Schwingkreis 80 selbst auftretende elektrische Verluste ausgeglichen.If the conductivity of the main current path 14 decreases, the electrical current resulting from the alternating voltage induced in the first coil 74 is reduced, which is why the energy coupled out of the resonant circuit 80 is also reduced. If the main current path 14 no longer has any electrical conductivity at all, the electrical current induced in the main current path 14 is essentially 0 A, and the control unit 84 only compensates for electrical losses occurring in the resonant circuit 80 itself.

Die elektrische Kenngröße 20 wird mit dem auf diesen Anwendungsfall angepassten ersten Schwellwert verglichen. Hierbei ist der erste Schwellwert derart angepasst, dass bei Unterschreiten des ersten Schwellwerts durch die elektrische Kenngröße 20 die elektrische Leitfähigkeit des Hauptstrompfads 14 derart gering ist, dass bei einem Öffnen des Halbleiterschalters 24 kein erneutes Zünden des Lichtbogens 32 erfolgt. Jedoch ist der Hauptstrompfad 14 noch geringfügig leitfähig, weswegen das Unterschreiten bereits vergleichsweise zügig nach dem ersten Arbeitsschritt 30 erfolgt. In dem zweiten Arbeitsschritt 32 wird daher der Halbleiterschalter 24 geöffnet, wenn die elektrische Kenngröße 20 den ersten Schwellwert unterschreitet.The electrical parameter 20 is compared with the first threshold value adapted to this application. Here, the first threshold value is adjusted in such a way that when the electrical parameter 20 falls below the first threshold value, the electrical conductivity of the main current path 14 is so low that when the semiconductor switch 24 is opened, the arc 32 is not re-ignited. However, the main current path 14 is still slightly conductive, which is why the undershooting occurs comparatively quickly after the first work step 30. In the second step 32, the semiconductor switch 24 is therefore opened when the electrical parameter 20 falls below the first threshold value.

Bei einer Alternativ wird in den Hauptstrompfad 14 bei geöffnetem Halbleiterschalter 24, also wenn der Lichtbogen 32 besteht, der elektrische Strom induziert und dies als Kenngröße 20 herangezogen. Da über den Hauptstrompfad 14 bereits ein elektrischer Strom fließt ist die Sättigung des Kerns des Transformators 78 verändert, sodass, je nach Stromflussrichtung in dem Schwingkreis 80 eine Auskopplung von elektrischer Energie erfolgt. Wenn die elektrische Kenngröße 20 den hierauf angepassten zweiten Schwellwert unterschreitet, wird der Halbleiterschalter 24 geschlossen, sodass der elektrische Stromfluss von dem Hauptstrompfad 14 auf den Nebenstrompfad 22 kommutiert. Anschließend wird der Halbleiterschalter 24 erneut geöffnet. Der zweite Schwellwert ist dabei derart angepasst, dass der Lichtbogen 32 nicht erneut zündet.In an alternative, the electrical current is induced into the main current path 14 when the semiconductor switch 24 is open, i.e. when the arc 32 exists, and this is used as a parameter 20. Since an electrical current is already flowing via the main current path 14, the saturation of the core of the transformer 78 is changed, so that, depending on the direction of current flow in the resonant circuit 80, electrical energy is decoupled. If the electrical parameter 20 falls below the second threshold value adapted to this, the semiconductor switch 24 is closed, so that the electrical current flow commutates from the main current path 14 to the secondary current path 22. The semiconductor switch 24 is then opened again. The second threshold value is adjusted such that the arc 32 does not re-ignite.

In 12 ist ein Schaltkreis dieser Variante des Hybridschalters 10 dargestellt, wobei im Wesentlichen der Schwingkreis 80 sowie die Kontrolleinheit 84 dargestellt sind. Die Kontrolleinheit 84 wird über die Energiequelle 46 mit elektrischer Spannung versorgt. Es sind drei Transistoren 86 vorhanden, die derart mit einem ersten Kontrollwiderstand 88 und einem zweiten Kontrollwiderstand 90 verschaltet sind, dass ein elektrischer Strom, der durch den ersten Kontrollwiderstand 88 fließt auch durch den zweiten Kontrollwiderstand 90 fließen muss. Dabei ist sind zwei der Transistoren 86 und der zweite Kontrollwiderstand 90 elektrisch in Reihe zwischen die beiden Potentiale der Energiequelle 46 geschaltet. Der verbleibenden Transistor 86, der erste Kontrollwiderstand 88 und eine Kontrollkapazität 91 sind elektrisch in Reihe ebenfalls zwischen die beiden Potentiale der Energiequelle 46 geschaltet.In 12 a circuit of this variant of the hybrid switch 10 is shown, essentially the resonant circuit 80 and the control unit 84 being shown. The control unit 84 is supplied with electrical voltage via the energy source 46. There are three transistors 86, which are connected to a first control resistor 88 and a second control resistor 90 in such a way that an electrical current that flows through the first control resistor 88 must also flow through the second control resistor 90. Two of the transistors 86 and the second control resistor 90 are electrically connected in series between the two potentials of the energy source 46. The remaining transistor 86, the first control resistor 88 and a control capacitor 91 are also electrically connected in series between the two potentials of the energy source 46.

Somit ist der Spannungsfall über den zweite Kontrollwiderstand 90 proportional zu dem Ladestrom der Kapazität 82. Diese Spannung wird durch einen RC-Filter geglättet, der parallel zu den beiden elektrisch in Reihe geschalteten Transistoren 86 geschaltet ist, und der aus einem dritten Kondensator 92 und einem siebten Widerstand 94 besteht. Die geglättete Spannung wird an den Sensoreingang eines Spannungsreglers 96 weitergegeben, der sperrt, sobald die gemessene Spannung über 2,5V steigt, und der elektrisch in Reihe mit einem achten Widerstand 98 zwischen die beiden Potentiale der Energiequelle 46 geschaltet ist.Thus, the voltage drop across the second control resistor 90 is proportional to the charging current of the capacitor 82. This voltage is smoothed by an RC filter, which is connected in parallel to the two transistors 86 connected electrically in series, and which consists of a third capacitor 92 and a seventh resistance 94 exists. The Smoothed voltage is passed on to the sensor input of a voltage regulator 96, which blocks as soon as the measured voltage rises above 2.5V, and which is electrically connected in series with an eighth resistor 98 between the two potentials of the energy source 46.

Zwischen die beiden Potentiale der Energiequelle 46 ist zudem eine elektrische Reihenschaltung aus einem neunten Widerstand 100 und einem vierten Kondensator 102 geschaltet, zu dem parallel eine dritte Zenerdiode 104 geschaltet ist. Über den neunten Widerstand 100 wird bei Betrieb der vierte Kondensator 102 geladen, wobei die Ladespannung mittels der dritten Zenerdiode 104 begrenzt ist. Die Ladespannung liegt aufgrund der Verschaltung an dem Gate eines ersten MOSFETs 106 und an dem Gate eines zweiten MOSFETs 108 an. Sofern die elektrische Spannung an Source des jeweiligen MOSFETs 106, 108 geringer als am jeweiligen Gate ist, ist der jeweilige MOSFET 106, 108 niederohmig.An electrical series circuit consisting of a ninth resistor 100 and a fourth capacitor 102 is also connected between the two potentials of the energy source 46, to which a third Zener diode 104 is connected in parallel. During operation, the fourth capacitor 102 is charged via the ninth resistor 100, the charging voltage being limited by means of the third Zener diode 104. Due to the interconnection, the charging voltage is present at the gate of a first MOSFET 106 and at the gate of a second MOSFET 108. If the electrical voltage at the source of the respective MOSFET 106, 108 is lower than at the respective gate, the respective MOSFET 106, 108 has a low resistance.

Parallel zu der Kontrollkapazität 91 ist sowohl eine Reihenschaltung aus einer dritten Spule 110 und einem dritten MOSFET 112 aus auch eine Reihenschaltung aus einer vierten Spule 114 und einem vierten MOSFET 116 geschaltet. Zwischen die dritte Spule 110 und die vierte Spule 114 sowie zwischen den dritten MOSFET 112 und den vierten MOSFET 114 ist der Schwingkreis 80 geschaltet.A series connection consisting of a third coil 110 and a third MOSFET 112 as well as a series connection consisting of a fourth coil 114 and a fourth MOSFET 116 are connected in parallel with the control capacitance 91. The resonant circuit 80 is connected between the third coil 110 and the fourth coil 114 and between the third MOSFET 112 and the fourth MOSFET 114.

Parallel zu dem dritten MOSFET 112 ist eine elektrische Reihenschaltung aus einem fünften Kondensator 118 und einem zehnten Widerstand 120 geschaltet. Der fünfte Kondensator 118 ist mittels einer zweiten Diode 122 überbrückt, über die die dritte Spule 110 mit dem ersten MOSFET 106 elektrisch kontaktiert ist. Der erste MOSFET 106 ist über einen elften Widerstand 124 gegen das Gate des vierten MOSFET 116 geführt. Parallel zu dem vierten MOSFET 116 ist eine elektrische Reihenschaltung aus einem sechsten Kondensator 126 und einem zwölften Widerstand 128 geschaltet. Der sechste Kondensator 126 ist mittels einer dritten Diode 130 überbrückt, über die die vierte Spule 114 mit dem zweiten MOSFET 108 elektrisch kontaktiert ist. Der zweite MOSFET 108 ist über einen dreizehnten Widerstand 132 gegen das Gate des dritten MOSFET 112 geführt.An electrical series circuit consisting of a fifth capacitor 118 and a tenth resistor 120 is connected in parallel with the third MOSFET 112. The fifth capacitor 118 is bridged by means of a second diode 122, via which the third coil 110 is electrically contacted with the first MOSFET 106. The first MOSFET 106 is connected to the gate of the fourth MOSFET 116 via an eleventh resistor 124. An electrical series circuit consisting of a sixth capacitor 126 and a twelfth resistor 128 is connected in parallel with the fourth MOSFET 116. The sixth capacitor 126 is bridged by means of a third diode 130, via which the fourth coil 114 is electrically contacted with the second MOSFET 108. The second MOSFET 108 is connected to the gate of the third MOSFET 112 via a thirteenth resistor 132.

Das Gate des dritten MOSFETs 112 ist über eine elektrische Reihenschaltung aus dem dreizehnten Widerstand 132 und einer vierten Zenerdiode 134 mit einem der elektrischen Potentiale der Energiequelle 46 kontaktiert. Über eine elektrische Reihenschaltung aus dem dreizehnten Widerstand 132, einem vierzehnte Widerstand 136 und dem neunten Widerstand 100 ist das Gate des dritten MOSFETs 112 mit dem anderen elektrischen Potential der Energiequelle 46 kontaktiert.The gate of the third MOSFET 112 is contacted with one of the electrical potentials of the energy source 46 via an electrical series connection consisting of the thirteenth resistor 132 and a fourth Zener diode 134. The gate of the third MOSFET 112 is contacted with the other electrical potential of the energy source 46 via an electrical series connection consisting of the thirteenth resistor 132, a fourteenth resistor 136 and the ninth resistor 100.

Das Gate des vierten MOSFETs 116 ist über eine elektrische Reihenschaltung aus dem elften Widerstand 124 und einer fünfte Zenerdiode 138 mit einem der elektrischen Potentiale der Energiequelle 46 kontaktiert. Über eine elektrische Reihenschaltung aus dem elften Widerstand 124, einem fünfzehnten Widerstand 140 und dem neunten Widerstand 100 ist das Gate des vierten MOSFETs 116 mit dem anderen elektrischen Potential der Energiequelle 46 kontaktiert.The gate of the fourth MOSFET 116 is contacted with one of the electrical potentials of the energy source 46 via an electrical series connection of the eleventh resistor 124 and a fifth Zener diode 138. The gate of the fourth MOSFET 116 is contacted with the other electrical potential of the energy source 46 via an electrical series connection consisting of the eleventh resistor 124, a fifteenth resistor 140 and the ninth resistor 100.

Folglich wird die elektrische Spannung über den Schwingkreis 80 mittels des fünften Kondensators 118 und des sechsten Kondensator 126 sowie den ersten und zweiten MOSFET 106, 108 auf den dritten und vierten MOSFET 112, 116 geschaltet. Dies ermöglichtes, den dritten und vierten MOSFET 112, 116 nahe deren Spannungsnulldurchgang zu schalten und somit die Schaltverluste gering zu halten.Consequently, the electrical voltage via the resonant circuit 80 is switched to the third and fourth MOSFETs 112, 116 by means of the fifth capacitor 118 and the sixth capacitor 126 as well as the first and second MOSFETs 106, 108. This makes it possible to switch the third and fourth MOSFETs 112, 116 close to their voltage zero crossing and thus keep the switching losses low.

Die vierte und fünfte Spule 110, 114 verhindern einen Kurzschluss, wenn der dritte und vierte MOSFET 112, 116 durchschalten und führen die aufgenommene Energie erneut dem Schwingkreis 80 zu. Da die Zweige über den fünften Kondensator 118 und den sechsten Kondensator 126 kapazitiv angeschlossen sind, wird ein dauerhaftes Durchsteuern des dritten und vierten MOSFETs 112, 116 sicher vermieden. Ein sicheres Sperren des dritten und vierten MOSFETs 112, 116 wird mittels der zweiten bzw. dritten Diode 122, 130 gewährleistet. Um ein Anschwingen der Schaltung sicherzustellen, werden die Gates des dritten und vierten MOSFETs 112, 116 mittels des jeweiligen Spannungsteilers aus dem zwölften und vierzehnten Widerstand 128, 136 bzw. dem zehnten und fünfzehnten Widerstand 120, 140 mit in etwa deren jeweiliger Threshold-Spannung vorgeladen. Infolgedessen arbeiten der dritte und vierte MOSFETs 112, 116 nach Art eines Verstärkers, bis der Schwingkreis 80 dessen Betriebsspannung erreicht hat.The fourth and fifth coils 110, 114 prevent a short circuit when the third and fourth MOSFETs 112, 116 switch on and supply the absorbed energy to the resonant circuit 80 again. Since the branches are capacitively connected via the fifth capacitor 118 and the sixth capacitor 126, permanent turning on of the third and fourth MOSFETs 112, 116 is reliably avoided. Safe blocking of the third and fourth MOSFETs 112, 116 is ensured by means of the second and third diodes 122, 130, respectively. In order to ensure that the circuit oscillates, the gates of the third and fourth MOSFETs 112, 116 are precharged with approximately their respective threshold voltage using the respective voltage divider from the twelfth and fourteenth resistors 128, 136 and the tenth and fifteenth resistors 120, 140 . As a result, the third and fourth MOSFETs 112, 116 operate in the manner of an amplifier until the resonant circuit 80 has reached its operating voltage.

Die dem Schwingkreis 80 zugeführte Energie wird der Kontrollkapazität 91 entnommen, der über den ersten Kontrollwiderstand 88 nachgeladen wird. Da neben einem Grundbedarf maßgeblich die Güte/Belastung des Schwingkreises 80 die Energieaufnahme bedingt, kann über die Stromaufnahme direkt die elektrische Kenngröße 20 ermittelt werden. Der erste Kontrollwiderstand 88 dient der Begrenzung der Leistungsaufnahme des Schwingkreises 80 und verhindert, dass die Transistoren 86 beschädigt werden. Zusätzlich wird hierdurch ein signifikanten Leistungseintrag über den Transformator 78 auf das in dem Trennelement 16 vorhandene ionisierte Gas und/oder den Lichtbogen 32 unterbunden. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, kann das Wicklungsverhältnis der beiden Spulen 74, 76 angepasst oder die Betriebsspannung des Schwingkreises 80 erhöht werden.The energy supplied to the resonant circuit 80 is taken from the control capacitance 91, which is recharged via the first control resistor 88. Since, in addition to a basic requirement, the quality/load of the resonant circuit 80 largely determines the energy consumption, the electrical parameter 20 can be determined directly via the current consumption. The first control resistor 88 serves to limit the power consumption of the resonant circuit 80 and prevents the transistors 86 from being damaged. In addition, this prevents a significant power input via the transformer 78 to the ionized gas and/or the arc 32 present in the separating element 16. In order to increase the sensitivity, the winding ratio of the two coils 74, 76 can be adjusted or the Operating voltage of the resonant circuit 80 can be increased.

Claims

Method (28) for operating a hybrid switch (10), which has a main current path (14) with a separating element (16) and a secondary current path (22) connected in parallel to the main current path (14) with a semiconductor switch (26), in which - the separating element (16) is opened, - an electrical parameter (20) of the main current path (14) is determined, - A current flow is set via the semiconductor switch (24) depending on the parameter (20), an electrical current induced in the main current path (14) being used as the electrical parameter (20).

Procedure (28) according to Claim 1 , characterized in that the electrical parameter (20) is regulated to a target value by adjusting the current flow.

Procedure (28) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the electrical characteristic (20) is detected when the semiconductor switch (24) is closed, and that the semiconductor switch (24) is opened as a function of a comparison of the electrical characteristic (20) with a first threshold value.

Method (28) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the electrical characteristic (20) is detected when the semiconductor switch (24) is open, and that the semiconductor switch (24) is closed when the electrical characteristic (20) reaches a second threshold value.

Hybrid switch (10), which has a main current path (14) with a separating element (16) and a secondary current path (22) connected in parallel to the main current path (14) with a semiconductor switch (24), and according to a method (28) according to one of Claims 1 until 4 is operated.