DE102006004182B3

DE102006004182B3 - Power converter with a switching device

Info

Publication number: DE102006004182B3
Application number: DE200610004182
Authority: DE
Inventors: Uffe Borup; Jens Ulrik Jaeger; Poul Erik Seekjaer
Original assignee: PowerLynx AS
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-01-28
Also published as: WO2007085258A3; WO2007085258A2

Abstract

Es wird ein Leistungswandler mit einer elektrischen Leistungsquelle angegeben, die in Reihe mit einer Schalteinrichtung angeordnet ist, wobei die Schalteinrichtung ein Schaltelement und ein zusätzliches elektrisches Element aufweist, das parallel zum Schaltelement angeordnet ist. Beim Trennen großer Lasten bei hoher Spannung und hoher Stromstärke kann es zu gefährlichen Lichtbögen kommen. Um ein gefahrloses Trennen des Leistungswandlers von einer Spannungsquelle zu gewährleisten ist das zusätzliche elektrische Element (7, 10, 11) als Sicherung (7), temperaturabhängiger Widerstand (10) oder Kondensator (11) ausgebildet.A power converter is specified with an electrical power source which is arranged in series with a switching device, the switching device having a switching element and an additional electrical element which is arranged parallel to the switching element. Dangerous arcing can occur when disconnecting large loads at high voltage and high current. In order to ensure safe disconnection of the power converter from a voltage source, the additional electrical element (7, 10, 11) is designed as a fuse (7), temperature-dependent resistor (10) or capacitor (11).

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungswandler mit einer elektrischen Leistungsquelle, die in Reihe mit einer Schalteinrichtung angeordnet ist, wobei die Schalteinrichtung ein Schaltelement und ein zusätzliches elektrisches Element aufweist, das parallel zum Schaltelement angeordnet ist.The The invention relates to a power converter with an electrical Power source arranged in series with a switching device is, wherein the switching device is a switching element and an additional having electrical element disposed parallel to the switching element is.

Leistungswandler werden zum Beispiel zum Umformen von Gleichspannung in Wechselspannung eingesetzt. Gleichspannungsquellen sind beispielsweise Batterien, Brennstoffzellen oder photovoltaische Anlagen. Photovoltaische Anlagen können pro Reihe durchaus Spannungen in der Größenordnung von 1000 V bei Stromstärken in der Größenordnung von 10 A erzeugen, die im Leistungswandler umgeformt werden müssen.power converter For example, to convert from DC voltage to AC voltage used. DC voltage sources are, for example, batteries, Fuel cells or photovoltaic systems. Photovoltaic systems can pro Series quite voltages in the order of 1000 V at currents in of the order of magnitude of 10 A, which must be reshaped in the power converter.

Es ist bekannt, daß beim Schalten hoher Leistungen Lichtbögen zwischen den Schaltkontakten auftreten, über die kurz nach dem Öffnen des Schalters Strom fließt und die zu einer Zerstörung der Schaltkontakte führen. Deshalb können Standardschalter nicht dazu verwendet werden, hohe Lasten von einer Leistungsquelle zu trennen. Falls Schalten bei hohen Lasten notwendig ist, werden dafür spezielle Bauelemente eingesetzt, wie zum Beispiel schnellschaltende (vorgespannte) Schalter, magnetische Schalter oder elektronische Schalter.It is known that in Switching high power arcs between the switch contacts occur shortly after opening the switch Electricity flows and to a destruction lead the switch contacts. That's why Standard switches are not used to handle high loads of one Separate power source. If switching is necessary at high loads is, be for it special components used, such as fast-switching (preloaded) switches, magnetic switches or electronic Switch.

Eine Schalteinrichtung zum Unterbrechen der Spannungs- bzw. Stromversorgung bei hoher Last, die ohne spezielle Schalter auskommt, ist aus EP 1 039 611 A2 bekannt. Die zu schaltende Leistung wird dabei von einem Schalter auf mindestens zwei Schalter verteilt. In einem ersten Zweig ist ein erster Schalter angeordnet, der eine Last mit einer Leistungsquelle verbindet. Ein zweiter Zweig ist parallel zum ersten Zweig angeordnet und weist einen zweiten Schalter, eine Sicherung und einen Widerstand auf. Ist der zweite Schalter geschlossen, kann über den zweiten Zweig Strom fließen, so daß die Spannung über den ersten Schalter so gering ist, daß er geöffnet werden kann, ohne daß ein Lichtbogen entsteht. Anschließend kann der zweite Schalter, der durch die Sicherung und den Widerstand vor einem zu hohen Strom geschützt wird, geöffnet werden, um die Last vollständig von der Leistungsquelle zu trennen. Durch weitere parallele Schaltkreise kann die Schaltleistung auch auf weitere Schalter verteilt werden.A switching device for interrupting the power supply at high load, which does not require special switch is off EP 1 039 611 A2 known. The power to be switched is distributed by a switch on at least two switches. In a first branch, a first switch is arranged, which connects a load to a power source. A second branch is arranged parallel to the first branch and has a second switch, a fuse and a resistor. If the second switch is closed, current can flow through the second branch, so that the voltage across the first switch is so low that it can be opened without causing an arc. Subsequently, the second switch, which is protected by the fuse and the resistor from too high a current, can be opened to completely disconnect the load from the power source. By further parallel circuits, the switching power can be distributed to other switches.

Eine weitere Schalteinrichtung zum Schalten hoher Leistungen wird in EP 0 850 486 B1 beschrieben. Auch dort wird die Schaltleistung auf zwei Schalter verteilt, wobei entweder der erste Schalter in Serie mit einem zweiten Schalter verbunden ist, zu dem ein Widerstand parallel angeordnet ist oder der erste Schalter parallel mit einer Reihenschaltung vom zweiten Schalter und einem Widerstand angeordnet ist. Als Widerstand wird ein temperaturabhängiger Widerstand verwendet, eine zusätzliche Sicherung ist nicht vorgesehen. Im ersten Fall wird zum Trennen einer Last von einer Leistungsquelle zuerst der zweite Schalter geöffnet, über dem nur eine geringe Spannung abfällt, da der Strom über den parallelen Widerstand fließen kann. Dieser erwärmt sich dabei, so daß sich der Widerstand erhöht. Dadurch fließt nur noch ein geringer Strom, so daß der erste Schalter nur noch einer geringen Schaltleistung ausgesetzt ist. Im zweiten Fall entspricht der Ablauf prinzipiell dem Ablauf bei der aus EP 1 039 611 A2 bekannten Lösung, außer daß sich der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands nach Öffnen des zweiten Schalters erhöht, und daß auf eine zusätzliche Sicherung verzichtet wird.Another switching device for switching high power is in EP 0 850 486 B1 described. Again, the switching power is distributed to two switches, wherein either the first switch is connected in series with a second switch to which a resistor is arranged in parallel or the first switch is arranged in parallel with a series circuit of the second switch and a resistor. As a resistor, a temperature-dependent resistor is used, an additional fuse is not provided. In the first case, to disconnect a load from a power source, first the second switch is opened, above which only a small voltage drops, since the current can flow across the parallel resistor. This heats up so that the resistance increases. As a result, only a small current flows, so that the first switch is only exposed to a low switching capacity. In the second case, the procedure corresponds in principle to the sequence at EP 1 039 611 A2 known solution, except that increases the resistance of the temperature-dependent resistor after opening the second switch, and that is dispensed with an additional fuse.

Aus DE 195 02 210 A1 ist ein strombegrenzer Nennstrommodul bekannt, wobei zu einem Schaltelement ein ohmscher Widerstand und ein temperaturabhängiger Widerstand parallel geschaltet sind. Um einen möglichen Maximalstrom zu vergrößern, können dieser Parallelschaltung weitere Module bestehend aus einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand mit einem temperaturabhängigen Widerstand parallel geschaltet sein.Out DE 195 02 210 A1 is a current-limiting nominal current module known, wherein a switching element, an ohmic resistance and a temperature-dependent resistor are connected in parallel. In order to increase a possible maximum current, this parallel circuit further modules may be connected in parallel consisting of a series circuit of an ohmic resistance with a temperature-dependent resistor.

Aus US 4,583,146 ist eine Schalteinrichtung bekannt, die auch bei hohen Spannungen und Strömen geöffnet werden kann. Die Schalteinrichtung weist ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement auf, die in Reihe geschaltet sind. Parallel zum zweiten Schaltelement sind ein temperaturabhängiger Widerstand und ein spannungsabhängiger Widerstand angeordnet. Zum Unterbrechen eines Stroms zwischen den beiden Anschlüssen wird zunächst das zweite Schaltelement geöffnet. Der Strom fließt daraufhin über den temperaturabhängigen Widerstand, der sich dabei erwärmt, so dass schließlich der Spannungsabfall über den temperaturabhängigen Widerstand so groß wird, dass der Strom auch durch den spannungsabhängigen Widerstand fließt. Über diesen Widerstand fällt schließlich eine Spannung ab, die in etwa der Versorgungsspannung entspricht, so dass kein Strom mehr fließt und das erste Schaltelement gefahrlos geöffnet werden kann, ohne dass ein Lichtbögen entsteht.Out US 4,583,146 a switching device is known which can be opened even at high voltages and currents. The switching device has a first switching element and a second switching element, which are connected in series. Parallel to the second switching element, a temperature-dependent resistor and a voltage-dependent resistor are arranged. To interrupt a current between the two terminals, the second switching element is first opened. The current then flows through the temperature-dependent resistor, which heats up, so that finally the voltage drop across the temperature-dependent resistor becomes so great that the current also flows through the voltage-dependent resistor. Finally, a voltage which approximately corresponds to the supply voltage drops over this resistance so that no current flows and the first switching element can be safely opened without an arcing occurring.

Durch die Verwendung mehrerer Schalter entstehen jedoch weitere Fehlerquellen. Beispielsweise entstehen durch verschmutzte Kontakte Leistungsverluste, die besonders beim Betrieb photovoltaischer Anlagen bedeutsam sein können. Außerdem muß gewährleistet werden, daß die einzelnen Schalter immer in der gewünschten Reihenfolge betätigt werden. Erfolgt dies über eine elektrische Steuerung, entstehen weitere Leistungsverluste. Eine mechanische Steuerung erfordert dagegen einen größeren Bauraum und verursacht höhere Herstellungskosten.By However, the use of multiple switches arise more sources of error. For example, caused by contaminated contacts power losses, which are particularly important in the operation of photovoltaic systems can. In addition, it must be ensured be that the individual switch always be operated in the desired order. This is done over an electrical control, additional power losses occur. A mechanical control, however, requires a larger space and causes higher Production costs.

Die Installation von photovoltaischen Anlagen unterliegt vielen Richtlinien, zum Beispiel der VDE 0100-7-712/ICE60364-7-712. Diese Richtlinie besagt, daß der Umwandler für Wartungsarbeiten derart von der Leistungsquelle getrennt werden muß, daß eine Gefährdung von Personen ausgeschlossen werden kann. Diese Trennung erfolgt in der Regel durch elektronische Schalter. Allerdings muß für den Fall einer Störung der Elektronik eine sichere, physikalische Trennung möglich sein.The Installation of photovoltaic systems is subject to many guidelines, for example the VDE 0100-7-712 / ICE60364-7-712. This directive states that the Converter for Maintenance work can be separated from the power source must, that a danger of Persons can be excluded. This separation takes place in the Usually by electronic switches. However, in the case a fault the electronics a safe, physical separation be possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungswandler bereitzustellen, der gefahrlos von einer Spannungsquelle entfernt werden kann, auch wenn ein normales Herunterfahren des Leistungswandlers nicht möglich ist.Of the Invention has for its object to provide a power converter, which can be safely removed from a voltage source, too if a normal shutdown of the power converter is not possible.

Diese Aufgabe wird durch einen Leistungswandler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das zusätzliche elektrische Element als Sicherung, temperaturabhängiger Widerstand oder Kondensator ausgebildet ist, wobei die Stellung des Schaltelements direkt von der anliegenden Spannung und/oder von einem elektrischen Signal und/oder von der Stellung eines mechanischen Schalters abhängig ist.These Task is by a power converter of the aforementioned Kind solved by the additional electrical element as a fuse, temperature-dependent resistor or capacitor is formed, wherein the position of the switching element directly from the applied voltage and / or of an electrical signal and / or is dependent on the position of a mechanical switch.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß ein relativ kostengünstiger Schalter verwendet werden kann, da über den Schalter im Moment des Öffnens nur eine geringe Leistung umgesetzt wird. Durch das parallele Element fließt bei geöffnetem Schalter nur noch ein geringer Strom, so daß der Leistungswandler gefahrlos entfernt werden kann. Wird eine Schmelzsicherung als paralleles Element eingesetzt, so muß diese nach Überschreitung eines maximalen Stromes ersetzt werden. Da bloß ein Schalter verwendet wird, kann auf eine zusätzliche Steuerung verzichtet werden. Gleichzeitig wird der Platzbedarf gering gehalten.These solution has the advantage that a relatively cheaper Switch can be used because over the switch at the moment of opening only a small power is converted. By the parallel element flows when open Switch only a small current, so that the power converter safely can be removed. Will a fuse be as parallel Element used, it must after exceeding to be replaced by a maximum current. Since only one switch is used, can on an additional Control be waived. At the same time the space requirement is low held.

Ist die Stellung des. Schaltelements von der anliegenden Spannung abhängig, ist ein Schließen des Schalters bei einem internen Kurzschluß des Leistungswandlers auf einfache Weise zu verhindern, da diese Spannung im Kurzschlußfall sehr gering ist. Ist die Stellung des Schaltelements von einem elektrischen Signal abhängig, kann die Steuereinheit des Umwandlers im Störfall auf einfache Weise dafür sorgen, daß der Schalter geöffnet wird, so daß der Leistungswandler gefahrlos entfernt werden kann. Mit einem mechanischen Schalter kann die Stellung des Schalters völlig unabhängig von elektrischen Größen beeinflußt werden.is the position of the. Switching element of the voltage applied, is dependent a closing of the Switch on an internal short circuit of the power converter easy way to prevent, since this voltage in the case of short circuit very is low. Is the position of the switching element of an electrical Signal dependent, In the event of a malfunction, the control unit of the converter can easily that the Switch open so that the Power converter can be safely removed. With a mechanical Switch, the position of the switch can be influenced completely independent of electrical variables.

Vorzugsweise ist das Schaltelement als mechanisch betätigbarer Schalter ausgebildet. Die Schalteinrichtung kann dann besonders einfach aufgebaut sein, da keine zusätzliche Verkabelung notwendig ist. Durch einen Bediener ist dann jederzeit eine gesicherte Trennung des Leistungswandlers von der Spannungsquelle möglich.Preferably the switching element is designed as a mechanically actuated switch. The switching device can then be particularly simple, there no additional Cabling is necessary. An operator is then always one Secured separation of the power converter from the voltage source possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Schaltelement als elektrisch gesteuerter Schalter ausgebildet. Ein solcher Schalter ist zum Beispiel ein Relais, welches durch das Anliegen einer Spannung geschlossen wird und im spannungsfreien Zustand geöffnet ist. Dadurch ergeben sich automatisierte Steuerungsmöglichkeiten.In In a preferred embodiment, the switching element is electrical controlled switch formed. Such a switch is for example a relay which closes by applying a voltage is and is open in a de-energized state. This results automated control options.

Vorzugsweise weist der Leistungswandler ein Überwachungssystem für die Sicherung auf. Bei nicht intakter Sicherung fällt über den Schalter beim Öffnen eine so hohe Spannung ab, daß gefährliche Lichtbögen entstehen. Deshalb ist es wünschenswert, daß der Leistungswandler bei nicht intakter Sicherung gar nicht in Betrieb genommen werden kann. Ist der Schalter direkt von der anliegenden Spannung abhängig, kann auf einfache Weise sichergestellt werden, daß die Steuerspannung nur bei intakter Sicherung aufgebaut wird, so daß der Schalter auch nur bei intakter Sicherung geschlossen werden kann. Ansonsten geschieht dies am einfachsten durch eine Überwachung des Potentials an der vom Eingang abgewandten Seite der Schalteinrichtung.Preferably the power converter has a monitoring system for the Fuse on. If the fuse is not intact, the switch will open when opening so high voltage that dangerous arcs arise. That is why it is desirable that the Power converter not working at not intact fuse can be taken. Is the switch directly from the applied voltage dependent, can be easily ensured that the control voltage is built only with intact fuse, so that the switch only at intact fuse can be closed. Otherwise happens the easiest way to do this is by monitoring the potential at the side facing away from the input side of the switching device.

Vorzugsweise weist der Leistungswandler einen Lichtbogensensor auf, der beim Auftreten eines Lichtbogens ein Signal an die Schalteinrichtung sendet. Dadurch wird der Schalter geöffnet und der Strom so weit reduziert, daß eine Gefährdung ausgeschlossen werden kann. Der Lichtbogensensor kann dabei z.B. im Leistungswandler integriert sein oder als optischer Sensor das Auftreten von Lichtbögen bei den Verbindungselementen erkennen.Preferably has the power converter on an arc sensor, the at Occurrence of an arc a signal to the switching device sends. This opens the switch and the power so far reduces that one endangering can be excluded. The arc sensor may be e.g. be integrated in the power converter or as an optical sensor Occurrence of arcs at recognize the fasteners.

Zweckmäßigerweise wandelt der Leistungswandler Gleichstrom in Wechselstrom um, wobei die Schalteinrichtung im Gleichstromzweig angeordnet ist. Bei Gleichstrom ist die Gefahr des Auftretens von Lichtbögen bei hohen Spannungen und Strömen deutlich größer als bei Wechselstrom. Deshalb kommt dem Vorhandensein einer Schalteinrichtung zum sicheren Trennen von Last und Quelle eine größere Bedeutung zu.Conveniently, The power converter converts DC into AC, where the switching device is arranged in the DC branch. At DC is the risk of arcing at high voltages and Flow clearly greater than at alternating current. Therefore, the presence of a switching device comes to safe separation of load and source more important.

Besonders bevorzugt ist die Leistungsquelle als photovoltaische Anlage ausgebildet. Eine solche Anlage er zeugt eine Leistung, durch die beim Trennen von Kontakten gefährliche Lichtbögen erzeugt werden können.Especially Preferably, the power source is designed as a photovoltaic system. Such a system he testifies to a performance by the separation of contacts dangerous electric arc can be generated.

Vorzugsweise ist die Leistungsquelle als Brennstoffzelle ausgebildet. Brennstoffzellen benötigen zum Ausschalten eine gewisse Zeit, da sie aus einer chemischen Reaktion Strom erzeugen. Im Störfall kann jedoch auch ein schnelles Trennen des Leistungswandlers erforderlich werden, so daß eine Schalteinrichtung zum sicheren Trennen besonders vorteilhaft ist.Preferably, the power source is designed as a fuel cell. Fuel cells need a certain amount of time to turn off because they generate electricity from a chemical reaction. In case of failure, however, a fast disconnection of the power converter may be required, so that a switching device for safe separation especially is advantageous.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Leistungsquelle als Batterieanordnung mit einer oder mehreren Batterien ausgebildet. Auch eine solche Quelle kann nicht einfach abgestellt werden, so daß es günstig ist, an der Last eine Schalteinrichtung zum sicheren Trennen vorzusehen.In a further embodiment is the power source as a battery assembly with one or more Batteries formed. Even such a source can not be easy be turned off so that it Cheap is to provide on the load a switching device for safe separation.

Bevorzugterweise sind das Schaltelement und das zusätzliche elektrische Element in einem Verbindungsgehäuse angeordnet. Der Leistungswandler kann dann mit geringem Aufwand mit einer Schalteinrichtung ausgestattet werden.preferably, are the switching element and the additional electrical element in a connector housing arranged. The power converter can then with little effort equipped with a switching device.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:The Invention will be described below with reference to preferred embodiments described in conjunction with the drawing. Herein show:

1 eine Prinzipskizze der Erfindung, wobei das zusätzliche elektrische Element als Schmelzsicherung ausgebildet ist, 1 a schematic diagram of the invention, wherein the additional electrical element is designed as a fuse,

2 eine Prinzipskizze der Erfindung, wobei das zusätzliche elektrische Element als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist, 2 a schematic diagram of the invention, wherein the additional electrical element is designed as a temperature-dependent resistor,

3 eine Prinzipskizze der Erfindung, wobei das zusätzliche elektrische Element als Kondensator ausgebildet ist, 3 a schematic diagram of the invention, wherein the additional electrical element is designed as a capacitor,

4 eine weitere Ausführungsform, 4 another embodiment,

5 die Ausführungsform nach 4, die um einen Lichtbogensensor erweitert ist, 5 the embodiment according to 4 which is extended by an arc sensor,

6 schematisch eine Ausführungsform, bei der die Schalteinrichtung als Verbindungselement mit je zwei Ein- und Ausgängen ausgebildet ist, und 6 schematically an embodiment in which the switching device is designed as a connecting element with two inputs and outputs, and

7 die Schalteinrichtung mit mechanischem Schalter. 7 the switching device with mechanical switch.

In 1 ist die Grundidee der Erfindung dargestellt. Eine Gleichspannungsquelle 1, zum Beispiel eine photovoltaische Anlage, eine Batterie oder eine Brennstoffzelle, erzeugt eine hohe Gleichspannung von beispielsweise 1000 V bei 10 A Stromstärke. Genauso gut kann auch eine niedrigere Spannung von weniger als 100 V bei Stromstärken von mehr als 100 A zur Verfügung gestellt werden. Diese Werte sind im übrigen nur beispielhaft genannt und nicht als Beschränkung zu verstehen. Ein Leistungswandler 2 ist über zwei Verbindungselemente 3 mit der Gleichspannungsquelle 1 verbunden. Zwischen einem Eingang des Leistungswandlers 2 und einer Umwand lungseinheit 4 ist eine Schalteinrichtung 5 angeordnet. Die Schalteinrichtung 5 weist einen einzelnen elektrisch gesteuerten Schalter 6 auf. Parallel zum Schalter 6 befindet sich eine Schmelzsicherung 7. Der elektrisch gesteuerte Schalter 6 wird durch eine Spannung zwischen den Punkten A und B geschlossen. Über einen Handschalter 8 kann die Verbindung zwischen den Punkten A und B unterbrochen werden, so daß sich der elektrisch gesteuerte Schalter 6 öffnet. Über eine Steuerleitung 9 erhält der Umwandler 4 eine Rückmeldung über die Stellung des elektrisch gesteuerten Schalters 6.In 1 the basic idea of the invention is shown. A DC voltage source 1 , For example, a photovoltaic system, a battery or a fuel cell, generates a high DC voltage of, for example, 1000 V at 10 A current. Equally well, a lower voltage of less than 100V can be provided at currents greater than 100A. Incidentally, these values are given by way of example only and are not intended to be limiting. A power converter 2 is about two fasteners 3 with the DC voltage source 1 connected. Between an input of the power converter 2 and a conversion unit 4 is a switching device 5 arranged. The switching device 5 has a single electrically controlled switch 6 on. Parallel to the switch 6 there is a fuse 7 , The electrically controlled switch 6 is closed by a voltage between points A and B. Via a handset 8th the connection between the points A and B can be interrupted, so that the electrically controlled switch 6 opens. Via a control line 9 the converter gets 4 a feedback about the position of the electrically controlled switch 6 ,

Die Funktionsweise des Systems wird im folgenden mit einer photovoltaischen Anlage als Gleichspannungsquelle beschrieben. Dies ist jedoch nicht als Beschränkung zu sehen. Es kann im Prinzip jede Art von Spannungsquelle eingesetzt werden.The Operation of the system will be described below with a photovoltaic System described as DC voltage source. This is not as restriction to see. It can be used in principle any type of voltage source become.

Erzeugt die photovoltaische Anlage keine Spannung, ist der elektrisch gesteuerte Schalter 6 geöffnet, da auch zwischen den Punkten A und B keine Spannung abgreifbar ist. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung steigt die Quellspannung der photovoltaische Anlage 1. Bei intakter Sicherung 7 entsteht dabei auch ein Potentialunterschied zwischen den Punkten A und B, so daß der elektrisch gesteuerte Schalter 6 geschlossen wird und damit die Sicherung 7 kurzschließt. Ist die Sicherung 7 nicht in Ordnung, baut sich zwischen den Punkten A und B keine Spannung auf, und der elektrisch gesteuerte Schalter 6 bleibt geöffnet. Eine Inbetriebnahme des Leistungswandlers 2 ist also nur bei intakter Sicherung 7 möglich. Bei geschlossenem elektrisch gesteuertem Schalter 6 bekommt der Leistungswandler über eine Steuerleitung 9 ein Signal und kann angeschaltet werden.If the photovoltaic system does not generate any voltage, this is the electrically controlled switch 6 opened, as well as between the points A and B no voltage can be tapped. With increasing solar radiation, the source voltage of the photovoltaic system increases 1 , With intact fuse 7 This also creates a potential difference between the points A and B, so that the electrically controlled switch 6 is closed and thus the fuse 7 shorts. Is the fuse 7 not in order, no voltage builds up between points A and B, and the electrically controlled switch 6 stays open. Commissioning of the power converter 2 is only with intact security 7 possible. With electrically controlled switch closed 6 gets the power converter via a control line 9 a signal and can be turned on.

Soll der Leistungswandler 2 heruntergefahren werden, wird über den Handschalter 8, der Teil des Leistungswandlers, Teil der Spannungsquelle oder aber ein eigenständiges Bauteil sein kann, ein Steuersignal ausgegeben, so daß sich der Leistungswandler 2 ausstellt. Gleichzeitig oder mit einer kurzen Verzögerung wird die Verbindung zwischen A und B getrennt, so daß der elektrisch gesteuerte Schalter 6 geöffnet wird. Bei ausgeschaltetem Leistungswandler 2 fließt nur noch ein sehr geringer Strom, der weit unter dem Maximalstrom der Sicherung 7 liegt. Deshalb kann die Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle 1 und dem Leistungswandler 2 ohne die Gefahr der Entstehung von Lichtbögen getrennt werden.Should the power converter 2 Shut down is via the handset 8th , which may be part of the power converter, part of the voltage source or a separate component, a control signal output, so that the power converter 2 issues. At the same time or with a short delay, the connection between A and B is disconnected so that the electrically controlled switch 6 is opened. With the power converter switched off 2 only a very small current flows, which is far below the maximum current of the fuse 7 lies. Therefore, the connection between the DC power source 1 and the power converter 2 without the risk of arcs being separated.

Möglicherweise tritt zwischen den Eingängen des Leistungswandlers 2 ein Kurzschluß auf. Dies führt dazu, daß zwischen den Punkten A und B eine so geringe Spannung anliegt, daß sich der elektrisch gesteuerte Schalter 6 öffnet beziehungsweise gar nicht erst schließt. Fließt nur ein kleiner Kurzschlußstrom, der geringer als der Maximalstrom der Sicherung ist, kann der Leistungswandler 2 ohne weiteres entfernt werden. Bei einem größeren Kurzschlußstrom schmilzt die Sicherung 7, so daß die Verbindung unterbrochen wird. Auch dann ist ein gefahrloses Entfernen des Leistungswandlers 2 möglich. Wird der Leistungswandler 2 mit vertauschter Polung angeschlossen, wird er in der Regel durch eine Diode zwischen den Anschlußklemmen geschützt. Dies führt dann zu einem kurzschlußähnlichen Zustand. Sollte eine solche Diode nicht vorgesehen sein, so kann das Schließen des elektrisch gesteuerten Schalters 6 bei falscher Polung durch eine dazu in Reihe geschaltete Diode auf einfache Weise verhindert werden.Possibly occurs between the inputs of the power converter 2 a short circuit. This results in that between the points A and B so low voltage is applied that the electrically controlled switch 6 opens or does not close at all. If only a small short-circuit current that is less than the maximum current of the fuse flows, the power converter can 2 be removed easily. With a larger short-circuit current, the fuse melts 7 , So that the Connection is interrupted. Even then is a safe removal of the power converter 2 possible. Will the power converter 2 connected with reversed polarity, it is usually protected by a diode between the terminals. This then leads to a short-circuit-like state. If such a diode is not provided, then the closing of the electrically controlled switch 6 be prevented by a polarity connected in series in a simple manner with incorrect polarity.

Tritt während des Betriebs ein Fehler im Leistungswandler 2 auf, der durch das Bedienpersonal erkannt wird, wird das Bedienpersonal den Handschalter 8 betätigen, um dem Leistungswandler 2 das Signal zum Herunterfahren zu geben, worauf der Leistungswandler 2 möglicherweise nicht reagiert. Nach einer kurzen Zeit wird automatisch der elektrisch gesteuerte Schalter 6 geöffnet. Über den elektrisch gesteuerten Schalter 6 fällt in diesem Moment nur eine geringe Spannung ab, da über die parallelgeschaltete Sicherung 7 im Moment des Öffnens ein großer Strom fließen kann, weil die Sicherung 7 träger reagiert als die Schaltkontakte. Zwischen diesen Schaltkontakten entsteht deshalb auch kein Lichtbogen. Liegt der Strom über dem Maximalstrom der Sicherung 7, schmilzt diese, und der Leistungswandler 2 kann gefahrlos entfernt werden. Andernfalls ist der Strom so gering, daß beim Entfernen des Leistungswandlers 2 keine Gefährdung besteht.If a fault occurs in the power converter during operation 2 On, which is recognized by the operator, the operator becomes the hand switch 8th Press to the power converter 2 to give the shutdown signal to which the power converter 2 may not respond. After a short time, the electrically controlled switch will automatically turn on 6 open. Via the electrically controlled switch 6 falls at this moment only a low voltage, because of the parallel fuse 7 at the moment of opening a large current can flow because of the fuse 7 carrier reacts as the switch contacts. Therefore, there is no arc between these switching contacts. Is the current above the maximum current of the fuse 7 , this melts, and the power converter 2 Can be removed safely. Otherwise, the current is so low that when removing the power converter 2 there is no danger.

In 2 ist die Sicherung 7 durch einen temperaturabhängigen Widerstand 10 ersetzt. Der Vorteil eines temperaturabhängigen Widerstandes gegenüber einer Sicherung liegt darin, daß dieser nicht ersetzt werden muß. Der Widerstand eines temperaturabhängigen Widerstandes erhöht sich bei zunehmender Raumtemperatur und bei Erwärmung durch den hindurchfließenden Strom. Dadurch wird der Strom begrenzt. Wird der elektrisch gesteuerte Schalter 6 aufgrund einer der oben genannten Störungen geöffnet, kann über den in diesem Moment niederohmigen temperaturabhängigen Widerstand 10 ein großer Strom fließen, so daß über die Schaltkontakte nur eine geringe Spannung abfällt. Innerhalb weniger Millisekunden erhöht sich der Widerstand des temperaturabhängigen Widerstandes 10 jedoch so weit, daß nur noch ein so geringer Strom fließt, daß der Leistungswandler 2 gefahrlos entfernt werden kann. Ein weiterer Vorteil gegenüber der Lösung mit der Schmelzsicherung besteht darin, daß der temperaturabhängige Widerstand auch eingesetzt werden kann, wenn während der Startphase des Leistungswandlers auftretende Stromspitzen die Sicherung zerstören würden.In 2 is the fuse 7 by a temperature-dependent resistance 10 replaced. The advantage of a temperature-dependent resistance to a fuse is that it does not have to be replaced. The resistance of a temperature-dependent resistor increases with increasing room temperature and when heated by the current flowing through it. This limits the current. Will the electrically controlled switch 6 opened due to one of the above-mentioned disturbances, can on the currently low-resistance temperature-dependent resistance 10 a large current flow, so that only a small voltage drops across the switch contacts. Within a few milliseconds, the resistance of the temperature-dependent resistor increases 10 however, so far that only such a small current flows that the power converter 2 can be removed safely. Another advantage over the solution with the fuse is that the temperature-dependent resistor can also be used if occurring during the startup phase of the power converter current spikes would destroy the fuse.

3 entspricht dem Beispielen aus den 1 und 2, außer daß als paralleles Element ein Kondensator 11 eingesetzt wird. Auch dieses System ist selbstreparierend. Im Moment des Öffnens des elektrisch gesteuerten Schalters 6 fließt ein Kondensatorstrom, so daß über die Schaltkontakte nur eine geringe Spannung abfällt und kein Lichtbogen entsteht. Ist der Kondensator 11 geladen, fließt nur noch ein geringer Strom, so daß der Leistungswandler 2 gefahrlos entfernt werden kann. 3 corresponds to the examples of the 1 and 2 except that as a parallel element a capacitor 11 is used. This system is also self-repairing. At the moment of opening the electrically controlled switch 6 flows a capacitor current, so that only a small voltage drops across the switch contacts and no arc is formed. Is the capacitor 11 charged, only a small current flows, so that the power converter 2 can be removed safely.

Während in den Beispielen, die in den 1 bis 3 gezeigt sind, der elektrisch gesteuerte Schalter 6 durch die Spannung zwischen den Punkten A und B direkt gesteuert wird, wird er in der Ausführungsform nach 4 durch einen zusätzlichen elektrischen Steuerkreis 12 gesteuert. Wird während der Startphase die Spannung am Punkt A überwacht, kann festgestellt werden, ob die Sicherung 7 in Ordnung ist.While in the examples given in the 1 to 3 are shown, the electrically controlled switch 6 is directly controlled by the voltage between the points A and B, it is in the embodiment according to 4 by an additional electrical control circuit 12 controlled. If the voltage at point A is monitored during the start-up phase, it can be determined whether the fuse 7 okay.

An den Steuerkreis 12 kann ein Lichtbogensensor 13 angeschlossen werden (siehe 5). Der Lichtbogensensor 13 kann Teil des Leistungswandlers 2, Teil der Spannungsquelle 1 oder ein eigenständiges Bauteil sein. Er sorgt beim Auftreten eines Lichtbogens für ein schnelles Öffnen des elektrisch gesteuerten Schalters 6, was zu einem Schmelzen der Sicherung 7 führt, wodurch eine gefährliche Situation verhindert wird.To the control circuit 12 can be an arc sensor 13 be connected (see 5 ). The arc sensor 13 can be part of the power converter 2 , Part of the voltage source 1 or be an independent component. It provides for the rapid opening of the electrically controlled switch when an arc occurs 6 , resulting in a melting of the fuse 7 leading to a dangerous situation.

Eine vereinfachte Ausführungsform ist in 6 dargestellt, die ohne Handschalter 8 auskommt und nur einen elektrisch gesteuerten Schalter 6 und eine Sicherung 7 aufweist. Diese Schaltung schützt den Leistungswandler 2 nur im Falle eines internen Kurzschlusses oder bei einer falschen Polung, wenn eine interne Diode zwischen den Anschlußklemmen des Leistungswandlers 2 vorhanden ist, und in diesem Fall quasi für einen Kurzschluß sorgt. Der elektrisch gesteuerte Schalter 6 kann nur bei intakter Sicherung 7 geschlossen werden, da sich sonst keine Spannung zwischen den Punkten A und B aufbaut. Durch die gestrichelte Linie wird ein Verbindungselement 14 mit je zwei Ein- und Ausgängen angedeutet, in dem die Schalteinrichtung 5 mit dem elektrisch gesteuerten Schalter 6 und der Sicherung 7 integriert sein können.A simplified embodiment is in 6 shown that without handset 8th only uses an electrically controlled switch 6 and a fuse 7 having. This circuit protects the power converter 2 only in the case of an internal short circuit or a wrong polarity, if an internal diode between the terminals of the power converter 2 is present, and in this case virtually provides for a short circuit. The electrically controlled switch 6 can only with intact backup 7 be closed, otherwise no voltage between the points A and B builds. The dashed line becomes a connecting element 14 indicated with two inputs and outputs, in which the switching device 5 with the electrically controlled switch 6 and the fuse 7 can be integrated.

Wird der elektrisch gesteuerte Schalter 6 durch einen mechanischen Schalter 15 ersetzt, wie in 7 gezeigt, kann die ordnungsgemäße Funktion der Sicherung 7 dabei nicht überwacht werden. Die Schalteinrichtung 5 dient dabei nur noch als Notausschalter, nach dessen Betätigung der Leistungswandler 2 gefahrlos entfernt werden kann.Will the electrically controlled switch 6 through a mechanical switch 15 replaced, as in 7 can show the proper function of the fuse 7 not be monitored. The switching device 5 serves only as an emergency stop switch, after the operation of the power converter 2 can be removed safely.

Claims

A power converter having an electric power source arranged in series with a switching device, the switching device comprising a switching element and an additional electric element ment, which is arranged parallel to the switching element, characterized in that the additional electrical element ( 7 . 10 . 11 ) as a backup ( 7 ), temperature-dependent resistance ( 10 ) or capacitor ( 11 ) is formed, wherein the position of the switching element ( 6 . 15 ) is directly dependent on the voltage applied and / or on an electrical signal and / or on the position of a mechanical switch.

Power converter according to Claim 1, characterized in that the switching element ( 6 . 15 ) as a mechanically operated switch ( 15 ) is trained.

Power converter according to Claim 1, characterized in that the switching element ( 6 . 15 ) as an electrically controlled switch ( 6 ) is trained.

Power converter according to claim 1, characterized in that it has a monitoring system for the fuse ( 7 ) having.

Power converter according to claim 1, characterized in that it comprises an arc sensor ( 13 ), which upon the occurrence of an electric arc, a signal to the switching device ( 5 ) sends.

Power converter according to one of Claims 1 to 5, characterized in that it supplies direct current from the power source ( 1 ) converts to alternating current, wherein the switching device ( 5 ) is arranged in the DC branch.

Power converter according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the power source ( 1 ) is designed as a photovoltaic system.

Power converter according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the power source ( 1 ) is designed as a fuel cell.

Power converter according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the power source ( 1 ) is formed as a battery assembly with one or more batteries.

Power converter according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the switching element ( 6 . 15 ) and the additional electrical element ( 7 . 10 . 11 ) are arranged in a connection housing.