LU505556B1 - Elektronischer Schalter - Google Patents
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Abstract
Elektronischer Schalter (1) zum Trennen eines Stromflusses zwischen einem ersten und einem zweiten zweipoligen Netzanschluss (10, 12), aufweisend: einen Halbleiterschalter (3), aufweisend zwei Halbleiter (30A, 30B), wobei der Halbleiterschalter (3) angepasst ist einen Strom unterschiedlicher Polarität zu schalten, und wobei der Halbleiterschalter (3) angeordnet ist zwischen zwei korrespondierenden ersten Anschlüssen (101, 121) des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses (10, 12); und ein erstes und ein zweites Sicherungselement (5A, 5B) und einen Kurzschlussschalter (7), der angepasst ist einen Kurzschlussstrom durch zumindest eines der Sicherungselemente (5A, 5B) zu schalten, zum Auslösen des zumindest einen Sicherungselements (5A, 5B), und zum Trennen des Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten zweipoligen Netzanschluss (10, 12), wobei der Kurzschlussschalter (7) zwischen zwei korrespondierenden zweiten Anschlüssen (103, 123) des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses (10, 12)und zwischen den beiden Halbleitern (30A, 30B) angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektrisches Netzwerk und ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Stromsensors.
Description
Elektronischer Schalter LU505556
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter zum Trennen eines Stromflusses zwischen einem ersten und einem zweiten zweipoligen Netzanschluss nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, ein elektrisches Netzwerk nach Anspruch 11, sowie ein
Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Schalters nach Anspruch 12.
Ein derartiger elektronsicher Schalter umfasst einen Halbleiterschalter, aufweisend zwei
Halbleiter, wobei der Halbleiterschalter angepasst ist einen Strom unterschiedlicher
Polarität zu schalten, und wobei der Halbleiterschalter angeordnet ist zwischen zwei korrespondierenden ersten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschlusses. Weiterhin umfasst ein derartiger elektronischer Schalter ein erstes und ein zweites Sicherungselement und einen Kurzschlussschalter, der angepasst ist einen
Kurzschlussstrom durch zumindest eines der Sicherungselemente zu schalten, zum
Auslösen des zumindest einen Sicherungselements, und zum Trennen des Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten zweipoligen Netzanschluss.
Der Einsatz derartiger elektronischer Schalter gewinnt zunehmend in Gleichstromnetzen,
DC-Netzen, an Bedeutung. Im Gegensatz zur Wechselspannung gibt es bei
Gleichspannung keinen Nulldurchgang, daher ist die Gefahr eines Lichtbogens bei der unsachgemäfBen Abschaltung groß. Insbesondere das Trennen von mit hohen
Gleichströmen beaufschlagten Strompfaden mit mechanischen Schaltern ist langsam und die durch das Trennen hervorgerufenen Lichtbögen müssen durch hohen konstruktiven
Aufwand gelöscht werden. Weiterhin benötigen mechanische Schalter viel Bauraum und sind teuer. Halbleiterschalter, welche im Wesentlichen die Schaltfunktion durch Halbleiter, wie beispielsweise durch Transistoren bereitstellen, verursachen keine Lichtbögen und ermöglichen ein Schalten mit hohen Schaltgeschwindigkeiten. Auch benötigen sie im
Vergleich zu mechanischen Schaltern weniger Platz und sind kostengünstiger in der
Herstellung.
Allerdings existiert bei Halbleiterschaltern, im Falle des Auftretens von hohen Strömen oder
Kurzschlussströmen, auch die Gefahr einer Überlastung, so dass der elektronische
Schalter beschädigt werden kann, beziehungsweise die Ströme nicht mehr schalten kann.
Um der Gefahr einer Überlastung entgegenzutreten, weisen die bekannten elektronischen
Schalter oftmals Sicherungselemente auf. Durch das Auslösen dieser Sicherungselemente kann sowohl ein Schaltversagen als auch eine Beschädigung im Abschaltvorgang vermieden werden, da der Strom durch die Sicherungselemente abgeschaltet wird. Nach
Rücksetzen oder Austausch der Sicherungselemente ist der elektronische Schalter wieder LU505556 einsatzfähig. Weiterhin kann das Sicherungselement die daran angeschlossenen Lasten und Leitungen ebenfalls vor Überlastung schützen.
Ein aus der US 11,437,987 B2 bekannter elektronischer Schalter nutzt eine
Reihenschaltung von Sicherungselementen und Kurzschlussschaltern. Der derartige
Aufbau ermöglicht es einen Kurzschlussstrom zu schalten, der zum Ansprechen des
Sicherungselements führt und damit den Halbleiterschalter und eine am elektronischen
Schalter angeschlossene Last oder mehrere dort angeschlossene Lasten vor Überlastung schützt.
Auch die EP 3 327 886 A1 beschreibt einen elektronischen Schalter mit einem
Sicherungselement, das im Kurzschlussfall zum Auslösen gebracht werden kann.
Allerdings sind die aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Schalter meist nur für eine Energieflussrichtung ausgelegt. Die wenigen bekannten elektronischen
Schalter mit beliebiger Energieflussrichtung erfordern eine Detektion der Polarität des
Kurzschlussstroms und weisen viele Bauteile und ein großes Bauvolumen auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektronischen Schalter zur Verfügung zu stellen, der für eine beliebige Energieflussrichtung ausgelegt ist, ein kompaktes
Bauvolumen hat und kostengünstig in der Herstellung ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist der Kurzschlussschalter zwischen zwei korrespondierenden zweiten
Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses und zwischen den beiden Halbleitern angeordnet.
Der elektronische Schalter weist einen ersten und einen zweiten zweipoligen
Netzanschluss auf. Beispielsweise können die jeweils ersten Anschlüsse des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses als Pluspole ausgebildet sein, wobei ein Pluspol am
Eingang des Schalters angeordnet ist und der andere Pluspol ist am Abgang des Schalters angeordnet. Gleichermaßen können die jeweils zweiten Anschlüsse des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses als Minuspole ausgebildet sein, wobei ein Minuspol am Eingang des Schalters angeordnet ist und der andere Minuspol ist am Abgang des
Schalters angeordnet.
Der Halbleiterschalter weist zumindest zwei Halbleiter auf, insbesondere zwei als
Transistoren ausgebildete Leistungshalbleiter, wie beispielsweise zwei “Insulated-Gate
Bipolar Transistor“ IGBT-Leistungshalbleiter. Weiterhin ist der Halbleiterschalter angepasst einen Strom unterschiedlicher Polarität zu schalten, wobei der Halbleiterschalter zwischen zwei korrespondierenden ersten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschlusses angeordnet ist. Beispielsweise kann, wenn der elektronische Schalter als
Gleichstromschalter verwendet wird, der Halbleiterschalter in einer Plus- oder Minusleitung zwischen dem jeweils ersten Plus- oder Minuspol des elektronischen Schalters angeordnet sein. In einer Ausgestaltung kann der elektronische Schalter eine Auswerte- und
Ansteuereinheit umfassen, welche die beiden Halbleiter des Halbleiterschalters entsprechend ansteuern kann.
Die Sicherungselemente können in einem Strompfad angeordnet sein durch den ein
Kurschlussstrom, im Kurzschlussfall im ersten oder im zweiten zweipoligen Netzwerk fließt, zum Trennen des Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschluss. So können die Sicherungselemente in Serie angeordnet sein zwischen zwei korrespondierenden zweiten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschlusses. Alternativ können das erste und das zweite Sicherungselement auch jeweils angeordnet sein zwischen den korrespondierenden ersten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses. In einer weiteren Alternative kann ein
Sicherungselement zwischen den korrespondierenden ersten Anschlüssen angeordnet sein und das andere der beiden Sicherungselemente kann zwischen den korrespondierenden zweiten Anschlüssen angeordnet sein.
Die beiden Sicherungselemente können unabhängig voneinander ausgestaltet sein und beim Auslösen den elektrischen Stromfluss zwischen den zweiten Anschlüssen des
Netzanschlusses unterbrechen. Beide Sicherungselemente können beispielsweise als
Schmelzsicherungen, oder als rücksetzbare Sicherungselemente ausgeführt sein. Die
Sicherungselemente können so ausgelegt sein, dass sie bei einem definierten Stromwert auslösen. Der definierte Stromwert kann einem Stromwert entsprechen, der im Falle eines
Kurzschlusses durch den Halbleiterschalter fliest.
Der Kurzschlussschalter ist angepasst einen Kurzschlussstrom durch zumindest eines der
Sicherungselemente zu schalten. Als Kurzschlussschalter kann ein Schaltelement, wie beispielsweise ein weiterer Transistor, oder ein Thyristor verstanden werden, der im Falle eines erkannten Kurzschlusses geschlossen wird, um den Kurzschlussstrom durch zumindest eines der Sicherungselemente zu schalten, um dieses auszulösen. LUS05556
Beispielsweise kann der Strom in der Plus- oder Minusleitung mittels zumindest eines
Stromsensors gemessen werden und mit dem definierten Stromwert, beziehungsweise einem Schwellwert, der dem Kurzschlussstrom entspricht, verglichen werden. Beim
Erkennen eines Kurzschlusses kann der Kurzschlussschalter entsprechend angesteuert werden, um das zumindest eine Sicherungselement auszulösen. Alternativ zu einem gemessenen Strom mittels eines Stromsensors kann auch eine Temperatur des
Halbleiterschalters, insbesondere eine Sperrschichttemperatur zumindest eines der
Halbleiter, die beispielsweise mittels eines Temperatursensors bestimmt wird, indikativ für das Vorliegen eines Kurzschlusses sein und basierend auf dem Erkennen einer
Kurzschlusstemperatur des Halbleiterschalters kann der Kurzschlussschalter angesteuert werden. Die Ansteuerung kann beispielsweise mittels einer Auswerteeinheit oder
Auswerteschaltung erfolgen, die mit dem Kurzschlussschalter, sowie dem Strom- oder
Temperatursensor in Verbindung steht.
Erfindungsgemäß ist der Kurzschlussschalter zwischen dem ersten und dem zweiten
Sicherungselement und zwischen den beiden Halbleitern angeordnet. Unter einer derartigen Anordnung kann hierin verstanden werden, dass der Kurzschlussschalter mit einem ersten Anschluss zwischen dem ersten und dem zweiten Sicherungselement angeordnet ist und mit einem zweiten Anschluss zwischen den beiden Halbleitern angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten
Sicherungselement und zwischen den beiden Halbleitern herzustellen, beim Erkennen eines Kurzschlusses, d.h. wenn der Kurzschlussstrom durch den Halbleiterschalter fliest.
Dadurch, dass nur ein Kurzschlussschalter eingesetzt wird, um eine Stromrichtung zu schalten kann auf eine Detektion der Polarität des Stroms verzichtet werden. Weiterhin kann durch den elektronischen Schalter, der mit lediglich einem Kurzschlussschalter realisiert wird, eine Kosteneinsparung und ein geringeres Bauvolumen des elektronischen
Schalters erreicht werden.
Auch kann der hierin beschriebene elektronische Schalter einen Kurzschlusstest in
Anlehnung an die IEC 60947-4-2 für AC-Schaltglieder erfolgreich absolvieren.
In einer Ausgestaltung weist der elektronische Schalter einen Stromsensor auf, der angeordnet ist zwischen den korrespondierenden ersten oder zweiten Anschlüssen.
Beispielsweise kann bei einer Ausgestaltung des elektronischen Schalters als LU505556
Gleichstromschalter der Stromsensor den Strom in der Plus- oder Minusleitung messen.
In einer Ausgestaltung weist der elektronische Schalter eine Auswerte- und 5 Ansteuereinheit auf, die angepasst einen empfangenen Stromwert von dem Stromsensor mit einem Schwellwert zu vergleichen und den Kurzschlussstrom beim Überschreiten des
Schwellwertes zu detektieren.
Die Auswerte- und Ansteuereinheit kann mit dem Halbleiterschalter, dem
Kurzschlussschalter und dem Stromsensor in Verbindung stehen. Weiterhin kann die
Auswerte- und Ansteuereinheit als eine elektronische Schaltung und/oder als eine integrierte Schaltung ausgebildet sein. Der Schwellwert kann ein dynamischer Schwellwert sein, der abhängig von den Quell- oder Lastbedingungen anpassbar ist. Durch einen derartigen dynamischen Schwellwert kann auch eine zeitliche Änderung, beziehungsweise eine Verzögerung zwischen dem Eintreten des Kurzschlussereignis und der tatsächlichen
Reaktion durch Schalten des Kurzschlussschalters erreicht werden. Weiterhin kann durch einen dynamischen Schwellwert eine variable Anpassung erfolgen hinsichtlich einer
Anstiegsgeschwindigkeit des Kurzschlussstroms.
In einer Ausgestaltung ist die Auswerte- und Ansteuereinheit angepasst den
Kurzschlussschalter zu betätigen, beim Detektieren des Kurzschlussstroms.
In einer Ausgestaltung ist der elektronische Schalter als Gleichstromschalter ausgebildet.
Alternativ kann der elektronische Schalter auch als Wechselstromschalter ausgebildet sein.
In einer Ausgestaltung sind die korrespondierenden ersten Anschlüsse als
Anschlussstellen einer Minusleitung ausgebildet, und die korrespondierenden zweiten
Anschlüsse sind als Anschlussstellen einer Plusleitung ausgebildet.
In einer Ausgestaltung weisen die beiden Halbleiter der Halbleiterschalter jeweils einen
Transistor auf. Hierfür können die beiden Halbleiter jeweils als Leistungshalbleiter, wie beispielsweise als “Insulated-Gate Bipolar Transistor“ IGBT-Leistungshalbleiter ausgestaltet sein.
In einer Ausgestaltung weist der Halbleiterschalter zwei Dioden auf, wobei jeweils eine
Diode antiparallel zu jeweils einem der Halbleiter angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung weist der elektronische Schalter einen Thyristor auf. Ein Thyristor kann kurzzeitig hohen Überlasten standhalten und somit auch hohe Kurzschlussströme schalten.
In einer Ausgestaltung weist der elektronische Schalter einen Überbrückungsschalter auf, insbesondere einen Schaltkontakt eines Bypass-Relais, wobei der Überbrückungsschalter parallel zu dem Halbleiterschalter zwischen den beiden korrespondierenden ersten
Anschlüssen angeordnet ist. Beim Betätigen des Überbrückungsschalters kann der
Strompfad durch den Halbleiterschalter überbrückt werden.
Durch die Verwendung eines Bypass-Relais kann Verlustleistung im elektronischen
Schalter eingespart werden, womit der Last ein größerer Anteil an Energie zur Verfügung gestellt werden kann.
In einer Ausgestaltung ist das erste und das zweite Sicherungselement jeweils angeordnet zwischen den korrespondierenden ersten Anschlüssen und/oder den korrespondierenden zweiten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses.
Beispielsweise können die beiden Sicherungselemente in Serie angeordnet sein zwischen zwei korrespondierenden zweiten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschlusses. Alternativ können das erste und das zweite Sicherungselement auch jeweils angeordnet sein zwischen den korrespondierenden ersten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses. In einer weiteren Alternative kann ein
Sicherungselement zwischen den korrespondierenden ersten Anschlüssen angeordnet sein und das andere der beiden Sicherungselemente kann zwischen korrespondierenden zweiten Anschlüssen angeordnet sein.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein elektrisches Netzwerk, aufweisend: zumindest einen elektronischen Schalter, wie hierin beschrieben.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen
Schalters, insbesondere eines elektronischen Schalters, wie hierin beschrieben, aufweisend:
Detektieren mit einem Stromsensor einen Kurzschlussstrom zwischen korrespondierenden ersten Anschlüssen oder zweiten Anschlüssen eines ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschlusses des elektronischen Schalters, wobei ein Halbleiterschalter, aufweisend zwei Halbleiter, angepasst ist einen Strom unterschiedlicher Polarität zu schalten, und LUS05556 angeordnet ist zwischen den beiden korrespondierenden ersten Anschlüssen; und
Kurzschließen, basierend auf dem Detektieren des Kurzschlussstroms, mit einem
Kurzschlussschalter eine Strecke zwischen den korrespondierenden zweiten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses und den beiden Halbleitern, zum
Auslösen des ersten oder zweiten Sicherungselements, und zum Trennen des
Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten zweipoligen Netzanschluss.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines elektronischen Schalters mit einem
Überbrückungsschalter in einer geschlossenen Stellung;
Fig. 2 eine Ansicht eines elektronischen Schalters mit dem Überbrückungsschalter in einer geöffneten Stellung;
Fig. 3 eine Ansicht eines elektronischen Schalters mit dem Überbrückungsschalter in einer geöffneten Stellung und mit umgekehrter Anordnung der ersten und zweiten Anschlüsse;
Fig. 4 eine Ansicht eines elektronischen Schalters mit dem Überbrückungsschalter in einer geöffneten Stellung mit den Sicherungselementen angeordnet zwischen den zweiten Anschlüssen; und
Fig. 5 Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Betreiben eines elektronischen
Schalters.
Die Figur 1 zeigt eine Ansicht eines elektronischen Schalters 1 mit einem
Überbrückungsschalter 34 in einer geschlossenen Stellung.
In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist der elektronische Schalter 1 ausgebildet zum Trennen eines Stromflusses zwischen einem ersten zweipoligen Netzanschluss 10 und einem zweiten zweipoligen Netzanschluss 12. In der gezeigten Ausführungsform sind die jeweils ersten Anschlüsse 101, 121 des ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschlusses 10, 12 als Minuspole ausgebildet, wobei ein Minuspol am Eingang des elektronisches Schalters 1 angeordnet ist und der andere Minuspol am Abgang des elektronischen Schalters 1 angeordnet ist. Gleichermaßen können die jeweils zweiten LU505556
Anschlüsse 121, 123 des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses 10 ‚12 als
Pluspole ausgebildet sein, wobei ein Pluspol am Eingang des elektronischen Schalters 1 angeordnet ist und der andere Pluspol am Abgang des elektronischen Schalters 1. In der gezeigten Ausführungsform kann die Energieflussrichtung beliebig gewählt werden. Somit kann der erste zweipolige Netzanschluss 10 als Eingang genutzt werden und der zweite zweipolige Netzanschluss 12 kann als Ausgang genutzt werden. Alternativ kann aber auch der erste zweipolige Netzanschluss 10 als Ausgang genutzt werden und der zweite zweipolige Netzanschluss 12 kann als Eingang genutzt werden.
Zwischen den jeweiligen korrespondierenden Anschlüssen 101, 121, 103, 123 in dem elektronischen Schalter 1 verläuft jeweils eine Plus- oder eine Minusleitung. Weiterhin können entsprechend an den korrespondierenden Anschlüssen 101, 121, 103, 123 Plus- oder Minusleitungen zum elektrischen Verbinden des elektronischen Schalters 1 mit einem ersten Netz 200 und einem zweiten Netz 400 angeordnet werden. Das erste Netz 200 und das zweite Netz 400 werden exemplarisch als gestrichelte Anschlussleitung gezeigt, die an den korrespondierenden Anschlüssen 101, 121, 103, 123 angeordnet sind. An den gestrichelten Anschlussleitungen können beispielsweise jeweils ein Energiespeicher angeordnet sein, oder ein Energiespeicher, der über einen Wechselrichter mit dem
Wechselspannungsnetz verbunden ist, oder eine Einspeisung aus einer regenerativen
Quelle, die über den Schalter mit einem Batteriespeicher verbunden ist.
Weiterhin ist in der Figur 1 ein Halbleiterschalter 3, aufweisend zwei Halbleiter 30A, 30B gezeigt, der angepasst ist einen Strom unterschiedlicher Polarität zu schalten. Wie es in der Figur 1 gezeigt wird, ist der Halbleiterschalter 3 zwischen zwei korrespondierenden ersten Anschlüssen 101, 121 des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses 10, 12 angeschlossen.
In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind die beiden Halbleiter 30A, 30B als
Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, IGBT, dargestellt. Die beiden Halbleiter 30A, 30B sind so konfiguriert, dass sie einen bidirektionalen Schalter erzeugen. Wie es in der Figur 1 gezeigt wird, ist ein erster Halbleiter 30A als n-Kanal Transistor ausgeführt und ein zweiter Halbleiter 30B ist als p-Kanal Transistor ausgeführt. Die beiden Halbleiter 30A, 30B weisen einen gemeinsamen Emitter-Anschluss auf.
Weiterhin sind in der gezeigten Ausführungsform jeweils eine Diode 32A, 32B antiparallel zu jeweils einem der Halbleiter 30A, 30B angeordnet. Auch ist ein Überbrückungsschalter
34, der in der gezeigten Ausführungsform als Schaltkontakt eines Bypass-Relais LU505556 ausgebildet ist, parallel zu dem Halbleiterschalter 3 zwischen den beiden korrespondierenden ersten Anschlüssen 101, 121 angeordnet. Beim Betätigen des
Überbrückungsschalters 34 wird der Strompfad durch den Halbleiterschalter 3, beziehungsweise durch die Halbleiter 30A, 30B überbrückt, wie es in der Figur 1 gezeigt ist.
Die in der Figur 1 gezeigten ersten und zweiten Sicherungselemente 5A, 5B sind in Serie angeordnet zwischen zwei korrespondierenden zweiten Anschlüssen 103, 123 des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses 10, 12. Die beiden Sicherungselemente 5A, 5B sind unabhängig voneinander ausgestaltet und unterbrechen beim Auslösen den elektrischen Stromfluss zwischen den beiden zweiten Anschlüssen 103, 123. In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Sicherungselemente 5A, 5B als
Schmelzsicherungen ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform sind die beiden
Sicherungselemente 5A, 5B als rücksetzbare Sicherungselemente ausgeführt. Die
Sicherungselemente 5A, 5B sind derart ausgelegt, um bei einem definierten Stromwert auszulösen, der einem Stromwert entspricht, der im Falle eines Kurzschlusses durch den
Halbleiterschalter 3 fliest.
Der Kurzschlussschalter 7 in dem in der Figur 1 gezeigten elektronischen Schalter 1 ist angepasst einen Kurzschlussstrom durch zumindest eines der Sicherungselemente 5A, 5B zu schalten. In der gezeigten Ausführungsform wird der Kurzschussschalter 7 durch einen
Thyristor realisiert, der im Falle eines erkannten Kurzschlusses angesteuert wird, um den
Kurzschlussstrom durch zumindest eines der Sicherungselemente 5A, 5B zu schalten, um dieses Sicherungselement 5A, 5B auszulösen.
In der gezeigten Ausführungsform wird der Strom in der Minusleitung mittels des gezeigten
Stromsensors 9 gemessen und mit dem definierten Stromwert, beziehungsweise einem
Schwellwert, der dem Kurzschlussstrom entspricht, verglichen. Beim Erkennen eines
Kurzschlusses kann eine mit dem Stromsensor 9 und dem Kurzschlussschalter 7 in
Verbindung stehende Auswerte- und Ansteuereinheit 40, den Kurzschlussschalter 7 entsprechend ansteuern, um das zumindest eine Sicherungselement 5A, 5B auszulôsen.
In einer weiteren Ausführungsform kann auch durch ein Erfassen der
Sperrschichttemperatur von zumindest einem der Halbleiter 30A, 30B, ein Kurzschluss erkannt werden und der Kurzschlussschalter 7 angesteuert werden.
Der Kurzschlussschalter 7 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Sicherungselement LU505556 5A, 5B und zwischen den beiden Halbleitern 30A, 30B angeordnet. Wie in der Figur 1 gezeigt, ist der Kurzschlussschalter 7 mit einem ersten Anschluss mit beiden
Sicherungselementen 5A, 5B verbunden, so dass ein Sicherungselement 5A zwischen dem Kurzschlussschalter 7 und dem Anschluss 103 der Plusleitung angeordnet ist und ein weiteres Sicherungselement 5B zwischen dem Kurzschlussschalter 7 und dem Anschluss 123 der Plusleitung angeordnet. Somit kann der Kurzschlussschalter 7, abhängig von der
Beschaltung der Anschlüsse, einen Kurzschlussstrom über eines der beiden
Sicherungselemente 5A, 5B schalten, um eines der beiden Sicherungselemente 5A, 5B zum Auslösen zu bringen.
Weiterhin ist der zweite Anschluss des Kurzschlussschalters 7 in der in Figur 1 gezeigten
Ausführungsform mit dem gemeinsamen Emitter-Anschluss des ersten und des zweiten
Halbleiters 30A, 30B verbunden, so dass ein Halbleiter 30A zwischen dem
Kurzschlussschalter 7 und dem Anschluss 101 der Minusleitung angeordnet ist und ein weiterer Halbleiter 30B ist zwischen dem Kurzschlussschalter 7 und dem Anschluss 121 der Minusleitung angeordnet.
Soll also mit dem in Figur 1 dargestellten Halbleiterschalter 3 ein Einschaltvorgang (ohne
Kurzschlussereignis) erfolgen, wird zunächst, abhängig von der Energieflussrichtung, der erste Halbleiter 30A oder der zweite Halbleiter 30B eingeschaltet. Beispielsweise wird bei einer Energieflussrichtung von dem ersten Netz 200 zu dem zweiten Netz 400 der zweite
Halbleiter 30B eingeschaltet. Bei unbekannter Energieflussrichtung können beide
Halbleiter 30A, 30B eingeschaltet werden. Ohne Kurzschlussereignis können der erste
Halbleiter 30A und der zweite Halbleiter 30B beliebig ein- und ausgeschaltet werden.
Beispielsweise kann dies durch die Auswerte- und Ansteuereinheit 40 erfolgen.
Durch das Schließen des Überbrückungsschalter 34 wird der elektronische Schalter 1 in einen Energiesparmodus überführt, wie in der Figur 1 gezeigt. Im Energiesparmodus ist ein Abschalten der Halbleiter 30A, 30B ohne Wirkung, da der Kurzschlussstrom über den
Überbrückungsschalter 34 fließt. Für ein Abschalten ohne Kurzschlussschalter 7 müsste also der Überbrückungsschalter 34 geöffnet werden. Derartige Abschaltvorgänge sind aber in der Regel zu langsam zum Sicheren Ausschalten von Kurzschlussströmen, bzw. die mechanischen Kontakte können bedingt durch Lichtbögen im Kurzschlussfall versagen und zerstört werden.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform mit Kurzschlussschalter 7 wird der LU505556
Kurzschlussstrom in sehr kurzer Zeit durch das Sicherungselement 5A oder 5B abgeschaltet. Ein vorheriges Feststellen der Polarität des Kurzschlussstroms kann entfallen, da Kurzschlussströme von dem ersten Netz 200 in das zweite Netz 400, sowie
Kurzschlussströme von dem zweiten Netz 400 in das erste Netz 200, beide durch den
Kurzschlussschalter 7 fließen.
Beispielsweise wird bei einem Kurzschluss im ersten Netz 200, zunächst der
Kurzschlussstrom von dem Stromsensor 9 detektiert und basierend auf dem Detektieren des Kurzschlussstroms wird der Kurzschlussschalter 7 eingeschaltet. Dabei teilt sich der
Kurzschlussstrom zum einen auf den ersten Halbleiter 30A oder auf die Diode 32A und dem Überbrückungsschalter 34 auf und parallel dazu auf den Halbleiter 30B oder auf die
Diode 32B. In der Folge wird das zweite Sicherungselement 5B zur Auslösung gebracht.
Durch die Parallelschaltung des Überbrückungsschalters 34 findet, im eingeschalteten
Zustand des Überbrückungsschalters 34, eine halbierte Strombelastung an den Halbleitern 30A, 30B, beziehungsweise an den Dioden 32A, 32B statt.
Bei einem Kurzschluss im zweiten Netz 400 wird analog zu dem oben beschriebenen das erste Sicherungselement 5A zur Auslösung gebracht.
Die Figur 2 zeigt eine Ansicht eines elektronischen Schalters 1 mit einem
Überbrückungsschalter 34 in einer geöffneten Stellung. Somit entspricht der in Figur 2 gezeigte elektronische Schalter 1 dem bereits in Figur 1 gezeigte elektronische Schalter 1 mit dem einzigen Unterschied, dass der Überbrückungsschalter 34 in einer geöffneten
Stellung dargestellt ist.
Beispielsweise gibt es bei einem Kurzschluss im ersten Netz 200, bei geöffnetem
Überbrückungsschalter 34, mehrere Möglichkeiten, den resultierenden Kurzschlussstrom abzuschalten:
Zunächst kann basierend auf dem Detektieren des Kurzschlussstroms, der
Kurzschlussstrom durch den ersten Halbleiter 30A abgeschaltet werden.
Alternativ kann basierend auf dem Detektieren des Kurzschlussstroms der
Kurzschlussschalter 7 geöffnet werden und in dessen Folge das zweite Sicherungselement 5B zum Auslösen gebracht werden.
Bevorzugt wird basierend auf dem Detektieren des Kurzschlussstroms der
Kurzschlussschalter 7 geöffnet und der erste Halbleiter 30A deaktiviert. Hierdurch wird eine
Redundanz bereitgestellt, die bei Versagen einer einzelnen Komponente immer noch ein
Abschalten durch eine andere Komponente ermöglicht. Auch wird hierdurch im
Kurzschlussfall immer ein Sicherungselement 5A, 5B zum Auslösen gebracht. Hierdurch lassen sich Kurzschlussereignisse sicher nachvollziehen.
Die Figur 3 zeigt eine Ansicht eines elektronischen Schalters 1 mit einem
Überbrückungsschalter 34 in einer geöffneten Stellung. Die in Figur 3 gezeigte
Ausführungsform des elektronischen Schalters 1 entspricht dem bereits in Figur 2 gezeigten elektronische Schalter 1 mit dem einzigen Unterschied, dass die Anordnung im
Vergleich zu der in Figur 2 gezeigten Anordnung horizontal gespiegelt dargestellt ist, d.h. die ersten Anschlüsse 101, 121 sind in der Figur 3 oben angeordnet und die zweiten
Anschlüsse 103, 123 sind unten angeordnet.
Die Figur 4 zeigt eine Ansicht eines elektronischen Schalters 1 mit dem
Überbrückungsschalter 34 in einer geöffneten Stellung und mit den Sicherungselementen 5A, 5B angeordnet zwischen den ersten Anschlüssen 101, 121. Die in Figur 4 gezeigte
Ausführungsform des elektronischen Schalters 1 entspricht dem bereits in Figur 2 gezeigten elektronischen Schalter 1 mit dem einzigen Unterschied, dass die
Sicherungselemente 5A, 5B jeweils zwischen einem der Halbleiter 30A, 30B und einem der ersten Anschüsse 101 ‚121 angeordnet sind. Der Stromsensor 9 ist in der gezeigten
Ausführungsform zwischen den zweiten Anschlüssen 103, 123 angeordnet.
Die Figur 5 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens 1000 zum Betreiben eines elektronischen Schalters.
Das Verfahren 1000 weist die folgenden Schritte auf:
Detektieren 1010 mit einem Stromsensor einen Kurzschlussstrom zwischen korrespondierenden ersten Anschlüssen oder zweiten Anschlüssen eines ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses des elektronischen Schalters, wobei ein
Halbleiterschalter, aufweisend zwei Halbleiter, angepasst ist einen Strom unterschiedlicher
Polarität zu schalten, und angeordnet ist zwischen den beiden korrespondierenden ersten
Anschlüssen; und
Kurzschließen 1020, basierend auf dem Detektieren des Kurzschlussstroms, mit einem
Kurzschlussschalter eine Strecke zwischen den korrespondierenden zweiten Anschlüssen des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses und den beiden Halbleitern, zum LU505556
Auslösen des ersten oder zweiten Sicherungselements, und zum Trennen des
Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten zweipoligen Netzanschluss. .
Bezugszeichenliste LU505556 1 Elektronischer Schalter 10, 12 Zweipoliger Netzanschluss 101, 121 Erster Anschluss 103, 123 Zweiter Anschluss 3 Halbleiterschalter 30A, 30B Halbleiter 32A, 32B Diode 34 Uberbriickungsschalter 5A, 5B Sicherungselement 7 Kurzschlussschalter 9 Stromsensor 40 Auswerte- und Ansteuereinheit
200, 400 Erstes und Zweites Netz 1000 Verfahren 1010 Detektieren 1020 KurzschlieBen
Claims (13)
1. Elektronischer Schalter (1) zum Trennen eines Stromflusses zwischen einem ersten und einem zweiten zweipoligen Netzanschluss (10, 12), aufweisend: einen Halbleiterschalter (3), aufweisend zwei Halbleiter (30A, 30B), wobei der Halbleiterschalter (3) angepasst ist einen Strom unterschiedlicher Polarität zu schalten, und wobei der Halbleiterschalter (3) angeordnet ist zwischen zwei korrespondierenden ersten Anschlüssen (101, 121) des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses (10, 12); und ein erstes und ein zweites Sicherungselement (5A, 5B) und einen Kurzschlussschalter (7), der angepasst ist einen Kurzschlussstrom durch zumindest eines der Sicherungselemente (5A, 5B) zu schalten, zum Auslôsen des zumindest einen Sicherungselements (5A, 5B), und zum Trennen des Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten zweipoligen Netzanschluss (10, 12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussschalter (7) zwischen zwei korrespondierenden zweiten Anschlüssen (103, 123) des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses (10, 12) und zwischen den beiden Halbleitern (30A, 30B) angeordnet ist.
2. Elektronischer Schalter (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stromsensor (9), der angeordnet ist zwischen den korrespondierenden ersten oder zweiten Anschlüssen (101, 103, 121, 123).
3. Elektronischer Schalter (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Auswerte- und Ansteuereinheit (40), die angepasst einen empfangenen Stromwert von dem Stromsensor (9) mit einem Schwellwert zu vergleichen und den Kurzschlussstrom beim Überschreiten des Schwellwertes zu detektieren.
4. Elektronischer Schalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Ansteuereinheit (40), angepasst ist den Kurzschlussschalter (7) zu betätigen, beim Detektieren des Kurzschlussstroms.
5. Elektronischer Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schalter (1) ein Gleichstromschalter ist.
6. Elektronischer Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden ersten Anschlüsse (101, 121) als
Anschlussstellen einer Minusleitung ausgebildet sind, und die korrespondierenden LU505556 zweiten Anschlüsse (103, 123) als Anschlussstellen einer Plusleitung ausgebildet sind. 7 Elektronischer Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbleiter (30A, 30B) jeweils einen Transistor aufweisen.
8. Elektronischer Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (3) zwei Dioden (32A, 32B) aufweist, und wobei jeweils eine Diode (32A, 32B) antiparallel zu jeweils einem der Halbleiter (30A, 30B) angeordnet ist.
9. Elektronischer Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussschalter (7) einen Thyristor aufweist.
10. Elektronischer Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überbrückungsschalter (34), insbesondere einen Schaltkontakt eines Bypass-Relais, wobei der Überbrückungsschalter (34) parallel zu dem Halbleiterschalter (3) zwischen den beiden korrespondierenden ersten Anschlüssen (101, 121) angeordnet ist.
11. Elektronischer Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Sicherungselement (5A, 5B), jeweils angeordnet ist zwischen den korrespondierenden ersten Anschlüssen (101, 121) und/oder den korrespondierenden zweiten Anschlüssen (103, 123) des ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses (10, 12).
12. Elektrisches Netzwerk, aufweisend: zumindest einen elektronischen Schalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11.
13. Verfahren (1000) zum Betreiben eines elektronischen Schalters (1), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, aufweisend: Detektieren (1010) mit einem Stromsensor (9) einen Kurzschlussstrom zwischen korrespondierenden ersten Anschlüssen (101, 121) oder zweiten Anschlüssen (103, 123) eines ersten und zweiten zweipoligen Netzanschlusses (10, 12) des elektronischen Schalters (1), wobei ein Halbleiterschalter (3), aufweisend zwei
Halbleiter (30A, 30B), angepasst ist einen Strom unterschiedlicher Polarität zu LU505556 schalten, und angeordnet ist zwischen den beiden korrespondierenden ersten
Anschlüssen (101, 121); und
Kurzschließen (1020), basierend auf dem Detektieren des Kurzschlussstroms, mit einem Kurzschlussschalter (7) eine Strecke zwischen den korrespondierenden zweiten Anschlüssen (103, 123) des ersten und zweiten zweipoligen
Netzanschlusses (10, 12) und den beiden Halbleitern (30A, 30B), zum Auslösen des ersten oder zweiten Sicherungselements (5A, 5B), und zum Trennen des
Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten zweipoligen Netzanschluss (10, 12).
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| LU505556A LU505556B1 (de) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | Elektronischer Schalter |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LU505556A LU505556B1 (de) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | Elektronischer Schalter |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LU505556B1 true LU505556B1 (de) | 2025-05-19 |
Family
ID=88839638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LU505556A LU505556B1 (de) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | Elektronischer Schalter |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| LU (1) | LU505556B1 (de) |
| WO (1) | WO2025104014A1 (de) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP3327886A1 (de) | 2016-11-18 | 2018-05-30 | GE Aviation Systems Limited | System und verfahren zum schutz eines röhrenlosen leistungsreglers |
| EP3691127A1 (de) * | 2019-01-31 | 2020-08-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Sicherer elektronischer schalter |
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-
2023
- 2023-11-17 LU LU505556A patent/LU505556B1/de active IP Right Grant
-
2024
- 2024-11-12 WO PCT/EP2024/082032 patent/WO2025104014A1/de active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US11437987B2 (en) | 2019-01-31 | 2022-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Safe electronic switch |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025104014A1 (de) | 2025-05-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20250519 |