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Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsgerät mit Sicherung des zu speisenden Verbrauchers gegen Fremd-und Eigenfehler, bestehend aus einer Anordnung von zwei hintereinander geschalteten Regelgliedern bestehend aus Regler und Stellglied, mit dazwischen geschaltetem Pufferkondensator.
Bekannte Stromversorgungsgeräte enthalten zum Teil bereits hintereinandergeschaltete Regelglieder, etwa einen Schaltregler mit gutem Wirkungsgrad und begrenzter Dynamik und einen nachgeschalteten schnellen Analogspannungsregler mit geringem Regelhub und daher verringerter Verlustleistung.
Bei Stromversorgungsgeräten von teuren und bzw. oder besonders empfindlichen Verbrauchern, wie Logikschaltungen oder Schaltungen mit hochausgenutzten Leistungstransistoren, die nahe ihrer Grenzspannung betrieben werden müssen (Grenztechnologien z. B. am HF-Sektor), entsteht einerseits das Problem, den Verbraucher bei Eigenfehlern im Stromversorgungsgerät mit hoher Sicherheit vor dem Auftreten von Überspannung zu schützen, anderseits sollen im Stromversorgungsgerät (und am Verbraucher) Folgeschäden aus Fremdfehlern wie Überlast, Verbraucherkurzschluss, Hantierungsfehlern, aber auch Überspannungen aus dem speisenden Netz verhindert oder eingeschränkt werden. Dabei sollen bei Femdfehlern auch aus Verfügbarkeitsgründen keine irreversiblen Schalthandlungen gesetzt werden.
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gesteuerter Thyristoren abgeschmolzen werden.
Dabei erweist sich die Ansprechdauer als nachteilig und die thermische Selektivität zwischen Thyristor und Hilfssicherung ist nur schwierig zu beherr- schen.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Stromversorgungsgerät hoher Verfüg- barkeit bereitzustellen, in dem bei auftretenden Fehlern, insbesondere auch bei Überspannung, eine so rasche Abschaltung der Stromversorgung ohne irreversible Schalthandlungen vorgenommen wird, dass Folgeschäden vermieden werden und, falls keine Eigenfehler vorliegen, die volle
Funktionsbereitschaft nach Wegfall des äusseren Fehlers wieder gewährleistet ist. Dabei soll das nach obigem in vielen Fällen bereits vorhandene zweite Regelglied mitbenutzt werden.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass beide Regler und bzw. oder Stellglieder je einen Eingang für Blockierungssignale aufweisen, welche Eingänge mit dem Ausgang einer auf Überspannungen und bzw. oder Kurzschluss, Überlastung, sowie auf externe Fehlererkennungen durch Abgabe eines vorzugsweise selbsthaltend ausgeführten Blockierungssignals ansprechende Schutzschaltung verbunden sind.
Die erfindungsgemässe Schaltung ermöglicht durch die gleichzeitige Erfassung aller für das Stromversorgungsgerät wichtigen Grössen nicht nur das Erkennen der Ursachen von Störungen, die sich auf diese einzelnen Grössen unmittelbar auswirken, sondern gestattet darüber hinaus durch Kombination des Zeitverhaltens verschiedener Grössen den Rückschluss auf Störungen anderer Art und erlaubt somit, das Regelverhalten entsprechend einzurichten.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. l die an sich bekannte Anordnung eines Tiefsetzstellers und. eines nachgeschalteten analogen Längsspannungsreglers schematisch dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine schaltungstechnische Realisierung, soweit sie für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
Fig. l zeigt die zwei hintereinander geschalteten Regelglieder, jeweils bestehend aus den Stellgliedern --1, 2-- mit den dazugehörenden Reglern --1', 2'-- und dem dazwischen geschalteten Pufferkondensator --C3--. Die an einem Eingangskondensator-Cl-anstehendende Eingangsspannung Ul wird über das Regelglied l'-verlustarm auf die Zwischenkreisspannung U s am Pufferkondensator --C3-- umgeformt. Beim Einschalten wird das Stellglied --1-- über den Regler erst aktiviert, wenn die Eingangsspannung Ul einen Mindestwert überschreitet.
Sinkt die Eingangsspannung Ul unter einen bestimmten Wert, wird das Stellglied-l-vom Regler --1'-- gesperrt. Der Regler --1'-- ist ein kombinierter Regler, der sowohl eine Spannungregelung der Zwischenkreisspannung Us als auch eine begrenzende Stromregelung des Stromes Is am Ausgang des Stellgliedes-l-bewirkt. Die Stromregelung verhindert eine Übersättigung der Speicherdrossel --L-- einerseits im Anlauf, anderseits bei Überschreiten der zulässigen Belastung.
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- ist die Freilaufdiode der Stellerschaltung. Das nachgeschaltete Regelglied --2, 2'-- regelt die (grob) vorgeregelte Zwischenkreisspannung Us auf die an einem Kondensator --C2-auftretende Ausgangsspannung U2 bei allen Belastungsfällen rasch und genau aus.
Eine Schutzschaltung --3-- überwacht auf Überschreitung : die Eingangsspannung U1 die Zwischenkreisspannung Us die Ausgangsspannung U2 das Auftreten eines Überstromes oder Kurzschlusses IK am Ausgang.
Eine Fehlermeldung --F-- aus angeschlossenen Verbrauchern wird ebenfalls erfasst.
In allen Fehlerfällen werden über ein von der Schutzschaltung --3-- an die beiden Regler --1', 2'-- abgegebenes Blockierungssignal in der Folge beide Stellglieder-l, 2gemeinsam gesperrt, wobei ein Wiedereinschalten erst nach vollkommenem Wegschalten der Eingangsspannung U1 möglich wird.
Damit, und durch die Dimensionierung des Regelgliedes-2, 2'- und des vorgeschalteten Pufferkondensators --C3-- mindestens auf maximal mögliche Eingangsspannung U1 ist gewährleistet, dass auch beim Auftreten eines internen Fehlers im Stromversorgungsgerät selbst, z. B. bei Ausfall eines der Regler, des Stellgliedes-l-oder des Stellgliedes --2-- das jeweils andere noch intakte Stellglied die Abschaltung übernimmt und daher eine wesentliche Überschreitung der Ausgangsspannung U2 bzw. des Ausgangsstromes verhindert wird. Dadurch wird ein auf Überspannung eventuell Überstrom empfindlicher Verbraucher bestmöglich geschützt.
Nach Fig. 2 erfolgt die Regelung der Ausgangsspannung Us des Regelgliedes --1-- des Stromversorgungsgerätes mittels eines Komparators --U--, dem eine Teilspannung von der Eingangsspannung U1 über einen Spannungsteiler zugeführt wird, die er mit einer Referenzspannung UR vergleicht. (Die Schaltungselemente zur Einstellung der Hysteresis, der Schaltfrequenz und der Dynamik sind zur Vereinfachung weggelassen.) Der Komparator wirkt in der Folge über einen Transistor --T3-- und eine Treiberschaltung --TS1-- auf das Stellglied --1--, hier den Leistungsschalttransistor --T1--.
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--1--.stand --R4-- gegen Masse abgebildet, die ebenfalls mit der Referenzspannung UR verglichen wird.
Die Stromregelung greift nur im Anlauf und im Fehlerfall (Überlast, Kurzschluss) ein und
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--L-- unterhalbderstand --R5-- zusammen mit einem weiteren Komparator --U--.
Die Eingangsspannung U1 wird von einem Komparator --E-- überwacht. Über einen vom
Ausgang des Komparators --E-- angesteuerten, als Inverter arbeitenden Transistor --T4-- wird ein Transistor --T5-- so lange leitend gehalten und damit die Regelfunktionen unterbunden, bis die Eingangsspannung den erforderlichen Mindestwert für eine einwandfreie Funktion des Schaltbetriebes des Regelgliedes --1-- überschritten hat. Sinkt die Eingangsspannung U1 unter einen bestimmten darunterliegenden Wert, so werden die Regelfunktionen ebenfalls blockiert.
Nach Fig. 2 erfolgt die Regelung der Ausgangsspannung U2 des Regelgliedes --2-- mittels des Reglers --RU--, dem eine Teilspannung von der Ausgangsspannung U2 über einen Spannungsteiler zugeführt wird, die er mit einer internen Referenzspannung vergleicht. Der Ausgang des Reglers wirkt über einen Transistor --17-- und eine Treiberschaltung --TS2-- auf das Stellglied-T2-, einen analog wirkenden Leistungstransistor.
Die erfindungsgemäss vorgesehene Schutzschaltung-S-ist als Speicherglied ausgebildet, das eim Einschalten der Stromversorgung in die Vorzugslage "nicht gesetzt" fällt und das auf der Setzseite mit Oder-Eingängen ausgestattet ist, die so ausgbildet sind, dass das Speicherglied gesetzt wird, wenn ein an einem Eingang angelegtes analoges Eingangssignal einen bestimmten Schwellwert überschreitet. An diese Eingänge werden z. B. über konventionelle Spannungsteiler Teilspannungen der Eingangsspannung Ul, der Zwischenkreisspannung Us und der Ausgangsspannung U2 angelegt.
Weiters wird der Ausgangsstrom IK aus dem Stromversorgungsgerät nach dem Kondensator-C2-- in einer Messschaltung ähnlich wie der für Is erfasst und als Messspannung
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abgebildet, die ebenfalls einem der Eingänge zugeführt ist. Eine weitere Fehlermeldung aus einem nachgeschalteten Verbraucher wird ebenfalls an einen Eingang des Speichergliedes angelegt.
Durch die im Fehlerfall einlaufenden Messspannungen wird das Speicherglied gesetzt und blockiert in der Folge sowohl durch Ansteuern des Transistors --T5-- den Schalttransistor --T1-- als auch durch Ansteuern des Transistors --T6-- den Leistungstransistor --T2--. Soferne die Hilfsspannung für das Speicherglied aus der Eingangsspannung Ul abgeleitet ist, wird damit erreicht, dass nach einem Fehler erst nach Aus- und Wiedereinschalten der Eingangsspannung neuerlich Spannung an den Verbraucher geliefert wird.
Durch die beschriebene Anordnung entstehen folgende erfindungsgemässe Vorteile, die oben noch nicht angeführt sind :
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viel höhere vorübergehende Eingangsspannungen aus als unter Belastung. Damit kann das Stromversorgungsgerät und der angeschlossene empfindliche Verbraucher gegebenenfalls auch bei Unregelmässigkeiten im speisenden Netz besser geschützt werden.
Wird eine zu hohe Zwischenkreisspannung Us am Pufferkondensator --C3-- erkannt, so ist ein Fehler in dem Regelglied-l-zu befürchten. Durch die Sperre auch von Regelglied --2-- wird erreicht, dass der Leistungstransistor --T2-- im Stellglied --2-- die zu hohe Zwischenkreisspannung nur im gesperrten Zustand, nicht unter Last tragen muss und daher nicht thermisch überlastet wird und den Verbraucher abgeschaltet halten kann.
Wird eine zu hohe Ausgangsspannung U2 am Kondensator --C2-- erkannt, so ist ein Fehler in dem Regelglied --2-- zu befürchten. Durch die Sperre auch von Regelglied-l-wird erreicht, dass die Zufuhr weiterer Energie über das Stellglied-l-und die Nachladung des Pufferkondensators --C3-- sofort unterbunden wird, so dass am Verbraucher als überlastende Energie praktisch nur mehr jene im Kondensator --C3-- gespeicherte Differenzenergie A in Frage kommt, die sich aus der Kapazität, unter dem Niveau der Zwischenkreisspannung und der in der Regel nur
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abgearbeitet ist.