BE1026994A1

BE1026994A1 - Power supply device and method for the regulated energy supply of at least one electrical consumer

Info

Publication number: BE1026994A1
Application number: BE20195049A
Authority: BE
Inventors: Jochen Zeuch; Bruno Muth; Nicola Herbst
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-08-20
Also published as: BE1026994B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung (100) zur geregelten Energieversorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers (R1-RN), die folgende Merkmale aufweist: eine Schaltungseinrichtung (500, 600), die zum Bereitstellen eines ersten Strombegrenzungswertes (IL1) ausgebildet ist, wobei die Schaltungseinrichtung (500, 600) ferner dazu ausgebildet ist, den ersten Strombegrenzungswert (IL1) zeit- und wertkontinuierlich oder zeitkontinuierlich und wertdiskret bis zu einem zweiten Strombegrenzungswert (IMAX) abzusenken, wobei die Regelungseinrichtung (202) ferner dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf die von der Schaltungseinrichtung (500, 600) bereitgestellten Strombegrenzungswerte den von der Stromversorgungsvorrichtung bereitgestellten Ausgangsstrom zeit- und wertkontinuierlich oder zeitkontinuierlich und wertdiskret vom ersten Strombegrenzungswert (IL1) bis zum zweiten Strombegrenzungswert (IMAX) abzusenken.The invention relates to a power supply device (100) for the regulated energy supply of at least one electrical load (R1-RN), which has the following features: a circuit device (500, 600) which is designed to provide a first current limiting value (IL1), the circuit device ( 500, 600) is further designed to lower the first current limiting value (IL1) continuously and continuously or continuously and discrete in time to a second current limiting value (IMAX), the regulating device (202) also being designed to respond to the Circuit device (500, 600) provided current limiting values lower the output current provided by the power supply device continuously in time and value or continuously and value discrete from the first current limiting value (IL1) to the second current limiting value (IMAX).

Description

Stromversorgungsvorrichtung und Verfahren zur geregelten Energieversorgung wenigstens eines elektrischen VerbrauchersPower supply device and method for the regulated energy supply of at least one electrical consumer

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung und ein Verfahren zur geregelten Energieversorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers.Description The invention relates to a power supply device and a method for the regulated power supply of at least one electrical consumer.

Stromversorgungen haben die Aufgabe, die Versorgungsspannung an den jeweiligen Verbraucher anzupassen.Power supplies have the task of adapting the supply voltage to the respective consumer.

Je nach speisender Quelle ist die Eingangsspannung im berührgefährlichen Bereich oberhalb einer gewissen Spannungsgrenze.Depending on the feeding source, the input voltage in the hazardous area is above a certain voltage limit.

So wird ein industrieller Schaltschrank üblicherweise von einer berührgefährlichen Spannung von 120VAC/230VAC, einer batteriegespeisten Gleichspannung von 110VDC/220VDC oder Niederspannungen bis 1000VAC/1500VDC gespeist.For example, an industrial control cabinet is usually supplied with a dangerous contact voltage of 120VAC / 230VAC, a battery-fed direct voltage of 110VDC / 220VDC or low voltages of up to 1000VAC / 1500VDC.

Hierzu sind Anforderungen an die elektrische Sicherheit, wie Isolationsabstände oder - materialien und der Berührschutz einzuhalten.For this purpose, requirements for electrical safety, such as insulation distances or materials and contact protection, must be observed.

Die Verbraucher in einem Schaltschrank, wie zum Beispiel eine Steuerung (zum Beispiel eine SPS), Sensoren und/oder Aktoren, werden von einer berührungefährlichen Sicherheits- Kleinspannung (SELV = Safety Extra Low Voltage), die kleiner als 60VDC ist, gespeist.The loads in a control cabinet, such as a controller (e.g. a PLC), sensors and / or actuators, are fed by a safety extra-low voltage (SELV) that is less than 60VDC and which is dangerous to touch.

Dadurch müssen keine erhöhten Anforderungen an die elektrische Sicherheit in dem Verbraucher oder dessen Anschlüssen umgesetzt werden.As a result, there is no need to implement increased requirements for electrical safety in the consumer or its connections.

Üblicherweise werden industrielle Verbraucher mit einer konstanten Gleichspannung VOUT von 24VDC versorgt.Industrial consumers are usually supplied with a constant DC voltage VOUT of 24VDC.

Aufgabe einer Stromversorgung ist es, die berührgefährliche Eingangsspannung Vim von der berührbaren Ausgangsspannung Vour Sicher zu trennen und eine konstante Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. Nachteilig an der geringen Versorgungsspannung sind die bei gleicher Leistung P = U*I -> I2 = U1/U2 * Il umgekehrt proportional steigenden Ströme, die üblicherweise bis in den Bereich von einigen 10A, typisch bis 40A gehen können. Um die Verluste über den Versorgungsspannungsleitungen gering zu halten, sind entsprechend große Kabelquerschnitte erforderlich, wobei die Zuleitungsverluste PV gemäß der Gleichung Pv = I” * Rcu quadratisch mit dem Strom steigen.The task of a power supply is to safely separate the dangerous contact input voltage Vim from the accessible output voltage Vour and to provide a constant supply voltage. The disadvantage of the low supply voltage is the inversely proportional increase in currents with the same power P = U * I -> I2 = U1 / U2 * Il, which can usually go up to a few 10A, typically up to 40A. In order to keep the losses over the supply voltage lines low, correspondingly large cable cross-sections are required, the feed line losses PV increasing with the square of the current according to the equation Pv = I ”* Rcu.

Eine Stromversorgung wird üblicherweise mit einem bei Netzfrequenz betriebenen Transformator oder einem Schaltnetzteil realisiert. Der Transformator trennt die Eingangsspannung galvanisch von der Ausgangsspannung und setzt die Eingangsspannung mit dem Verhältnis der Windungen herunter. Die Größe des Transformators ist abhängig von der Frequenz der Wechselspannung. Entsprechend sind bei Netzfrequenz 50/60 Hz betriebene Transformatoren deutlich größer, schwerer und teurer als bei einer wesentlich höheren Frequenz (z. B. 20 kHz) getaktete Transformatoren eines Schaltnetzteils. 50Hz/60Hz-Transformatornetzteile können üblicherweise die Spannung nicht regeln, sondern sie transformieren diese mit einem festen Verhältnis und werden an die jeweilige Eingangsspannung angepasst. Auch kann ein Transformator nicht mit Gleichspannung versorgt werden.A power supply is usually implemented with a transformer operated at line frequency or a switched-mode power supply. The transformer galvanically separates the input voltage from the output voltage and reduces the input voltage with the ratio of the turns. The size of the transformer depends on the frequency of the alternating voltage. Correspondingly, transformers operated at a mains frequency of 50/60 Hz are significantly larger, heavier and more expensive than transformers of a switched-mode power supply that are clocked at a significantly higher frequency (e.g. 20 kHz). 50Hz / 60Hz transformer power supplies cannot usually regulate the voltage, but they transform it with a fixed ratio and are adapted to the respective input voltage. A transformer cannot be supplied with direct voltage either.

Netzspannungsschwankungen führen zu Versorgungsspannungsschwankungen an den Verbrauchern. Insbesondere bei kleinen Leistungen ist die Ausgangsspannung eines Transformators abhängig von der Auslastung. Eine nachfolgende sekundärseitige elektronische Regelung hat den Nachteil, dass diese mit sehr großen Strömen arbeitet und daher stark verlustbehaftet ist. Aufgrund dieser Nachteile wurden primär-getaktete Stromversorgungen entwickelt. Diese erzeugen üblicherweise eine Gleichspannung von 24VDC und stellen eine Leistung bis zu wenigen kW bzw. Ströme bis 60A zu Verfügung, die durch den maximal üblichen 16mm“ Kabelquerschnitt begrenzt werden.Mains voltage fluctuations lead to supply voltage fluctuations at the consumers. The output voltage of a transformer depends on the load, especially with low power levels. A subsequent electronic control on the secondary side has the disadvantage that it works with very large currents and is therefore subject to high losses. Because of these disadvantages, primary-switched power supplies have been developed. These usually generate a direct voltage of 24VDC and provide an output of up to a few kW or currents of up to 60A, which are limited by the maximum usual 16mm ”cable cross-section.

Aus der DE 10 2005 031 833 Al ist eine elektronische Stromversorgungsvorrichtung bekannt, die als Schaltnetzteil ausgebildet sein kann. Die bekannte Stromversorgungsvorrichtung weist eine Einrichtung zum Begrenzen des Ausgangsstroms der Stromversorgungsvorrichtung auf einen ersten vorbestimmten Wert auf. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, die unter Ansprechen auf das Erfassen eines elektrischen Störfalls den Ausgangsstrom für eine vorbestimmte Zeit auf einen zweiten vorbestimmten Wert einstellt, der größer als der erste Wert ist. Zudem ist eine Begrenzungseinrichtung vorgesehen, die den Ausgangsstrom nach Ablauf der vorbestimmten Zeit sprunghaft auf den ersten vorbestimmten Wert ausgebildet ist.From DE 10 2005 031 833 A1 an electronic power supply device is known which can be designed as a switched-mode power supply. The known power supply device has a device for limiting the output current of the power supply device to a first predetermined value. Furthermore, a device is provided which, in response to the detection of an electrical fault, sets the output current for a predetermined time to a second predetermined value which is greater than the first value. In addition, a limiting device is provided which, after the predetermined time has elapsed, increases the output current to the first predetermined value.

Aus der WO 2015/082207 Al ist eineFrom WO 2015/082207 Al is one

Stromversorgungseinrichtung zum Begrenzen des Ausgangsstroms bekannt. Die bekannte Stromversorgungseinrichtung weist eine Strombegrenzungsschaltung auf, die einen Ausgangsstrom der Stromversorgungseinrichtung zunächst für einen Zeitraum auf einen erhöhten Maximalstrom begrenzt und danach sprunghaft auf einen regulären Maximalstrom begrenzt, wobei der Zeitraum. Für den der Ausgangsstrom auf den erhöhten Maximalstrom begrenzt ist, von der Höhe des Ausgangsstroms abhängig ist.Known power supply device for limiting the output current. The known power supply device has a current limiting circuit which initially limits an output current of the power supply device to an increased maximum current for a period of time and then abruptly limits it to a regular maximum current, the period of time. For which the output current is limited to the increased maximum current, depends on the level of the output current.

Mit den beiden bekannten Stromversorgungseinrichtungen gemäß der DE 10 2005 031 833 Al und der WO 2015/082207 Al können Leitungsschutzschalter schnell magnetisch ausgelöst werden.With the two known power supply devices according to DE 10 2005 031 833 A1 and WO 2015/082207 A1, circuit breakers can be quickly triggered magnetically.

In Fig. 1 ist eine beispielhafte Anlage abgebildet, die, dargestellt als Blockschaltbilder, eine Stromversorgungsvorrichtung 100 aufweist, an deren Ausgang beispielsweise zwei elektrische Verbraucher Rl und RN parallel angeschlossen sind, die jeweils mit der Ausgangsspannung Vour der Stromversorgungsvorrichtung 100 gespeist werden.In Fig. 1 an exemplary system is shown, which, shown as block diagrams, has a power supply device 100, at the output of which, for example, two electrical loads Rl and RN are connected in parallel, which are each fed with the output voltage Vour of the power supply device 100.

Die Stromversorgungsvorrichtung 100 stellt einen der Bauteiledimensionierung entsprechenden Strom bereit bzw. zur Verfügung, der als Nennstrom Inox des Schaltnetzteiles angegeben wird. Wird durch Verbraucher mehr als der Nennstrom Iyom aufgenommen, begrenzt das Schaltnetzteil 100 den Ausgangstrom auf einen etwas höheren maximalen Ausgangsstrom Imax. Hierdurch werden Toleranzen in derThe power supply device 100 provides or makes available a current corresponding to the component dimensioning, which is specified as the nominal current Inox of the switched-mode power supply. If more than the rated current Iyom is consumed by consumers, the switched-mode power supply 100 limits the output current to a somewhat higher maximum output current Imax. This reduces tolerances in the

Strombegrenzung ausgeglichen und sichergestellt, dass der Nennstrom immer erreicht wird. Da die Bauteile des Schaltnetzteils oder die Verbindungsleitungen zu angeschlossenen Verbrauchern auf diesen maximalen Strom, 5 der im Kurzschlussfall fließen kann, auszulegen sind, liegt der maximale Ausgangsstrom Imx insbesondere bei größeren Stromversorgungen nur knapp über dem Nennstrom, und zwar vorteilhafterweise zwischen 110% und 150% des Nennstroms Inox .Current limitation balanced and ensured that the rated current is always reached. Since the components of the switched-mode power supply or the connection lines to connected consumers are to be designed for this maximum current 5, which can flow in the event of a short circuit, the maximum output current Imx is only slightly above the nominal current, particularly with larger power supplies, and advantageously between 110% and 150%. of the nominal current Inox.

Um zum Beispiel ein Starten schwerer Lasten wie Motoren zu ermöglichen, besitzen viele Stromversorgungen eine kurzzeitige Stromüberhöhung, die maximal einen Strom bis zum 2,5-fachen des Nennstromes für wenige Sekunden zur Verfügung stellen. Entsprechend den allgemeinen elektrischen Installationsvorschiften können Leitungsquerschnitte nach einer Sicherung reduziert werden. Neben Schmelzsicherungen werden insbesondere auch häufig Leitungsschutzschalter hierfür verwendet. In Fig. 2 ist die in Fig. 1 gezeigte beispielhafte Anlage dahingehend verändert worden, dass jedem Verbraucher Rl bis Ry eine Schutzeinrichtung F1 bis Fy vorgeschaltet ist. Wie in Fig. 2 zu sehen, sind an die Stromversorgungsvorrichtung 100 die verschiedenen Verbraucher, die durch unterschiedliche Lastwiderstände RI bis Ry gekennzeichnet angeschlossen, die mit unterschiedlichen Strömen von der Stromversorgungsvorrichtung 100 zentral versorgt werden.For example, in order to enable heavy loads such as motors to be started, many power supplies have a short-term excess current that can provide a maximum current of up to 2.5 times the rated current for a few seconds. According to the general electrical installation regulations, line cross-sections can be reduced after a fuse. In addition to fuses, circuit breakers are also often used for this purpose. In FIG. 2, the exemplary system shown in FIG. 1 has been modified in such a way that a protective device F1 to Fy is connected upstream of each consumer Rl to Ry. As can be seen in FIG. 2, the various loads, characterized by different load resistances RI to Ry, which are centrally supplied with different currents from the power supply apparatus 100, are connected to the power supply device 100.

Bei zumindest einem Kurzschluss einer Zuleitung zu dem jeweiligen Verbraucher oder bei einem Kurzschluss innerhalbwenigstens eines der Verbraucher werden Jedoch alle Verbraucher nicht mehr ausreichend mit Strom versorgt. Um die Anlage jedoch weiter versorgen und um Leitungsquerschnitte reduzieren zu können, werden die verschiedenen Strompfade, in denen die Verbraucher liegen, einzeln abgesichert. Ebenso kann in zumindest einigen der Verbrauchern jeweils eine eingangsseitige Sicherung geschaltet sein, die bei internen Kurzschlüssen auslösen soll.In the event of at least one short circuit in a supply line to the respective consumer or in the event of a short circuit within at least one of the consumers, however, all consumers are no longer adequately supplied with current. However, in order to be able to continue supplying the system and to reduce line cross-sections, the various current paths in which the consumers are located are individually protected. Likewise, a fuse on the input side can be connected in at least some of the loads, which is intended to trigger in the event of internal short circuits.

Nachteilig hat sich jedoch dabei herausgestellt, dass die Sicherungen oder Leitungsschutzschalter bei einem geringen Überstrom nicht nur relativ langsam auslösen. Die Verbraucher können kurze Unterbrechungen der Eingangsspannung überbrücken, z.B. 20ms entsprechend EN61000-6-2 (Fachgrundnorm Störfestigkeit für industrielle Verbraucher). Hierzu besitzen Leitungsschutzschalter normalerweise zwei Auslösemechanismen: Bei hohen Überströmen eine schnelle magnetische Auslösung innerhalb von 10ms und bei geringeren Überströmen wie auch Schmelzsicherungen eine langsamere thermische Auslösung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsvorrichtung und ein Verfahren zur geregelten Energieversorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers zur Verfügung zu stellen, die in einem elektrischen Störfall, insbesondere bei einem ausgangsseitigen Kurzschluss, sowohl eine magnetisch auslösbare Schutzeinrichtung als auch eine thermisch auslösbare Schutzeinrichtung auslösen kann.However, it has been found to be disadvantageous that the fuses or circuit breakers do not only trip relatively slowly in the event of a low overcurrent. The consumers can bridge short interruptions in the input voltage, e.g. 20ms according to EN61000-6-2 (generic standard for interference immunity for industrial consumers). For this purpose, miniature circuit breakers usually have two trigger mechanisms: In the case of high overcurrents, a quick magnetic release within 10ms and in the case of lower overcurrents and fuses, a slower thermal release. The invention is based on the object of providing a power supply device and a method for the regulated energy supply of at least one electrical consumer, which can trigger both a magnetically triggered protective device and a thermally triggered protective device in the event of an electrical fault, in particular a short circuit on the output side.

Das technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.The technical problem is solved by the features of claim 1 and by the features of claim 4.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments are the subject of the subclaims.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with the accompanying figures.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine beispielhafte Stromversorgungvorrichtung gemäß der Erfindung, an welcher mehrere elektrische Verbraucher parallel angeschlossen sind,1 shows an exemplary power supply device according to the invention, to which several electrical loads are connected in parallel,

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Stromversorgungsvorrichtung, wobei jedem elektrischen Verbraucher eine Schutzeinrichtung vorgeschaltet ist,FIG. 2 shows the power supply device shown in FIG. 1, each electrical consumer being preceded by a protective device,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der in Fig. 1 gezeigtenFIG. 3 is a block diagram of that shown in FIG

Stromversorgungsvorrichtung,Power supply device,

Fig. 4 einen beispielhaften Schaltungsaufbau der in Fig. 3 gezeigten Regelungseinrichtung mit einem Spannungsregler und einem Stromregler,4 shows an exemplary circuit structure of the control device shown in FIG. 3 with a voltage regulator and a current regulator,

Fig.5 ein Spannungsteiler zum Bereitstellen der5 shows a voltage divider for providing the

Sollwerte für die in Fig. 4 gezeigten Regelungseinrichtung,Setpoint values for the control device shown in FIG. 4,

Fig. 6 eine beispielhafte Strombegrenzungskennlinie gemäß der Erfindung,6 shows an exemplary current limiting characteristic curve according to the invention,

Fig. 7 eine analoge Schaltungsanordnung zur Erzeugung von7 shows an analog circuit arrangement for generating

Strombegrenzungswerten beispielsweise in Abhängigkeit der in Fig. 6 gezeigtenCurrent limiting values, for example, as a function of those shown in FIG. 6

Strombegrenzungskennlinie, und Fig. 8 eine digitale Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Strombegrenzungswerten beispielsweise in Abhängigkeit der in Fig. 6 gezeigten Strombegrenzungskennlinie. Fig. 3 zeigt als Blockschaltbild einen beispielhaften Aufbau der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Stromversorgungsvorrichtung 100, in der die erfindungsgemäße Strombegrenzung verwirklicht ist. Die Stromversorgungsvorrichtung 100 ist beispielsweise ein primär-getaktetes AC/DC-Schaltnetzteil, wobei die Stromversorgungsvorrichtung auch als DC- oder AC- Schaltnetzteil ausgebildet sein kann.Current limiting characteristic curve, and FIG. 8 shows a digital circuit arrangement for generating current limiting values, for example as a function of the current limiting characteristic curve shown in FIG. 6. 3 shows, as a block diagram, an exemplary structure of the power supply device 100 shown in FIGS. 1 and 2, in which the current limitation according to the invention is implemented. The power supply device 100 is, for example, a primary-clocked AC / DC switched-mode power supply, wherein the power supply device can also be designed as a DC or AC switched-mode power supply.

Das primär-getaktete Schaltnetzteil 100 kann primärseitig aus einer Eingangsgleichspannung Vin gespeist werden, die an Eingangsklemmen 101, 102 angelegt werden kann. Bei dem beispielhaften AC/DC-Schaltnetzteil 100 kann eine Eingangswechselspannung Vıyac über Eingangsklemmen 103, 104 Vınac Mit einem primärseitigen Gleichrichter D1 verbunden, wobei die Eingangsklemmen 103, 104 und der Gleichrichter D1 bei einem DC/DC-Schaltnetzteil entfallen können. Die Eingangsspannung Vim wird mit einem Kondensator C1 geglättet, der parallel an die Eingangsklemmen 101, 102 angeschlossen ist, und anschließend einem Transformator Trl zugeführt. Hierzu ist ein Anschluss einer Primärwicklung des Transformators Trl mit der Eingangsklemme 101 und der andere Anschluss der Primärwicklung des Transformators Trl über einen Leistungsschalter S1, der hochfrequent getaktet wird, mit der Eingangsklemme 102 verbunden. DerThe primary-clocked switched-mode power supply 100 can be fed on the primary side from a DC input voltage Vin, which can be applied to input terminals 101, 102. In the exemplary AC / DC switched-mode power supply 100, an AC input voltage Vıyac can be connected to a primary-side rectifier D1 via input terminals 103, 104 Vınac, the input terminals 103, 104 and rectifier D1 being omitted in a DC / DC switched-mode power supply. The input voltage Vim is smoothed with a capacitor C1, which is connected in parallel to the input terminals 101, 102, and then fed to a transformer Trl. For this purpose, one connection of a primary winding of the transformer Trl is connected to the input terminal 101 and the other connection of the primary winding of the transformer Trl is connected to the input terminal 102 via a power switch S1, which is clocked at high frequencies. Of the

Leistungsschalter S1 wird von einer primärseitig angeordneten Ansteuerungseinrichtung 201 angesteuert, die beispielsweise als Pulsweitenmodulator arbeitet. Die Ansteuereinrichtung 201 ist mit den Eingangsklemmen 101 du 102 verbunden. Das Steuersignal für die Ansteuerungseinrichtung 201 wird von einer sekundärseitig angeordneten Regelungseinrichtung 202 erzeugt und über eine Trennschaltung 106 auf die Primärseite des Schaltnetzteils 100 geleitet. Die Trennschaltung 106 kann ein Optokoppler OC1 sein. Die Trennschaltung 105 und der Transformator Trl sorgen somit für eine galvanische Trennung, d.h. sie trennen das Schaltnetzteil 100 somit in eine Primärseite und eine Sekundärseite, was symbolisch durch die Strichpunktlinie 105 dargestellt ist. Über die galvanische Trennung wird die Energie des Transformator Trl auf die sekundärseitige Wicklung gegeben und mit einer Diode D10 gleichgerichtet. Die vom Kondensator C10 geglättet Spannung wird als Ausgangsspannung Vour am Ausgang der Stromversorgungsvorrichtung 100 zur Verfügung gestellt.Circuit breaker S1 is controlled by a control device 201 arranged on the primary side, which operates, for example, as a pulse width modulator. The control device 201 is connected to the input terminals 101 and 102. The control signal for the control device 201 is generated by a control device 202 arranged on the secondary side and passed via an isolating circuit 106 to the primary side of the switched-mode power supply 100. The isolation circuit 106 can be an optocoupler OC1. The isolating circuit 105 and the transformer Trl thus ensure galvanic isolation, i.e. they thus separate the switched-mode power supply 100 into a primary side and a secondary side, which is represented symbolically by the dash-dotted line 105. The energy of the transformer Trl is transferred to the secondary-side winding via the electrical isolation and rectified with a diode D10. The voltage smoothed by the capacitor C10 is made available as an output voltage Vour at the output of the power supply device 100.

Die Regelungseinrichtung 202 erfasst vorzugsweise die Ausgangsspannung Vour und den Ausgangsstrom Iour der Stromversorgungseinrichtung 100 und regelt im Normalbetrieb auf eine konstante Ausgangsspannung Vour.The regulating device 202 preferably detects the output voltage Vour and the output current Iour of the power supply device 100 and, in normal operation, regulates to a constant output voltage Vour.

Das Schaltnetzteil 100 kann nach bekannten Schaltungsgrundprinzipien realisiert werden, z.B. als Sperrwandler, Flusswandler, als Halbbrücken- oder Vollbrücken- oder Resonanzwandler. Ebenso kann das Schaltnetzteil 100 mehrere Schaltstufen in Reihenschaltung besitzen. Bekannt ist eine vorgeschaltete PFC-Stufe, diefür eine sinusförmige Eingangsstromaufnahme sorgt. Auch weitere Schaltungsgrundkonzepte wie 2-Transistor-Wandler oder eine Parallelschaltung der Schaltstufen als interleaved Wandler oder bei hohen Spannungen eine Reihenschaltung als Kaskade sind der Fachliteratur zu entnehmen. Fig. 3 zeigt ein galvanisch getrenntes Schaltnetz 100. Dies kann aber auch genauso ein nicht galvanisch getrenntes Schaltnetzteil sein, z.B. ein Tiefsetzer, Hochsetzer oder ein Inverswandler.The switched-mode power supply 100 can be implemented according to known basic circuit principles, e.g. as flyback converter, forward converter, as half-bridge, full-bridge or resonance converter. The switched-mode power supply 100 can also have several switching stages connected in series. An upstream PFC stage is known, which ensures a sinusoidal input current consumption. Further basic circuit concepts such as 2-transistor converters or a parallel connection of the switching stages as an interleaved converter or, in the case of high voltages, a series connection as a cascade can be found in the specialist literature. Fig. 3 shows a galvanically isolated switching network 100. However, this can also be a non-galvanically isolated switching power supply, e.g. a buck converter, boost converter or an inverse converter.

Der Leistungsschalter S1 ist unabhängig von der verwendeten Schaltertechnologie ein beliebig ein- und ausschaltbarer Halbleiterschalter und kann z.B. als MOSFET oder Bipolartransistor oder IGBT oder GAN-FET oder SiC-FET realisiert werden. Auch kann die als Rückkoppelelement fungierende Trenneinrichtung 106 sowohl als eigentlicher Optokoppler als auch als magnetischer Koppler realisiert werden. Das Ansteuerung des Leistungsschalters S1 kann z.B. hartschaltend mit Pulsweitenmodulation PWM oder bei resonanten Wandlertopologien mit Pulsfrequenzmodulation PFM erfolgen.The circuit breaker S1 is a semiconductor switch that can be switched on and off as required, regardless of the switch technology used, and can e.g. be implemented as MOSFET or bipolar transistor or IGBT or GAN-FET or SiC-FET. The separating device 106 functioning as a feedback element can also be implemented both as an actual optocoupler and as a magnetic coupler. The control of the circuit breaker S1 can e.g. hard switching with pulse width modulation PWM or with resonant converter topologies with pulse frequency modulation PFM.

Ebenso kann das Schaltnetzteil 100 eine sinusförmige Ausgangsspannung erzeugen, wie bei einem Wechselrichter. Hierzu wird z.B. weniger ausgangsseitig geglättet und die Ausgangsspannung sinushalbwellenförmig mit 100/120Hz moduliert und anschließend mit einer sogenannten H-Brücke die Polarität gewechselt.The switched-mode power supply 100 can also generate a sinusoidal output voltage, as in the case of an inverter. For this purpose e.g. less smoothed on the output side and the output voltage is modulated with a sinusoidal half-wave at 100 / 120Hz and then the polarity is changed with a so-called H-bridge.

Die Regelung des Schaltnetzteiles 100 kann sowohl analog als auch digital erfolgen. Bei konstanter Eingangsspannung Vin erzeugt z.B. von einer vorgeschalteten Schaltstufe, kann die Erfassung der Ausgangsspannung und -strom auch primärseitig erfolgen, mit jedoch deutlich größeren Toleranzen und das Schaltnetzteil vollständig primärseitig geregelt werden. Daher wird in einigen Schaltnetzteilen die Ausgangsspannung sekundärseitig erfasst und geregelt, der Strom aber primärseitig begrenzt.The control of the switched-mode power supply 100 can take place both analogously and digitally. With a constant input voltage Vin e.g. from an upstream switching stage, the output voltage and current can also be recorded on the primary side, but with significantly greater tolerances and the switched-mode power supply can be fully regulated on the primary side. Therefore, in some switched-mode power supplies, the output voltage is recorded and regulated on the secondary side, but the current is limited on the primary side.

Bezuggenommen wird nunmehr auf Fig. 4, die eine beispielhafte Realisierung der Regelungseinrichtung 202 zeigt. Betrachtet man das Schaltnetzteils 100 aus regelungstechnischer Sicht der AusgangsgrôBen „Konstante Spannung“ und „Strombegrenzung“, so besteht das Schaltnetzteil 100 aus einem Leistungspfad, mit dem die Eingangsenergie auf die Ausgangsseite transformiert wird. Ausgangsseitig wird die aktuelle Ausgangsspannung Vouracr und der aktuelle Ausgangsstrom Iouracr gemessen. Diese Signale werden ggf. verstärkt an die sekundärseitige Regelungseinrichtung 202 weitergeleitet. Die sekundärseitige Regelungseinrichtung 202 weist wenigstens zwei Regler auf, nämlich einen Spannungsregler 302 und einen Stromregler 301.Reference is now made to FIG. 4, which shows an exemplary implementation of the regulating device 202. If the switched-mode power supply 100 is viewed from a control-technical point of view of the output variables “constant voltage” and “current limitation”, the switched-mode power supply 100 consists of a power path with which the input energy is transformed to the output side. The current output voltage Vouracr and the current output current Iouracr are measured on the output side. If necessary, these signals are passed on in an amplified manner to the secondary-side control device 202. The secondary-side regulating device 202 has at least two regulators, namely a voltage regulator 302 and a current regulator 301.

Beide Regler 301 und 302 können diskret als sogenannte PI- Regler realisiert werden. Hierzu weist der beispielhafte Stromregler 301 einen Operationsverstärker ICI1l auf, an dessen nicht-invertierenden Eingang ein Sollwert IOUTLIM und an dessen invertierenden Eingang ein dem aktuellen Ausgangsstrom entsprechendes Spannungssignal anliegt,Both controllers 301 and 302 can be implemented discretely as so-called PI controllers. For this purpose, the exemplary current regulator 301 has an operational amplifier ICI1l, at whose non-inverting input a setpoint IOUTLIM and at whose inverting input a voltage signal corresponding to the current output current is applied,

welches beispielsweise über einen Shuntwiderstand R13 abgegriffen und dann über einen Verstärker ICI2 und einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand RI1 an den invertierenden Eingang angelegt wird.which is tapped, for example, via a shunt resistor R13 and then applied to the inverting input via an amplifier ICI2 and a resistor RI1 connected in series.

Der Ausgang desThe outcome of the

Operationsverstärkers ICIl ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und RI2 und einen Kondensator CII auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt.Operational amplifier ICIl is fed back to the inverting input via a series circuit made up of a resistor and RI2 and a capacitor CII.

Der beispielhafte Spannungsregler 302 weist einen Operationsverstärker ICV1 auf, an dessen nicht-invertierenden Eingang ein SollwertThe exemplary voltage regulator 302 has an operational amplifier ICV1, at whose non-inverting input a setpoint value

IOUTNOM und an dessen invertierenden Eingang eine der aktuellen Ausgangsspannung entsprechende Spannung anliegt, welche beispielsweise über einen an die Ausgangsklemmen der Stromversorgungsvorrichtung 100 angeschlossenen Spannungsteiler abgegriffen und dann über einen Verstärkeran den invertierenden Eingang angelegt wird.IOUTNOM and at its inverting input a voltage corresponding to the current output voltage is applied, which is tapped, for example, via a voltage divider connected to the output terminals of the power supply device 100 and then applied to the inverting input via an amplifier.

Der Spannungsteiler kann zwei Widerstände R11 und R12 aufweisen.The voltage divider can have two resistors R11 and R12.

Der Ausgang des Operationsverstärkers ICV1 ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R6 und einen Kondensator C3 auf den invertierenden Eingangrückgekoppelt.The output of the operational amplifier ICV1 is fed back to the inverting input via a series circuit comprising a resistor R6 and a capacitor C3.

Die Ausgangssignale der beiden Regler 302 und 301 werden über eine Dioden Dy bzw.The output signals of the two controllers 302 and 301 are transmitted via a diode Dy or

D, Oder-verknüpft und ggf. über den Optokoppler OC1 auf die primärseitigeD, OR-linked and possibly via the optocoupler OC1 on the primary side

Ansteuerungseinrichtung 201 des Leistungspfades gegeben.Control device 201 of the power path given.

Durch die Oder-Verknüpfung der beiden Ausgangssignale wird erreicht, dass der Regler, der das größere Fehlersignal hat, im gezeichneten Beispiel der Operationsverstärker ICVI des Spannungsreglers 302 oder der Operationsverstärker ICIdes Stromreglers 301 mit der geringeren Ausgangsspannung die Ansteuerungseinrichtung 201 begrenzt bzw. dasBy ORing the two output signals, the controller with the larger error signal, in the example shown, the operational amplifier ICVI of the voltage regulator 302 or the operational amplifier ICI of the current regulator 301 with the lower output voltage limits the control device 201 or the

Tastverhältnis reduziert. Ein Sollwert VOUTNOM für den Spannungsregler 302 und ein der Strombegrenzung dienender Sollwert IOUTLIM für den Stromregler 201 können zum Beispiel mittels eines einstellbaren Spannungsteilers vorgegeben werden. Ein geeigneter beispielhafter Spannungsteiler ist in Fig. 5 gezeigt. Der Spannungsteiler kann durch eine Reihenschaltung aus Widerständen, beispielsweise den Widerständen RV10, RV11 und einem Potentiometer RV12 und einer dazu parallelgeschalteten Reihenschaltung aus beispielsweise einem Widerstand RI10, einem Widerstand RI11 und einem Potentiometer RI12 gebildet werden. Der Sollwert VOUTNOM kann mit einem Potentiometer RV12 eingestellt werden, während die Strombegrenzung, d.h. der Sollwert IOUTLIM intern mit einem Trimmpotentiometer RI12 abgeglichen werden kann, um Toleranzen der Strommessung auszugleichen.Duty cycle reduced. A target value VOUTNOM for the voltage regulator 302 and a target value IOUTLIM serving to limit the current for the current regulator 201 can be specified, for example, by means of an adjustable voltage divider. A suitable exemplary voltage divider is shown in FIG. The voltage divider can be formed by a series circuit of resistors, for example the resistors RV10, RV11 and a potentiometer RV12 and a series circuit connected in parallel therewith, for example a resistor RI10, a resistor RI11 and a potentiometer RI12. The setpoint VOUTNOM can be adjusted with a potentiometer RV12, while the current limitation, i.e. the setpoint IOUTLIM can be adjusted internally with a trimming potentiometer RI12 in order to compensate for tolerances in the current measurement.

Ebenso ist als einfachste Möglichkeit eine feste Einstellung der Sollwerte mit festen Widerständen möglich. Auch eine Sollwertvorgabe aus Zeitgliedern oder einem Prozessor ist denkbar, um z.B. Kurzzeitstromüberhöhungen für schwere Lasten, wie z.B. für Motoren mit hohen Anlaufströmen, zu ermöglichen. Die Strombegrenzung der Regelungseinrichtung 202 und insbesondere des Stromreglers 302 wird derart modifiziert, dass zum Beispiel bei einem ausgangsseitigen Kurzschluss zum Beispiel in einer Zuleitung oder einem der Verbraucher, beispielsweise der Verbraucher Rl in Fig. 2, beispielsweisedie Schutzeinrichtung Fl vorzugsweise schnell und zuverlässig magnetisch und thermisch ausgelöst werden. Die Schutzeinrichtung F1 kann ein Leitungsschutzschalter mit magnetischem und thermischem Auslösemechanismus oder eine magnetisch auslösende Sicherung und eine davon getrennte thermisch auslösende Schmelzsicherung sein. Die Regelungseinrichtung 202 ist dazu ausgebildet, kurzzeitig einen Ausgangsstrom IOUT, der deutlich über dem Nennstrom INOM liegt, bereitzustellen. Hiervon bleibt die eigentliche Regelung i.A. unverändert. Die Sollwertvorgabe IOUTLIM wird so verändert, dass der bereitgestellte Strom ILIM für eine bestimmte Zeit deutlich erhöht ist. Wird dieser über dem Nennstrom liegende Strom tatsächlich benötigt, so wird zur Verhinderung der Überlastung von Verbrauchern und Verdrahtung der maximal bereitgestellte Strom ILIM in Abhängigkeit einer geeigneten Strombegrenzungskennlinie beispielsweise nach Ablauf von bestimmten Zeiten Schritt für Schritt abgesenkt.The simplest possibility is also a fixed setting of the setpoints with fixed resistances. A setpoint specification from timers or a processor is also conceivable, e.g. Short-term current surges for heavy loads, such as for motors with high starting currents. The current limitation of the regulating device 202 and in particular of the current regulator 302 is modified in such a way that, for example, in the event of a short circuit on the output side, for example in a supply line or in one of the consumers, for example the consumer Rl in FIG to be triggered. The protective device F1 can be a line circuit breaker with a magnetic and thermal tripping mechanism or a magnetically tripping fuse and a thermally tripping fuse which is separate therefrom. The control device 202 is designed to briefly provide an output current IOUT which is significantly above the nominal current INOM. The actual regulation remains in general unchanged. The setpoint specification IOUTLIM is changed in such a way that the current ILIM provided is significantly increased for a certain time. If this current above the rated current is actually required, the maximum current ILIM provided is reduced step by step depending on a suitable current limiting characteristic, for example after certain times have elapsed, to prevent overloading of loads and wiring.

Eine beispielhafte Strombegrenzungskennlinie mit treppenförmigen Verlauf, die die Regelungseinrichtung 202 bzw. der Stromregler 301 zur Ausgangstrombegrenzung berücksichtigen kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Andere Strombegrenzungskennlinien, die einen Abschnitt mit negativer Steigung, der sich über eine einstellbare Gesamtzeitdauer, zum Beispiel von tLl bis tL3, erstreckt, aufweisen, können der Regelungseinrichtung 202 bereitgestellt werden. Angemerkt ist, dass der Abschnitt mit negativer Steigung derart verläuft, dass ein erster Strombegrenzungswert IL] zeit- und wertkontinuierlich oder zeitkontinuierlich und wertdiskret bis zu einem zweitenAn exemplary current limiting characteristic curve with a step-shaped profile, which the control device 202 or the current controller 301 can take into account for output current limitation, is shown in FIG. 6. Other current-limiting characteristic curves which have a section with a negative slope which extends over an adjustable total time period, for example from tL1 to tL3, can be provided to the control device 202. It should be noted that the section with a negative gradient runs in such a way that a first current limiting value IL] is continuous in time and value or continuous in time and value discrete up to a second

Strombegrenzungswert IMAX über die einstellbare Gesamtzeitdauer abgesenkt wird. Angenommen sei, dass zum Zeitpunkt t0 ein erhöhter Strombedarf durch z.B. eine Störung auftritt. Die Strombegrenzung des Stromreglers 301, d.h. der bereitgestellte Strom ILIM, ist auf einen wesentlich über dem Nennstrom INOM liegenden Wert IL1l eingestellt. Zum Zeitpunkt tLl wird der zur Verfügung gestellte Strom auf einen Wert IL2 abgesenkt. Dies wiederholt sich zumindest nach einer weiteren Zeitdauer. Zum Zeitpunkt tL2 wird der zur Verfügung gestellte Strom auf den Wert IL3 abgesenkt und zum Zeitpunkt tL3 wird der Strom weiter auf den Wert IMAX eingestellt.Current limit value IMAX is reduced over the adjustable total time. It is assumed that at time t0 there is an increased demand for electricity, e.g. a malfunction occurs. The current limitation of the current regulator 301, i.e. the current ILIM provided is set to a value IL1l which is substantially above the nominal current INOM. At time tL1, the current made available is lowered to a value IL2. This is repeated at least after a further period of time. At time tL2 the current made available is reduced to the value IL3 and at time tL3 the current is further set to the value IMAX.

Damit z.B. Leitungsschutzschalter zuverlässig schnell magnetisch ausgelöst werden können, wird z.B. die erste Strombegrenzung IL1 je nach Charakteristik auf den 5-10- fachen Nennstrom des Leitungsschutzschalters eingestellt, und zwar für eine zeitliche Dauer von ca. 5-15ms. Danach wird der bereitgestellte Strom auf den niedrigeren Stromwert IL2 begrenzt, um z.B. eine flinke Sicherung innerhalb von ca. 20ms auszulösen. In einer weiteren Stufe wird der bereitgestellte Strom auf den noch niedrigeren Stromwert IL3 begrenzt, um z.B. eine träge Sicherung auszulösen. Danach, zum Beispiel nach der Zeitdauer tL3, kann dann der Strom auf den üblichen maximalen Ausgangsstrom IMAX oder z.B. auch auf einen Strom begrenzt werden, um z.B. das Starten von schwierigen Lasten oder z.B. das schnelle Laden von (Speicher-) Kondensatoren zu unterstützen.So that e.g. Circuit breakers can be reliably and quickly triggered magnetically, e.g. the first current limitation IL1 is set to 5-10 times the nominal current of the circuit breaker, depending on the characteristics, for a period of approx. 5-15 ms. Thereafter, the provided current is limited to the lower current value IL2, e.g. trigger a fast fuse within approx. 20ms. In a further stage, the provided current is limited to the even lower current value IL3, e.g. trigger a slow fuse. Thereafter, for example after the time period tL3, the current can then increase to the usual maximum output current IMAX or e.g. can also be limited to a current, e.g. starting of difficult loads or e.g. support the fast charging of (storage) capacitors.

Die Auslösezeiten können den Datenblättern oder Normenreihen entnommen werden: Die Leitungsschutzschalter sind in der Normenreihe EN 60898, die Schmelzsicherungen in der EN60127 spezifiziert. Die Bauteile einer Stromversorgung sind üblicherweise auf den Nennausgangsstrom bei maximaler Umgebungstemperatur dauerhaft ausgelegt und können höhere Spitzenströme liefern. Hierbei spielt z.B. eine Rolle, welchen Ausgangsstrom die Stromversorgung vor dem erhöhten Strombedarf lieferte, oder bei welcher Umgebungstemperatur TA die Stromversorgung betrieben wird, oder auch wie niederohmig der jeweilige Kurzschluss ist. Bei sehr niederohmigem Kurzschluss mit einer sehr geringen Ausgangsspannung VOUT setzt die Stromversorgungsvorrichtung insbesondere auf der Primärseite eine geringere Leistung im Vergleich zu einem hochohmigerem Kurzschluss mit höherer Ausgangsspannung VOUT um. Der Widerstand im Kurzschlussfall wird maßgeblich bestimmt von den Zuleitungswiderständen. Ebenso kann die Eingangsspannung berücksichtigt werden. Insbesondere bei DC/DC-Wandlern mit niedriger Eingangsspannung kann sich bei höherer Ausgangsspannung, z.B. hochohmigem Kurzschluss, eine deutlich höhere Stromaufnahme ergeben. Diese führt aufgrund des Zuleitungswiderstandes zu einem Absinken der Eingangsspannung und in Folge zu einer noch höheren Eingangsstromaufnahme.The tripping times can be found in the data sheets or series of standards: The miniature circuit breakers are specified in the EN 60898 series of standards, the fuses in EN60127. The components of a power supply are usually designed for the nominal output current at maximum ambient temperature and can deliver higher peak currents. Here e.g. a role which output current the power supply delivered before the increased power demand, or at what ambient temperature TA the power supply is operated, or how low-resistance the respective short circuit is. In the case of a very low-resistance short circuit with a very low output voltage VOUT, the power supply device, in particular on the primary side, converts a lower power compared to a higher-resistance short circuit with a higher output voltage VOUT. The resistance in the event of a short circuit is largely determined by the lead resistance. The input voltage can also be taken into account. In particular in the case of DC / DC converters with a low input voltage, a higher output voltage, e.g. high-resistance short circuit, result in a significantly higher current consumption. Due to the lead resistance, this leads to a drop in the input voltage and consequently to an even higher input current consumption.

Der bereitgestellte Ausgangsstrom ILIM kann beeinflusstwerden durch z.B. Umgebungstemperatur TA, Bauteiletemperaturen TC, verbleibende Ausgangsspannung VOUTLIM, Historie des Ausgangsstromes IOUTHIST oder der Eingangsspannung Vin.The provided output current ILIM can be influenced by e.g. Ambient temperature TA, component temperatures TC, remaining output voltage VOUTLIM, history of the output current IOUTHIST or the input voltage Vin.

Die Begrenzungsgrößen können hierbei beliebig mehrfach vorkommen und durch z.B. mehrere Temperaturfühler mit unterschiedlichen Gewichtungen erfasst werden. Auch kann je nach Schaltungskonzept eine Berücksichtigung weiterer Parameter erforderlich sein. Die nachfolgenden prinzipiellen Schaltungseinrichtungen, die in den Figuren 7 und 8 beispielhaft dargestellt sind, geben eine entsprechende Ansteuerung zur Erzeugung des Stromgrenzwertes IOUTLIM, der als Sollwert an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ICI1 angelegt wird, wieder. Mit anderen Worten: Die in den Figuren 7 und 8 gezeigten Schaltungseinrichtungen 500 und 600 sind jeweils dazu ausgebildet, die beispielhaft in Fig.The limit values can appear multiple times and by e.g. several temperature sensors with different weightings can be recorded. Depending on the circuit concept, it may also be necessary to take additional parameters into account. The following basic circuit devices, which are shown by way of example in FIGS. 7 and 8, reproduce a corresponding control for generating the current limit value IOUTLIM, which is applied as a setpoint to the non-inverting input of the operational amplifier ICI1. In other words: the circuit devices 500 and 600 shown in FIGS. 7 and 8 are each designed to be shown by way of example in FIG.

6 gezeigte Strombegrenzungskennlinie zu erzeugen. In dem ersten in Fig. 7 gezeigten Beispiel wird eine analoge Lösung einer Schaltungseinrichtung 500 zur Bereitstellung eines Stromgrenzwertes IOUTLIM dargestellt.6 to generate the current limiting characteristic shown. In the first example shown in FIG. 7, an analog solution of a circuit device 500 for providing a current limit value IOUTLIM is shown.

Der Maximalwert der Strombegrenzung wird mit einem Potenziometer RI12 eingestellt. Von diesem Maximalwert werden mit einem Subtrahierer IC401 einzelne verstärkte und gewichtete Sensorgrößen, die von Sensorschaltungen 400 bis 402 bereitgestellt werden, subtrahiert, wodurch der Stromgrenzwert sinkt. Die einzelnen Stromüberhöhungen werden z.B. von den Sensorschaltungen 400 bis 402generiert. Hierbei sind die Stromgrenzwerte und Zeiten wieder z.B. über Potenziometer einstellbar. In der Sensorschaltung 401 können z.B. verstärkte Temperaturmesssignale für die Umgebungstemperatur oder Bauteiletemperaturen das Ausgangssignal beeinflussen. Weitere Sensoren z.B. zur Berücksichtigung der Eingangsspannung oder der durchschnittlichen Strombelastung sind in den Sensorschaltung 400 und 402 angedeutet.The maximum value of the current limitation is set with a potentiometer RI12. With a subtractor IC401, individual amplified and weighted sensor variables, which are provided by sensor circuits 400 to 402, are subtracted from this maximum value, as a result of which the current limit value decreases. The individual current peaks are e.g. generated by the sensor circuits 400 to 402. The current limit values and times are again e.g. adjustable via potentiometer. In the sensor circuit 401, e.g. amplified temperature measurement signals for the ambient temperature or component temperatures influence the output signal. Other sensors e.g. for taking into account the input voltage or the average current load are indicated in the sensor circuit 400 and 402.

Alternativ kann die in Fig. 7 gezeigte eine Schaltungseinrichtung zur Bereitstellung eines Strombegrenzungswerts IOUTLIM anstelle eines Subtrahierers einen Addierer verwendet. Wird der normale Grenzwert der Strombegrenzung IMAX erreicht, wird der einstellbare Grenzwert für eine einstellbare Zeit erhöht. Werden wieder mehrere Sensor-Schaltungsblöcke parallelgeschaltet, können mehrere Stromgrenzwerte und Zeiten dazu eingestellt werden. Da Jedoch die diskret aufgebaute analoge Schaltungseinrichtung zur Stromgrenzwerteinstellung nach Fig. 7 sehr komplex werden kann, kann eine digitale Lösung einer Schaltungseinrichtung mit einem Mikroprozessor verwendet werden, die in Fig. 8 dargestellt und mit Bezugszeichen 600 versehen ist.Alternatively, the circuit device shown in FIG. 7 for providing a current limiting value IOUTLIM can use an adder instead of a subtracter. If the normal limit value of the current limitation IMAX is reached, the adjustable limit value is increased for an adjustable time. If several sensor circuit blocks are switched in parallel again, several current limit values and times can be set. However, since the discretely constructed analog circuit device for current limit value setting according to FIG. 7 can become very complex, a digital solution of a circuit device with a microprocessor, which is shown in FIG. 8 and provided with reference numeral 600, can be used.

Ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller uC, der gg£. auch das Schaltnetzteil 100 regelt, erfasst die elektrischen Parameter des Schaltnetzteils 100, wie z.B. die aktuelle Ausgangsspannung VOUTACT oder den aktuellen Ausgangsstrom IOUTACT. Ebenso kann der Mikrocontroller uC Sensordaten wie z.B. die zuvor genannten Temperaturen. Für eine komfortable Eingabe der o.g. Grenzwerte wie Stromüberhöhungsgrenzen undA microprocessor or microcontroller uC, the gg £. also regulates the switched-mode power supply 100, records the electrical parameters of the switched-mode power supply 100, e.g. the current output voltage VOUTACT or the current output current IOUTACT. The microcontroller uC can also read sensor data such as the aforementioned temperatures. For a comfortable entry of the above Limit values such as excessive current limits and

Zeitdauern z.B. auf einem PC oder Smartphone, kann der uC über eine beliebige Schnittstelle diese Daten entgegennehmen.Time periods e.g. on a PC or smartphone, the uC can receive this data via any interface.

Der uC berechnet zum Beispiel die durchschnittlicheFor example, the uC calculates the average

Stromauslastung und unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur, Bauteiletemperaturen, Eingangsspannung sowie weiterer Größen wird eine maximale Impulsdauer für eine Stromüberhöhung berechnet.Current utilization and taking into account the ambient temperature, component temperatures, input voltage and other variables, a maximum pulse duration for an excessive current is calculated.

Der Benutzer kann entsprechend dem Anlagenaufbau, wie der Verdrahtung und denjeweiligen Sicherungscharakteristiken, die Stromhöhen und Maximalzeiten vorgeben, die die beispielhaft in Fig. 6 gezeigte Strombegrenzungskennlinie definieren.Depending on the system structure, such as the wiring and the respective fuse characteristics, the user can specify the current levels and maximum times that define the current limiting characteristic shown by way of example in FIG.

Hierbei prüft zum Beispiel eine Firmware unter Berücksichtigung der angegebenen Umgebungstemperatur, dass die Stromversorgungnicht wesentlich, z.B. um maximal 10%, mehr belastet wird als die Nenndaten.Here, for example, firmware checks, taking into account the specified ambient temperature, that the power supply is not essential, e.g. by a maximum of 10%, more than the nominal data.

Im Betrieb der Stromversorgungsvorrichtung 100 kann der pC z.B. die Bauteiletemperaturen oder Eingangsspannungshöheüberwachen.In operation of the power supply device 100, the pC can e.g. monitor component temperatures or input voltage levels.

Dieser begrenzt rechtzeitig die Stromüberhöhungsdauer, um bei Erreichen eines Grenzwertes entsprechende niedrigere Stromimpulse abgeben zu können.This limits the duration of the excess current in good time so that corresponding lower current pulses can be emitted when a limit value is reached.

Hierbei berücksichtigt die Firmware z.B. die Wärmekapazität der Bauteile oder Charakteristik die stromabhängigenThe firmware takes into account e.g. the heat capacity of the components or characteristic the current-dependent

Verluste.Losses.

Die Charakteristik der stromabhängigen Verluste ist z.B. an Dioden in erster Näherung bei konstantem Spannungsabfall linear der Strombelastung.The characteristic of the current-dependent losses is e.g. at diodes in a first approximation with a constant voltage drop linear to the current load.

An Widerständen steigen dieThe resistance increases

Verluste quadratisch mit dem Strom.Losses quadratically with the current.

Bei Induktivitäten wieWith inductors like

Transformatoren oder Spulen steigen die Verluste bei relativ hoher Aussteuerung mit dritter Potenz. Die Wärmekapazität steigt üblicherweise mit der Bauteilegröße, Jedoch ist hier die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr z.B.Transformers or coils increase the losses with a relatively high modulation with the third power. The heat capacity usually increases with the component size, but here the speed of heat dissipation is e.g.

innerhalb von Halbleitergehäusen zu berücksichtigen. Aufgrund der Komplexität sind relativ umfangreiche Daten z.B. durch Messungen oder Simulation zu ermitteln, die im Berechnungsprogramm für die Stromgrenzwerte als Gleichungen oder Tabellen hinterlegt werden können.to be taken into account within semiconductor packages. Due to the complexity, relatively extensive data e.g. to be determined by measurements or simulation, which can be stored in the calculation program for the current limit values as equations or tables.

Ebenso kann die Firmware im Betrieb die jeweiligen Temperaturen messen und diese speichern. Die so gewonnenen Daten kann dann die Firmware selbstständig bei Berechnung der Stromgrenzwerte berücksichtigen.The firmware can also measure the respective temperatures during operation and save them. The data obtained in this way can then be automatically taken into account by the firmware when calculating the current limit values.

Einige der Aspekte der Erfindung werden nachfolgend zusammengefasst. Es ist eine beispielhaft in Fig. 3 gezeigte Stromversorgungsvorrichtung 100 zur geregelten Energieversorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers R1-RN vorgesehen, die folgende Merkmale aufweisen kann: eine Einrichtung 201, 202, Trl zur Umwandlung einer Eingangsspannung Vin in eine Ausgangsspannung Vout, eine beispielhaft in Fig. 7 und 8 gezeigten Schaltungseinrichtung 500 bzw. 600, die zum Bereitstellen eines ersten Strombegrenzungswertes Ill ausgebildet ist, und eine Regelungseinrichtung 202, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des den von der Schaltungseinrichtung 500 oderSome of the aspects of the invention are summarized below. A power supply device 100, shown as an example in FIG. 3, is provided for the regulated energy supply of at least one electrical load R1-RN, which can have the following features: a device 201, 202, Trl for converting an input voltage Vin into an output voltage Vout, an example shown in FIG 7 and 8, circuit device 500 or 600 shown, which is designed to provide a first current limiting value III, and a control device 202, which is designed to depend on the from the circuit device 500 or

600 bereitgestellten ersten Strombegrenzungswerts den von der Stromversorgungsvorrichtung lieferbaren Ausgangsstrom für eine Zeitdauer t0 auf den ersten Strombegrenzungswert ILL zu begrenzen, wobei die Schaltungseinrichtung 500 oder 600 ferner dazu ausgebildet ist, den ersten Strombegrenzungswert IL1l zeit- und wertkontinuierlich oder zeitkontinuierlich und wertdiskret bis zu einem zweiten Strombegrenzungswert IMAX insbesondere während einer vorzugsweise einstellbaren Gesamtzeitdauer von t0 bis tL3 abzusenken, wobei die Regelungseinrichtung 202 ferner dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf die von der Schaltungseinrichtung 500 oder 600 bereitgestellten Strombegrenzungswerte den von der Stromversorgungsvorrichtung bereitgestellten Ausgangsstrom zeit- und wertkontinuierlich oder zeitkontinuierlich und wertdiskret vom ersten Strombegrenzungswert IL1 bis zum zweiten Strombegrenzungswert IMAX insbesondere während einer vorzugsweise einstellbaren Gesamtzeitdauer von t0 bis tL3 abzusenken.600 provided first current limiting value to limit the output current deliverable by the power supply device for a period of time t0 to the first current limiting value ILL, wherein the circuit device 500 or 600 is further designed to the first current limiting value IL1l time and value continuous or time continuous and value discrete up to a second current limit value IMAX in particular during a preferably adjustable total time period from t0 to tL3, wherein the control device 202 is further designed to respond to the current limiting values provided by the circuit device 500 or 600, the output current provided by the power supply device continuously in time and value or continuously in time and value discrete from the first Lower the current limiting value IL1 to the second current limiting value IMAX, in particular during a preferably adjustable total time period from t0 to tL3 .

Vorteilhafterweise liegt der erste Strombegrenzungswert IL1 zwischen dem 5-fachen und 10-fachen Wert des von der Stromversorgungsvorrichtung 100 lieferbaren Nennstroms, wobei der zweite Strombegrenzungswert IMAX grôBer als der Nennstrom und kleiner als der 2-fache Nennstrom ist. Zweckmäßigerweise kann die Stromversorgungsvorrichtung 100 als Schaltnetzteil und insbesondere als primär-getaktetes Schaltnetzteil ausgebildet sein.The first current limiting value IL1 is advantageously between 5 times and 10 times the value of the nominal current deliverable by the power supply device 100, the second current limiting value IMAX being greater than the nominal current and less than twice the nominal current. The power supply device 100 can expediently be designed as a switched-mode power supply and in particular as a primary-clocked switched-mode power supply.

Zudem wird ein Verfahren zur geregelten Energieversorgungwenigstens eines elektrischen Verbrauchers insbesondere mit Hilfe der Stromversorgungsvorrichtung 100 zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Ausgangsstroms;In addition, a method for the regulated energy supply of at least one electrical consumer, in particular with the aid of the power supply device 100, is made available, the method comprising the following steps: providing an output current;

Begrenzen des Ausgangsstrom für eine Zeitdauer auf einen ersten Strombegrenzungswert; und anschließend Absenken des Ausgangsstroms zeit- und wertkontinuierlich oder zeitkontinuierlich und wertdiskret vom ersten Strombegrenzungswert bis zu einem zweitenLimiting the output current for a period of time to a first current limit value; and then lowering the output current continuously over time and value or continuously and value discrete from the first current limiting value to a second

Strombegrenzungswert.Current limit value.

Der Ausgangsstrom der Stromversorgungsvorrichtung 100 wird vorzugsweise unter Ansprechen auf eine treppenförmige Strombegrenzungskennlinie zeitkontinuierlich undwertdiskret vom ersten Strombegrenzungswert IL1 bis zum zweiten Strombegrenzungswert IMAX während einer einstellbaren Gesamtzeitdauer (tLl bis tL3) abgesenkt.The output current of the power supply device 100 is preferably reduced in response to a stepped current limiting characteristic continuously and value-discrete from the first current limiting value IL1 to the second current limiting value IMAX during an adjustable total time period (tL1 to tL3).

Das heißt, die Strombegrenzungskennlinie weißt einen Abschnitt mit negativer Steigung auf, der somit eine Treppenfunktionabgebildet werden kann.This means that the current limiting characteristic curve has a section with a negative slope, which can thus be mapped as a step function.

Claims

1. Power supply device (100) for the regulated energy supply of at least one electrical load R1-RN), having a device (201, 202, Trl) for converting an input voltage (Vin) into an output voltage (Vout), a circuit device (500, 600), which is designed to provide a first current limiting value, and a control device (202) which is designed, depending on the first current limiting value provided by the circuit device (500, 600), to adjust the output current deliverable by the power supply device to the first current limiting value for a period of time limit, wherein the circuit device (500, 600) is further designed to reduce the first current limit value continuously and value continuously or continuously and value discrete to a second current limit value, wherein the control device (202) is further designed to respond to the circuit current limiting values provided by the power supply device, the output current provided by the power supply device continuously in time and value or continuously and value discrete from the first current limiting value to the second

Lower the current limit value.

2. Power supply device according to claim 1, characterized in that the first current limiting value is between 5 times and 10 times the value of the rated current available from the power supply device, and that the second current limiting value is greater than the rated current and less than 2 times the rated current .

3. Power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply device is designed as a switched-mode power supply and in particular as a primary-clocked switched-mode power supply.

4. A method for the regulated energy supply of at least one electrical load, in particular with the aid of a power supply device (100) according to one of claims 1 to 3, the method comprising the following steps: a) providing an output current; b) limiting the output current for a period of time to a first current limiting value; and c) then lowering the output current continuously over time and value or continuously and value discrete from the first current limiting value to a second current limiting value.

5. The method according to claim 4, characterized in that the output current of the power supply device (100) is reduced in response to a stepped current limiting characteristic continuously and value-discrete from the first current limiting value to the second current limiting value during an adjustable total time period (tLl to tL3).