CH452025A - Stromversorgungsgerät mit Hilfsbatterie - Google Patents

Stromversorgungsgerät mit Hilfsbatterie

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CH452025A
CH452025A CH1797765A CH1797765A CH452025A CH 452025 A CH452025 A CH 452025A CH 1797765 A CH1797765 A CH 1797765A CH 1797765 A CH1797765 A CH 1797765A CH 452025 A CH452025 A CH 452025A
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voltage
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transistor
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CH1797765A
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Niermeyer Ludwig
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Niermeyer Ludwig
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads

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  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
    Stromversorgungsgerät   mit    Hilfsbatterie   Die    Erfindung      betrifft      ein      Stromversorgungsgerät   mit einem aus einer    Wechselstromquelle   gespeisten Gleichrichter und einer    Hilfsbatterie,   bei welchem zwischen Batterie und Verbraucher ein in    Abhängigkeit   von der Verbraucher- oder    Batteriespannung   steuerbares elektronisches Element    geschaltet   ist. 



  Bei einem bekannten derartigen Gerät ist als steuerbares elektronisches Element ein Transistor    oder   eine aus mehreren parallel geschalteten    Transistoren   bestehende Transistoranordnung vorgesehen. In einem solchen Gerät müssen besondere Massnahmen getroffen werden, um den Transistor bzw. die Transistoren    vor      Stromüberlastung   und    Kurzschluss      zu   schützen.

   Dies    erfolgt   üblicherweise dadurch, dass die Transistoranordnung bei Überschreiten    eines   vorbestimmten    zu-      lässigen      Verbraucher-Stromzs   gesperrt und    anschlies-      send   durch ein    infolge   der Sperrung des Transistors    entregtes      Spannungsüberwachungsrelais   kurzgeschlossen wird. Dies setzt voraus, dass der Transistor die höchste vorkommende    Batteriespannung   sperren kann. Am Verbraucher entsteht ein zumindest kurzzeitiger Spannungseinbruch    bis   0 Volt oder nahezu 0 Volt, was in vielen    Fällen   unzulässig ist. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der genannten Art zu    schaffen,   das bei sicherer Arbeitsweise die beschriebenen Nachteile vermeidet. Das    erfindungsgemässe      Stromversorgungsgerät   ist dadurch    gekennzeichnet,   dass das    steuerbare   elektronische Element von einer durch den Verbraucherstrom in    Durchlassrichtung      beaufschlagten      Diodenstrecke      überbrückt   ist, deren Schleusenspannung mindestens angenähert gleich dem bei Nennbetrieb am elektronischen Element auftretenden Spannungsabfall ist.

   Die Dioden müssen    allerdings   in der Lage sein, den am Verbraucherausgang möglichen maximalen Kurzschluss-Strom zu führen, über den Zeitraum vom Beginn der    Überlastung   bis zum    Schliessen   des    Relais-      Kontaktes.   Dem sich daraus    ergebenden   Wert    i2Xt   (i hoch zwei mal t; i =    Kurschlussstrom;   t =    Zeit)   sind    Zenerdioden   in    Sperrichtung   im    allgemeinen   nicht gewachsen. 



  Es ist zwar    bekannt,      Zenerdioden   in Sperrichtung über den    Kollektor-Emitter-Strecken   von Transistoren    anzuordnen,   dies jedoch aus dem Grunde, den Transistor vor    (energiearmen)      Überspannungs-Spitzen      zu      schützen.      Einfache      Silizumdioden   jedoch haben in    Durchlassrichtung   so grosse    zulässige      i2Xt-Werte,      dass   auch Anlagen der beschriebenen Art    mit   einem    Kurz-      schiuss-Strom   von z. B. 1000    Amp.   sicher geschützt werden können. 



  Die Erfindung    ist   nachstehend an Hand der Zeichnung an einem schematisch dargestellten    Ausführungs-      beispiel   beschrieben. 



  Mit 1 ist ein Gleichrichter bezeichnet, der    ein-      gangsseitig   von einer    Wechselstromquelle   gespeist wird.    Ausgangsseitig   speist der    Gleichrichter   1 einen Verbraucher 7 über einen Transistor 3. Parallel zum Ausgang des    Gleichrichters   1 liegt eine Hilfsbatterie 2, die bei Netzausfall die Speisung des Verbrauchers 7 übernimmt. 



  Die    Lade-Endspannung   und auch die    Ladun.gser-      haltungsspannung   der Hilfsbatterie 2 liegen höher als die bei der Entladung der Batterie zur    Verfügung   stehende Verbraucher-Spannung. Es muss daher die vom Gleichrichter 1    ausgangsseitig   gelieferte Spannung    grösser      als   die benötigte Verbraucherspannung sein. Um den Unterschied auszugleichen, ist der Transistor 3 vorgesehen, welcher über ein Steuergerät 4 in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung    angesteuert   wird. Das    Steuergerät   4 kann so ausgebildet sein, dass bei    Überschreitung   eines vorbestimmten Verbraucherstromes der Transistor 3 gesperrt    wird.   



  Parallel    zur      Emitterkollektorstrecke   des Transistors 3 ist eine    Diodenstrecke   5 geschaltet. Sie ist vorzugsweise aus mehreren, nicht steuerbaren    Silizium-Dioden   zusammengesetzt. Ebenfalls parallel zur    Emitterkollek-      torstrecke   des Transistors 3 ist der Ruhekontakt eines    Relais   6 geschaltet, welcher z. B. dann ein    überbrük-      ken   des Transistors bewirken soll, wenn bei fehlender 

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    Netzspannung   die Batteriespannung au die benötigte    Verbraucherspannung   infolge teilweiser Entladung der Batterie abgesunken ist.

   Dieses Relais 6 ist üblicherweis    als      Spannungs-Überwachungsrelais   ausgebildet, seine Anzug- und Abfall-Spannungen lassen sich getrennt einstellen. Bei Netzwiederkehr zieht das Relais 6 wieder an und gibt den Transistor frei, sobald die    Bat-      terie   so weit geladen ist, dass die höchstzulässige Verbraucherspannung erreicht wird. 



  Die    Diodenstrecke   5 ist so bemessen, dass ihre Schleusenspannung etwas höher liegt als der Spannungsabfall der    Emitterkollektorstrecke   des Transistors 3 bei höchster Batteriespannung. Dies entspricht der grössten Spannungsdifferenz zwischen    Batterie   und Verbraucher. Nimmt z. B. bei einer Überlastung die am Transistor 3 abfallende Spannung über diesen    Wert   hinaus zu, so wird die Schwellenspannung der Diodenstrecke 5 erreicht, und es    fliesst   ein Teilstrom durch die    Diodenstrecke,   wodurch der Transistor 3 entlastet wird.

   Bei einer auftretenden Überlastung oder Sperrung des Transistors kann bei Anwendung der beschriebenen Schaltung jeweils nur ein verhältnismässig geringer Spannungseinbruch am Verbraucher auftreten, der auf    den      Wert   der    Durchlassspannung   der Diodenstrecke begrenzt ist. Dieser Spannungseinbruch am Verbraucher genügt jedoch, um das Relais 6 zum Abfallen zu bringen, wodurch der Transistor 3 und die    Diodenstrecke   5 überbrückt und damit stromlos werden. Die    Diodenstrecke   5 führt also nur Strom in der sehr kurzen Zeitspanne zwischen dem Beginn der Überlastung und dem dadurch indirekt bewirkten    Schliessen   des Relaiskontaktes.

   Da diese Zeitspanne in der Grössenordnung von 10 Millisekunden liegt, braucht die    Diodenstrecke   nicht für eine Dauerbelastung mit dem möglichen Überlastungsstrom ausgelegt zu werden. Auf    Kühlkörper   zur    Verlustwärmeabführung   kann daher in den meisten    Fällen   verzichtet werden. 



  Der Transistor 3 braucht nur für eine geringe Spannung, nämlich für die    Durchlassung   der Diodenstrecke 5, bemessen zu sein, so dass sich ein billiger Transistor verwenden    lässt.   Die Dioden der Diodenstrecke sind    gleichfalls   billig, da ihr    Kennlinienverlauf   für die vorliegenden Zwecke nur im    Durchlassbereich      eine   Rolle    spiest,   da sie in Sperrichtung nicht beansprucht werden. Deshalb    können   solche Exemplare, deren Spannungsfestigkeit in Sperrichtung so gering ist,    dass   sie für andere Zwecke unbrauchbar sind, verwendet werden. 



  Das beschriebene    Stromversorgungsgerät   verhindert nicht nur unzulässig tiefe Einbrüche der Verbraucherspannung bei gleichzeitigem wirksamem Schutz des elektronischen Elementes vor Strom-Überlastung, sondern es ermöglicht auch eine Verbilligung des Gerätes, da die    Diodenstrecke      meistens   weniger kostet als die durch Wahl eines Transistors    niedrigerer      Spannung      eingesparte   Summe. Es wird aber auch der Einsatz von billigen    Germanium-Transistoren   als steuerbare elektronische Elemente in Geräten mit hoher Verbraucherspannung, z. B. bei 220 Volt, ermöglicht, was bis anhin an der physikalisch bedingten    verhältnismässig   ge- ringen Spannungsfestigkeit solcher Transistoren scheiterte. 



  Die    Diodenstrecke   5 lässt sich beispielsweise aus    Silizium-Ringzellen   oder ähnlichen Elementen aufbauen, welche aufeinander geschichtet werden    können,   bis die gewünschte Schwellenspannung erreicht ist. Vorzugsweise werden Zellen ohne    Kühlkörper   verwendet, da infolge der nur sehr kurzzeitigen Beanspruchung der Zellen eine Wärmeabführung in den meisten Fällen nicht    erforderlich   ist. Durch die    Fortlassung   der Kühlkörper    lässt   sich die    Diodenstrecke      mit   kleinen Abmessungen herstellen. 



  Der Parallelschaltung aus Transistor 3 und Diodenstrecke 5 kann eine normale Schmelzsicherung als Kurzschlussschutz nachgeschaltet werden, deren    Strom-Zeit-Kennlinie   den Dioden der    Diodenstrecke   5 angepasst ist. 



  Das beschriebene    Stromversorgungsgerät   besitzt einen einfachen Aufbau und bewirkt zudem einen sicheren Schutz des elektronischen Elementes. Es kann auch gegebenenfalls auf eine    Vorrichtung   zur Sperrung des elektronischen Elementes, z. B. des Transistors, verzichtet werden, da eine Überlastung desselben durch die    Diodenstrecke      mit   Sicherheit vermieden wird, wenn das Steuergerät so    ausgelegt   wird, dass ein    bestimmter   Steuerstrom nicht überschritten werden kann. Auch bei    Sperrung   des Transistors kann am Verbraucher in keinem Fall ein wesentlicher Spannungseinbruch auftreten, da ersterer durch die Diod-enstrecke, über die der Verbraucherstrom    weiterfliessen   kann, überbrückt wird. 



  Die    Spannungsfestigkeit   des oder der steuerbaren elektronischen Elemente braucht nicht grösser als die    Summe   der    Durchlassspannungsabfälle   der Diodenstrecke zu sein, entsprechend etwa 10-20    0lo   der Batteriespannung. Die    Diodenstrecke   wird in Sperrichtung überhaupt nicht beansprucht. Somit lassen sich Exemplare von Dioden verwenden, die für andere Zwecke unbrauchbar wären und daher billig in der    Anschaffung   sind.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Stromversorgungsgerät mit einem aus einer Wech- selstromquelle gespeisten Gleichrichter und einer Hilfsbatterie, bei welchem zwischen Batterie und Verbraucher ein in Abhängigkeit von der Verbraucher- oder Batteriespannung steuerbares elektronisches Element geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare elektronische Element (3) von einer durch den Verbraucherstrom in Durchlassrichtung beaufschlagten Diodenstrecke (5) überbrückt ist, deren Schleusenspannung mindestens angenähert gleich dem bei Nennbetrieb am elektronischen Element auftretenden Spannungsabfall ist.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Stromversorgungsgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenstrecke aus Einkristall-Halbleiter-Dioden aufgebaut ist. 2. Stromversorgungsgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenstrecke aus Vielkristall-Halbleiter-Dioden aufgebaut ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0402834A2 (de) * 1989-06-16 1990-12-19 Siemens Aktiengesellschaft Schaltung zum Überwachen der Spannung einer ausgewählten Gleichstromversorgungseinrichtung in einem redundanten Stromversorgungssystem
DE102016221883B3 (de) * 2016-11-08 2018-02-08 Ifm Electronic Gmbh Näherungsschalter zur Lageüberwachung eines Transienten führenden Kabelseils
DE102016221882B3 (de) * 2016-11-08 2018-02-08 Ifm Electronic Gmbh Anordnung zur Lageüberwachung eines Kabelseils in einer Seilbahn

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0402834A2 (de) * 1989-06-16 1990-12-19 Siemens Aktiengesellschaft Schaltung zum Überwachen der Spannung einer ausgewählten Gleichstromversorgungseinrichtung in einem redundanten Stromversorgungssystem
EP0402834A3 (de) * 1989-06-16 1992-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Schaltung zum Überwachen der Spannung einer ausgewählten Gleichstromversorgungseinrichtung in einem redundanten Stromversorgungssystem
DE102016221883B3 (de) * 2016-11-08 2018-02-08 Ifm Electronic Gmbh Näherungsschalter zur Lageüberwachung eines Transienten führenden Kabelseils
DE102016221882B3 (de) * 2016-11-08 2018-02-08 Ifm Electronic Gmbh Anordnung zur Lageüberwachung eines Kabelseils in einer Seilbahn

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