CN107579504B

CN107579504B - 用于提供可切换电源输出的供电单元

Info

Publication number: CN107579504B
Application number: CN201710964305.8A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·弗曼科; 格哈德·沃尔克
Original assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Current assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-09-03
Anticipated expiration: 2037-10-12
Also published as: US20180115147A1; CN107579504A; EP3312959A1; DE102016120099B3; ES2738724T3; EP3312959B1; US10027106B2

Abstract

本发明涉及一种用于提供可切换电源输出的供电单元，其具有：至少一个电源输入U_IN和至少一个电压测量装置，所述电压测量装置监测电源输入U_IN的电压，其中，如果输入电压下降为低于定义的下降阈值U_thres或者超过变化率阈值ΔU_thres/Δt（S150），则切断一个电源输出/多个电源输出（U_out1、U_out2、...、U_outN）（S220）并且然后在第一时间点t₁处测量输入电压（U_IN,t1）（S230），并且在第一预定时间（t_d1）之后（S240），在第二时间点t₂处再次测量输入电压U（_in,t2）（S250），如果在第二时间点处的输入电压大于在第一时间点处的输入电压，则假定（S260）至少一个电源输出处存在短路。

Description

用于提供可切换电源输出的供电单元

技术领域

本发明涉及一种用于提供至少一个可切换电源输出的供电单元。

背景技术

现有技术中已知有多种供电单元，在该环境中出现的一个困难在于如何区分真实短路与虚短路。虚短路的出现是由于电容性负载，其表现得像是短路，尤其在接通时。即是说，只有对电容性负载进行了恰当充电，大量电流才能流动。

因此，过去已经反复地作出尝试来识别这些虚短路。

例如，从DE 10 2012 103 551 A1中已知一种电子保护装置，其依据（输出侧）过载电流来切断受控制器控制的开关，并且依据输出处的电压变化而重新将其接通。从DE 102013 105 942 A1已知一种类似于该电子保护装置的装置。

然而，这些装置的构造都很复杂。尤其是其需要对（输出侧）电流测量，其基于该电流测量来确定是否存在真实短路的危险状态。

还可能的情况是供电网络不能供应该检测所需要的电流或者短路电流。例如，当供电网络已经处于重负载下或者具有错误设计（例如，不够强大）时，可能出现这种状况。

此外，在电网部件较弱的情况下，电压可能在短路的情况下显著地破坏。这可能具有如下影响：例如，使得控制器的板供应（用于识别短路和/或控制开关）也破坏，因此使得控制器不能在短路的情况下做出响应。

发明内容

本发明的目的是提供一种避免现有技术的一个或多个缺陷的用于提供至少一个可切换电源输出的改进的且合算的供电单元。

该目的体现在了本发明的实施例中。

具体方案是：一种用于提供可切换电源输出的供电单元，所述供电单元具有：

至少一个电源输入和至少一个电压测量装置，所述电压测量装置监测电源输入电压，其特征在于，如果所述电源输入电压下降低于设定的下降阈值或者超过变化率阈值，则切断所述电源输出，在切断所述电源输出后的第一时间点处测量所述输入电压，在第一时间点后根据设定的第一预定时间延时，并在第一预定时间到后的第二时间点处再次测量所述输入电压，如果在所述第二时间点处的所述输入电压大于在所述第一时间点处的所述输入电压，则假定至少一个有故障的电源输出存在短路。

其中：在所述判假定至少一个电源输出存在短路之后，接通一个被假定为有故障的所述电源输出或者多个电源输出，根据设定的第三预定时间延时，并且在第三预定时间到后的第四时间点处再次测量所述输入电压，如果在所述第四时间点处的所述输入电压低于所述第二时间点测量的输入电压，则确认至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出存在短路的假定。

其中：在所述确认了至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出处存在短路的假定之后，切断被假定为有故障的所述一个电源输出或者多个电源输出，根据设定的第四预定时间延时，并且在第四预定时间到后的第五时间点处再次测量所述输入电压，如果在所述第五时间点处的所述输入电压大于在所述第四时间点处测量的所述输入电压，则确定在至少一个被假定为有故障的所述电源输出或者多个电源输出存在短路。

其中：将存在短路的电源输出标记为已经被识别为有故障。

其中所述供电单元具有多个有效电源输出，电源输出的短路是通过检测到所述输入电压下降低于设定的下降阈值之后或者超过变化率阈值之后进行识别。

其中：所述供电单元具有多个电源输出，在所述的假定至少有一个电源输出处存在短路状态下，接通假定为无故障的一个电源输出或者多个电源输出，根据设定的第二预定时间延时，在第二预定时间到后的第三时间点处再次测量所述输入电压，如果在所述第三时间点处的所述输入电压大于在所述第二时间点处测量的所述输入电压，则进一步确认至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出处存在短路的所述假定。

其中：在假定不能被确认的情况下，使相关电源输出恢复为无故障状态。

本发明电源设计能在电源环境相当薄弱的情况下也能够可靠地确定问题是由薄弱设计引起的还是由真实短路引起的。尤其，这意味着可以省去电流测量。即是说，通过利用已经在前文提出的方法，即使装置断路器的额定电流设定被设定为太高，也能可靠地检测到短路。

附图说明

在下文中，参照所附附图基于优选实施例对本发明进行进一步详细地解释。

图1示出了本发明的实施例的流程第一分图；

图2示出了本发明的实施例的流程第二分图

图3示出了本发明的实施例的流程第三分图；

图4示出了本发明的实施例的流程第四分图；

图5示出了本发明的实施例的流程第五分图；

图6示出了本发明的实施例的流程第六分图。

具体实施方式

下文参照流程附图对本发明进行进一步详细地解释。应注意的是，实施例描述了不同的方面，每个方面可以单独地或者组合地使用。即是说，任何方面都可以与本发明的不同实施例一起使用，只要没有将其仅仅作为替代例进行明确地描绘。

此外，为了简洁起见，在下文中将一般地参照仅仅一个实体。然而，只要没有明确地指出，本发明就还可以具有多个相关实体。因此，词语“一（a）”、“一（an）”、“一个的（ofa）”、以及“一个的（of an）”的使用应被理解为大意是指示在单个实施例中使用至少一个实体。

由于示出了实施例的不同方面的流程图较大，所以已经将其分解在多页上，其中，各页间的接口由A、B、C、D和E来清楚地识别。

在指示出单个步骤，例如，用虚线的情况下，应针对具有两个或者更多个电源输出U_out1、U_out2、...、U_outN的实施例来理解这些步骤。单个电源输出的情况对应于N=1。

下文描述的方法涉及借助断路器来智能地识别和可靠地切断危险条件，例如，短路，或者供电网络（尤其是直流供电网络）中的电流高到不能允许。

在根据本发明的方法中，通过在输入电压出现极其强烈的下降的情况下发起对电网条件的特定评估来解决该问题。不需要在任何时间点进行电流测量。

根据本发明的供电单元适合用于提供至少一个可切换电源输出U_out1、U_out2、...、U_outN的供电单元，其中，N是自然数。

根据本发明的供电单元具有至少一个电源输入U_IN和至少一个电压测量装置，电压测量装置监测电源输入U_IN电压。

在第一步S100中测量输入电压U_IN（或者在预先设定时间内测量输入电压的变化）。

当输入电压U_IN下降为低于设定的下降阈值U_thres时，或者当输入电压U_IN在单位时间的变化，即电压下降变化率超过设定的阈值ΔU_thres/Δt时，在S150中确定需要附加调查，应注意的是，下降阈值U_thres和下降变化率阈值ΔU_thres/Δt可被选择为独立于彼此；此时，如在步骤S220中，一个电源输出或者多个电源输出U_out1、U_out2、...、U_outN被切断，并且然后在步骤S230中在电源输出被切断后的第一时间点t₁处测量输入电压U_IN,t1，根据设定的第一预定时间t_d1延时，例如，2.5 ms，并且在第一预定时间t_d1，（延迟步骤S240）到后，在步骤S250中在第二时间点t₂处再次测量输入电压U_IN,t2，如果在第二时间点t₂处的输入电压U_IN,t2大于在第一时间点t₁处的输入电压U_IN,t1，则在步骤S260中假定此时至少有一个电源输出处存在短路。如果输入电压没有增加，则电压降不是由短路引起的，则舍弃该检测。因此，延迟步骤S240应该足够长以便使得能够在常规条件下获得输入电压。

在本发明的另一实施例中，在步骤S260中假定在至少一个电源输出处存在短路之后，在步骤S340中接通被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出U_out1、U_out2、...、U_outN，根据设定的第三预定时间t_d3延时，例如，0.5 ms，并且在第三预定时间t_d3（延迟步骤S350）到后，随后在步骤S360中在第四时间点t₄处再次测量输入电压U_IN,t4，如果在第四时间点t₄处的输入电压低于先前第二时间点测量的输入电压U_IN,t2，则假定在步骤S370中确认了在至少被假定为有故障的电源输出或者多个电源输出处存在短路的假定。在此应该指出的是，先前测量的输入电压通常是立即提前测量的输入电压。在下文中，在多个电源输出U_out1、U_out2、...、U_outN的情况下，结果可能是例如能够插入附加测量。如果输入电压保持不变或者升高，则舍弃该检测，因为原因不在于输出处的短路。如果输入电压下降，则再次切断被假定为有故障的电源输出或者多个电源输出。

在本发明的另一实施例中，在步骤S370中确认了对在至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出处存在短路的假定之后，在步骤S400中切断被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出，根据设定的第四预定时间t_d4延时，例如，0.5 ms，并且在第四预定时间t_d4（延迟步骤S410）到后，随后在步骤S420中在第五时间点t₅处再次测量输入电压U_IN,t5，并且如果在第五时间点t₅处的输入电压大于在第四时间点t₄处测量的输入电压U_IN,t4，则在步骤S430中确定在至少被假定为有故障的电源输出或者多个电源输出处存在短路。如果输入电压保持不变或者下降，则舍弃该检测，因为原因不在于输出处的短路。如果输入电压升高，则切断被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出并且将其标记为短路。

在本发明的另一实施例中，在步骤S450中在本地或者借助远程信号来标记被识别为有故障的电源输出标记在标志M2中。为此，合适的现场显示器（例如，借助光指示器或者电子纸显示器等）以及/或者声学信号（例如，借助蜂鸣器等）、或者远程信号（例如，借助远程联系）可以被设置为闭合器和/或开启器以及/或者数据接口。

在本发明的另一实施例中，将在下文对其进行描述，供电单元具有多个有效电源输出。

在这种情况下，识别被假定为有故障的电源输出可以是有利的。原则上，能够按照相继或者随机顺序通过单次查询来识别故障电源输出或者多个故障电源输出。然而，也可以通过维持相应输出电压来作出关于被假定为有故障的电源输出或者多个被假定为有故障的电源输出的推论。为此，在步骤S150中检测到输入电压已经下降为低于设定的下降阈值U_thres或者输入电压U_IN在单位时间的变化超过设定的电压变化率阈值ΔU_thres/Δt之后，在步骤S200中至少基于相应输出电压便捷地识别出被假定为有故障的电源输出。

大量技术可以用于该目的。例如，可以维持相应输出电压的绝对值，以便可以将电源输出的最低绝对值评估为例如指示器。可替代地或者可以在电源输出的相应测量输出电压与预期输出电压之间建立关系并且将其用作（附加）指示器。同样，还可以将输入电压考虑进来，用输入电压U_IN减去测量的输出电压U_ERR（例如，针对某一阈值进行设定的）。

可以在步骤S210中从此来确定被假定为有故障的电源输出或者多个有故障的电源输出并且标记在标志M1中（例如，在存储器阵列中）将其记录下。有利地，存储器阵列应该具有至少N个二进制存储器单元，以便可以将N个电源输出中的每一个储存为有故障/无故障。

在本发明的另一实施例中，将在下文对其进行描述，供电单元再次使得多个电源输出可用。

在步骤S260中假定在至少一个电源输出处存在短路之后，接通被假定为无故障的一个电源输出或者多个电源输出收S300，根据设定的第二预定时间t_d2延时，例如，0.5 ms，并且在第二预定时间t_d2（延迟步骤S310）到后，随后在步骤S320中在第三时间点t₃处再次测量输入电压U_IN,t3，如果在第三时间点处的输入电压大于在第二时间点t₂处测量的输入电压U_IN,t2，则在步骤S330中确认了对在至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出处存在短路的假定。如果输入电压再次下降，则至少一个其它电源输出受到故障的影响，并且继续/重复查找有故障的电源输出。如果输入电压保持不变或者继续升高，则再次接通有故障的一个电源输出或者多个有故障的电源输出。

在本发明的另一实施例中，规定在假定不能被确认的情况下，在步骤S500中使相关电源输标志复位为无故障状态而恢复接通输出。这样，可以实现的是使得输入侧上的波动，诸如，可能由于过压事件作用在供电网络上的切换事件等引起的那些波动）[不会]导致错误关机。这增加了相应输出电压的可用性。

换言之，即使在电源设计相当薄弱的情况下也能够可靠地确定问题是由薄弱设计引起的还是由真实短路引起的。尤其，这意味着可以省去电流测量。即是说，通过利用已经在前文提出的方法，即使装置断路器的额定电流设定被设定为太高，也能可靠地检测到短路。

Claims

1.一种用于提供可切换电源输出（U_out1、U_out2、...、U_outN）的供电单元，所述供电单元具有：

至少一个电源输入（U_IN）和至少一个电压测量装置，所述电压测量装置监测电源输入（U_IN）电压，其特征在于，如果所述电源输入电压下降低于设定的下降阈值（U_thres）或者超过变化率阈值（ΔU_thres/Δt），则切断所述电源输出（U_out1、U_out2、...、U_outN），在切断所述电源输出后的第一时间点（t₁）处测量所述输入电压（U_IN,t1），在第一时间点（t₁）后根据设定的第一预定时间（t_d1）延时，并在第一预定时间（t_d1）到后的第二时间点（t₂）处再次测量所述输入电压（U_IN,t2），如果在所述第二时间点处的所述输入电压大于在所述第一时间点处的所述输入电压，则假定至少一个有故障的电源输出存在短路，其中：所述切断所述电源输出是一个电源输出或者多个电源输出（U_out1、U_out2、...、U_outN）被切断。

2.根据权利要求1所述的供电单元，其特征在于，在所述假定至少一个电源输出存在短路之后，接通一个被假定为有故障的所述电源输出或者多个电源输出（U_out1、U_out2、...、U_outN），根据设定的第三预定时间（t_d3）延时，并且在第三预定时间（t_d3）到后的第四时间点（t₄）处再次测量所述输入电压（U_IN,t4），如果在所述第四时间点（t₄）处的所述输入电压低于所述第二时间点测量的输入电压（U_IN,t2），则确认至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出存在短路的假定。

3.根据权利要求2所述的供电单元，其特征在于，在所述确认了至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出处存在短路的假定之后，切断被假定为有故障的所述一个电源输出或者多个电源输出，根据设定的第四预定时间（t_d4）延时，并且在第四预定时间（t_d4）到后的第五时间点（t₅）处再次测量所述输入电压（U_IN,t5），如果在所述第五时间点（t₅）处的所述输入电压大于在所述第四时间点（t₄）处测量的所述输入电压，则确定在至少一个被假定为有故障的所述电源输出或者多个电源输出存在短路。

4.根据权利要求3所述的供电单元，其特征在于，将存在短路的电源输出标记为已经被识别为有故障。

5.根据前述权利要求中任一项所述的供电单元，其特征在于，所述供电单元具有多个有效电源输出，电源输出的短路是通过检测到所述输入电压下降低于设定的下降阈值（U_thres）之后或者超过变化率阈值（ΔU_thres/Δt）之后进行识别。

6.根据权利要求5所述的供电单元，其特征在于，所述供电单元具有多个电源输出，在所述的假定至少有一个电源输出处存在短路状态下，接通假定为无故障的一个电源输出或者多个电源输出，根据设定的第二预定时间（t_d2）延时，在第二预定时间（t_d2）到后的第三时间点（t₃）处再次测量所述输入电压（U_IN,t3），如果在所述第三时间点（t₃）处的所述输入电压大于在所述第二时间点（t₂）处测量的所述输入电压（U_IN,t2），则进一步确认至少被假定为有故障的一个电源输出或者多个电源输出处存在短路的所述假定。

7.根据权利要求中5所述的供电单元，其特征在于，在假定不能被确认的情况下，使相关电源输出恢复为无故障状态。