CN115360691A - 用于冗余地为至少两个电路供电的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冗余地为至少两个电路供应电流和/或电压的电路装置。所述电路装置(1)包括第一电压供应装置(3a)，用于为布置在第一电路(2a)中的负载(7)提供电功率。所述电路装置还包括布置在所述第一电路(2a)中的解耦装置(6)，所述解耦装置构造用于，在输入侧在解耦装置(6)处施加有故障电压的情况下使第一电压供应装置(3a)与第一电路(2a)解耦。所述电路装置还包括第二电压供应装置，用于为第二电路提供电功率。根据本发明，所述第一电路(2a)和第二电路(2b；2c)通过双向的直流电压转换器(8)能够耦合和/或被耦合，以在这些电压供应装置(3a；3b)之一失效的情况下为这些电路(2a；2b)供应功率。

Description

用于冗余地为至少两个电路供电的电路装置
技术领域
本发明涉及一种用于冗余地为至少两个电路供应电流和/或电压的电路装置。
背景技术
在电气设备、机器和仪器中，在许多应用情况下在可用性和故障安全性方面提出高要求。为此，由实践已知不同的技术，这些技术在图1至图6中示出。
图1在此示出最简单的应用。在图1中示出了具有AC/DC电流供应装置的电路装置20，该AC/DC电流供应装置连接到AC电网并且以输出电压向负载7供电。在该示例中，负载需要144W。安装的供电功率是240W。(244W/144W＝1.6)。
为了短时间地保护供电电压，也可以使用USV解决方案(USV＝Unterbrechungsfreie Stromversorgung，无中断的电流供应装置)。图2示出了具有AC/DC电流供应装置的电路装置21，该AC/DC电流供应装置连接到AC电网并且向USV 27供应输出电压。USV 27利用内置的充电设备对缓冲电池3c充电并且监控对负载7的供电。在相失效(L1)或AC/DC电流供应装置故障的情况下，USV 27在时间上受限地接管负载7的供电，在此缓冲电池3c放电。
另一种解决方案是构建冗余的电流供应装置。这种解决方案在图3中示出。图3示出了具有两个AC/DC电流供应装置的电路装置22，所述两个AC/DC电流供应装置具有不同的AC供电电压，在此示例性地借助于不同的AC相实现。
并联连接的AC/DC电流或电压供应装置通向共同的电流节点，从该电流节点将提供的总电功率分配给负载7、例如分配给设备、机器或仪器的相应用电器。为了使共同电流节点在AC/DC电流供应装置之一中的输出侧短路时可以不被导致的短路电流加载，需要将馈电电路(电源)从负载电路解耦，该短路可能由于例如电源件或连接导线中的损坏而出现。为此通常使用所谓的冗余模块26。
两个电压供应装置的负极并联连接并且连接至负载7。两个电压供应装置的正极通过所谓的冗余模块26解耦并且然后连接到负载上。如图3所示，冗余模块26为每个并联的电流或电压供应装置提供单独的输入端，其中这些输入端中的每个通过解耦设备(在最简单的情况下为二极管)被引导到共同的输出端上。
这种也被称为O形环电路的电路将短路的馈电电压供应装置或电流供应装置从冗余模块26的输出端处的共用电流节点解耦，其中所有并联的馈电电压供应装置或电流供应装置在正常运行期间供应其输出电流。
例如，在短路的情况下，电源件的输出电压降到零电位，因此在所对应的输入端与冗余模块26的输出端处的电流节点之间产生负电压降，从而解耦设备(例如解耦二极管)阻断可能的短路电流，也就是说，将冗余模块26的输入端与冗余模块26的输出端解耦。换言之：如果馈电电路具有低欧姆的短路，那么该馈电电路通过冗余模块26与负载7或用电器以及另外的馈电源解耦并且因此能够继续用于负载/用电器的运行。
在图4中示出了电路装置23，其原则上示出了与图3中相同的工作方式。与图4不同的是，冗余模块6的功能被分开。在每个冗余模块6上分别连接AD/DC电压供应装置的正极。在简单的应用中，冗余模块可以通过二极管来代替。在相缺失或者其中一个AC/DC电流供应装置故障的情况下，其通过下游的冗余模块从负载电路解耦，并且未受影响的AC/DC电流供应装置接管负载7的供电。在图3和图4的示例中，负载具有144W，并且所安装的供电功率是480W(480W/144W＝3.3)。
在许多情况下，存在多个负载电路，它们可能具有不同的供电电压或具有不同的参考接地。在图5中示出了一个示例。
总的来说，电路装置24示出了八个模块(四个AC/DC电流供应装置，四个冗余模块6)，安装的功率总计为980W，其被分配到四个AC/DC电流供应装置。仅作为示例，图5中所示的上部负载7可以是可编程逻辑控制器(SPS)，并且下部负载7可以是马达。在所示的示例中，48V的供电功率甚至必须设计为功率更大的，因为马达负载在起动时需要更多功率(起动电流)，并且为了马达负载的制动运行必须安装制动斩波器。这将从制动运行/发电机运行中回收的能量转换成热量。制动能量不能进行其他使用。
借助电路装置25在图6中示出具有提高的供电功率和制动斩波器28的相应示例。总之，这里存在安装功率总计为1440W的九个模块。
因此，在用于提供冗余的电流供应和/或电压供应的已知方案中不利的是，尤其当应当为具有不同的供电电压的多个负载电路提供保险时，需要大量的部件并且冗余的保险需要相对高的安装的功率。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的改进的技术，利用该技术可以避免传统方案的缺点。本发明的目的尤其是，提供一种用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的技术，所述技术利用较少的部件就足够。
该目的通过具有独立权利要求的特征的电路装置实现。有利的改进方案在从属权利要求和说明书中给出。
根据一种普遍观点，双向直流电压转换器(以下也被称为DC/DC转换器)在冗余应用中被用作不同电路、优选负载电路之间的耦合构件。
第一方面涉及一种用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的设备。该设备可以是用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的电路装置。
该设备包括第一电压供应装置，其用于向布置在第一电路中的负载(第一负载)提供电功率。此外，该设备包括布置在第一电路中的解耦装置，其被构造为在输入侧在解耦装置处施加有故障电压、例如短路的情况下将第一电压供应装置与第一电路解耦。为了更好地区分可以布置在另外的负载电路中的另外的解耦装置(这在下面还将阐述)，该解耦装置也可以被称为第一解耦装置。此外，该设备包括用于为第二电路提供电功率的第二电压供应装置。第一和/或第二电路也可以被称为负载电路。
此外，该设备包括双向的直流电压转换器，其中第一电路和第二电路通过该双向的直流电压转换器能够耦联和/或已耦联以用于在电压供应装置之一失效的情况下给电路供应功率。
双向DCDC转换器因此连接不同的负载电路并且使得功率能够在负载电路之间流动，特别是在一个负载电路中的电压供应装置失效的情况下。由此为各个电路提供冗余。
相对于开头在图5和图6的范围内所说明的传统的方案，得到下列优点：以更少的部件数量来实现了冗余地为至少两个电路进行电压和/或电流供应。因此，例如需要更少数量的解耦装置，例如冗余模块。在短时间内有大量能量通过用电器反馈到负载电路中的应用中，例如在再生制动运行中的电机，能量能够经由DC/DC转换器分配到不同的负载电路，使得必要时能够省略制动斩波器。另一个优点是，电流供应装置(例如AC/DC转换器)的功率可以合并在相应的负载电路中。总之，由此可以实现成本节约并且减少所需的结构空间。
上述(第一或第二)电压供应装置也可以被认为是并且被称为电流供应装置，因为它为负载电路提供电流供应。负载电路被供应直流电压和直流电流。解耦装置优选分别被布置在直流电压转换器的耦合位置和相应的电压供应装置之间。
前文已经确定，在此使用的解耦装置被构造用于在解耦装置的输入侧施加有故障电压、例如短路的情况下，将在解耦装置的输入侧施加的电压或电流供应从负载电路解耦。以这种方式防止DC/DC转换器在短路情况下在短路电流下工作。因此，解耦装置用于，如果馈电电路遭受低欧姆的短路，则将该馈电电路与负载电路或由负载电路供电的负载解耦。
在一种实施方式中，所述设备还包括布置在第二电路中的解耦装置，其被构造用于在输入侧在解耦装置处施加有故障电压的情况下将第二电压供应装置与第二电路解耦。该解耦装置也可以被称为第二解耦装置。其具有与第一解耦装置相同的功能，然而被布置在第二(负载)电路中。
布置在第一电路中的解耦装置可以是冗余模块。替代地或附加地，布置在第二电路中的解耦装置可以是冗余模块。
然而，解耦装置也可以被设计为保险装置、例如熔融保险装置，或者设计为可重新插入的线路保护开关。此外，解耦装置可以被实施为功率继电器。在该实施方式中，仅示例性地可以通过监控电压供应装置的所谓的“DC-OK信号”，并且在DC-OK信号消失的情况下识别到故障电压在输入侧的施加，并且在这种情况下通过相应的控制触发来断开功率继电器。
根据一个实施方式，第一电压供应装置可以选择性地包括电压转换器(第一电压转换器)，其被连接到第一电压供应装置以向布置在第一电路中的负载提供电功率。第一电压供应装置可以是上级的电压电网。附加地或替代地，第二电压供应装置可以包括电压转换器(第二电压转换器)，其被连接到第二电压供应装置以向布置在第二电路中的负载提供电功率。第二电压供应装置可以是上级的电压电网。因此，在正常运行中，相应的负载电路能够由对应于该负载电路的电压供应装置供电。在该电压供应装置中出现失效或故障时，负载电路可以通过耦联这些负载电路的双向直流电压转换器由另一负载电路和对应于该另一负载电路的电压供应装置供电。
例如，电压转换器可以是AC/DC转换器或DC/DC转换器，这取决于电压源或上级电压电网的类型(交流电压供应装置或直流电压供应装置)。AC/DC转换器可以是1相或3相的AC/DC转换器。
两个经由DC/DC转换器耦合的、分别对应有电压供应装置的负载电路的当前的基本配置可以有利地任意扩展到多个电路，其中，每两个电路经由DC/DC转换器能够耦合或者已耦合，以便借助于DC/DC转换器实现在耦合的电路之间的电功率流动以用于冗余供应。
在另一实施方式中，电压供应装置、例如上述第二电压供应装置可以是可充电的电能存储器、例如电池。此外，在连接有可充电的存储器的电路中可以设置电池充电管理模块，该电池充电管理模块监视和控制可充电的能量存储器的充电状态。
在该实施方式的一个实施变型中，所述设备还可以具有至少一个另外的电路和至少一个另外的电压供应装置，用于为布置在所述另外的电路中的负载提供电功率。在此，在另外的电路(负载电路)的每个中分别布置有解耦装置。解耦装置又被构造用于在输入侧在解耦装置处施加有故障电压时将所述另外的电压供应装置与所述另外的电路解耦。解耦装置又例如可以被实施为冗余模块、保险装置、线路保护开关或功率继电器。在此，所述另外的电路(或者如果存在多个则分别是所述另外的电路中的每一个)通过双向的直流电压转换器与第二电路耦联，以便在该另外的电路的电压供应装置失效的情况下为其供应功率。
其一个特别的优点是，由此多个负载电路可以由用于电能的中央能量储存器(例如电池)和/或中央的无中断的电流供应装置在冗余情况下被供电。
根据另一方面，另外的负载电路的另外的电压供应装置可以包括电压转换器，例如AC/DC转换器，其连接到另外的电压供应装置。所述另外的电压供应装置可以是上级的电压电网。例如，上级的电压供应装置可以分别是交流电压供应装置。不同电路的交流电压供应装置可以选择性地通过相同交流电压源的不同AC相来提供，由此以简单的方式实现冗余的电压供应。附加地或替代地，也可以使用不同的变电站来提供不同的供电电压。
根据另一方面，双向直流电压转换器可以被控制触发，使得在通过直流电压转换器耦联和/或可耦联的两个电路之一的电压供应装置失效的情况下，直流电压转换器能够无中断地实现在这两个电路之间的电功率流动，以对负载供应功率。为此，电路装置例如可以包括控制装置，该控制装置被构造用于控制触发直流电压转换器。控制装置可以被构造用于监视电压供应装置的失效，例如通过监测在输入侧在直流电压转换器上施加的电压，并且在两个通过直流电压转换器耦联的电路之一中的电压供应装置失效的情况下，如此控制触发直流电压转换器，使得该直流电压转换器能够实现在两个通过直流电压转换器耦联的电路之间的电功率流动，以便也给其中电压供应装置失效的电路中的负载供应电功率。
根据另一方面，双向直流电压转换器可以被控制触发，使得在两个电路中的一个中出现短时间的功率升高时，例如在出现短时间的电峰值功率时，直流电压转换器引起该功率升高的至少一部分向两个电路中的另一个的传递。当出现电功率的脉冲式的快速上升时，则例如可能存在和/或识别到短时间的电峰值功率。控制装置可以被构造为监测这种峰值功率的出现并且在其出现时如此控制触发直流电压转换器，使得该直流电压转换器能够实现在两个通过直流电压转换器耦联的电路之间的电功率流动，以便使得在一个电路中出现的功率升高的至少一部分向两个电路中的另一个中传递。
替代地或附加地，双向直流电压转换器可以被这样构造，使得在通过该直流电压转换器耦联和/或能耦联的两个电路之一的电压供应装置失效时，该直流电压转换器自动地、也就是说自发地、无中断地实现在这两个电路之间的电功率流动，以给负载供应功率。在此，直流电压转换器的电路结构应实施为，使得在直流电压转换器的输入端之一上的电压供应消失时，直流电压转换器自发地切换(变换)到如下运行模式中，在该运行模式中通过直流电压转换器提供到其电压供应装置失效的电路中的定向的电功率流动。
替代地或附加地，双向直流电压转换器可以被这样地实施，使得该直流电压转换器在两个电路之一中出现短时间的功率升高时、例如在出现短时间的峰值功率时自动地、也就是说自发地引起该功率升高的至少一部分向两个电路中的另一个的传递。在此，直流电压转换器的电路结构这样实施，使得在两个电路之一中出现这种功率峰值时直流电压转换器自动地耦联两个电路，以便通过将电功率传输到两个电路中的另一个中来拦截功率升高的至少一部分。
根据另一方面，电路的电压供应装置可根据电路中的负载的功率要求来设计，使得电压供应装置中的每个在另一电压供应装置失效时可提供足够的电功率，以便给所有负载或至少一个另一电路的负载供应电功率。相应地，根据该方面，电压供应装置在所提供的功率方面设计成与为直接连接的负载电路中的负载的供电所需要的相比具有更大尺寸，以便在冗余情况下也能够为经由DC/DC转换器连接的另一负载电路中的负载一起供电。
在另一实施方式中，直流电压转换器和/或冗余模块可以分别具有用于固定在支承轨、优选帽式轨上和/或用于壁安装的安装适配器。由此可以使在工业应用中的使用变得容易。
在此被用于耦联两个电路的直流电压转换器可以是电流隔离的直流电压转换器。然而，直流电压转换器可以实施为非电流隔离的转换器。相应地，通过直流电压转换器耦联的电路可以具有不同的参考电势或相同的参考电势。
在另一实施方式中，双向直流电压转换器在输入端侧/输出端侧、进一步优选以在结构上集成到直流电压转换器中的形式分别具有用于对短路电流解耦的功能模块。因为直流电压转换器是双向的，所以根据运行模式，一个输入端可以作为输出端起作用，并且反之亦然。在这个意义上，术语“输入端侧/输出端侧”应理解为直流电压转换器的根据运行模式用作输入端或输出端的、与相应电路的耦合位置。相应地，也可以在直流电压转换器中集成功能，该功能类似地提供冗余模块的功能。
在该实施方式的一个实施变型中，功能模块还可以构造用于以本身已知的方式提供接通电流限制和反极保护。功能模块的示例性实施可以包括两个MOSFET的反向串联电路。
在一种实施方式中，冗余模块可以具有至少一个二极管作为解耦元件，这构成冗余模块在结构上非常简单的实施方式。
此外，在一种实施方式中，冗余模块可以实施为可主动切换的冗余模块并且例如具有至少一个MOSFET作为解耦元件。与解耦二极管相比，可以大大降低功率损耗。冗余模块在此可以被实施为在无干扰的运行中导通MOSFET，并且在故障情况下高欧姆地连接MOSFET并且由此将冗余模块的输出端与输入端解耦。
在一种实施方式中，冗余模块和/或双向直流电压转换器可以分别被实施为封闭的模块，该模块包括壳体，在该壳体中布置有所有电功能部件。
在一个实施方式中，冗余模块可以具有用于例如向控制装置输出冗余模块的运行状态信号的信号输出端。替代地或附加地，冗余模块可以具有显示器，优选为LED状态显示器，用于显示冗余模块的运行状态信号。这使得对冗余的电流供应装置或电压供应装置的监测变得容易，即，由冗余模块及早地用信号通知或输出故障情况，从而可以及时更换或修复有故障的电压供应装置。
替代地或附加地，冗余模块可以具有用于DC输入电压的连接端子和用于DC输出电压的连接端子。这使得快速安装变得容易。
附图说明
本发明的前述优选的实施方式和特征可任意相互组合。下面将参照附图描述本发明的其它细节和优点。图中：
图1至图6示出了现有技术中已知的用于供应电流的电路装置；
图7示出了根据本发明的一种实施方式的用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的电路装置；和
图8示出了根据本发明的一种实施方式的用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的电路装置。
相同的或等效的元件在所有附图中用相同的附图标记表示并且部分地不单独说明。
具体实施方式
图7示出了根据本发明的第一实施方式的用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的电路装置1。电路装置1是图5和图6中描述的应用情况的替选的解决方案。
电路装置1包括用于向布置在第一负载电路2a中的负载7提供电功率的第一电压供应装置或电流供应装置3a。第一电压供应装置3a包括例如AC/DC转换器5，所述AC/DC转换器连接到第一交流电压供应装置4a、在此为交流电压源的第一AC相L1。仅作为示例，第一负载电路2a中的负载7可以是可编程逻辑控制器(SPS)。
此外，电路装置1包括用于为布置在第二负载电路2b中的负载7提供电功率的第二电压供应装置或电流供应装置3b。第二电压供应装置3b在此例如包括AC/DC转换器5，所述AC/DC转换器出于冗余原因连接到第二交流电压供应装置4b、在此为相同的交流电压源的第二AC相L2，以用于提供电功率。仅作为示例，第二负载电路2b中的负载7可以是马达。
在第一负载电路2a中布置冗余模块6，其被构造为在输入侧在冗余模块6处施加有故障电压、例如短路的情况下将第一电压供应装置3a与第一负载电路2a解耦。相应类似地，在第二负载电路2b中同样布置冗余模块6，该冗余模块被构造为在输入侧在冗余模块6处施加有故障电压、例如短路的情况下将第二电压供应装置3b与第二负载电路2b解耦。
此外，第一负载电路2a和第二负载电路2b经由双向DC/DC转换器8耦联。直流电压转换器被构造为在电压供应装置之一失效的情况下为其中电压供应装置失效的负载电路中的负载7一起供应电功率。
因此，双向DC/DC转换器8连接不同的负载电路2a、2b，并且在需要时允许功率在负载电路之间流动。由此，对于各个负载电路2a、2b存在冗余。通常，根据负载电路的技术要求，双向DC/DC转换器8可以被设计为非电流隔离的转换器或电流隔离的转换器。在图7的实施例中，DC/DC转换器8被实施为电流隔离的转换器。负载电路2a、2b处于不同的参考电位GND1、GND2。
冗余模块6分别布置在相应电压供应装置的AC/DC转换器5和DC/DC转换器8在相应负载电路上的耦合位置之间。前文已经确定，第一负载电路2a的冗余模块6被构造用于，如果在输入侧在冗余模块6上施加有故障电压、例如短路，那么将在输入侧施加到冗余模块6上的电压供应装置或电流供应装置3a与负载电路2a解耦。
以这种方式防止DC/DC转换器8在短路情况下在短路电流下工作。因此，冗余模块6用于，如果馈电电路遭受低欧姆的短路，那么将该馈电电路与负载电路或经由负载电路供电的负载解耦。
如果例如由于第一电压供应装置3a的失效而在输入侧、即在供电侧在冗余模块6上出现短路，则因此冗余模块6阻断/解耦，使得在这种情况下将电功率从第二负载电路2b传输到第一负载电路2a中的DC/DC转换器8不针对短路进行馈电，而是还能够安全地为这两个负载电路2a、2b中的负载7供电。冗余模块6因此可以识别以下故障中的至少一个：供电相L1中的故障、相L1与AC/DC转换器5之间的供电导线中的故障、AC/DC转换器5中的故障或者AC/DC转换器与所连接的冗余模块6之间的接线中的故障。
第二负载电路中的冗余模块6的功能被相应地设计成类似于第一负载电路的参考模块6，以在输入侧在冗余模块6上施加有故障电压、例如短路的情况下，将在输入侧施加到冗余模块6上的电压或电流供应装置3b从负载电路2b解耦。
因此，冗余模块6的主要功能是在馈电电路(电源)之一和负载电路之间的解耦(即在输入侧施加有故障电压、尤其是短路电流的情况下，冗余模块的输入端与冗余模块的输出端的解耦)。如果电压供应装置或馈电电路具有低欧姆的短路，那么该电压供应装置或馈电电路通过冗余模块与负载和另一电压供应装置或另一馈电电源解耦并且因此继续实现负载/用电器的运行。
冗余模块6的输入端和输出端之间的解耦元件在最简单的情况下是二极管(输入端上为阳极、输出端上为阴极)。使用MOSFET更有效，因为损耗功率更小。在此，MOSFET的体二极管与在简单的二极管解决方案中一样地定向。在无干扰的运行中，MOSFET被接通并且二极管上的电压降被跨接。在故障情况下，MOSFET被变为高欧姆的，并且因此将输出端与输入端解耦。
在电压供应装置中的一个失效的情况下，DC/DC转换器8自动地接管其中电压供应装置失效的负载电路中的负载7的供电。为此，电路的电压供应装置必须根据电路中的负载的功率要求来设计，使得电压供应装置中的每个在另一电压供应装置失效的情况下能够提供足够的电功率，以便给所有负载或至少一个另一电路的负载供应电功率。如在图7中可见，AC/DC转换器5在功率方面分别设计成使得在冗余情况下能够单独地、充足地为第一负载电路2a中的以及第二负载电路2b中的负载7供电。
双向DC/DC转换器8还可以包含与冗余模块6类似的技术功能，即直流电压转换器8可以在输入侧/输出侧分别具有用于解耦短路电流的功能模块11。同时，功能模块11还能够构成为，提供接通电流限制和反极保护。这些功能例如可以通过适当地控制触发两个MOSFET的反向串联电路来实现。
DC/DC转换器8和冗余模块6可以分别具有用于固定在支承轨、优选帽式轨上的和/或用于壁安装的安装适配器。
将图5和图6的技术方案与图7的方案进行比较显示，可以用更少量的部件来实现冗余的电压供应或电流供应。仅需要两个冗余模块6并且例如没有制动斩波器，从而在其中第二负载电路中的负载7是电机的选择性应用中(，更好地利用来自制动运行的能量，因为DC/DC转换器8能够将其分配至两个负载电路并且不作为损耗能量而热力地流失。在图7的实施方式中总共仅需要5个模块(2个冗余模块6、两个AC/DC转换器5和一个DC/DC转换器8)。总计安装功率是960W。此外，可以节省用于模块的成本和相应的结构空间。此外，电流供应装置(在该示例中，ACDC转换器5)的功率可以合并在相应的负载电路中。由此实现进一步的成本节省和所需结构空间的减小。
本构思不限于仅两个负载电路的耦合，而是可以扩展到多个负载电路，其中负载电路分别通过一个DC/DC转换器耦合到另一负载电路，以便在冗余情况下能够由此被供应电功率。
图8示出了根据本发明的另一种实施方式的用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的电路装置10。与图7相同的或等同的元件在图8中以相同的附图标记表示并且部分地不单独说明。在此，该电路装置10的特别之处还在于，提供电池3c形式的中央的无中断的电流供应装置。
类似于图7，再次示出了具有负载7、冗余模块6和AC/DC转换器5的第一负载电路2a。此外，电路装置10包括另外的第一电路2d、用于提供电功率的另外的第一电压供应装置3d和又一冗余模块6。另外的第一电压供应装置3d包括AC/DC转换器5，所述AC/DC转换器连接到第二交流电压供应装置4d上，在此连接到交流电压源的第二AC相L2上。
此外，电路装置10包括另外的第二电路2e、用于提供电功率的另外的第二电压供应装置3e和又一冗余模块6。另外的第二电压供应装置3e包括AC/DC转换器5，该AC/DC转换器连接到第三交流电压供应装置4e上，在此为交流电压源的第三AC相L3。
此外，设置了另一电路2c，在该电路中布置了可充电的电能存储器3c(电池)，其充电状态由电池充电管理模块9来监视和控制。
电路2a、2d和2e分别通过双向的直流电压转换器8与电路2c耦联，从而如果电路2a、2d和2e之一的电压或电流供应失效，则这些电路可以通过电池3c和相应的DC/DC转换器8被供应电功率。DC/DC转换器可以类似于图7的DC/DC转换器来实施。
电池3c可以在正常的运行阶段中，也就是说非冗余情况下利用功率储备进行充电。作为示例，AC/DC转换器5可以被设计成使得它们能够提供所需的总电功率的2/3。
虽然在此需要四个DC/DC转换器8和相应地在功率方面充分设计尺寸的电池3c以用于提供冗余供电，然而这在成本、维护耗费和所需的结构空间方面比为负载电路2a、2d和2e中的每一个提供单独的电池或无中断的电流供应装置更有利。
虽然已经参照特定实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以使用等效物作为替代。附加地，可以实施许多修改，而不离开所属的范围。因此，本发明不应限于所公开的实施例，而是应包括所有落入所附权利要求范围内的实施例。本发明尤其也要求保护独立于所引用的权利要求的从属权利要求的主题和特征。
附图标记说明
1 电路装置
2a 第一电路
2b 第二电路
3a 第一电压供应装置
3b 第二电压供应装置
3c第二电压供应装置(电池)
3d 第三电压供应装置
3e 第四电压供应装置
4a 第一交流电压供应装置
4b 第二交流电压供应装置
4d 第二交流电压供应装置
4e 第三交流电压供应装置
5 AC/DC转换器
6 解耦装置，例如冗余模块
7 负载
8 双向DC/DC转换器
9 电池充电管理模块
10 电路装置
11 功能模块
20-25 电路装置(现有技术)
26 冗余模块
27 无中断的电流供应装置
28 制动斩波器

Claims (16)

1.用于冗余地为至少两个电路供应电压和/或电流的电路装置(1；10)，所述电路装置包括
a)第一电压供应装置(3a)，用于为布置在第一电路(2a)中的负载(7)提供电功率；
b)布置在所述第一电路(2a)中的解耦装置(6)，所述解耦装置构造用于，在输入侧在解耦装置(6)处施加有故障电压的情况下使第一电压供应装置(3a)与第一电路(2a)解耦；
c)第二电压供应装置(3b)，用于为第二电路(2b)提供电功率，和
d)其中，所述第一电路(2a)和第二电路(2b；2c)通过双向的直流电压转换器(8)能够耦合和/或被耦合，以在这些电压供应装置(3a；3b)之一失效的情况下为这些电路(2a；2b)供应功率。
2.根据权利要求1所述的电路装置(1)，其中，布置在所述第一电路(2a)中的所述解耦装置(6)是冗余模块(6)。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置(1)，此外具有布置在所述第二电路(2b)中的解耦装置(6)，所述解耦装置被构造用于，在输入侧在所述解耦装置(6)上施加有故障电压的情况下将所述第二电压供应装置(3b)与所述第二电路(2b)解耦，其中布置在所述第二电路(2b)中的所述解耦装置(6)例如是冗余模块(6)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(1)，
a)其中，所述第一电压供应装置(3a)包括电压转换器(5)，所述电压转换器连接到上级的第一电压电网(4a)，以给布置在第一电路(2a)中的负载(7)提供电功率；和
b)其中，所述第二电压供应装置(3b)包括电压转换器(5)，所述电压转换器连接到上级的第二电压电网(4b)，以给布置在第二电路(2b)中的负载(7)提供电功率。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(10)，
a)其中，所述第二电压供应装置(3c)是能充电的电能存储器(3c)，
其中所述电路装置还包括：
b)至少一个另外的电路(2d；2e)和至少一个另外的电压供应装置(3d，3e)，所述另外的电压供应装置用于为布置在所述另外的电路(2d；2e)中的负载(7)提供电功率，
c)其中在所述另外的电路(2d；2e)中分别布置解耦装置(6)，优选冗余模块(6)，其构造用于在输入侧在解耦装置(6)上施加有故障电压的情况下将所述另外的电压供应装置(3d，3e)与所述另外的电路(2d；2e)解耦；和
d)其中所述另外的电路(2d；2e)分别通过双向的直流电压转换器(8)与第二电路(2c)耦联和/或能够耦联，以在所述另外的电路(2d；2e)的电压供应装置(3d，3e)失效的情况下为所述另外的电路供应功率。
6.根据权利要求5所述的电路装置(10)，其中，所述另外的电压供应装置(3d；3e)包括电压转换器(5)，所述电压转换器被连接到另外的上级的电压电网(4d；4e)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述双向的直流电压转换器(8)控制触发和/或实施为，使得在通过所述直流电压转换器(8)耦联和/或能够耦联的两个电路之一的电压供应装置失效的情况下，所述直流电压转换器(8)无中断地引起在这两个电路之间的电功率流动，以给负载(7)供应功率。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，双向的直流电压转换器(8)控制触发和/或实施为，使得直流电压转换器(8)在两个电路中的一个中出现短时间的功率升高时、例如在出现短时间的峰值功率时引起所述功率升高的至少一部分向两个电路中的另一个的传递。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述电路的电压供应装置根据所述电路中的负载的功率要求被设计为，使得所述电压供应装置中的每个在另一电压供应装置失效的情况下能够提供足够的电功率，以便给所有负载或至少一个另一电路的负载供应电功率。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述直流电压转换器(8)具有用于固定在支承轨、优选帽式轨上和/或用于壁安装的安装适配器。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述直流电压转换器(8)是电流隔离的直流电压转换器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述直流电压转换器(8)在输入端侧/输出端侧分别具有用于短路电流的解耦的功能模块(11)。
13.根据权利要求12所述的电路装置(1；10)，其中，所述功能模块(11)还被构造用于提供接通电流限制和反极保护，其中，所述功能模块优选包括两个MOSFET的反向串联电路。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述冗余模块(6)是能主动切换的冗余模块并且优选具有至少一个MOSFET作为解耦元件，和/或其中，所述冗余模块具有至少一个二极管作为解耦元件。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述冗余模块(6)和直流电压转换器(8)分别被实施为封闭的模块，所述模块包括壳体，所有电功能部件布置在所述壳体中。
16.根据权利要求2至15中任一项所述的电路装置(1；10)，其中，所述冗余模块(6)
a)具有信号输出端，用于例如向控制装置输出冗余模块的运行状态信号；和/或
b)具有显示器，优选地为LED状态显示器，用于显示冗余模块的运行状态信号；和/或
c)具有用于DC输入电压的连接端子和用于DC输出电压的连接端子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8093749B1 (en) * 2008-01-29 2012-01-10 Juniper Networks, Inc. Sharing redundant power supply modules among physical systems
EP3248256A1 (en) * 2015-01-23 2017-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Distribution of electric energy on a vessel
FR3054737B1 (fr) * 2016-07-27 2020-01-17 Schneider Electric Industries Sas Dispositif de controle-commande d'un inverseur de sources
US10523048B2 (en) * 2018-02-16 2019-12-31 Monolithic Power Systems, Inc. Power supply and power supplying method with power backup and power sharing
KR102587873B1 (ko) * 2018-03-12 2023-10-12 한국전자통신연구원 무순단 전력 공급 장치 및 방법

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