CN211481151U

CN211481151U - 待机断路装置

Info

Publication number: CN211481151U
Application number: CN201890000539.9U
Authority: CN
Inventors: A·伯格哈默
Original assignee: Ebm Pirtranzhut GmbH
Current assignee: Ebm Pirtranzhut GmbH; Ebm Papst Landshut GmbH
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: WO2018153810A1; DE102017103655A1; EP3586435A1

Abstract

本实用新型涉及一种待机断路装置(1)，用于借助在用于常规运行的分接头(11)上的供电电压(VCC)与用于设备的备用运行的为此较低的供电电压(VCC)之间的电压切换来产生低压，其中，所述电路装置(1)被设计为具有开关式调节器(2)，所述开关式调节器在所述电路装置(1)的连接点(10)上提供额定电压Uson，并且在这一连接点(10)上连接上、更确切地说是相互并联地接通齐纳二极管(Z1)和晶体管(T3)，从而通过控制所述晶体管(T3)，以便使所述齐纳二极管(Z1)短路，进而为用于所述备用运行的分接头(11)施加较低的供电电压(VCC)，由此就可实现用于备用运行的较低供电电压(VCC)。

Description

待机断路装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于减少在产生低压时、尤其是在用电压转换器产生低压时处于备用运行中的待机损耗的方法和设备。所述方法尤其是涉及没有电流隔离的电源组。

背景技术

“电压转换器”的概念在这里尤其是指降压转换器，但也可包括各种其他类型的用于为所要供电的设备调整输出电压的转换器，尤其是其连接到电网上的电源组。电压转换器今天在众多设备中被用来给设备主要功能和可能存在的备用功能供电。

如果这些主要功能或者说待机功能在备用运行时需要持续地或者在较长时间段内是启用的，在用电压转换器低压供电时由此出现的能量损耗就可能在所被供电的设备的总能耗中占比显著。在要持续运行的电气设备、即所谓的低能耗装置中，所述电压转换器的能耗在所述设备的总能耗中占比显著，对于购买决策具有越来越重要的作用。由电压转换器供电的设备的数量众多，因此，由于传统的电压转换器的损耗，就引起了令人关注的成本和环境负荷，这些能够通过这里所说明的方法和设备得到缩减。在这个情况下也已知，电动机、就像如风扇电动机被应用在许多设备中，这些是用低压电源组来运行的，并且具有上面所提到的待机损耗。

多种电子设备经常已经出于成本的原因而借助唯一一个电压转换器来实现供电，所述电压转换器不仅为所述设备的常规运行、也为可能存在的待机运行承担供电作用。所述备用运行或待机运行(也称作等待运行)是指技术设备的这样一种状态，在该状态下，实际的效用功能被暂时禁用或者绝对不是必需的，但随时地并且不用预先准备或较长等待时间就能够被重新启用。但对于在惯例情况下要保持备用状态而言，仅要求特定的、相对于常规运行更少的功率需求。由于设备在这两种运行状态下的能量和功率消耗的巨大差异以及要能够尽量短时地提供整个对于常规运行所必需的功率的必要性，在待机运行中，为了所述电压转换器的运行，就定期地存在能量损耗，那些对于真正的待机功能而言所需要的功率。因此，在现有技术中存在着要降低处于备用任务的待机损耗的各种努力。

在降低待机损耗时的一种常见做法是在主要供电系统与待机供电系统之间切换。其中，在识别到待机要求时，通过微控器或其他电路，主要低压供电系统就被禁用。在这种状态下，仅有一小部分电子设备被供电，以便要获取对于活动着的运行的要求以及重新启用所述主要低压供电系统。这种变型的不足在于，需要额外的电路部件或者说更多的电路组元，以便确保待机运行中的供电。

另一种用于降低所述待机损耗的变型是由外部断开所述低压供电系统。为此，就通过设置和重置信号给上级的控制单元提供了使得所述电子单元进入休息模式的可行性。在这种情况下，所述供电系统被完全禁用，因此，仅可达到最小化的功率消耗。仅有开关式调节器的自有能耗导致能量损耗。这种解决方案的不足在于，所述上级的控制单元必须要进行断开和启用。这种控制必须为此被集成到构思中去。另外，在更安全的应用中，还需要电流的隔离，这又将这样一种解决方案的成本推高。

由DE 10055794 A1已知一种构思，在其中，功率电路包括与交流电供电系统的第一侧面相连接的一系列电气设备的主体的电流开关以及与所述交流电供电系统的第二侧面相连接的系列主体的功率传输调节器/开关式调节器，具有待机-功率冗余电路，在其中，借助远程控制来启用“电流-打开/关闭”，电路接收通过电抗器件的交流电，接收所述远程控制系统的远程控制数据，将特地为此设置的用于控制所述电流开关的打开/关闭的微控制器通过开关控制单元与所述交流电供电系统的第一侧面连接起来，然后针对所述电流开关被关闭并且该系列的主体被切断的情况，在待机状态下仅仅控制特地为此设置的微控制器。

由DE 19530594 C1已知另一种、但与所述理念相类似的构思，在通过电压转换器所提供的的电子设备中要设置以下措施：a)在所述设备运行的期间，所述电压转换器在主要侧面只有很短的时间段与所述电网或另一个供电装置相连接；b)所述电压转换器在这一时间段内除了能够实现可能必需的设备功能的供电以外，还能够实现适合的蓄能器的充电；c)在所述电压转换器与所述电流供给系统分离的时间期间，通过提取来自所述蓄能器的能量来确保所述设备的功能(待机功能或者主要功能)；d)只要所述蓄能器内的电能储备即将耗尽，或者是当所述设备功能否则就要求这样时，所述电压转换器即被自动接入电网(或者是各种电流供给系统)，以便给其充电。

但在这里的不足是，只要不存在电网连接，所述电源组在某种程度上就可以说基本上要一再与电网分离，因此就可能只有仍然借助所述蓄能器和其设置实现供电。

这些之前所提到的解决方案是基于电路隔离的原理，因此，在待机运行期间的、因而在待机运行期间的实际能耗没有经过任何事实上的、有效的功率降低。

实用新型内容

因此，本实用新型的根本目的是，要克服上述不足并且规定一种解决方案，在其中，系统特定的在低压供电系统的备用运行期间的损耗功率本身被显著降低，并且优选还形成所述设备、就像如EC电机的更安全可靠的运行。

本实用新型的目的尤其是要规定一种解决方案，其既可被用于本案电路，也可被用于其他电路。

这一目的通过根据本实用新型所述的特征组合得以实现。

要开展本实用新型的第一个出发点在于这种认知，即：在待机运行中的损耗明显是由所述开关式调节器的自有能耗以及在低压供电系统的具有开关式调节器的电路内的电子组元的供电形成的。在具有开关式调节器的电路拓扑中，为此，由所述VCC电压通过线性控制器产生电子供电电压。其中，来自这两种电压的差在开关式调节器内被转换成损耗热量，因此对于备用运行中的损耗功率是具有决定性的。

基本思想现在于，要设置一种电路，借助所述电路，就可降低在待机状态下的输出电压，而不由此产生明显的额外成本。所述根据本实用新型的电路能够以简单的方式实现所述低压产生系统的输出电压由常规运行切换到备用运行。

根据本实用新型，为此提出了一种电路装置，用于借助在用于常规运行的分接头上的供电电压VCC与用于设备、如EC电机的备用运行的为此较低的供电电压VCC之间的电压切换来产生低压，其中，所述电路装置被设计为具有开关式调节器，所述开关式调节器在所述电路装置的既定连接点上提供额定电压U_soll，并且在这一连接点10 上连接上、更确切地说是相互并联地接通齐纳二极管和晶体管，从而通过控制所述晶体管T3，以便使所述齐纳二极管短路，由此在所述电压分接头上为所述备用运行施加较低的供电电压VCC，由此就可实现用于备用运行的较低的供电电压VCC。

在本实用新型的一种有利的设计中规定，在备用运行中，在电压分接头上施加供电电压VCC，所述供电电压由所述额定电压U_soll和所述晶体管T3的饱和电压V_{UCE_SAT}的总和构成。

在本实用新型的另一种有利的设计中规定，在常规运行中，在所述分接头上施加供电电压VCC，所述供电电压由所述额定电压U_soll和所述齐纳二极管Z1的电压的总和构成。

同样有利地规定了，所述开关式调节器被设计为在其反馈销上具有预先给定的额定值电压U_{soll_SP}，所述电路装置的额定电压U_soll是通过所述反馈销上的电压借助预先给定所述开关式调节器的额定值获得的。

根据本实用新型，为了实现上述的切换解决方案而规定，要在电路路径内使用齐纳二极管，所述齐纳二极管用晶体管来桥接。所述开关式调节器的电压的额定值预先给定有利地通过所述开关式调节器的反馈销上的电压实现。如果这一电压超过了确定的阙限值并且最小电流I_min由此流入所述反馈销，那么，所述开关式调节器就停止脉动，直到再次低于这一阙限值。

此外，设置分压器，由此，在所述齐纳二极管上所要调准的电压就可通过所述分压器被有针对性地进行调节。这一分压器在此要这样设置，使得在所述齐纳二极管的阳极接口上施加所述电压调节器的确定的额定电压。

根据本实用新型，另外规定，在所述低压电路的启用状态下，与齐纳二极管并联接通的晶体管没有被控制，因此，所述晶体管处于阻塞状态。这意味着，电流没有流过所述晶体管，而是流过所述齐纳二极管。为了满足额定电压确定的所述开关式调节器在所述电路内的以及在所述齐纳二极管的阳极接口上的额定状态，VCC上的电压必须是这样一种电压，其具有高出所述齐纳二极管的齐纳电压的值的电势。

反之，在所述电路的待机运行中，所述齐纳二极管通过所述晶体管被短路，由此，VCC的电势仅仍必须比所述开关式调节器的有所下降的额定电压高出所述晶体管的饱和电压V_{UCE_SAT}。因为所述晶体管的饱和电压明显更低，在用于供电电压VCC的电压分接头上出现的电压VCC就更低。

换句话说，这意味着，要适当地选择齐纳二极管，以便得出以下条件：

常规运行：VCC＝U_soll+U_z

备用运行：VCC＝U_soll+V_{UCE_SAT}

在其中意味着：

VCC电路输出端上的供电电压

U_soll电压调节器的既定额定值电压

U_z齐纳二极管的击穿电压

V_{UCE_SAT}晶体管的饱和电压

根据本实用新型，可由微控器实施切换，只要通过所述微控器- 接口实现了备用运行的要求。

本实用新型的另一个方面涉及到所述设备、尤其是EC电机的由于节省了单独的电路部件而安全的状态。在传统的电路装置中，为此设置断开路径，所述断开路径使得所述安全控制器能够使得所述电动机进入安全状态。

为此，在已知的解决方案中，使用独立的电路，所述电路切断所述桥式驱动器的供电电压并且由此可靠地禁止电流继续流过所述电动机。

根据本实用新型，现在这是通过如下方式实现的。如果所述低压产生系统的在所述电路的输出端上所提供的供电电压VCC被切换至较低的值VCC＝U_soll+U_z，所设置的桥式驱动器的低压检测就对此作出反应，并且禁用在H桥接电路内的功率晶体管的控制系统。

为此，仅仅要确保，选出所述桥接电路的这些在较低的电压 VCC＝U_soll+U_z下关于短路条件也能够可靠地运行的驱动器模块。但也存在在其中这一减小的电压范围构成不容许的运行状态的驱动器模块。为了这些，所使用的电路必须被增加晶体管，所述晶体管能够将所述驱动器的供电电压转换至0V。

用这两种构思，在所述H桥接电路的驱动器模块正常运行时，将就已经达到所述电路或者说所述设备的安全状态。

但此外，根据规范性定义，还需要基本相信所述驱动器模块故障，以便将只有在运行正常时达到上述安全状态。

那么，在具有更低的供电电压的构思中，在故障情况下，所述桥接电路的功率晶体管就仅用有所降低的电压VCC＝U_soll+U_z来控制。因为所述功率晶体管在这一电压时处于饱和范围内，晶体管内的高损耗功率就被转化，所述损耗功率有针对性地导致所述晶体管受损，进而又导致安全状态。在这里将要考虑到所述晶体管的受损，因为本来对于这种情况就将出现有故障的驱动器模块。

在第二种情况下，即在其中所述驱动器模块的供电电压另外被切换为0V，所述桥接晶体管原则上就不可被控制，因为在0V时不可能有任何电流流过所述晶体管。

如果认为桥接驱动器以及这里所述的电路的的功能故障是另外的故障情况，只要控制线路被认为是更安全的信号，最终就不可出现所述设备或EC电机的任何有风险的电压状态。这样一种设想在一种情况下是容许的，在其中，就像在此所提出的那样，所述驱动器模块的所述控制信号通过在规范性要求方面要看作为安全的电路被设置为低电平。

在这种情况下，由正常运行的第二驱动器模块没有向所述功率晶体管传输任何控制信号，从而确保安全的状态。

还要注意的是，根据所使用的的驱动器模块，还要选择相应的变型，因为其他变型就构成所不容许的运行模式，在其中在运行状态时就可能导致损坏。

因此，使用根据本实用新型的电路，不仅能够提供更加有效的、而且也更安全的运行。

附图说明

本实用新型的其他有利的扩展在从属权利要求中被表征、或者在下面结合本实用新型的优选实施方式的说明依照附图来详细予以说明。

其中：

图1为一种用于用常规运行与备用运行之间的供电电压的电压切换来产生低压的电路的实施例；

图1a为一种用于产生低压的电气电路的替选性实施例；以及

图2为一种桥接控制系统的电路布置。

下面借助一种实施例来详细说明本实用新型，其中，相同的标记表明相同的结构性特征和/或功能性特征。

具体实施方式

在图1中示出了一种用于常规运行与备用运行之间的供电电压 VCC的电压切换来产生低压的电气电路装置1的实施例。

所述电路装置1被设计为包括具有预先给定的额定值电压U_{soll_SP}的开关式调节器2(在此也标有IC1)，以便在输出端上、更确切地说是所述电路装置1的用于常规运行的分接头11上提供15V DC的供电电压VCC。

所述开关式调节器2另外具有接口BP/VCC、S和D以及反馈销 FB。所述接口D用作为用于输入电压的输入端。在本实施例中，所述开关式调节器2被设计为降压转换器，在常规运行中将325V的输入电压转换为15V的输出电压。

在所述分接头11上，为常规运行提供15V DC的这一供电电压 VCC。在所述电路装置1中，借助所述齐纳二极管Z1和所述晶体管 T3的并联电路，就可实现在分接头11上实现由常规运行中的供电电压VCC＝15V至备用运行中的5.3V的电压的电压切换。

为此，所述反馈销FP通过由电阻R1/R2构成的分压器与所述齐纳二极管Z1的阳极接口A相连接。

此外，与所述齐纳二极管Z1的阳极接口A和所述齐纳二极管 Z1的阴极接口并联接通的有所述晶体管T3，而所述晶体管的晶体管门G通过待机-控制信号由晶体管T1来控制。

所述开关式调节器2具有为反馈销FB预先给定的固定的值为 U_{soll_SP}＝1.65V的额定值，这是通过所述反馈销FB上的电压来进行的。如果所述反馈销FB上的电压超过了1.65V的额定值电压U_{soll_SP}，就由此有49μA的最小电流流入所述反馈销，所述开关式调节器2就阻止所述脉动。

通过由所述电阻R1、R2构成的所述分压器7，所述开关式调节器2的电压就可相应地被调准。所述分压器7在此被这样设置，使得所述电阻R1＝3.6kOhm，所述电阻R2为2.0kOhm，从而在所述电路装置的点10上出现所期望的电压5V。

在常规运行中，所述晶体管T3没有被控制。因此，电流在常规运行时必须流过所述齐纳二极管Z1。为了在所述电路装置1的点10 上实现所述开关式调节器的为U_Soll＝5V的额定状态，所述分接头11 上的电压VCC就必须具有高出所述齐纳二极管Z1的齐纳电压U_Z的值的电势，该电势在此必须为10V，以便总体上在所述分接头11上实现所期望的15V作为供电电压VCC。就这点而言，本实施例中使用10V的齐纳二极管。

在备用运行中，在其中不需要15V的高供电电压，所述齐纳二极管Z1就通过所述晶体管T3被短路，这是通过所述晶体管T3的晶体管门G被控制的方式实现的。因为在所述电路的点10上的电压为 5V并且在分接头11上的电压现仅仅仍然高出了所述晶体管T3的饱和电压V_UCE-SAT的电压值0.3V，所述分接头11上的电压VCC现就为 5.3V。因此，在备用运行中有所下降的供电电压约为常规运行中的所述供电电压的35％。由此，本实施例中的功率是借助如图1的电路拓扑由约为650mW达到下降至备用运行中的约为150mW的。

在图1a中示出了对于图1的替选性电路，在其中，在所述电路装置1的点10上连接另外一个晶体管T2。根据所使用的的桥接驱动器，在这里，根据规定，所述桥接驱动器的电压供电就额外地下降至 0V。这就涉及到所述的安全理念，为此，在所示电路拓扑中仍然使用了额外的晶体管T2。

在图2中示出了桥接电路20，更确切地说是H桥接电路。所述桥接电路20由之前所提到的供电电压VCC供电。所述桥接电路20 具有两个驱动器模块IC5和IC6，以及桥内的四个功率晶体管T_L。分别有控制线路21、22导向所述驱动器模块IC5和IC6，通向所述接口HIN和LIN。此外，所述驱动器模块具有接口GND、VCC、VB、 HO、VS和LO。

如果所述低压产生系统的输出电压被切换为5.3V，所述桥接驱动器IC5和IC6的低压检测就做出反应，并且禁用所述功率晶体管 T_L的控制。

在所述驱动器模块IC5、IC6的功能有故障时，所述功率晶体管T_L就以有所下降的为5.3V的供电电压VCC来控制。因为所述功率晶体管T_L在这一电压时处于饱和范围内，高损耗功率就在每个晶体管T_L内被转化，所述损耗功率导致所述晶体管T_L受损，进而最终导致安全状态。

本实用新型在其实施中并非仅限于上面所述的优选实施例。更多的是可设想多种变型，这些变型即便是在性质完全不同的实施中也利用到了所示解决方案。

Claims

1.一种电路装置(1)，用于借助在用于常规运行的分接头(11)上的供电电压(VCC)与用于设备的备用运行的为此较低的供电电压(VCC)之间的电压切换来产生低压，其中，所述电路装置(1)被设计为具有开关式调节器(2)，所述开关式调节器在所述电路装置(1)的连接点(10)上提供额定电压U_soll，并且在这一连接点(10)上连接上、更确切地说是相互并联地接通齐纳二极管(Z1)和晶体管(T3)，从而通过控制所述晶体管(T3)，以便使所述齐纳二极管(Z1)短路，进而在分接头(11)上施加用于备用运行的、较低的所述供电电压(VCC)，由此就可实现用于备用运行的较低供电电压(VCC)，

其中，所述开关式调节器(2)被设计为在反馈销(FB)上具有预先给定的额定值电压U_{soll_SP}，所述额定电压U_soll是通过所述反馈销(FB)上的电压借助预先给定所述开关式调节器(2)的额定值来达到的。

2.根据权利要求1所述的电路装置(1)，其特征在于，在备用运行中，在所述分接头(11)上施加供电电压(VCC)，所述供电电压由所述额定电压U_soll和所述晶体管(T3)的饱和电压V_UCE-SAT的总和构成。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置(1)，其特征在于，在常规运行中，在所述分接头(11)上施加供电电压(VCC)，所述供电电压由所述额定电压U_soll和所述齐纳二极管(Z1)的电压的总和构成。

4.根据权利要求1或2所述的电路装置(1)，其特征在于，在常规运行中，所述晶体管(T3)没有被控制，因此并不处于通过状态。

5.根据权利要求3所述的电路装置(1)，其特征在于，在常规运行中，所述晶体管(T3)没有被控制，因此并不处于通过状态。

6.根据权利要求1所述的电路装置(1)，其特征在于，在超过所述反馈销(FB)上的所述额定值电压U_{soll_SP}时，就有既定的电流流过所述反馈销(FB)，所述开关式调节器(2)的脉动被中断，直到再次低于所述额定值电压U_{soll_SP}。

7.根据权利要求1或2所述的电路装置(1)，其特征在于，所述分接头(11)上在备用运行中的供电电压(VCC)约为常规运行中的值的30％至35％。

8.根据权利要求3所述的电路装置(1)，其特征在于，所述分接头(11)上在备用运行中的供电电压(VCC)约为常规运行中的值的30％至35％。

9.根据权利要求1或2所述的电路装置(1)，其特征在于，所述晶体管(T3)的晶体管门(G)与晶体管(T1)相连接，从而可通过控制所述晶体管(T1)，用待机信号来控制所述晶体管(T3)，以便使得所述电路装置(1)进入备用运行。

10.根据权利要求3所述的电路装置(1)，其特征在于，所述晶体管(T3)的晶体管门(G)与晶体管(T1)相连接，从而可通过控制所述晶体管(T1)，用待机信号来控制所述晶体管(T3)，以便使得所述电路装置(1)进入备用运行。

11.根据权利要求1或2所述的电路装置(1)，其特征在于，此外设置微控制器，以便进行由常规运行中的供电电压至备用运行以及反之的切换过程。

12.根据权利要求3所述的电路装置(1)，其特征在于，此外设置微控制器，以便进行由常规运行中的供电电压至备用运行以及反之的切换过程。