DE102005011519A1

DE102005011519A1 - Verfahren zur Steuerung einer Gleichspannungsquelle und Spannungsversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005011519A1
Application number: DE102005011519A
Authority: DE
Inventors: Rune Thomsen
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: CN100399670C; US20060202558A1; DE102005011519B4; CN1858962A; US7646617B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Gleichspannungsquelle angegeben mit einer ersten Gleichspannungsquelle (2) und einer Spannungsüberwachungseinrichtung (24), die eine Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle (2) überwacht und die auf eine Steuervorrichtung (31) wirkt, wobei die Steuervorrichtung (31) den Arbeitszustand der ersten Gleichspannungsquelle (2) steuert. Auch wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung (22) vorgestellt, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann. DOLLAR A Man möchte dabei die Gefahr einer Spannungserhöhung in einer Schaltungsanordnung mit mehreren Gleichspannungsquellen auf einfache Weise vermindern. DOLLAR A Hierzu ruft man mit einer ersten Spannungsquelle (3) eine Spannungsänderung an der Spannungsüberwachungseinrichtung (24) hervor.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung einer Gleichspannungsquelle mit einer ersten Gleichspannungsquelle und einer Spannungsüberwachungseinrichtung, die eine Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle überwacht und die auf eine Steuervorrichtung wirkt, wobei die Steuervorrichtung den Arbeitszustand der ersten Gleichspannungsquelle steuert. Ferner betrifft die Erfindung eine Spannungsversorgungsvorrichtung mit einer ersten Gleichspannungsquelle und einer Spannungsüberwachungseinrichtung, die eine Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle überwacht und auf eine Steuereinrichtung wirkt, wobei die Steuereinrichtung mit der ersten Gleichspannungsquelle verbunden ist.
Gleichspannung kommt insbesondere zur Anwendung bei Gleichstromverbrauchern, die unabhängig von öffentli chen Energieversorgungsnetzen eingesetzt werden. Ein Vorteil der Gleichspannung ist, daß sie speicherbar ist. So werden beispielsweise Gleichspannungsverbraucher in Fahrzeugen durch eine zuvor in einer Batterie gespeicherte Gleichspannung versorgt. Als Gleichspannungsverbraucher kommen beispielsweise Kompressoren für Klimaanlagen oder Kühlaggregate in Frage. Oft weisen solche Fahrzeuge aus Sicherheitsgründen mehrere Gleichspannungsquellen auf, die sich auch gegenseitig beeinflussen können. Auch kann man häufig bei solchen Fahrzeugen zwischen unterschiedlichen Gleichspannungsquellen wählen, je nachdem ob sich das Fahrzeug gerade in Fahrt oder in einer Parkposition befindet. Bei der Verwendung einer Gleichspannungsquelle kann es zu Spannungserhöhungen kommen, die für die angeschlossenen Verbraucher, für elektrische Komponenten und für die Gleichspannungsquelle selbst die Gefahr einer Überlastung oder sogar Zerstörung mit sich bringt.
Spannungserhöhungen sind Spannungen, deren Höhe über einen vorgesehen Wert hinaus gehen, die also beispielsweise eine Nennspannung überschreiten. Man unterscheidet hierbei zeitlich transiente Spannungserhöhungen, die beispielsweise durch Schaltvorgänge entstehen und Spannungserhöhungen, die durch eine fehlerhafte Funktion hervorgerufen werden. Im vorliegenden Fall werden Spannungserhöhungen, die durch einen Fehler verursacht werden, näher betrachtet. Zur Vermeidung solcher Spannungserhöhungen ist es zunächst notwendig, eine Spannungserhöhung zu erkennen. Hierzu sind Schaltungsanordnungen bekannt, mit denen eine Spannungserhöhung erkannt werden kann. Besonders Halbleiterbauelemente sind bei Spannungserhöhungen gefährdet.

In US 4 713 740 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei dem eine Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle überwacht wird. Bei einer Abweichung von einem bestimmten Wert der Gleichspannung nach oben oder nach unten werden Maßnahmen innerhalb der Schaltungsanordnung getroffen, um Fehlfunktionen zu vermeiden.

Auch sind Beschaltungen zur Spannungsüberwachung von Gleichspannungsquellen aus dem Datenblatt des Hochspannungsresonanzreglers L 6598 der ST Microelectronics bekannt. Dort wird eine Spannungsüberwachung mit Hilfe von Dioden und ohmschen Widerständen vorgenommen, um Halbleiterbauelemente des Hochspannungsresonanzreglers zu schützen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen die Gefahr einer Spannungserhöhung in einer Schaltungsanordnung mit mehreren Gleichspannungsquellen auf einfache Weise vermindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man mit einer zweiten Gleichspannungsquelle eine Spannungsänderung an der Spannungsüberwachungseinrichtung hervorruft.

Eine Spannungsüberwachung findet zunächst an der ersten Gleichspannungsquelle statt. Man verwendet nun die vorhandene Spannungsüberwachungseinrichtung auch zur Überwachung der zweiten Gleichspannungsquelle. Damit die gemeinsame Spannungsüberwachungseinrichtung auch eine Fehlfunktion erkennt, d.h. eine Spannungserhöhung an der zweiten Gleichspannungsquelle, leitet man diese Spannungserhöhung an die Spannungsüberwachungseinrichtung der ersten Gleichspannungsquelle weiter und ruft dort eine Spannungsänderung hervor. Die Spannungsüberwachungseinrichtung hat nun zwei Funktionen. Sie überwacht die Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle. Zusätzlich überwacht die Spannungsüberwachungseinrichtung indirekt auch die Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle. Überlagert sich beispielsweise die zweite Ausgangsspannung oder ein Teil der zweiten Ausgangsspannung mit der ersten Ausgangsspannung, so ändert sich die überwachte Spannung an der Spannungsüberwachungseinrichtung. Man ermittelt auf diese Weise mit nur einer Spannungsüberwachungseinrichtung Spannungsänderungen, die entweder nur von der ersten, nur von der zweiten oder von beiden Gleichspannungsquellen gleichzeitig hervorgerufen werden. Arbeiten die beiden Spannungsquellen ordnungsgemäß, so wird keine Spannungserhöhung festgestellt. Die Spannungsüberwachungseinrichtung erkennt dabei verzögerungsfrei anstehende Spannungsänderungen, so daß bei einer Fehlfunktion einer Gleichspannungsquelle die Steuereinrichtung eingreifen kann.

Es ist besonders bevorzugt, daß die zweite Gleichspannungsquelle die Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle erhöht. Eine Spannungserhöhung ergibt sich beispielsweise aus einer Spannungsaddition der Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle und der Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle. Mit nur einer Messung kann besonders einfach eine Spannungserhöhung erkennen. Man erspart sich mehrere Messungen an den einzelnen Gleichspannungsquellen. Eine Spannungserhöhung kommt beispielsweise an der Spannungsüberwachungseinrichtung zustande, wenn sich eine positive Spannung der ersten Gleichspannungsquelle mit einer ebenfalls positiven Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle überlagert. Dies bedeutet, gleichgerichtete Spannungen addierten sich zu einer größeren Spannung, die als Spannungserhöhung erkannt wird. Es ist auch möglich, daß sich nur ein Teil der Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle der Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle überlagert. Man kann also auch einen Spannungsteiler verwenden.

Vorteilhafterweise wird die Steuereinrichtung von einer Hilfsversorgungseinrichtung versorgt, wobei sich die Höhe einer Versorgungsspannung der Hilfsversorgungseinrichtung verringert, wenn die Spannungsüberwachungseinrichtung eine Spannungsänderung feststellt. Es ruft beispielsweise eine Spannungserhöhung an der Spannungsüberwachungseinrichtung einen Spannungseinbruch, d.h. eine Verminderung der Nennspannung der Hilfsversorgungseinrichtung hervor. Ein Spannungseinbruch kann dann zur Steuerung weiterer elektronischer Komponenten verwendet werden.

Mit Vorteil gibt die Hilfsversorgungseinrichtung einen Versorgungsstrom ab, der sich erhöht, wenn die Spannungsüberwachungseinrichtung eine Spannungsänderung feststellt. Die Hilfsversorgungseinrichtung ist in ihrer Leistung begrenzt, so daß sich entweder der Versorgungsstrom oder die Versorgungsspannung erhöhen kann. Bei vergrößerter angeschlossener Last erhöht sich auch der Versorgungsstrom, so daß sich gleichzeitig die Ver sorgungsspannung verringert. Man kann also einerseits mehr Strom liefern und andererseits eine geringere Versorgungsspannung zur Verfügung stellen. Beide Veränderungen können für eine Steuerung verwendet werden.

Bevorzugterweise erhöht sich der Versorgungsstrom der Hilfsversorgungseinrichtung proportional zur Spannungsänderung an der Spannungsüberwachungseinrichtung. Diese proportionale Beziehung kann als Maßstab für den Wert der gemessenen Spannungserhöhung oder Spannungsverminderung verwendet werden. Aufgrund der proportionalen Beziehung kann eine Fehlfunktion einer Gleichspannungsquelle eingeschätzt werden.

Vorzugsweise schaltet die Steuereinrichtung die erste Gleichspannungsquelle bei einer Spannungsänderung ab. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich bei der Spannungsänderung um eine festgestellte Spannungserhöhung handelt, da in einem solchen Fall die Gefahr für eine Beschädigung der Schaltungsanordnung groß ist.

Es ist vorgesehen, daß bei einer Abschaltung der ersten Gleichspannungsquelle die zweite Gleichspannungsquelle eine Versorgung eines Verbrauchers unterbrechungsfrei übernimmt. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche unterbrechungsfreie Versorgung des Verbrauchers sichergestellt. Der Verbraucher nimmt nicht wahr, welche der beiden Gleichspannungsquellen gerade aktiv ist.

Bevorzugterweise sind die erste Gleichspannungsquelle und die zweite Gleichspannungsquelle über einen Feldeffekttransistor verbunden, der in einen leitenden Zustand gebracht wird, wenn eine Spannungserhöhung an der Spannungsüberwachungseinrichtung festgestellt wird. Ein Feldeffekttransistor ist ein leistungsarmes steuerbares Bauelement, das als Schalter wirkt und in Abhängigkeit der Spannungswerte an seinen Anschlüssen sich in einem leitenden oder sperrenden Zustand befindet. Der Feldeffekttransistor kann so auf einfache Weise die beiden Gleichspannungsquellen miteinander verschalten oder voneinander trennen.

Die Aufgabe wird mit einer Spannungsversorgungsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine zweite Gleichspannungsquelle mit der Spannungsüberwachungseinrichtung verbunden ist.

Eine Verbindung der ersten Gleichspannungsquelle mit der zweiten Gleichspannungsquelle ermöglicht, daß die Spannungsüberwachungseinrichtung gleichzeitig eine Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle überwacht. Die Spannungsüberwachungseinrichtung ist in praktischer Weise parallel zwischen einem positiven und einem negativen Anschluß der ersten Gleichspannungsquelle angeordnet. Parallel zu Spannungsüberwachungseinrichtung kann dann auch die zweite Gleichspannungsquelle angeschlossen sein, so daß gleichzeitig der Zustand der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle überwacht werden kann. Auch ist es denkbar, auf diese Weise weitere Gleichspannungsquellen parallel zur Spannungsüberwachungseinrichtung zu schalten.

Vorzugsweise ist eine Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle höher ist als die Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle. In einem solchen Fall läßt sich eine Fehlfunktion der zweiten Gleich spannungsquelle leicht erkennen, auch wenn nur ein Teil der Ausgangsspannung an der Spannungsüberwachungseinrichtung anliegt. Eine Teilspannung an der Spannungsüberwachungseinrichtung entsteht beispielsweise durch einen Spannungsteiler, der auf die zweite Gleichspannungsquelle wirkt.

In praktischer Weise ist die zweite Gleichspannungsquelle mit einem Schutzelement in Reihe geschaltet ist. Das Schutzelement kann dazu verwendet werden, um die zweite Gleichspannungsquelle vor einer Verpolung zu schützen oder vor weiteren Überspannungen, die beispielsweise von einem an die zweite Gleichspannungsquelle angeschlossenen Generator erzeugt werden. Auch kann das Schutzelement zum Schutz einer Überladung der zweiten Gleichspannungsquelle eingesetzt werden, beispielsweise als Teil eines Ladereglers.

Bevorzugterweise ist das Schutzelement ein Feldeffekttransistor, der eine interne Schutzdiode aufweist. Ein Feldeffekttransistor, der an einem Anschluß der zweiten Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, kann auch einfache Weise bei einem Einbau der zweiten Gleichspannungsquelle eine Verpolung verhindern. Auch ist ein Feldeffekttransistor dazu geeignet innerhalb der elektrischen Anordnung Verbindungen oder Trennstrecken herzustellen.

Vorzugsweise ist ein Anschluß des Feldeffekttransistors mit einem Steueranschluß der ersten Gleichspannungsquelle verbunden ist. Der Steueranschluß der ersten Gleichspannungsquelle kann so auf den Feldeffekttransistor wirken, der wiederum an der zweiten Gleichspan nungsquelle angeschlossen ist. Mit Hilfe des Feldeffekttransistors ist es möglich, festzustellen, ob die erste Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Bei vorhandener erster Gleichspannungsquelle kann dann an dem Steuerausgang eine definierte Spannung angelegt sein, die den Zustand des Feldeffekttransistors in Abhängigkeit der Betriebsweise der ersten Gleichspannungsquelle steuert.

Es ist vorgesehen, daß zwischen einem Gatteranschluß des Feldeffekttransistors und einem positiven Pol der zweiten Gleichspannungsquelle ein ohmscher Widerstand angeschlossen ist. Der ohmsche Widerstand ist beispielsweise Teil eines Spannungsteilers, wenn sich der Feldeffekttransistor in einem sperrenden Zustand befindet. Ist der Feldeffekttransistor leitend, so verhindert der ohmsche Widerstand ein Kurzschließen des positiven und negativen Anschlusses der zweiten Gleichspannungsquelle.

Mit Vorteil ist zwischen dem Gatteranschluß des Feldeffekttransistors und einem ersten Bezugspotential der Vorrichtung eine Diode angeordnet. Die Diode ist dabei in Richtung des ersten Bezugspotentials sperrend und in umgekehrter Richtung leitend. Sie kann als Zener-Diode ausgebildet sein, die im Sperrzustand ein Spannungsabfall am Feldeffekttransistor beispielsweise zwischen dem Gatteranschluß und einem Quellenanschluß hervorruft. Sie beeinflußt somit den Betriebszustand des Feldeffekttransistors.

Es ist bevorzugt, daß die Spannungsüberwachungseinrichtung über eine optische Kopplungseinrichtung mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Eine optische Kopplungseinrichtung ist beispielsweise ein Optokoppler mit einer Leuchtdiode und einem Transistor, der ein Signal eines Schaltkreises in einen weiteren Schaltkreis überträgt und dabei eine galvanische Trennung herstellt. Die galvanische Trennung erfolgt über die optische Strecke. So ist es auch möglich, verschiedene Bezugspotentiale in den jeweiligen Schaltkreisen zu verwenden.

In vorteilhafter Weise steht ein Versorgungsstrom der Hilfsenergieversorgungseinrichtung der optischen Kopplungseinrichtung zur Verfügung. Es ist zweckmäßig, einen Schaltkreis, der eine Hilfsenergieversorgungseinrichtung aufweist, von weiteren Schaltkreisen galvanisch zu trennen. Die optische Kopplungseinrichtung wandelt Strom, beispielsweise durch eine Leuchtdiode in ein Lichtsignal, das von einem Transistor wieder in einen Strom umgewandelt wird. Dieser Strom wird von der Hilfsenergieversorgungseinrichtung nachgeliefert, so daß ein Stromfluß zustande kommt. Der Stromfluß kann dann für die Steuerung weiterer Bauelemente verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Bereitstellung einer Gleichspannung mit zwei Gleichspannungsquellen und einem angeschlossenen Verbraucher,
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit der Anordnung aus 1, einer Spannungsüberwachungseinrichtung an der ersten Gleichspannungsquelle und einer Steuereinrichtung, und
3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 2 mit weiteren Komponenten der ersten Gleichspannungsquelle.
1 zeigt eine Anordnung 1 zur Steuerung einer Gleichspannungsquelle mit einer ersten Gleichspannungsquelle 2 und einer zweiten Gleichspannungsquelle 3, die einen gemeinsamen Verbraucher 4 mit einer Verbrauchergleichspannung 5 versorgen. Die erste Gleichspannungsquelle 2 steht im vorliegenden Anwendungsfall nur zeitweise zur Verfügung. Die zweite Gleichspannungsquelle 3 hingegen steht während der Fahrt eines Fahrzeugs, in dem der Verbraucher 4 versorgt wird, ständig zur Verfügung. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Landfahrzeug, beispielsweise ein Wohnmobil, oder ein Wasserfahrzeug, beispielsweise ein Boot, handeln.
Allerdings wird zeitlich immer nur eine der beiden Gleichspannungsquellen betrieben. Wenn sich das Fahrzeug beispielsweise in einer Parkposition befindet, so wird die Versorgung mit der ersten Gleichspannungsquelle 2 bevorzugt. Während der Fahrt des Fahrzeugs steht die erste Gleichspannungsquelle 2 gewöhnlicherweise nicht zur Verfügung, so daß dann nur die zweite Gleichspannungsquelle 3 in Verbindung mit einem Generator den Verbraucher 4 versorgt.
Die erste Gleichspannungsquelle 2 ist an eine Wechselspannungsquelle als externe Energieversorgung 6 angeschlossen. Die erste Gleichspannungsquelle 2 weist einen Gleichrichter 7 auf, um die anliegende Wechselspannung der externen Energieversorgung 6 gleichzurichten und als Gleichspannung an einer Anschlußanordnung mit einem positiven Anschluß 8 und einem negativen Anschluß 9 zur Verfügung zu stellen. Die erste Gleichspannungsquelle 2 weist einen dritten Anschluß auf, der als Steueranschluß 10 dient und einen definierten Spannungswert zur Verfügung stellt. Der negative Anschluß 9 ist mit einem ersten Bezugspotential 11 der Anordnung 1 verbunden. Der positive Anschluß 8 der ersten Gleichspannungsquelle 2 ist mit einem positiven Anschluß 12 der zweiten Gleichspannungsquelle 3 verbunden. Die zweite Gleichspannungsquelle 3 ist hier als Akkumulator ausgeführt, dessen negativer Anschluß 13 mit einem Schutzelement verbunden ist. Das Schutzelement ist hier ein Feldeffekttransistor 14, der einen Senkenanschluß (engl. drain) 15, einen Quellenanschluß (engl. source) 16 und einen Gatteranschluß (engl. gate) 17 aufweist. Der negative Anschluß 13 der zweiten Gleichspannungsquelle 3 ist mit dem Senkenanschluß 15 des Feldeffekttransistors 14 verbunden. Der Quellenanschluß 16 ist an das erste Bezugspotential 11 der Anordnung 1 angeschlossen. Der Gatteranschluß 17 des Feldeffekttransistors 14 ist mit dem Steueranschluß 10 der ersten Gleichspannungsquelle 2 verbunden.
Eine Diode 18 ist zwischen dem ersten Bezugspotential 11 und dem Gatteranschluß 17 angeordnet. Die Diode 18 ist hier als Zener-Diode ausgebildet und weist eine Durchlaßrichtung vom ersten Bezugspotential 11 zum Gat teranschluß 17 auf, während sie in umgekehrter Richtung sperrt. Am Gatteranschluß 17, der gleichzeitig mit dem Steueranschluß 10 verbunden ist, ist außerdem ein ohmscher Widerstand 19 angeschlossen, der mit dem positiven Anschluß 8 der ersten Gleichspannungsquelle 2 und mit dem positiven Anschluß 12 der zweiten Gleichspannungsquelle 3 in Verbindung steht.
Der Verbraucher 4 ist beispielsweise ein Kältemittelkompressor in einem Fahrzeug, der entweder von der ersten Gleichspannungsquelle 2 oder von der zweiten Gleichspannungsquelle 3 kontinuierlich, d.h. unterbrechungsfrei mit einer Verbrauchergleichspannung 5 versorgt wird. Steht dem Fahrzeug die erste Gleichspannungsquelle 2 zur Verfügung, beispielsweise an einer Energieladestation, so ist die zweite Gleichspannungsquelle 3 ohne Funktion. Sie wird weder geladen noch entladen.
Im Fall ohne Funktionsstörungen erzeugt die erste Gleichspannungsquelle 2 eine Ausgangsspannung in einer Höhe von 27 Volt. Die Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle 3 beträgt 12 Volt. Aufgrund dieser Potentialdifferenz zwischen 12 Volt und 27 Volt würde ohne weitere Maßnahme ein Ladungsausgleich von der ersten Gleichspannungsquelle 2 zur zweiten parallelgeschalteten Gleichspannungsquelle 3 stattfinden. Dies wird jedoch durch den Feldeffekttransistor 14 verhindert, der beispielsweise vom Typ 2804 von International Rectifier ist. Sobald eine externe Energiequelle 6 zur Verfügung steht, d.h. sobald eine Gleichspannung der ersten Gleichspannungsquelle 2 an den Anschlüssen 8, 9 vorhanden ist, wird an dem Steueranschluß 10 das Potential auf Null Volt gehalten, so daß der Gatteranschluß 17 des Feldeffekttransistors 14 ebenfalls ein Potential von Null Volt annimmt. Zwischen dem Senkenanschluß 15 und dem Gatteranschluß 17 liegen dann etwa 15 Volt Restspannung an. Hierdurch wird der Feldeffekttransistor 14 in seinem ausgeschalteten Zustand gehalten und ein Stromfluß vom Senkenanschluß zum ersten Bezugspotential 11 ist nicht möglich. Dies bedeutet, daß die zweite Gleichspannungsquelle 3 in diesem Moment keine Funktion hat. In diesem Betriebszustand der Anordnung 1 wird der Verbraucher 4 mit einer konstanten Gleichspannung der ersten Gleichspannungsquelle 2 versorgt.
Der Feldeffekttransistor 14 hat noch eine weitere Funktion. Er verhindert eine Fehlfunktion der Anordnung 1, wenn die zweite Gleichspannungsquelle 3 verpolt ist, also wenn ihr positiver Anschluß 12 mit dem Senkenanschluß 15 des Feldeffekttransistors verbunden ist und ihr negativer Anschluß 13 mit dem positiven Anschluß 8 der ersten Gleichspannungsquelle 2 verbunden ist. In diesem Fall bleibt der Feldeffekttransistor 14 durch seine Beschattung im ausgeschalteten Zustand.
In 2 ist die dargestellte Anordnung 1 aus 1 in einer Spannungsversorgungsvorrichtung 22 integriert, die zur Steuerung der ersten Gleichspannungsquelle 2 verwendet wird. Es kann vorkommen, daß die zweite Gleichspannungsquelle 3 eine höhere Ausgangsspannung aufweist als die erste Gleichspannungsquelle 2. Dies geschieht beispielsweise, wenn ein Fahrzeuggenerator 20 der normalerweise die zweite Gleichspannungsquelle 3 während der Fahrt des Fahrzeugs nachlädt, die zweite Gleichspannungsquelle 3 mit Energie versorgt, obwohl diese bereits voll geladen ist. Auch weitere Verbraucher 21 können dazu beitragen, daß die zweite Gleichspannungsquelle 3 einen höheren Gleichspannungswert als Ausgangsspannung annimmt als die erste Gleichspannungsquelle 2. In einem solchen Fall sperrt der Feldeffekttransistor 14 ordnungsgemäß bei Anwesenheit der ersten Gleichspannungsquelle 2. Allerdings fließt ein Strom durch eine Schutzdiode 23 im Inneren des Feldeffekttransistors 14, um den Feldeffekttransistor 14 vor einer zu hohen Spannung zu schützen. Der Strom über die Schutzdiode 23 ruft jedoch aufgrund ihres Widerstandes eine Verlustleistung hervor. Diese Verlustleistung wird in Form von Wärme frei, die üblicherweise mit Kühlkörpern in die Umgebung abgegeben wird. Bei der vorliegenden Vorrichtung 22 wird diese Verlustleistung vermindert, indem die Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle 2 auf einen geringeren Spannungswert oder auf Null Volt gesteuert wird.
Im vorliegenden Fall wird eine Spannungserhöhung als Spannungsänderung infolge einer Fehlfunktion betrachtet, wobei die zweite Gleichspannungsquelle 3 beispielsweise eine Ausgangsspannung von 31 Volt aufweist. Es wird an der zweiten Gleichspannungsquelle 3 durch die zweite Gleichspannungsquelle 3 selbst eine Spannungserhöhung an einer Spannungsüberwachungseinrichtung 24 hergerufen. Die Spannungsüberwachungseinrichtung 24 weist eine Reihenschaltung auf mit einer Diode 25, hier einer Zener-Diode, und ohmschen Widerständen 26, 27. Ein Optokoppler 28, der eine Leuchtdiode 29 und einen Transistor 30 aufweist trennt die Spannungsüberwachungseinrichtung 24 von einer Steuereinrichtung 31.
Die Leuchtdiode 29 des Optokopplers 28 ist dabei parallel zu einem ohmschen Widerstand 26 geschaltet, der Teil der Spannungsüberwachungseinrichtung 24 ist. Je höher der Strom der Leuchtdiode 29 ist, desto mehr Leuchtkraft hat die Leuchtdiode 29 und desto höher wird der Strom im Transistor 30. Der Transistor 30 wird von einer zum Transistor 30 parallel geschalteten Hilfsversorgungseinrichtung 32 mit einem Versorgungsstrom versorgt. Die Hilfsversorgungseinrichtung 32 liefert einen begrenzten Versorgungsstrom. Wird von dem Transistor 30 mehr Strom gefordert, als die Hilfsversorgungseinrichtung 32 bereitstellen kann, so wird die Hilfsversorgungseinrichtung 32 überlastet und verringert die an ihren Ausgangsanschlüssen bereitgestellte Versorgungsspannung.
Die Hilfsstromversorgungseinrichtung 32 versorgt zusätzlich noch die zu ihr parallelgeschaltete Steuereinrichtung 31. Als Folge der Überlastung der Hilfsversorgungseinrichtung 32 steht für die Steuereinrichtung 31 auch eine geringere Spannung zur Verfügung. Die Steuereinrichtung 31 weist integrierte Schaltkreise auf, die mit dem Gleichrichter 7 der ersten Gleichspannungsquelle 2 in Verbindung stehen. Die geringere Versorgungsspannung wirkt sich somit auch auf die integrierten Schaltkreise und auch auf den Gleichrichter 7 aus. Wird im vorliegenden Fall eine Hilfsversorgungsspannung von weniger als 8,5 Volt an den Anschlüssen der Hilfsversorgungseinrichtung 32 erreicht, so schalten die integrierten Schaltkreise den Gleichrichter 7 aus. Bei ausgeschaltetem Gleichrichter 7 wird in der ersten Gleichspannungsquelle 2 keine Gleichspannung mehr erzeugt, so daß die erste Gleichspannungsquelle 2 funktionslos wird. Als Folge wird der Feldeffekttransistor 14 eingeschaltet und die Schutzdiode 23 des Feldeffekttransistors 14 führt keinen Strom mehr. Die erste Gleichspannungsquelle 2 wird somit abgeschaltet und der Verbraucher 4, hier der Kompressor des Fahrzeugs, wird von der zweiten Gleichspannungsquelle 3 versorgt.
Das Ausschalten der ersten Gleichspannungsquelle 2 erfolgt so, daß keine Versorgungsunterbrechung für den Verbraucher 4 entsteht. Die Steuerung der integrierten Schaltkreise ist so ausgelegt, daß das Herunterfahren und das anschließende Ausschalten des Gleichrichters 7 kontrolliert geschieht. Eine Überlastung des Feldeffekttransistors 14 und weiterer Komponenten durch zu hohen Strom oder zu hohe Spannung wird vermieden.
Wenn die Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle 3 wieder einen Wert unterhalb von 27 Volt annimmt, dann verringert sich der Strom durch die Leuchtdiode des Optokopplers, die Hilfsversorgungseinrichtung 32 wird weniger überlastet oder gar nicht überlastet und die integrierten Schaltkreise aktivieren den Gleichrichter 7 erneut. Auf diese Weise übernimmt wieder die erste Gleichspannungsquelle 2 die Versorgung des Verbrauchers 4. Der Feldeffekttransistor 14 wird wieder in den ausgeschalteten Zustand versetzt, so daß die zweite Gleichspannungsquelle 3 keine Funktion hat. Die gespeicherte Energie der zweiten Gleichspannungsquelle 3 wird somit für den Betrieb des Fahrzeugs erst wieder bereitgestellt, wenn die erste Gleichspannungsquelle 2 nicht mehr vorhanden ist, also das Fahrzeug sich beispielsweise in Fahrt befindet.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung 22 aus 2 mit weiteren Komponenten der ersten Gleichspannungsquelle 2. An den Anschlüssen 33 und 34 des Gleichrichters 7 liegt eine Wechselspannung der externen Energieversorgung 6 an, die mit Hilfe einer Gleichrichterbrücke 35 gleichgerichtet wird. Die Steuereinrichtung 31 mit den integrierten Schaltkreisen und die Gleichrichterbrücke 35 sind über Schalter 36, 37 miteinander verbunden und stehen mit Anschlüssen 38, 39, 40 eines Transformators 41 in Verbindung. Der Transformator 41 weist zwei Eingangswicklungen und zwei Ausgangswicklungen auf und trennt galvanisch die Anschlüsse 38, 39, 40 und ein zweites Bezugspotential 42 von dem ersten 11 und einem dritten Bezugspotential 43 der Vorrichtung 22. Das dritte Bezugspotential 43 wird beispielsweise von einem Fahrzeugchassis gebildet. Ein Kondensator 44 am Ausgang des Transformators 41 verhindert kurzzeitige Spannungseinbrüche.
Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die beschriebene Spannungsversorgungsvorrichtung 22 im vorgesehenen Betrieb mit einer nicht verpolten zweiten Gleichspannungsquelle 3 betrieben wird, deren positiver Anschluß 12 an das Schutzelement 14 angeschlossen ist. Dementsprechend sind auch die Anschlüsse 8, 9 der ersten Gleichspannungsquelle 2 vertauscht. Das erste Bezugspotential 11 kann dabei beibehalten werden und nimmt folglich ein positives Potential an. Auch ist es möglich, daß die Spannungsversorgungsvorrichtung 22 an den negativen Anschlüssen 9, 13 der ersten und zweiten Gleichspannungsquelle 2, 3 ein neues Bezugspotential erhält. Bei einer solchen abgeänderten Spannungsversorgungsvorrichtung 22 sind die Sperr- und Durchlaßfunk tionen der Dioden 18, 25, 29 und des Feldeffekttransistors 14 oder eines anderen Schutzelements an die geänderte Polarität anzupassen. Dies kann beispielsweise durch ein Vertauschen der Anschlüsse dieser elektrischen Bauelemente geschehen. Es ist auch möglich, im Fall eines Feldeffekttransistors 14 als Schutzelement einen anderen Typ eines Feldeffekttransistors zu verwenden, der wie zuvor beschrieben arbeitet, jedoch bei geänderter Polarität.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Gleichspannungsquelle mit einer ersten Gleichspannungsquelle und einer Spannungsüberwachungseinrichtung, die eine Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle überwacht und die auf eine Steuervorrichtung wirkt, wobei die Steuervorrichtung den Arbeitszustand der ersten Gleichspannungsquelle steuert, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer zweiten Spannungsquelle eine Spannungsänderung an der Spannungsüberwachungseinrichtung hervorruft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichspannungsquelle die Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle erhöht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung von einer Hilfsversorgungseinrichtung versorgt wird, wobei sich die Höhe einer Versorgungsspannung der Hilfsversorgungseinrichtung verringert, wenn die Span nungsüberwachungseinrichtung eine Spannungsänderung feststellt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsversorgungseinrichtung einen Versorgungsstrom abgibt, der sich erhöht, wenn die Spannungsüberwachungseinrichtung eine Spannungsänderung feststellt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Versorgungsstrom der Hilfsversorgungseinrichtung proportional zur Spannungsänderung an der Spannungsüberwachungseinrichtung erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die erste Gleichspannungsquelle bei einer Spannungsänderung abschaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abschaltung der ersten Gleichspannungsquelle die zweite Gleichspannungsquelle eine Versorgung eines Verbrauchers unterbrechungsfrei übernimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichspannungsquelle und die zweite Gleichspannungsquelle über einen Feldeffekttransistor verbunden sind, der in einen leitenden Zustand gebracht wird, wenn eine Spannungserhöhung an der Spannungsüberwachungseinrichtung festgestellt wird.
Spannungsversorgungsvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer ersten Gleichspannungsquelle und einer Spannungsüberwachungseinrichtung, die eine Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle überwacht und auf eine Steuereinrichtung wirkt, wobei die Steuereinrichtung mit der ersten Gleichspannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Gleichspannungsquelle (3) mit der Spannungsüberwachungseinrichtung (24) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsspannung der zweiten Gleichspannungsquelle (3) höher ist als die Ausgangsspannung der ersten Gleichspannungsquelle (2).
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichspannungsquelle (3) mit einem Schutzelement in Reihe geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement ein Feldeffekttransistor (14) ist, der eine interne Schutzdiode (23) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß (15, 16, 17) des Schutzelements mit einem Steueranschluß (10) der ersten Gleichspannungsquelle (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Gatteranschluß (17) des Feldeffekttransistors (14) und einem positiven Anschluß (12) der zweiten Gleichspannungsquelle (3) ein ohmscher Widerstand (19) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gatteranschluß (17) des Feldeffekttransistors (14) und einem ersten Bezugspotential (11) der Vorrichtung (22) eine Diode (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsüberwachungseinrichtung (24) über eine optische Kopplungseinrichtung (28) mit der Steuereinrichtung (31) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versorgungsstrom der Hilfsversorgungseinrichtung (32) der optischen Kopplungseinrichtung (28) zur Verfügung steht.