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Die
Erfindung betrifft eine Stromversorgung, die mit Gleichspannung
bzw. Gleichstrom betrieben wird (DC-Stromversorgung) und die zumindest
vorübergehend
von einer Eingangsspannung unabhängig eine
Ausgangsgleichspannung für
einen Verbraucher bereitstellt.
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Unterbrechungsfreie
Stromversorgungen im AC-Bereich sind bekannt. Hierbei ist es möglich, daß beispielsweise
ein Personalcomputer (Verbraucher) eine bestimmte Zeitdauer auch
nach einer Unterbrechung oder einem Absinken (Unterspannung) der Netzspannung
(Versorgungsspannung) weiter betrieben werden kann. Während dieses
Zeitraums erhält der
Verbraucher die benötigte
elektrische Energie aus einem Energiespeicher, insbesondere einer
(wiederaufladbaren) Batterie. Im Normalbetrieb, also bei Versorgung
des Verbrauchers über
die Netzspannung, wird der Energiespeicher aufgeladen.
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Stromversorgungen
im DC-Bereich stellen Energie für
unterschiedliche Verbraucher, beispielsweise speicherprogrammierbare
Steuerungen (SPS), Aktoren, Sensoren, oder Elektromotoren bereit.
Im Fall einer Stromunterbrechung oder eines Absinkens der Versorgungsspannung
ist es nötig,
die Daten der speicherprogrammierbaren Steuerung abzuspeichern,
um – sobald
die Stromversorgung wiederhergestellt ist – in einem definierten Zustand
den Betrieb der Steuerung fortsetzen zu können. Andernfalls würde ein
undefinierter Zustand erreicht, der eine Fortsetzung des Prozeßablaufs
erheblich erschweren oder unmöglich
machen würde.
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Weiterhin
werden zunehmend Betriebssysteme auf derartigen Steuerungen eingesetzt,
die eine bestimmte Zeitdauer benötigen,
um einen gesicherten Zustand zu erreichen. So müssen bspw. alle Schnittstellen
abgefragt werden und zusammen mit den internen Daten auf einem Speichermedium,
z.B. einer Festplatte, abgelegt werden. Ein solcher Vorgang erfordert
oftmals einen Zeitraum von 2 bis 3 Minuten.
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Unterbrechungsfreie
Stromversorgungen im DC Bereich (DC-USV) sind zwar bekannt, haben
jedoch alle den Nachteil, daß mehrere
gepaarte Batterien in Serie geschaltet werden müssen um die gewünschte Ausgangsspannung
zu ermöglichen.
In einer Erstausstattung kann ein Hersteller gepaarte Batterien
ausrüsten,
spätestens
beim ersten Serviceaustausch (Batterien sind Verschleißteile)
hat man jedoch Schwierigkeiten, solch gepaarte Batterien zu bekommen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine effiziente unterbrechungsfreie
Stromversorgung im DC-Bereich anzugeben, die die oben dargestellten
Nachteile überwindet.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der
unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine DC-Stromversorgung zur Bereitstellung einer
Ausgangsgleichspannung angegeben, die insbesondere zumindest vorübergehend
weitgehend von einer Eingangsspannung unabhängig ist. Die DC-Stromversorgung umfaßt einen
Eingang, an dem die Eingangsspannung anliegt und einen Ausgang,
an dem die Ausgangsgleichspannung bereitgestellt wird. Weiterhin
sind Anschlüsse
zur Verbindung eines Energiespeichers vorgesehen. Die DC-Stromversorgung
umfaßt
eine Regeleinheit, anhand derer die von dem Energiespeicher bereitgestellte
Spannung im wesentlichen auf die Höhe der vorgegebenen Ausgangsgleichspannung
konvertierbar ist.
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Insbesondere
kann es sich bei der Eingangsspannung um eine Eingangsgleichspannung
handeln.
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Eine
Weiterbildung besteht darin, daß die DC-Stromversorgung
eine Kontrolleinheit umfaßt,
die bei einer Unterbrechung oder bei einem Absinken der Eingangsspannung
die Regeleinheit derart ansteuert, daß der Ausgang anhand des Energiespeichers auf
die vorgegebene Ausgangsgleichspannung regelbar ist.
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Die
Unterbrechung der Eingangsspannung kennzeichnet insbesondere den
Abfall der über
den Eingang zugeführten
Spannung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts. Dies wird beispielsweise
in der Kontrolleinheit als „Unterbrechung" erkannt und daraufhin
die Regeleinheit entsprechend angesteuert.
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Ein
Vorteil besteht darin, daß eine
von dem Energiespeicher zur Verfügung
gestellte Spannung auf das vorgegebene Niveau der Ausgangsgleichspannung
regelbar ist und somit Spannungsschwankungen des Energiespeichers
(z.B. Rückgang
des Spannungsniveaus bei zunehmender Entladung einer Batterie) kompensierbar
sind. Ohne eine derartige Regelung würde die Ausgangsgleichspannung
in gleichem Maße
wie die Spannung des Energiespeichers abnehmen und somit den am
Ausgang verbundenen Verbraucher mit einer abnehmenden Spannung versorgen.
Dies ist für
viele Verbraucher ungünstig.
Insbesondere für
Steuerungen, die ein Betriebssystem aufweisen, das in Fall der Unterbrechung
oder des Absinkens der Eingangsspannung in einen definierten Zustand
zu versetzen ist, ist für
die Sicherung der Daten eine konstante Versorgungsspannung an dem
Ausgang der DC-Stromversorgung zu gewährleisten, da ansonst das „Herunterfahren" des Betriebssystems
abgebrochen und damit das System den eingangs beschriebenen undefinierten
Zustand erreichen würde.
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Eine
Weiterbildung besteht darin, daß der Energiespeicher
mindestens einen Akkumulator und/oder mindestens eine Batterie und/oder
mindestens einen Kondensator, insbesondere mindestens einen Doppelschichtkondensator,
umfaßt.
Dabei kann insbesondere der Energiespeicher eine Blei-Gel-Batterie
sein. Der Energiespeicher kann ferner über die Anschlüsse der
DC-Stromversorgung als eine externe Komponente ausgeführt sein.
Er kann aber auch Teil der DC-Stromversorgung
sein; insbesondere können
die DC-Stromversorgung und der Energiespeicher in einem gemeinsamen
Gehäuse
angeordnet sein.
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Es
ist von Vorteil, daß die
vorliegende Erfindung mit nur einer einzelnen Batterie funktionieren kann.
Beispielsweise liefert eine handelsübliche Pb-Gel-Batterie eine Ausgangsgleichspannung
von 12 Volt. Ohne die vorstehend genannte Regelung erfordert eine
Ausgangsgleichspannung von 24 Volt zwei solcher in Reihe geschalteter
Batterien. Eine derartige Reihenschaltung hat jedoch in der Praxis den
Nachteil, daß die
beiden Batterien „gepaart" sein, d.h. aus der
gleichen Produktion stammen sollten. Ansonsten könnten die Batterien unterschiedlich schnell
altern mit der Folge, daß die
Spannung über der
Reihenschaltung aus beiden Batterien schneller abfällt. Ein
weiterer Nachteil ist das hohe Gewicht zweier Batterien.
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Ein
weiterer Vorteil der Regelung besteht darin, daß die Ausgangsgleichspannung
auf einen unteren Spannungswert, der gerade noch die Funktion des
angeschlossenen Verbrauchers sicherstellt, (vor-)eingestellt werden
kann. Damit wird die mögliche
Zeitdauer der Versorgung des Verbrauchers im Fall einer unterbrochenen
Eingangsspannung verlängert.
Zur Erläuterung
diene folgendes Beispiel: Ein Verbraucher benötigt nominal eine Gleichspannung
von 24 Volt, funktioniert aber auch mit einer Versorgungsspannung
von „nur" 21 Volt. Allerdings
kann der Verbraucher auch mit 26 Volt betrieben werden, einer Spannung,
die aus einer Serienschaltung zweier neuer Pb-Gel-Batterien (ohne
Regelung) resultiert. Im Vergleich zu dem Szenario mit den zwei
Batterien kann gemäß dem erfindungsgemäßen Ansatz
nur eine Batterie (mit einer Ausgangsspannung von 12 Volt) eingesetzt
werden, die Regeleinheit wird auf eine Ausgangsgleichspannung von
21 Volt eingestellt. Die Leistungsbilanz ergibt, daß die Lösung mit nur
einer Batterie aufgrund der niedrigeren Ausgangsgleichspannung länger die
Funktion des Verbrauchers im Unterbrechungsfall sicherstellt als
die Lösung
mit den zwei in Reihe geschalteten Batterien. (In dem Beispiel sei
vorausgesetzt, daß die
nur eine Batterie die gleiche Energie gespeichert hat wie die beiden
Batterien zusammen.)
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Eine
andere Weiterbildung besteht darin, daß eine Batterieladeschaltung
vorgesehen ist, die den Energiespeicher über die Eingangsspannung auflädt. Dabei
kann die Batterieladeschaltung einen Tiefsetzer aufweisen, der insbesondere
Mittel zur Temperaturkompensation umfassen kann.
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Somit
kann sichergestellt werden, daß im „Normalbetrieb", also wenn keine
Unterbrechung oder kein Absinken der Eingangsspannung vorliegt und
die Eingangsspannung den Verbraucher über den Ausgang der DC-Stromversorgung
speist, der Energiespeicher aufgeladen wird.
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Vorteilhaft
kann ferner eine Überwachung des
Ladevorgangs in der Batterieladeschaltung vorgesehen sein derart,
daß bei
vollständiger
Aufladung des Energiespeichers, die Aufladung des Energiespeichers
unterbrochen wird. Dies führt
zu einer Verlängerung
der Lebensdauer herkömmlicher
wiederaufladbarer Batterien.
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Auch
ist es eine Weiterbildung, daß die
Regeleinheit mindestens einen Hochsetzer umfaßt. Bevorzugt kann die Regeleinheit
auch zwei zueinander phasenverschobene Hochsetzersteller umfassen.
In diesem Fall sind die effektiven Eingangs- und Ausgangsströme deutlich
kleiner (als bei nur einem Hochsetzer), die Belastung der Bauelemente
ist geringer, entsprechend können
diese für
einen geringeren Strom ausgelegt werden.
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Im
Rahmen einer zusätzlichen
Weiterbildung ist dem Ausgang der DC-Stromversorgung eine Einheit zur Strombegrenzung
vorgeschaltet. Die Strombegrenzung kann eine Kurzschluß am Ausgang
der DC-Stromversorgung erkennen und beispielsweise den Ausgangsstrom
begrenzen. Dies hat den Vorteil, daß auch der Eingang der DC-Stromversorgung
leistungskonstant belastet wird; anders ausgedrückt, es gibt keine überdurchschnittliche
Belastung der Bauelemente im Kurzschlußfall. Dies sei anhand des
folgenden Beispiels erläutert:
Bei einem Kurzschluß am Ausgang
wird der Strom anhand der Strombegrenzung auf 10 A begrenzt. Aufgrund
der geringen Spannung, die im Kurzschlußfall am Ausgang anliegt, ist die
während
des Kurzschlusses am Ausgang bereitgestellte Leistung 5–10 Watt.
Diese Leistung ergibt auf den Eingang gespiegelt bei einer Eingangsspannung
von 24 Volt „nur" ca. 0,2–0,4 A.
Somit wird nicht der Kurzschluß an
den Eingang gespiegelt sondern lediglich die durch die Strombegrenzung
begrenzte Leistungsabgabe (von 5 bis 10 Watt). Der beschriebene
Kurzschlußfall
ist insoweit reversibel und erfordert keinen separaten Serviceeinsatz,
um bspw. eine durchgebrannte Schmelzsicherung zu ersetzen.
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Vorzugsweise
kann die Ausgangsspannung in einem Bereich von ca. 12 Volt bis ca.
48 Volt abgegeben bzw. eingestellt werden.
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Eine
Weiterbildung besteht darin, daß vor der
elektrischen Verbindung des Energiespeichers anhand der Batterieladeschaltung
Kondensatoren kontrolliert vorgeladen werden. Somit kann wirksam vermieden
werden, daß die
Kondensatoren bis zu dem Zeitpunkt ihrer (vollständigen ersten) Aufladung hohe
Ströme
ziehen.
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Auch
ist es eine Weiterbildung, daß die DC-Stromversorgung
eine Unterbrechungsfreie DC-Stromversorgung ist.
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Ferner
ist im Rahmen einer zusätzlichen Ausgestaltung
die DC-Stromversorgung
auf einer Hutschiene montierbar.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer DC-Stromversorgung mit einem Energiespeicher;
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2 eine
Schaltung der Regeleinheit als ein phasenverschobener Hochsetzsteller;
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3 ein
Stromflußdiagramm,
das Ströme in
dem phasenverschobenen Hochsetzsteller gemäß 2 veranschaulicht;
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4 ein
Signaldiagramm, das die Berechnung eines Effektivstroms veranschaulicht.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer DC-Stromversorgung 101 mit einem
Energiespeicher 103, der innerhalb der DC-Stromversorgung 101 oder
auch extern (wie in 1 gezeigt) angeordnet sein kann.
Weiterhin umfaßt
die DC-Stromversorgung 101 einen
Eingang 105, einen Ausgang 106, Anschlüsse 116 zur
Verbindung des Energiespeichers 103, eine Sicherung 107,
eine Isolationsdiode 108, eine Einheit zur Strombegrenzung 109,
eine Batterieladeschaltung 110, eine Einheit zur Bestimmung
der Umgebungstemperatur 111, eine Regeleinheit 112,
eine Einheit zur Einschaltstrombegrenzung 113, eine Abschalteinheit 114,
eine Batterie-Testeinheit 115 und eine Kontrolleinheit 120 (mit
Anschlüssen 121 bis 127).
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Mit
dem Eingang 105 ist eine Eingangsstromversorgung 102 verbunden.
An den Ausgang 106 ist ein Verbraucher 104 angeschlossen.
Der positive Anschluß des
Eingangs 105 ist über
die Sicherung 107 und die Isolationsdiode 108 mit
einem Knoten K1 und der negative Anschluß des Eingangs 105 ist
mit einem Knoten K2 verbunden. Der Ausgang 106 ist über die
Einheit zur Strombegrenzung 109 mit den Knoten K1 und K2
(jeweils für
den positiven und den negativen Anschluß) verbunden. Weiterhin sind die
Knoten K1 und K2 mit den Eingängen
der Batterieladeschaltung 110 und mit den Ausgängen der
Regeleinheit 112 verbunden. Die Einheit zur Bestimmung
der Umgebungstemperatur 111 liefert ein temperaturhängiges Signal
an die Batterieladeschaltung 110. Ein Knoten K3 ist mit
dem positiven Ausgang der Batterieladeschaltung 110, mit
dem positiven Eingang der Regeleinheit 112, mit dem positiven
Eingang der Abschalteinheit 114 und mit dem Eingang der
Einheit zur Einschaltstrombegrenzung 113 verbunden. Ein
Knoten K4 ist mit dem negativen Ausgang der Batterieladeschaltung 110,
mit dem negativen Eingang der Regeleinheit 112 und mit
dem negativen Eingang der Abschalteinheit 114 verbunden. Der
positive Anschluß des
Energiespeichers 103 ist mit dem Ausgang der Einheit zur
Einschaltstrombegrenzung 113, mit dem Ausgang der Abschalteinheit 114 und
mit der Batterie-Testeinheit 115 verbunden. Der negative
Eingang des Energiespeichers 103 ist mit dem negativen
Ausgang der Abschalteinheit 114 und mit der Batterie-Testeinheit 115 verbunden.
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In
einem Normalbetrieb versorgt die Eingangsstromversorgung 102 die
DC-Stromversorgung 101 über den
Eingang 105 mit elektrischer Energie in Form einer vorgegeben
Eingangsspannung. Diese Eingangsspannung wird über den Ausgang 106 dem
Verbraucher 104 zur Verfügung gestellt.
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Die
Sicherung 107 dient vorwiegend dem Schutz vor einem Kurzschluß, also
z.B. im Falle eines fehlerhaften Bauteils, innerhalb der DC-Stromversorgung 101.
Die Isolationsdiode 108 verhindert, daß Eingang 105 als
Ausgang wirkt. Dadurch kann keine Energie aus dem Energiespeicher 103 an
einen am Eingang 105 anliegenden Fremdverbraucher abfließen.
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Die
Batterieladeschaltung 110 lädt, vorzugsweise über einen
Tiefsetzer für
den Fall, daß die
Eingangsspannung größer als
die Spannung des Energiespeichers 103 ist, den Energiespeicher 103 während des
Normalbetriebs auf. Der Aufladevorgang ist dabei vorzugsweise auf
die jeweiligen Energiespeicher abgestimmt, d.h. Parameter für die Aufladung werden
abhängig
von der Umgebungstemperatur, die über die Einheit 111 geliefert
wird, eingestellt. Ferner wird der Aufladevorgang auch während des
Normalbetriebs beendet, wenn der Energiespeicher 103 vollständig aufgeladen
ist. Zur Ermittlung des Ladestandes des Energiespeichers 103 kann
die Batterieladeschaltung 110 verwendet werden.
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Die
Batterie-Testeinheit 115 führt regelmäßig, z.B. in Zeitintervallen
von 30 Minuten, Belastungstests des Energiespeichers 103 durch,
um den Qualitätszustand
der Batterie zu ermitteln und an die Kontrolleinheit 120 über eine
Leitung 121 mitzuteilen. Auch überprüft die Batterie-Testeinheit 115,
ob der Energiespeicher 103 die richtige Spannung und die Polarität hat. Falls
bspw. die falsche Batterie mit einer Ausgangsspannung von 24 Volt
anstatt 12 Volt mit den Anschlüssen 116 verbunden
wird, zeigt die Batterie-Testeinheit 115 einen Fehlerfall
an, die Abschalteinheit 114 trennt den Energiespeicher 103 elektrisch
von der DC-Stromversorgung 101 (diese Trennung kann z.B. über die
Kontrolleinheit 120 vollzogen werden, die getriggert durch
ein Signal der Batterie-Testeinheit 115 die Abschalteinheit 114 ansteuert).
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Zu
Beginn des Ladevorgangs werden in der Einheit zur Einschaltstrombegrenzung 113 die
Kondensatoren, die für
die Aufladung des Energiespeichers 103 eingesetzt werden,
vorgeladen, so daß bei der
elektrischen Verbindung des Energiespeichers 103 der Ladestrom
bis zur vollständigen
Aufladung dieser Kondensatoren begrenzt wird.
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Die
Abschalteinheit 114 leistet als Sicherheitsfunktionalität eine elektrische
Entkopplung, insbesondere im Fehlerfall, des Energiespeichers 103 von
der DC-Stromversorgung.
Dabei wird die Abschalteinheit 114 über die Kontrolleinheit 120 angesteuert.
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Die
Kontrolleinheit 120 ist über den Anschluß 123 verbunden
mit dem negativen Pol (Massepotential) der DC-Stromversorgung 101,
der Anschluß 122 ist
mit dem positiven Pol des Anschlusses 116, der Anschluß 124 mit
dem positiven Pol des Eingangs 105 und der Anschluß 126 mit
dem positiven Pol des Ausgangs 106 verbunden. Ferner ist
der Anschluß 125 mit
dem Knoten K1 verbunden. Die Kontrolleinheit 120 stellt,
symbolisch veranschaulicht durch den Anschluß 127, eine Schnittstelle
zu externen Komponenten, z.B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung
als Verbraucher, bereit.
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Anhand
der Kontrolleinheit 120 sind die einzelnen Komponenten
der DC-Stromversorgung 101 ansteuerbar
(in 1 sind der Übersicht
halber bis auf die Verbindung zur Batterie-Testeinheit 115 keine weiteren
Steuerleitungen zu den weiteren Komponenten der DC-Stromversorgung
dargestellt).
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Die
Kontrolleinheit 120 überwacht
anhand des Anschlusses 124 die Eingangsspannung. Fällt diese
unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes ab. so steuert die Kontrolleinheit 120 die
Regeleinheit 112 derart an, daß am Ausgang 106 die
vorgegebene Ausgangsgleichspannung (nahezu) konstant bleibt. Hierzu
wird die Energie aus dem Energiespeichers nutzbar gemacht.
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Anhand
der Schnittstelle 127 ermöglicht die Kontrolleinheit 120 eine
Fernadministration der DC-Stromversorgung 101.
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Die
Regeleinheit 112, vorzugsweise ausgeführt als ein phasenverschobener
Hochsetzsteller, regelt das über
die Knoten K3 und K4 zugeführte
Eingangssignal auf eine vorgegebene Ausgangsgleichspannung, die über die
Einheit zur Strombegrenzung 109 an dem Ausgang 106 und
damit für
den Verbraucher 104 bereitgestellt wird. Der Vorteil der
Regeleinheit 112 besteht darin, daß dem Verbraucher eine fest
vorgegebene Ausgangsgleichspannung zur Verfügung gestellt wird, die insbesondere
weitgehend unabhängig
von Schwankungen der Eingangsspannung ist. Im Fall der Unterbrechung
oder des Absinkens der Eingangsspannung regelt die Regeleinheit 112 die
Ausgangsgleichspannung auf den voreingestellten Wert, insbesondere
in einem Bereich von ca. 12 Volt bis ca. 48 Volt. Liegt keine Eingangsspannung (mehr)
an dem Eingang 105 an, erfolgt die Versorgung des Verbrauchers 104 (ausschließlich) über den
Energiespeicher 103.
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Gleichzeitig
kann dem Verbraucher 104, bspw. einer speicherprogrammierbaren
Steuerung (SPS), signalisiert werden, daß sich die DC-Stromversorgung im „Notbetrieb" befindet, d.h. daß der Verbraucher 104 nur
noch für
eine gewisse Zeit über die
Energie des Energiespeichers 103 versorgt werden kann.
Dieses Signal kann wiederum die SPS dazu nutzen, ein Herunterfahren
in einen definierten Zustand zu initiieren, bspw. die externen Schnittstellen
abzufragen und das auf der SPS ablaufende Betriebssystem zu beenden.
Dieser Vorgang kann ca. 2–3
Minuten dauern. Während
dieser Zeit kann die Versorgung durch den Energiespeicher 103 sichergestellt
werden. Danach ist die SPS in einem definierten Zustand und kann
abgeschaltet werden (oder schaltet sich selbst ab).
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Die
Einheit zur Strombegrenzung 109 stellt sicher, daß maximal
nur ein vorgegebener Ausgangsstrom über den Ausgang 106 abgegriffen
werden kann. Selbst wenn am Ausgang 106, z.B. im Verbraucher 104 ein
Kurzschluß auftreten
sollte, liefert die DC-Stromversorgung nur diesen maximalen Strom.
Damit ist die maximale Belastung der Eingangsstromversorgung 102 im
Rahmen der vorgegebenen Auslegung. Sowohl die Eingangsstromversorgung 102 als
auch die Bauelement der DC-Stromversorgung 101 müssen nicht
für höhere Leistungen
(im Kurzschlußfall)
ausgelegt werden.
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2 zeigt
eine mögliche
Realisierung der Regeleinheit 112, 3 zeigt
den zugehörigen
Signalverlauf von Strömen
I1, I2 und I3.
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2 enthält zwei
Induktivitäten
L1, L2, zwei Dioden D1, D2, zwei Kondensatoren C1, C2 und zwei n-Kanal
(Anreicherungstyp-)Mosfets V1, V2. Ferner sind ein Eingang und ein
Ausgang sowie eine Ansteuerung (nicht dargestellt) der beiden Mosfets
V1 und V2 vorgesehen.
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Entsprechend
den Erläuterungen
zu 1 ist der Eingang der Regeleinheit 112 mit
den Knoten K3 und K4 und der Ausgang der Regeleinheit 112 mit den
Knoten K1 und K2 verbunden, wobei zusätzlich der negative Anschluß durch
die Regeleinheit geschleift ist, d.h. der Knoten K4 entspricht dem
Knoten K2. Der Kondensator C1 liegt zwischen den Konten K3 und K4,
der Kondensator C2 liegt zwischen den Knoten K1 und K4 (=K2). Die
Induktivität
L1 ist an der einen Seite mit dem Knoten K3 und auf der anderen Seite
mit dem Drain-Anschluß des
Mosfets V1 und der Anode der Diode D1 verbunden. Die Induktivität L2 ist
an der einen Seite mit dem Knoten K3 und auf der anderen Seite mit
dem Drain-Anschluß des Mosfets
V2 und mit der Anode der Diode D2 verbunden. Die Kathoden der Dioden
D1 und D2 sind miteinander und mit dem Knoten K1 verbunden. Der
Source-Anschluß des
Mosfets V1 ist mit dem Source-Anschluß des Mosfets V2 und mit dem
Knoten K4 (=K3) verbunden. An dem Gate- Anschluß des Mosfets V1 liegt ein
erstes Schaltsignal und an dem Gate-Anschluß des Mosfets V2 liegt ein
zweites Schaltsignal an.
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Das
erste und das zweite Schaltsignal sind rechteckförmige Signale gleicher Frequenz
die zueinander um 180° phasenverschoben
sind. Somit schaltet der Mosfet V1 dann wenn der Mosfet V2 sperrt
und umgekehrt. Der Strom I3 teilt sich auf
in die Ströme
I1 und I2, wobei
durch die beschriebene Ansteuerung der beiden Mosfets V1 und V2
das sägezahnähnliche
Signal I3 aufgeteilt wird (siehe 3). Dies
hat den Vorteil, daß die
effektiven Eingangs- und Ausgangsströme deutlich kleiner sind, der
Wechselstromanteil geringer ist und die Eingangs- und Ausgangskondensatoren
dementsprechend weniger belastet werden. Ohne die Aufteilung durch
den phasenverschobenen Hochsetzsteller hätte der Peak-Strom des Eingangsstroms
I3 die doppelte Amplitude. Dementsprechend
müßten die
Bauelemente auf den höheren
Effektivstrom (IRMS) ausgelegt werden.
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Den
Zusammenhang zur Bestimmung des Effektivstroms veranschaulicht
4.
Mit einem Peak-Strom I
PEAK, einer Periode
T und einer Impulsdauer von T
EIN ergibt
sich der Effektivstrom I
RMS zu:
