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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung,
insbesondere ein Schaltnetzteil, mit einem Versorgungsspannungseingang,
mindestens einem Ausgang zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung
eines Verbrauchers, mindestens einem Schaltregler, welcher zumindest
ein Schaltreglerleistungsteil und eine Schaltreglersteuereinheit
umfasst, und einer Steuereinheit zur Steuerung des Schaltreglers, wobei
die Steuereinheit Mittel zur Bestimmung eines statischen Versorgungsspannungsintervalls
aufweist, innerhalb welchem der Schaltregler eine Gleichspannung
oder einen Gleichstrom bereitstellt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
vorteilhafte Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gleichspannungs-
und Gleichstromversorgung.
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Vorrichtungen
zur Gleichspannungs- und/oder Gleichstromversorgung, insbesondere Schaltnetzteile,
werden unter anderem in Steuergeräten, welche für den Betrieb
von Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt werden, verwendet.
Das Steuergerät
gewährleistet
zumeist die gesamte Ablaufsteuerung, beispielsweise das Starten
und Synchronisieren des Generators zu einem bereits in Betrieb befindlichen
elektrischen Netz. Ferner können
derartige Steuergeräte
auch Überwachungsfunktionen
oder auch den Datenverkehr zu anderen Anlagen bereitstellen. Das
Steuergerät
wird in der Regel über
einen Akkumulator mit 12 V oder 24 V Nennspannung versorgt, welcher
auch die Energie zum Starten beispielsweise eines Diesel-Generators zur
Verfügung
stellt. Die Akkumulatoren werden in der Regel über Ladevorrichtungen geladen,
so dass immer eine ausreichende Energiemenge zur Verfügung steht.
Beim Starten des Generators, beispielsweise eines Diesel-Generators,
benötigt
der Anlasser einen sehr großen
Strom, so dass es zu einem Einbruch der Akkumulatorspannung kommen
kann, vor allem dann, wenn der Akkumulator schlecht gewartet oder
bereits gealtert ist. Um diesem Spannungseinbruch entgegenzuwirken
werden üblicherweise
Energiespeichereinrichtungen in den Schaltnetzteilen verwendet,
welche den Spannungseinbruch temporär überbrücken. Diese bestehen zumeist
aus einem oder mehreren Kondensatoren mit hoher Kapazität und einer
vorgeschalteten Diode, welche den Stromrückfluss sperrt. Die Stromversorgungsschaltung
muss darüber
hinaus kurzzeitige Spannungsspitzen, wie sie beispielsweise bei
defekten Akkumulatorladevorrichtungen auftreten ohne Beeinträchtigung überstehen.
Schließlich
besteht der Wunsch, dass die Funktion bei geringen Kosten und einem
geringen Raumbedarf realisiert werden.
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In 5 ist
ein zeitlicher Verlauf der Versorgungsspannung angegeben (Crank
Waveform), welcher durch Vorrichtungen zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung
in Steuergeräten
toleriert werden soll, ohne dass es zu einer Beeinflussung der Spannungs-
oder Stromversorgung der Verbraucher kommt. Es fällt auf, dass es zunächst zu
einem tiefen Einbruch auf 3,5 V der Versorgungsspannung kommt, welcher
für ca.
50 ms überbrückt werden muss.
Anschließend
steigt die Versorgungsspannung auf 5 V und nach 300 ms auf ca. 7
V an. Der Arbeitsbereich der Versorgungsspannung der Schaltnetzteile,
d. h. das statische Versorgungsspannungsintervall, kann beispielsweise
bei 7 V beginnen, so dass der Spannungseinbruch bis 7 V wieder erreicht werden, überbrückt werden
muss. Um diesen Spannungseinbruch zu überbrücken, ist bisher vorgesehen,
die Energiespeichereinrichtungen mit einem oder mehreren Elektrolytkondensatoren
mit großer Kapazität und Spannungsfestigkeit
auszustatten. Diese Lösung
ist jedoch einerseits aufgrund beispielsweise einer Mehrzahl an
Elektrolytkondensatoren hoher Kapazität nicht platzsparend und andererseits
relativ kostenintensiv. Eine Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgungsschaltung
zu verwenden, welche dauerhaft mit einer Versorgungsspannung von
3,5 V arbeiten kann, scheitert aus zwei Gründen. Zum einen muss die Versorgungsschaltung
auch Spannungsspitzen bis zu 80 V verkraften. Zum anderen steigt
die Temperatur bei niedriger Versorgungsspannung aufgrund der hohen
Ströme
im Schaltreglerleistungsteil innerhalb von beispielsweise 100 ms
stark an, so dass überdimensionierte Schaltreglerleistungsteile
vorgesehen werden müssen.
Derartige Vorrichtung zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung
sind daher unwirtschaftlich.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung, insbesondere
ein Schaltnetzteil, zur Verfügung
zu stellen, welche bzw. welches bei geringem Platzbedarf kostengünstig ist
und Spannungseinbrüche,
insbesondere eine „Crank
Waveform” der
Versorgungsspannung überbrücken kann.
Darüber
hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine vorteilhafte
Verwendung der Vorrichtung zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung
vorzuschlagen.
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Die
oben aufgezeigte Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden
Erfindung für
eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung dadurch gelöst, dass die
Steuereinheit Mittel zur Bestimmung eines dynamischen Spannungsintervalls
aufweist, in welchem der Schaltregler eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom
am Ausgang bereitstellt.
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Bisher
war bekannt, die Steuereinheit der Schaltreglersteuereinheit nur
für ein
statisches Versorgungsspannungsintervall auszulegen, so dass bei einem
temporären
Absinken der Versorgungsspannung außerhalb des statischen Versorgungsspannungsintervalls
trotz des Vorhandenseins von Energiespeichereinrichtungen die Spannungs- oder Stromversorgung
zusammenbrach. Unter Verwendung der Mittel zur Bestimmung eines
dynamischen Versorgungsspannungsintervalls der Steuereinheit zur
Steuerung des Schaltreglers wird nun ein dynamischer Bereich der
Versorgungsspannung definiert, in welchem die Steuereinheit, beispielsweise
trotz eines Spannungseinbruchs der Versorgungsspannung, den Schaltregler
dennoch so ansteuert, so dass dieser weiterhin eine Gleichspannungs-
oder Gleichstromversorgung eines Verbrauchers über den Ausgang des Schaltreglerleistungsteils
gewährleistet.
Mit der Bestimmung eines dynamischen Versorgungsspannungsintervalls
ist vorliegend die Bestimmung eines zeitlichen Verlaufs der Versorgungsspannung
gemeint. Hierunter kann beispielsweise eine besonders starke Unterschreitung
des statischen Versorgungsspannungsintervalls für eine sehr kurze Zeit oder
eine geringe Unterschreitung des statischen Versorgungsspannungsintervalls
für längere Zeit
verstanden werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bleiben derartige
Unterschreitungen des statischen Versorgungsspannungsintervalls
ohne Einfluss auf die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dadurch, dass
die Steuereinheit des Schaltreglers ein dynamisches Versorgungsspannungsintervall
nutzt, kann im Unterschied zum Stand der Technik prinzipiell auf
Energiespeicher mit großen
Abmessungen und Kapazitäten
verzichtet werden, da das Schaltreglerleistungsteil effektiver ausgenutzt
wird. Aufgrund der zu erwartenden stärkeren Erwärmung des Schaltreglerleistungsteils
im Falle des Unterschreitens des statischen Versorgungsspannungsintervalls
sind die Mittel zur Bestimmung des dynamischen Versorgungsspannungsintervalls vorzugsweise
so auszulegen, dass die maximale Temperatur des Leistungshalbleiters
des Schaltreglerleistungsteils nicht überschritten wird.
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Gemäß einer
ersten einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als Mittel
zur Bestimmung des dynamischen Versorgungsspannungsintervalls ein
Zeitglied, insbesondere ein RC-Glied, im Spannungseingang der Steuereinheit vorgesehen.
Das Zeitglied legt die Dynamik fest, mit welcher bei einem Spannungseinbruch
der Versorgungsspannung die Steuereinheit die Schaltreglersteuereinheit
freigibt, in dem beispielsweise, bei Verwendung des RC-Gliedes,
die im Kondensator enthaltene Energie zur Überbrückung des Spannungseinbruchs
am Spannungseingang der Steuereinheit des Schaltreglers verwendet
wird.
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Ein
Rückfluss
der im Kondensator gespeicherten Energie durch einen Stromrückfluss
kann einfach dadurch verhindert werden, dass mindestens eine dem
Kondensator des RC-Gliedes vorgeschaltete Diode vorgesehen ist.
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Gemäß einer
nächsten
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist die Steuereinheit einen Komparator auf, dessen positiver Eingang über mindestens
einen Widerstand mit dem Ausgang des Komparators verbunden ist.
Der Komparator weist bereits eine Hysterese auf, die aber nur ein
relativ enges Versorgungsspannungsintervall ermöglicht, in welchem der Komparator
ein Freigabesignal an die Schaltreglersteuereinheit übermittelt. Über den
erfindungsgemäß vorgesehenen
Widerstand kann die Größe des statischen
Versorgungsspannungsintervalls, in welchem der Komparator ein Freigabesignal
an den Schaltregler aussendet, auf das gewünschte Maß mit einfachen Mitteln eingestellt werden.
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Eine
Verschiebung des statischen Versorgungsspannungsintervalls in den
gewünschten
Bereich, in welchem die Steuereinheit die Schaltreglersteuereinheit
freigibt, kann gemäß einer
weiteren einfachen Ausführungsform
dadurch erreicht werden, dass der positive Eingang des Komparators
der Steuereinheit über
einen Spannungsteiler mit dem Spannungseingang der Steuereinheit
verbunden ist. Durch Auswahl der in dem Spannungsteiler verwendeten
Widerstände
kann das statische Versorgungsspannungsintervall gezielt beispielsweise
auf einen Bereich von 7 V bis 80 V eingestellt werden.
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Ein
vereinfachter Aufbau der Steuereinheit wird dadurch realisiert,
dass der Komparator eine interne Referenzspannungsquelle aufweist.
Der Komparator vergleicht beispielsweise lediglich seinen positiven
Eingang mit der Referenzspannung und schaltet ein Freigabesignal
auf den Ausgang, sobald eine Spannung am zum positiven Eingang anliegt, welche
größer als
die Referenzspannung ist. Ein zweiter Eingang des Komparators muss
insofern nicht verschaltet werden.
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Gemäß einer
nächsten
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist das als Zeitglied fungierende RC-Glied der Steuereinheit parallel
zum Spannungsteiler des Komparators mit dem Spannungseingang der
Steuereinheit verbunden. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln erreicht,
dass die am positiven Eingang des Komparators anliegende Spannung
bei einem Spannungseinbruch auf einfache Weise kurzfristig über die
im Kondensator gespeicherte Energie bereitgestellt werden kann,
so dass Spannungseinbrüche überbrückt werden
können.
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Darüber hinaus
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung dadurch verbessert
werden, dass mindestens eine erste Energiespeichereinrichtung vorgesehen
ist, mit welcher zumindest der Spannungseingang der Steuereinheit
verbunden ist. Wie bereits ausgeführt, kann prinzipiell aufgrund
des dynamisch definierten Versorgungsspannungsintervalls auf eine entsprechende
erste Energiespeichereinrichtung verzichtet werden. Die Energiespeichereinrichtung führt aber
zur Verbesserung der Absicherung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und kann in Verbindung mit den Mitteln zur Bestimmung des dynamischen
Versorgungsspannungsintervalls der Steuereinheit deutlich kleiner
in Bezug auf Kapazität
und räumliche
Abmessungen ausfallen.
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Die
erste Energiespeichereinrichtung wird üblicherweise auch zur Versorgung
des Schaltreglerleistungsteils genutzt, so dass die Vorrichtung
zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung gemäß einer
weiteren Ausführungsform dadurch
weiter verbessert werden kann, dass zur Spannungsversorgung des
Komparators der Steuereinheit ein Spannungsregler vorgesehen ist,
welcher über
eine zweite Energiespeichereinrichtung mit dem Versorgungsspannungseingang
verbunden ist, wobei die zweite Energiespeichereinrichtung parallel
zur ersten Energiespeichereinrichtung mit dem Versorgungsspannungseingang
verbunden ist. Durch die parallel geschalteten Energiespeichereinrichtungen
können
sowohl die erste als auch die zweite Energiespeichereinrichtung
deutlicher kleiner in Bezug auf Kapazität der Kondensatoren und deren
Abmessungen ausfallen. Trotz der zusätzlichen Energiespeichereinrichtung
können
die Kosten und der Platzbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter gesenkt
werden.
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Besonders
einfache Energiespeichereinrichtungen weisen gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform
mindestens einen Kondensator und mindestens eine Diode auf. Die
den Stromrückfluss
sperrende Diode kann vorzugsweise als Schottky-Diode mit geringer Flussspannung, beispielsweise
kleiner oder gleich 0,3 V, ausgebildet sein. Es sind aber auch andere
Lösungen
zur Stromrückflusssperre
denkbar, beispielsweise MOSFET-Lösungen.
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Zur
weiteren Verbesserung der gattungsgemäßen Vorrichtung können gemäß einer
nächsten Ausführungsform
der Erfindung alternativ zum RC-Glied oder zusätzlich Mittel zur Messung des Drain-Source-Stroms
oder der Drain-Source-Spannung mindestens eines Leistungstransistors
des Schaltreglerleistungsteils vorgesehen sein. Die Messung des
Drain-Source-Stroms oder der Drain-Source-Spannung kann einerseits
als zusätzliches
Abschaltkriterium verwendet werden, so dass die Wärmekapazität des Leistungshalbleiters
des Schaltreglerleistungsteils inklusive seiner Kühlflächen und/oder
Kühlkörper besser
ausgenutzt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform
wird das dynamische Versorgungsspannungsintervall über die Messung
der Drain-Source-Spannung bzw. durch eine Drain-Source-Strommessung bestimmt und lediglich
die ermittelten Spannungs- bzw. Stromwerte als Abschaltkriterien
herangezogen. Die Messung der Drain-Source-Spannung oder des Drain-Source-Stroms inklusive
der Generierung des Freigabesignals des Schaltreglers kann sowohl
digital als auch analog erfolgen.
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Eine
weitere verbesserte Ausführungsform ermöglicht eine
bessere Ausnutzung der Leistungsreserven des Leistungstransistors
des Schaltreglerleistungsteils und darüber hinaus auch eine alternative
Möglichkeit
zur Bestimmung des dynamischen Versorgungsspannungsintervalls dadurch,
dass alternativ zum RC-Glied oder zusätzlich Mittel zur Messung der
Temperatur des Leistungstransistors des Schaltreglerleistungsteils
vorgesehen sind. Über Temperaturmodelle
besteht damit die Möglichkeit, den
Leistungstransistor entweder an seiner Leistungsgrenze zu betreiben
oder den Leistungstransistor derart auszulegen, dass dieser nicht überlastet wird.
Dies ist insbesondere in Kombination mit der Nutzung eines dynamischen
Versorgungsspannungsintervalls wichtig, weil in diesen Fällen der Drain-Source-Strom
stark ansteigt. Auch die Messung der Temperatur und die Generierung
des Freigabesignals für
den Schaltregler kann digital oder analog ausgeführt sein. Alternativ kann auch
die Temperatur des Leistungshalbleiters alleine, d. h. ohne die
Verwendung des oben genannten RC-Gliedes
zur Bestimmung des dynamischen Versorgungsspannungsintervalls verwendet
werden.
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Schließlich wird
eine nächste
vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dadurch bereitgestellt, dass eine Schaltreglersteuereinheit vorgesehen
ist, deren Eingangsspannung kleiner oder gleich 3 V beträgt. Dadurch
wird erreicht, dass die Energiespeichereinrichtungen und das Zeitglied,
insbesondere aber die Energiespeichereinrichtung, welche mit dem
Spannungsregler der Steuereinheit verbunden ist, möglichst
klein gestaltet werden können.
Dies verringert die Kosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gleichspannungs-
oder Gleichstromversorgung.
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Gemäß einer
zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe
durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Steuergerät, insbesondere
in einem Steuergerät
zum Betrieb von Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie mit
einer Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung gelöst. Vorteile
ergeben sich insbesondere bei den Steuergeräten von Diesel-Generatoren
und Generatoren von Wind- und Wasser- oder anderer Kraftwerke, die
Akkumulatoren benötigen,
um diese in Betrieb zu nehmen. Wie bereits ausgeführt, ermöglicht die
erfindungsgemäße Vorrichtung
einen kompakten Aufbau bei gesteigerter Leistungsfähigkeit
und verringerten Herstellkosten, so dass diese Vorteile auch für die die
erfindungemäße Vorrichtung
verwendenden Steuergeräte
gelten.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die
erfindungsgemäße Vorrichtung
auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die dem
Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung
zweier Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
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1 eine
schematische Schaltskizze eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer Energiespeichereinrichtung,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei parallelen Energiespeichereinrichtungen,
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3 eine
schematische Schaltskizze eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit Mitteln zur Drain-Source-Spannungs- und/oder
Strommessung,
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit Mittel zur Temperaturmessung am Schaltreglerleistungsteil und
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5 einen
typischen Spannungsverlauf als Funktion der Zeit der Versorgungsspannung,
welcher von gattungsgemäßen Strom-
oder Spannungsversorgungsvorrichtungen erfüllt werden muss.
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Eine
Schaltskizze eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung ist in 1 dargestellt
und wird im Weiteren als Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
bezeichnet. Das Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
weist einen Versorgungsspannungseingang 1 auf, an welchen
eine Gleichspannungsquelle, beispielsweise ein Akkumulator angeschlossen
ist. Der Ausgang 2 zur Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung
dient zur Verbindung des Schaltnetzteils mit einem Verbraucher,
beispielsweise mit einem Steuergerät zur Steuerung eines Diesel-Generators.
Darüber
hinaus ist ein Schaltregler bestehend aus einem Schaltreglerleistungsteil 3 und
einer Schaltreglersteuereinheit 4 dargestellt.
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Die
Schaltreglersteuereinheit 4 erzeugt Schaltimpulse, welche
den im vorliegenden Beispiel als Leistungs-MOSFET ausgebildeten
Transistor 5 dazu veranlassen, bei jedem Schaltimpuls einen Drain-Source-Strom
zu erzeugen. Dieser Stromimpuls führt in der Spule 6 zur
Erzeugung eines magnetischen Flusses, welcher seinerseits zu Spannungsimpulsen
in der als Ausgang 2 der Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgungsvorrichtung 1 dienenden
Gleichrichterdioden- und Kondensatorenanordnung führt. Die
Schaltimpulse werden durch die Schaltreglersteuereinheit 4 beispielsweise
mit einer Frequenz von etwa 100 kHz erzeugt, so dass bei Verwendung
der dargestellten Glättungskondensatoren eine
Gleichspannung erzeugt wird. Es können aber durchaus andere Schaltfrequenzen
zur Erzeugung einer Gleichspannung oder eines Gleichstroms am Ausgang 2 des
Schaltregler-Leistungsteils 3 verwendet
werden.
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Die
Schaltreglersteuereinheit 4 wird in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
der 1 über
eine Steuereinheit 7 freigegeben. Zur Erzeugung des Freigabesignals
für die
Schaltreglersteuereinheit 4 weist die Steuereinheit 7 einen
Komparator 8 auf, welcher über einen Spannungsteiler, bestehend
aus den Widerständen 9, 10 und 13 mit
dem Spannungseingang 11 der Steuereinheit 7 verbunden
ist.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist der Komparator eine interne Referenzspannungsquelle auf, wobei
lediglich der positive Eingang des Komparators 8 mit dem
Spannungsteiler 9, 10 und 13 verbunden
ist. Der Komparator 8 schaltet, sobald am positiven Eingang
eine Spannungsdifferenz zur Referenzspannungsquelle anliegt, über seinen
Ausgang 12 ein Freigabesignal in Form einer Spannung auf
den Freigabeeingang der Schaltreglersteuereinheit 4. Mittels
des Widerstands 13 kann die Hysterese zwischen den Schwellwerten
der Versorgungsspannung, also das statische Versorgungsspannungsintervall,
eingestellt werden, in denen der Komparator das Freigabesignal am
Ausgang 12 schaltet. Wie bereits ausgeführt, dienen die Widerstände 9, 10 und 13 dazu,
das statische Versorgungsspannungsintervall festzulegen.
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Um
nun dynamische Unterschreitungen des statischen Versorgungsspannungsintervalls,
in welchem der Komparator 8 die Schaltreglersteuereinheit 4 freigibt,
zu ermöglichen,
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Kondensators 14 parallel zum Spannungsteiler 9, 10 und 13 geschaltet.
Die Diode 15 dient dazu, einen Rückfluss der im Kondensator 14 gespeicherten
Energie zu vermeiden. Das dynamische Versorgungsspannungsintervall
wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch das RC-Glied bestehend aus Kondensator 14, den Widerständen 9, 10 und 13 und
der Diode 15 bestimmt.
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Der
Kondensator 14 wird bei anliegender Versorgungsspannung
am Versorgungsspannungseingang 1 zunächst geladen und kann, beispielsweise
bei temporärer
Unterschreitung des stationären Versorgungsspannungsschwellwert
zusätzlich
Energie zur Verfügung
stellen und die Spannung am positiven Komparatoreingang kurzzeitig
aufrechterhalten, so dass ein dynamisches Spannungsversorgungsintervall
bestimmt wird, in welchem das erfindungsgemäße Schaltnetzteil ohne Unterbrechung
weiterarbeitet. Die optionale Zenerdiode 16 dient in dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
dazu, eventuell auftretende Überspannungen
vom positiven Eingang des Komparators 8 fernzuhalten.
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Der
Spannungseingang 11 der Steuereinheit 7 ist über eine
Energiespeichereinrichtung 17 mit dem Versorgungsspannungseingang 1 verbunden. Optional
ist zwischen Versorgungsspannungseingang 1 und der Energiespeichereinrichtung 17 eine Sicherungseinrichtung 18 vorgesehen,
die auch für den
kurzzeitig zulässigen Überstrom
ausgelegt ist. Die Energiespeichereinrichtung 17 besteht
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
lediglich aus einer den Stromrückfluss
verhindernden Diode 19 sowie einem Kondensator 20,
welcher parallel zum Versorgungsspannungseingang 1 geschaltet
ist. Hierdurch wird ermöglicht,
dass der Kondensator 14 aufgeladen wird, sobald seine Spannung
unter die anliegende Versorgungsspannung abzüglich des Spannungsabfalls
an der Diode sinkt. Der Kondensator puffert die Versorgungseingangsspannung
am Komparator 8. Die Diode 19 kann auch als Verpolungsschutz
dienen.
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Darüber hinaus
weist das Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
in 1 einen Spannungsregler 21 für die Versorgungsspannung
der Steuereinheit 7, einen Spannungsbegrenzer 22,
welcher die Versorgungsspannung auf den maximal zulässigen Wert
begrenzt, auf. Ferner ist eine Spannungsrückführung 23 vorgesehen, über welche
die Schaltreglersteuereinheit 4 mit Ausgang 2 rückgekoppelt
ist. Diese Rückkopplung
ist vorzugsweise galvanisch trennend ausgeführt, was beispielsweise unter
Verwendung eines Spannungsteilers und eines Optokopplers erreicht
werden kann.
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Das
in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
aus 1 darin, dass eine zusätzliche, parallel zur ersten
Energiespeichereinrichtung 17 geschaltete zweite Energiespeichereinrichtung 24 vorgesehen
ist. Die zweite Energiespeichereinrichtung 24 ist von der
ersten entkoppelt und sowohl mit dem Versorgungsspannungseingang 1,
dem Spannungsregler 21 der Steuereinheit 7, dem
Spannungsbegrenzer 22 sowie mit der Schaltreglersteuereinheit 4 verbunden.
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Der
Einsatz von zwei unabhängigen
Energiespeichereinrichtungen 17 und 24 kann dazu
genutzt werden, dass die zweite Energiespeichereinrichtung 24 auf
die Bereitstellung der notwendigen Spannung am Spannungsregler 21,
Spannungsbegrenzer 22 und der Schaltreglersteuereinheit 4 ausgelegt
ist, wohingegen die erste Energiespeichereinrichtung 17 so
ausgelegt werden kann, dass diese bis zu sehr kleinen Spannung,
beispielsweise 1,5 V entleert werden kann. Hierdurch ergibt sich
eine Verringerung der Gesamtkapazität der Energiespeichereinrichtungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und damit verringerte Einschaltströme eines Steuergerätes.
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Die
Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels
in 2 ermöglicht
einen kostengünstigeren Aufbau
der Energiespeichereinrichtungen 17 und 24, welche
im einfachsten Fall, wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel erläutert, aus
einer Diode 17 bzw. 25 und einem Kondensator 20 bzw. 26 bestehen.
Mit den parallel angeordneten Energiespeichereinrichtungen 17 und 24 in
Verbindung mit dem aus dem Kondensator 14 und den Widerständen 9, 10 und 13 bestehenden
RC-Glied, welches ein dynamisches Versorgungsspannungsintervall
zur Ansteuerung der Schaltreglersteuereinheit 4 ermöglicht,
kann ein kostengünstiges
und kompakt aufgebautes Schaltnetzteil zur Verfügung gestellt werden, welches
trotz des gedrängten
Aufbaus für
eine definierte Zeitspanne eine Unterschreitung der Versorgungseingangsspannung
unter den stationären
Ausschaltschwellwert ohne Funktionsunterbrechung ermöglicht.
Insbesondere ermöglicht
ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil
eine Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung trotz einer Versorgungsspannung
mit einer „crank
Waveform”,
wie sie 5 zeigt, zu gewährleisten.
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In 3 ist
drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer schematischen Schaltskizze dargestellt, wobei sich das
dritte Ausführungsbeispiel
vom zweiten Ausführungsbeispiel
dadurch unterscheidet, dass zusätzlich
Mittel 27 zur Messung der Drain-Source-Spannung des Leistungshalbleiters 5 vorgesehen
sind, deren Messwert als Kriterium zur Generierung eines Freigabesignals am
Ausgang 29 zur Freigabe der Schaltreglersteuereinheit 4 verwendet
wird. Alternativ oder zusätzlich kann über einen
Messwiderstand R der Spannungsabfall und damit der Drain-Source-Strom
ermittelt werden.
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4 zeigt
dagegen ein viertes Ausführungsbeispiel,
welches sich vom zweiten Ausführungsbeispiel
durch Mittel 31 zur Messung der Temperatur mindestens eines
Leistungshalbleiters 5 des Schaltreglerleistungsteils und
zur Generierung eines Freigabesignals am Ausgang 34 zur
Freigabe der Schaltreglersteuereinheit 4 unterscheidet.
Im dritten wie im vierten Ausführungsbeispiel
sind die zusätzlich
vorgesehenen Mittel zur Spannungs-, Strom- oder Temperaturmessung
und Generierung eines Freigabesignals 27, 31 mit
dem Spannungsregler 21 über
entsprechende Leitungen 30a, 30b zur Spannungsversorgung
verbunden.
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Die
Mittel zur Spannungs-, Strom- oder Temperaturmessung 27, 31 können alternativ
zum RC-Glied jeweils alleine zur Bestimmung eines dynamischen Versorgungsspannungsintervalls,
in welchem die Vorrichtung 1 eine Gleichspannungs- oder Gleichstromversorgung
gewährleistet,
herangezogen werden, in dem im einfachsten Fall, die Schaltreglersteuereinheit 4 trotz
eines Einbruchs der Versorgungsspannung durch ein Freigabesignal
freigegeben bleibt, bis Grenzwerte hinsichtlich der Drain-Source-Spannung
oder -Strom bzw. der Temperatur des Leistungshalbleiters erreicht
sind.