DE102017006633A1

DE102017006633A1 - Schaltung zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung von einer Spannungsversorgung bei Überspannung

Info

Publication number: DE102017006633A1
Application number: DE102017006633.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Voss; Christopher Wohlgemuth; Torsten Meyer
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2019-01-17
Also published as: WO2019012327A1

Abstract

Gezeigt wird eine Schaltung zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung von einer Spannungsversorgung bei Überspannung. Die Schaltung umfasst eine Sicherung mit einem ersten Anschluss zur Verbindung mit der Spannungsversorgung und einem zweiten Anschluss zur Verbindung mit dem Eingang der Umsetzeinrichtung, wobei die Sicherung dazu eingerichtet ist, bei einem Überstrom durch die Sicherung eine elektrische Leitungsverbindung zwischen dem Eingang der Umsetzeinrichtung und der Spannungsversorgung zu unterbrechen. Die Schaltung umfasst ferner einen ersten elektronisch gesteuerten Schalter, welcher ausgebildet ist, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal den Eingang der Umsetzeinrichtung von der Spannungsversorgung elektrisch zu trennen. Die Schaltung umfasst zudem einen zweiten elektronisch gesteuerten Schalter, welcher mit dem zweiten Anschluss der Sicherung verbunden und eingerichtet ist, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal den zweiten Anschluss der Sicherung mit der Spannungsversorgung zur Erzeugung des Überstroms elektrisch zu verbinden. Die Schaltung umfasst schlussendlich eine Spannungswächterschaltung, die eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung der Umsetzeinrichtung zu überwachen und bei einem ersten Überspannungssignal das erste Steuersignal zu erzeugen und bei einem zweiten Überspannungssignal das zweite Steuersignal zu erzeugen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung von einer Spannungsversorgung bei Überspannung.
HINTERGRUND
Aus dem Stand der Technik sind als Klemmschaltung (engl. Crowbar) bezeichnete elektronische Schaltungen bekannt, die bspw. zum Schutz vor Überspannung in Gleichstromversorgungen niedriger Spannung eingesetzt werden. Besagte Schaltungen basieren darauf, dass bei Erreichen einer bestimmten Spannung die Versorgungsspannung niederohmig kurzgeschlossen wird, wodurch eine Sicherung auslöst und die Stromversorgung unterbricht.
Ferner ist aus der DE 201 09 687 U1 eine Sicherungsschaltung für ein geregeltes Netzgerät bekannt, welches einen Gleichstrom abgibt, wobei die Sicherungsschaltung zwei in Reihe geschaltete Sicherungseinrichtungen, wie bspw. eine Schmelzsicherung und einen Halbleiterschalter, aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte zum Schutz vor Überspannung zu verbessern.
Dazu stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Schaltung zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung von einer Spannungsversorgung bei Überspannung und ein verbessertes Verfahren zur Trennung eines Netzteils von einer Spannungsversorgung bei Überspannung bereit.
Eine erfindungsgemäße Schaltung zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung von einer Spannungsversorgung bei Überspannung, umfasst eine Sicherung mit einem ersten Anschluss zur Verbindung mit der Spannungsversorgung und einem zweiten Anschluss zur Verbindung mit dem Eingang der Umsetzeinrichtung, wobei die Sicherung dazu eingerichtet ist, bei einem Überstrom durch die Sicherung eine elektrische Leitungsverbindung zwischen dem Eingang der Umsetzeinrichtung und der Spannungsversorgung zu unterbrechen.
Die Schaltung umfasst ferner einen ersten elektronisch gesteuerten Schalter, welcher ausgebildet ist, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal den Eingang der Umsetzeinrichtung von der Spannungsversorgung elektrisch zu trennen und einen zweiten elektronisch gesteuerten Schalter, welcher mit dem zweiten Anschluss der Sicherung verbunden und eingerichtet ist, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal den zweiten Anschluss der Sicherung mit der Spannungsversorgung zur Erzeugung des Überstroms elektrisch zu verbinden.
Die Schaltung umfasst des Weiteren eine Spannungswächterschaltung, die eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung der Umsetzeinrichtung zu überwachen und bei einem ersten Überspannungssignal das erste Steuersignal zu erzeugen und bei einem zweiten Überspannungssignal das zweite Steuersignal zu erzeugen.
Dabei ist unter dem Begriff „Überspannung“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, eine Spannung zu verstehen, die oberhalb einer Nominalspannung und insbesondere außerhalb eines sich an die Nominalspannung anschließenden Toleranzbereichs liegt. Ferner ist unter dem Begriff „Umsetzeinrichtung“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Schaltung zu verstehen, die eine Eingangsspannung/einen Eingangsstrom in eine Ausgangsspannung/einen Ausgangsstrom wandelt, wobei sich Eingangsspannung/Eingangsstrom und Ausgangsspannung/Ausgangsstrom betragsmäßig unterscheiden, bspw. ein (Schalt-) Netzteil.
Zudem ist unter der Formulierung „elektrisch zu trennen“, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere das Ergreifen von Maßnahmen zur gezielten Erhöhung eines Leitungswiderstands zu verstehen, die einen Stromfluss durch die Leitung verhindern bzw. auf ein unerhebliches Maß reduzieren. Außerdem ist unter der Formulierung „elektrisch zu verbinden“, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere das Ergreifen von Maßnahmen zur gezielten Reduktion eines Leitungswiderstands zu verstehen, die einen Stromfluss durch die Leitung ermöglichen.
Des Weiteren ist unter der Formulierung „Unterbrechen einer elektrischen Leitungsverbindung“, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere das Auftrennen der Leitungsverbindung in Leitungssegmente, die voneinander elektrisch isoliert sind, zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „Signal“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere das Auslösen einer gezielten Spannungsänderung an einem Ausgang/Eingang eines Bauteils der Schaltung zu verstehen.
Vorzugsweise ist die Sicherung eine Schmelzsicherung, der erste elektronisch gesteuerte Schalter ein Transistor und/oder der zweite elektronisch gesteuerte Schalter ein Thyristor oder Triac.
Dabei ist unter dem Begriff „Schmelzsicherung“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, eine Überstromschutzeinrichtung zu verstehen, die durch das Abschmelzen eines Schmelzleiters die elektrische Leitungsverbindung unterbricht.
Vorzugsweise ist die Schaltung eingerichtet, das zweite Steuersignal nach dem ersten Steuersignal zu erzeugen.
Dabei ist in diesem Zusammenhang der Ausdruck „nach“ so zu verstehen, dass die erzeugten Steuersignale darauf gerichtet sind, zuerst die elektrische Trennung und dann die Erzeugung des Überstroms zu bewirken. Ferner kann das Aufeinanderfolgen der Steuersignale von zusätzlichen Bedingungen abhängen, so dass das zweite Steuersignal auf das erste Steuersignal folgen kann, aber nicht muss. Zudem kann bei einem Ausfall eines Schaltungsteils, der eines der Steuersignale erzeugt, das andere Schaltungssignal trotzdem erzeugt werden. Der Ausdruck „nach“ ist somit in erster Linie temporal und nicht kausal zu verstehen.
Vorzugsweise ist der erste elektronisch gesteuerte Schalter ausgebildet, in Reaktion auf ein drittes Steuersignal den Eingang der Umsetzeinrichtung mit der Spannungsversorgung elektrisch zu verbinden und die Spannungswächterschaltung eingerichtet, das dritte Steuersignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung unter einen zweiten Schwellenwert fällt, und/oder die Spannungswächterschaltung eingerichtet ist, das dritte Steuersignal basierend auf einem Resetsignal zu erzeugen.
Dadurch kann nach einem vorübergehenden Auftreten einer Überspannung der Betrieb der Umsetzeinrichtung wiederaufgenommen werden. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „Resetsignal“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Signal zu verstehen, welches bewirkt, dass der erste elektronisch gesteuerte Schalter geschlossen wird.
Vorzugsweise ist die Schaltung eingerichtet, das erste Überspannungssignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung einen ersten Schwellenwert übersteigt.
Der Schwellenwert kann bspw. um eine Spannungsdifferenz größer sein, als ein Nominalwert der Ausgangsspannung.
Vorzugsweise ist die Schaltung eingerichtet, das zweite Überspannungssignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung nach dem Erzeugen des ersten Steuersignals über dem ersten Schwellenwert verbleibt.
Bspw. kann eine sich an das Erzeugen des ersten Überspannungssignals anschließende Zeitspanne bestimmt sein, innerhalb derer ein Abfallen der Ausgangsspannung unter den ersten Schwellenwert erwartet wird. Wird diese Zeit überschritten, kann dies als möglicher Fehlerfall interpretiert werden, bei dem zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden müssen (bspw. das Schließen des zweiten elektronisch gesteuerten Schalters), um die Überspannung zu beseitigen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Trennung eines Netzteils von einer Spannungsversorgung bei Überspannung umfasst ein Überwachen einer Ausgangsspannung des Netzteils und ein Öffnen eines ersten Halbleiterschalters, welcher zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol des Netzteils angeordnet ist, wenn die Ausgangsspannung einen ersten Schwellenwert übersteigt.
Das Verfahren umfasst ferner ein Schließen eines zweiten Halbleiterschalters, welcher zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und einem zweiten Pol der Spannungsversorgung angeordnet ist, zur Erzeugung eines Überstroms in einer zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol des Netzteils angeordneten Überstromschutzeinrichtung, wenn die Überspannung durch das Öffnen des ersten Halbleiterschalter nicht überwunden wird, wobei die Überstromschutzeinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Überstrom den ersten Pol der Spannungsversorgung von dem ersten Pol des Netzteils galvanisch zu trennen.
Dabei sind unter dem Begriff „Halbleiterschalter“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Transistor, ein Feldeffekttransistor (FET), ein Bipolartransistor, ein Thyristor oder ein Triac zu verstehen. In diesem Zusammenhang bedeutet das „Öffnen eines Halbleiterschalters“ insbesondere das Erzeugen eines die Öffnung bewirkenden Signals, welches bei fehlerfreier Funktion des Halbleiterschalters ein Öffnen des Halbleiterschalters bewirkt, wobei der Fall, dass ein nicht fehlerfrei funktionierender Halbleiterschalter trotz des erzeugten Signals geschlossen bleibt, unter der Formulierung „Öffnen des Halbleiterschalters“ mitumfasst sein soll. Ferner sind unter dem Begriff „Pole“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere Anschlusspunkte zu verstehen, zwischen denen im Betrieb eine jeweilige Spannung anliegt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Schließen des ersten Halbleiterschalters zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol des Netzteils, wenn die Überspannung durch das Öffnen des ersten Halbleiterschalter überwunden wird.
Dadurch wird das Netzteil wieder mit Energie versorgt, so dass das Netzteil den Betrieb wieder aufnehmen kann.
Vorzugsweise ist die Überstromschutzeinrichtung eine Schmelzsicherung, der erste Halbleiterschalter ein Transistor und/oder der zweite Halbleiterschalter ein Thyristor oder Triac.
Dadurch kann erreicht werden, dass nach Zünden des Thyristors/Triacs die Pole der Spannungsversorgung kurzgeschlossen bleiben, bis die Überstromschutzeinrichtung ausgelöst hat (bzw. die Schmelzsicherung durchgeschmolzen ist).
Vorzugsweise wird die Ausgangsspannung des Netzteils mittels eines ersten Spannungswächters und eines zweiten Spannungswächters überwacht.
Dadurch kann eine redundante Absicherung erzielt werden, bei der trotz Ausfall eines Spannungswächters einer der Halbleiterschalter zur Beseitigung der Überspannung angesteuert werden kann.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

1 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung von einer Spannungsversorgung bei Überspannung;
2 beispielhafte Spannungsverläufe in der Schaltung der 1 bei einem anhaltenden Auftreten einer Überspannung;
3 beispielhafte Spannungsverläufe in der Schaltung der 1 bei einem vorübergehenden Auftreten von Überspannung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Spannungswächterschaltung;
4 beispielhafte Spannungsverläufe in der Schaltung der 1 bei einem vorübergehenden Auftreten von Überspannung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Spannüngswächterschaltung;
5 beispielhafte Spannungsverläufe in der Schaltung der 1 bei einem vorübergehenden Auftreten von Überspannung gemäß einer dritten Ausgestaltung der Spannungswächterschaltung;
6 eine schematische Darstellung einer ersten Abwandlung der Schaltung der 1;
7 eine schematische Darstellung einer zweiten Abwandlung der Schaltung der 1; und
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Trennung eines Netzteils von einer Spannungsversorgung bei Überspannung zeigt.

Dabei sind in den Zeichnungen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Schaltung 10 zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung 12 (bspw. eines Netzteils/Schaltnetzteils) von einer Spannungsversorgung bei Überspannung. Die Schaltung 10 umfasst eine Sicherung 14 (bspw. eine Schmelzsicherung) mit einem ersten Anschluss zum Anlegen einer Eingangsspannung U_EIN und einem zweiten Anschluss, welcher über einen ersten elektronisch gesteuerten Schalter 16 (bspw. über einen ersten Halbleiterschalter) mit einem ersten Eingang der Umsetzeinrichtung 12 verbunden ist.
Die Umsetzeinrichtung 12 wird durch die Sicherung 14 gegen Überstrom abgesichert. Insbesondere bewirkt die Sicherung 14, dass die elektrische Leitungsverbindung zwischen dem Eingang der Umsetzeinrichtung 12 und der Spannungsversorgung unterbrochen wird, wenn der elektrische Strom durch die Sicherung 14 über eine vorgegebene Zeit hinaus eine festgelegte Stromstärke überschreitet.
Die Schaltung 10 umfasst zudem eine Spannungswächterschaltung 18, die eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung U_AUS der Umsetzeinrichtung 12 hinsichtlich des Auftretens einer Überspannung zu überwachen. Die Spannungswächterschaltung 18 umfasst einen ersten Überspannungswächter 18a, der bei einem ersten Überspannungssignal ein erstes Steuersignal S₁ erzeugt. Das erste Steuersignal S₁ bewirkt ein Öffnen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16.
Das Öffnen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 trennt bei fehlerfreiem Betrieb der Schaltung 10 den ersten Eingang der Umsetzeinrichtung 12 von der Spannungsversorgung. Dadurch kann die Umsetzeinrichtung 12 beim Auftreten einer Überspannung und fehlerfreiem Betrieb der Schaltung 10 durch die Spannungswächterschaltung 18 stromlos geschaltet werden. Das Stromlosschalten der Umsetzeinrichtung 12 schützt eine durch die Umsetzeinrichtung 12 versorgte Last (nicht gezeigt) vor einer durch die Umsetzeinrichtung 12 erzeugte Überspannung am Ausgang der Umsetzeinrichtung 12.
Die Spannungswächterschaltung 18 umfasst ferner einen zweiten Überspannungswächter 18b, der bei einem zweiten Überspannungssignal ein zweites Steuersignal S₂ erzeugt. Das zweite Steuersignal S₂ bewirkt ein Schließen des zweiten elektronisch gesteuerten Schalters 20. Der zweite elektronisch gesteuerte Schalter 20 ist mit dem zweiten Anschluss der Sicherung 14 verbunden und verbindet in geschlossenem Zustand (bei fehlerfreiem Betrieb der Schaltung 10) den zweiten Anschluss der Sicherung 14 mit der Spannungsversorgung zur Erzeugung des Überstroms. D. h. das Schließen des zweiten elektronisch gesteuerten Schalters 20 schließt die Pole der Spannungsversorgung über die Sicherung 14 kurz, wodurch bei entsprechender Dimensionierung der Sicherung 14 und ausreichender Stromflussdauer durch die Sicherung 14 diese ausgelöst wird.
Zum sicheren Auslösen der Sicherung 14 kann der das zweite Steuersignal S₂ erzeugende zweite Überspannungswächter 18b mit einer Haltefunktion (bspw. mit einer durch die Sicherung 14 abgesicherten Thyristorschaltung) ausgebildet sein, welche bewirkt, dass das zweite Steuersignal S₂ solange erzeuget wird, bis die Sicherung 14 ausgelöst hat und die Umsetzeinrichtung 12 stromlos geschaltet ist. Durch das Stromlosschalten der Sicherung 14 kann eine durch die Umsetzeinrichtung 12 versorgte Last (nicht gezeigt) zuverlässig vor Überspannung geschützt werden.
Da die Sicherung 14 durch die Spannungswächterschaltung 18 kontrolliert ausgelöst werden kann, steht bei Auftreten einer Überspannung und fehlerfreiem Betrieb der Schaltung 10 ein zweiter (redundanter) Schutzmechanismus zur Verfügung, der es ermöglicht, die Umsetzeinrichtung 12 stromlos zu schalten. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn einer der Schutzmechanismen im Betrieb versagt. Ein Versagen kann bspw. dann auftreten, wenn der erste elektronisch gesteuerte Schalter 16 als Halbleiterschalter ausgebildet und durchlegiert ist.
2 zeigt dazu beispielhafte Spannungsverläufe in der Schaltung 10 bei einem anhaltenden Auftreten der Überspannung, welches erst durch Auslösen der Sicherung 14 überwunden werden kann. Dabei tritt zum Zeitpunkt t₁ eine Ausgangsspannung U_AUS auf, die oberhalb einer Nominalspannung U_NOM der Umsetzeinrichtung 12 und insbesondere oberhalb einer oberen Grenzspannung U_GRENZ eines Toleranzbereiches U_TOL um die Nominalspannung U_NOM liegt, und als Überspannung erkannt wird. Bspw. kann die Nominalspannung U_NOM bei 3,3°V liegen und die obere Grenzspannung U_GRENZ des Toleranzbereiches U_TOL bei 3,6°V.
Basierend auf der zum Zeitpunkt t₁ einsetzenden Überspannung wird ein erstes Überspannungssignal erzeugt. Der erste Überspannungswächter 18a erzeugt in Reaktion auf das erste Überspannungssignal ein erstes Steuersignal S₁ . Durch das Öffnen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 wird jedoch in dem in 2 gezeigten Beispiel auf Grund eines Fehlers in der Schaltung 10 keine Trennung des Eingangs der Umsetzeinrichtung 12 von der Spannungsversorgung bewirkt. Bspw. kann der erste elektronisch gesteuerte Schalter 16 defekt sein und dadurch eine Trennung des Eingangs der Umsetzeinrichtung 12 von der Spannungsversorgung trotz Erzeugung des ersten Steuersignals S₁ fehlschlagen.
Zur Beseitigung der trotz Erzeugung des ersten Steuersignals S₁ anhaltenden Überspannung erzeugt der zweite Überspannungswächter 18b das zweite Steuersignal S₂ . Bspw. kann der zweite Überspannungswächter 18b eingerichtet sein, das zweite Steuersignal S₂ zu erzeugen, wenn die Überspannung eine bestimmte Zeitdauer andauert, welche in 2 durch das Zeitintervall t₂ -t₁ dargestellt ist. Der zweite Überspannungswächter 18b kann bspw. einen Zeitgeber umfassen bzw. mit einem Zeitgeber gekoppelt sein und das zweite Steuersignal S₂ nach Ablauf eines Zeitintervalls, dessen Beginn im Wesentlichen mit dem Auftreten der Überspannung zusammenfällt, erzeugen; es sei denn, die Überspannung wird vor Ablauf des Zeitintervalls, d. h. vor dem Zeitpunkt t₂ überwunden.
Durch das Erzeugen des zweiten Steuersignals S₂ wird der zweite Anschluss der Sicherung 14 mit der Spannungsversorgung zur Erzeugung des Überstroms verbunden, in Folge dessen die Sicherung 14 auslöst und den Stromkreis zum Zeitpunkt t₃ unterbricht. Je nach Art der Sicherung 14 kann die Schaltung 10 in diesem Zustand bspw. nur durch eine manuelle Betätigung oder durch einen Austausch der Sicherung 14 in einen funktionsfähigen Zustand versetzt werden. Das Auslösen der Sicherung 14 kann somit ein irreversibles Unterbrechen des Stromkreises nach sich ziehen, durch das die Umsetzeinrichtung 12 von dem ersten Pol der Spannungsversorgung galvanisch getrennt wird.
3 bis 5 zeigen hingegen beispielhafte Spannungsverläufe bei einem vorübergehenden Auftreten der Überspannung, d. h., bei einem Auftreten der Überspannung, welches in den in 3 bis 5 gezeigten Beispielen durch Öffnen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 überwunden werden kann. In 3 wird nach dem Erzeugen des ersten Steuersignals S₁ zum Zeitpunkt t₁ und dem dadurch bewirkten Öffnen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 eine Trennung des Eingangs der Umsetzeinrichtung 12 von der Spannungsversorgung bewirkt. Da die Ausgangsspannung U_AUS auf Grund der Trennung des Eingangs der Umsetzeinrichtung 12 von der Spannungsversorgung zum Zeitpunkt t₂ unter die Schwellenspannung U_GRENZ (oder eine unterhalb U_GRENZ liegende Schwellenspannung) sinkt, wird in dem in 3 gezeigten Beispiel das erste Steuersignal S₁ nicht länger erzeugt. Dies bewirkt ein Schließen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16.
Durch das Schließen des ersten elektronisch gesteuerten Schalter 16 wird der Eingang der Umsetzeinrichtung 12 mit der Spannungsversorgung elektrisch verbunden. Dadurch erzeugt die Umsetzeinrichtung 12 zum Zeitpunkt t₃ eine Ausgangsspannung U_AUS , die im Bereich der Nominalspannung U_NOM liegt. Somit kann im Falle vorübergehender Spannungsschwankungen ein im Wesentlichen unterbrechungsfreier (mit Ausnahme der Unterbrechung der Versorgung zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ ) Betrieb der Last gewährleistet werden.
Zudem kann der erste Überspannungswächter 18a zusätzliche Mittel aufweisen, die das wiederholte Auftreten einer Überspannung unterbinden. Bspw. kann der erste Überspannungswächter 18a einen Zähler aufweisen und dazu eingerichtet sein, wenn mehrmals nacheinander eine Überspannung auftritt (bspw. M mal innerhalb eines festgelegten Intervalls oder N mal insgesamt; mit M>1 und N>0), das erste Steuersignal S₁ (auch dann) weiterhin zu erzeugen, wenn die Überspannung abgeklungen ist.
4 zeigt hierzu beispielhafte Spannungsverläufe bei einer Ausgestaltung, in der nach einem einmaligen oder mehrmaligen Auftreten einer Überspannung das erste Steuersignal S₁ solange weiter erzeugt wird, bis die Umsetzeinrichtung 12 von der Spannungsversorgung getrennt wird. Wie in 4 gezeigt, endet die Erzeugung, des ersten Steuersignals S₁ , welches das Offenhalten des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 bewirkt, erst nach dem Trennen der Umsetzeinrichtung 12 von der Spannungsversorgung, welches mit einem Abfallen der am Eingang der Umsetzeinrichtung 12 anliegenden Eingangsspannung U_EIN zum Zeitpunkt t₃ einhergeht. Liegt dann zum Zeitpunkt t₄ erneut eine Eingangsspannung U_EIN am Eingang der Umsetzeinrichtung 12 an, erzeugt die Umsetzeinrichtung 12 die Ausgangsspannung U_AUS , welche bei fehlerfreiem Betrieb der Schaltung 10 wieder im Bereich der Nominalspannung U_NOM liegt.
Beispielhafte Spannungsverläufe bei einer modifizierten Ausgestaltung, bei der das erste Steuersignal S₁ nach einem einmaligen oder mehrmaligen Auftreten in Folge einer Überspannung solange weiter erzeugt wird, bis ein Resetsignal R erzeugt wird, sind in 5 gezeigt. Bspw. kann die Schaltung 10 eine Speichereinrichtung (nicht gezeigt) umfassen, deren Speicherinhalt vorgibt, ob das erste Steuersignal S₁ zu erzeugen ist oder nicht. Der Speicherinhalt kann dann zum Zeitpunkt t₅ durch Erzeugen des Resetsignals R zurückgesetzt werden, wodurch die Erzeugung des ersten Steuersignals S₁ endet und die Umsetzeinrichtung 12 wieder mit der Spannungsversorgung verbunden wird.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Abwandlung der Schaltung 10 der 1. In der abgewandelten Schaltung 10a der 6, ist der erste elektronisch gesteuerte Schalter 16 nicht zwischen der Sicherung 14 und der Umsetzeinrichtung 12 angeordnet, sondern zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und der Sicherung 14. D. h., dass ein erster Anschluss des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 zur Verbindung mit einem ersten Pol der Spannungsversorgung eingerichtet ist und ein zweiter Anschluss des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 mit dem ersten Eingang der Sicherung 14 verbunden ist.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Abwandlung der Schaltung 10 der 1. In der in 7 gezeigten abgewandelten Schaltung 10b ist der erste elektronisch gesteuerte Schalter 16 zwar zwischen einem Pol der Spannungsversorgung und der Umsetzeinrichtung 12, jedoch nicht in Reihe zur Sicherung 14 angeordnet. Insbesondere ist der erste Anschluss des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 zur Verbindung mit einem zweiten Pol der Spannungsversorgung eingerichtet und der zweite Anschluss des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 mit einem zweiten Eingang der Umsetzeinrichtung 12 verbunden.
8 zeigt einen in den in 1, 6 und 7 gezeigten Schaltungen 10, 10a, und 10b implementierten Prozess zur Trennung der Umsetzeinrichtung 12 von einer Spannungsversorgung bei Überspannung. Der Prozess umfasst einen Schritt 22 des Überwachens der Ausgangsspannung U_AUS der Umsetzeinrichtung 12. Wenn die Ausgangsspannung U_AUS die obere Grenzspannung U_GRENZ übersteigt, wird in Schritt 24 der erste elektronisch gesteuerte Schalter 16, welcher zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol der Umsetzeinrichtung 12 angeordnet ist, geöffnet.
Wenn die Überspannung durch das Öffnen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 nicht überwunden wird, wird in Schritt 26 der zweite elektronisch gesteuerte Schalter 20, welcher zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem zweiten Pol der Spannungsversorgung angeordnet ist, zur Erzeugung eines Überstroms in der zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol der Umsetzeinrichtung 12 angeordneten Sicherung 14, geschlossen.
Wird die Überspannung durch das Öffnen des ersten Halbleiterschalters 16 hingegen überwunden, kann der erste elektronisch gesteuerte Schalter 16 wieder geschlossen werden, wobei das Schließen unmittelbar oder verzögert nach dem Abklingen der Überspannung erfolgen kann. Bspw. kann, wie in 4 und 5 gezeigt, das Schließen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 erfolgen, nachdem die Schaltung 10 von der Versorgungsspannung getrennt wurde. Insbesondere kann das Wiederanlegen der Versorgungsspannung ein Resetsignal auslösen, welches das Schließen des ersten elektronisch gesteuerten Schalters 16 bewirkt. Ferner kann das Resetsignal alternativ oder zusätzlich von einer übergeordneten Steuerung gesteuert werden.
Bezugszeichenliste

10: Schaltung
12: Umsetzeinrichtung
14: Sicherung
16: elektronisch gesteuerter Schalter
18: Spannungswächterschaltung
18a: Überspannungswächter
18b: Überspannungswächter
20: elektronisch gesteuerter Schalter
22-26: Prozessschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20109687 U1 [0003]

Claims

Schaltung (10) zur Trennung eines Eingangs einer Umsetzeinrichtung (12) von einer Spannungsversorgung bei Überspannung, umfassend: eine Sicherung (14) mit einem ersten Anschluss zur Verbindung mit der Spannungsversorgung und einem zweiten Anschluss zur Verbindung mit dem Eingang der Umsetzeinrichtung (12), wobei die Sicherung (14) dazu eingerichtet ist, bei einem Überstrom durch die Sicherung (14) eine elektrische Leitungsverbindung zwischen dem Eingang der Umsetzeinrichtung (12) und der Spannungsversorgung zu unterbrechen; einen ersten elektronisch gesteuerten Schalter (16), welcher ausgebildet ist, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal (S₁) den Eingang der Umsetzeinrichtung (12) von der Spannungsversorgung elektrisch zu trennen; einen zweiten elektronisch gesteuerten Schalter (20), welcher mit dem zweiten Anschluss der Sicherung. (14) verbunden und eingerichtet ist, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal (S₂) den zweiten Anschluss der Sicherung (14) mit der Spannungsversorgung zur Erzeugung des Überstroms elektrisch zu verbinden; und eine Spannungswächterschaltung (18), die eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung (U_AUS) der Umsetzeinrichtung (12) zu überwachen und bei einem ersten Überspannungssignal das erste Steuersignal (S₁) zu erzeugen und bei einem zweiten Überspannungssignal das zweite Steuersignal (S₂) zu erzeugen.
Schaltung (10) nach Anspruch 1, wobei die Sicherung (14) eine Schmelzsicherung; der erste elektronisch gesteuerte Schalter (16) ein Transistor; und/oder der zweite elektronisch gesteuerte Schalter (20) ein Thyristor oder Triac ist.
Schaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltung (10) eingerichtet ist, das zweite Steuersignal (S₂) nach dem ersten Steuersignal (S₁) zu erzeugen.
Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste elektronisch gesteuerte Schalter (16) ausgebildet ist, in Reaktion auf ein drittes Steuersignal den Eingang der Umsetzeinrichtung (12) mit der Spannungsversorgung elektrisch zu verbinden; und die Spannungswächterschaltung (18) eingerichtet ist, das dritte Steuersignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung (U_AUS) unter einen zweiten Schwellenwert (U_GRENZ) fällt, und/oder die Spannungswächterschaltung (18) eingerichtet ist, das dritte Steuersignal basierend auf einem Resetsignal (R) zu erzeugen.
Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schaltung (10) eingerichtet ist, das erste Überspannungssignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung (U_AUS) einen ersten Schwellenwert (U_GRENZ) übersteigt.
Schaltung (10) nach Anspruch 5, wobei die Schaltung (10) eingerichtet ist, das zweite Überspannungssignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung (U_AUS) nach dem Erzeugen des ersten Steuersignals (S₁) über dem ersten Schwellenwert (U_GRENZ) verbleibt.
Verfahren zur Trennung eines Netzteils von einer Spannungsversorgung bei Überspannung, umfassend: Überwachen (22) einer Ausgangsspannung des Netzteils; Öffnen (24) eines ersten Halbleiterschalters, welcher zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol des Netzteils angeordnet ist, wenn die Ausgangsspannung einen ersten Schwellenwert übersteigt; und Schließen (26) eines zweiten Halbleiterschalters, welcher zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und einem zweiten Pol der Spannungsversorgung angeordnet ist, zur Erzeugung eines Überstroms in einer zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol des Netzteils angeordneten Überstromschutzeinrichtung, wenn die Überspannung durch das Öffnen des ersten Halbleiterschalter nicht überwunden wird, wobei die Überstromschutzeinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Überstrom den ersten Pol der Spannungsversorgung von dem ersten Pol des Netzteils galvanisch zu trennen.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Schließen des ersten Halbleiterschalters zwischen dem ersten Pol der Spannungsversorgung und dem ersten Pol des Netzteils, wenn die Überspannung durch das Öffnen des ersten Halbleiterschalter überwunden wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Überstromschutzeinrichtung eine Schmelzsicherung; der erste Halbleiterschalter ein Transistor; und/oder der zweite Halbleiterschalter ein Thyristor oder Triac ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Ausgangsspannung des Netzteils mittels eines ersten Spannungswächters (18a) und eines zweiten Spannungswächters (18b) überwacht wird.