DE102017206096A1 - Switching arrangement for securing a power supply device - Google Patents

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Burkhard Boehm
Wilfried Klopfer
Hendrik Schaefer
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Abstract

Es wird eine Schaltanordnung (200) zur Absicherung einer Spannungsversorgungs-Vorrichtung (100) eines elektrischen Geräts beschrieben. Die Spannungsversorgungs-Vorrichtung (100) umfasst einen ersten Gleichspannungswandler (101) und einen zweiten Gleichspannungswandler (102), wobei der Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) mit dem Eingang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) gekoppelt ist. Der erste Gleichspannungswandler (101) umfasst einen Kurzschluss-Schutzmechanismus, der eingerichtet ist, einen Eingang des ersten Gleichspannungswandlers (101) von dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) zu entkoppeln, wenn am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) ein Kurzschluss vorliegt. Die Schaltanordnung (200) umfasst ein Detektionsmittel (201, 202, 203, 211), das eingerichtet ist, das Vorliegen einer über die zweite Nennspannung des zweiten Gleichspannungswandlers (102) hinausgehenden Spannung und/oder das Vorliegen einer über einen zweiten Grenzstrom hinausgehenden Strom am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) zu detektieren. Außerdem umfasst die Schaltanordnung (200) ein Kurzschlussmittel (210), das eingerichtet ist, einen Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) zu bewirken, wenn am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) eine über die zweite Nennspannung des zweiten Gleichspannungswandlers (102) hinausgehende Spannung und/oder ein über den zweiten Grenzstrom hinausgehender Strom vorliegt.

Figure DE102017206096A1_0000
A circuit arrangement (200) for protecting a power supply device (100) of an electrical device is described. The power supply device (100) comprises a first DC-DC converter (101) and a second DC-DC converter (102), wherein the output of the first DC-DC converter (101) is coupled to the input of the second DC-DC converter (102). The first DC-DC converter (101) comprises a short-circuit protection mechanism which is set up to decouple an input of the first DC-DC converter (101) from the output of the first DC-DC converter (101) if there is a short circuit at the output of the first DC-DC converter (101). The switching arrangement (200) comprises a detection means (201, 202, 203, 211) which is set up, the presence of a voltage in excess of the second nominal voltage of the second DC-DC converter (102) and / or the presence of a current exceeding a second limit current Output of the second DC-DC converter (102) to detect. In addition, the switching arrangement (200) comprises a short-circuit means (210), which is configured to cause a short circuit at the output of the first DC-DC converter (101), if at the output of the second DC-DC converter (102) via the second nominal voltage of the second DC-DC converter (102) voltage beyond and / or beyond the second limiting current is present.
Figure DE102017206096A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur Überwachung und/oder Absicherung einer Spannungsversorgungs-Vorrichtung mit Schaltnetzteilen, insbesondere mit einer Kaskade von Schaltnetzteilen.The invention relates to a switching arrangement for monitoring and / or securing a power supply device with switching power supplies, in particular with a cascade of switching power supplies.

Ein Elektrisches Gerät, insbesondere ein Hausgerät bzw. ein Haushaltsgerät, umfasst typischerweise mehrere hintereinander geschaltete Gleichspannungswandler (insbesondere Schaltnetzteile), um aus einer Netzspannung unterschiedliche Spannungen bzw. unterschiedliche Spannungsschienen für unterschiedliche Komponenten des elektrischen Geräts bereitzustellen. Dabei kann es aufgrund eines Defektes eines Schaltnetzteils zu einem Kurzschluss zwischen dem Eingang des Schaltnetzteils und dem Ausgang des Schaltnetzteils kommen. Ein derartiger Längs-Kurzschluss kann zu Überspannungen und/oder Überströmen am Ausgang des Schaltnetzteils führen, die wiederum ein nachfolgendes Schaltnetzteil und/oder angeschlossene Lasten (z.B. einen Lüfter, einen Schrittmotor, etc.) beschädigen können. Insbesondere kann ein derartiger Längs-Kurzschluss zu einer substantiellen Temperaturerhöhung in dem elektrischen Gerät führen, was insbesondere bei Hausgeräten (z.B. bei Kühlgeräten) nicht zulässig ist.An electrical device, in particular a domestic appliance or a domestic appliance, typically comprises a plurality of DC-DC converters (in particular switched-mode power supplies) connected in series in order to provide different voltages or different voltage rails for different components of the electrical appliance from one mains voltage. This can lead to a short circuit between the input of the switching power supply and the output of the switching power supply due to a defect of a switching power supply. Such a longitudinal short circuit can lead to overvoltages and / or overcurrents at the output of the switching power supply, which in turn can damage a subsequent switching power supply and / or connected loads (e.g., a fan, a stepper motor, etc.). In particular, such a longitudinal short circuit can lead to a substantial increase in temperature in the electrical appliance, which is not permitted in particular in household appliances (for example in refrigerators).

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Schaltanordnung bereitzustellen, mit der in effizienter und zuverlässiger Weise ein Längs-Kurzschluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Gleichspannungswandlers einer Spannungsversorgungs-Vorrichtung detektiert und bei Vorliegen eines Längs-Kurzschlusses die Spannungsversorgungs-Vorrichtung in einen sicheren Zustand überführt werden kann.The present document addresses the technical problem of providing a switching arrangement which efficiently and reliably detects a longitudinal short circuit between the input and output of a DC-DC converter of a power supply device and, in the presence of a longitudinal short circuit, the power supply device in FIG a safe state can be transferred.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen definiert, in nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in der beigefügten Zeichnung dargestellt.The object is solved by the subject matter of the independent patent claim. Advantageous embodiments are defined in particular in the dependent claims, described in the following description or illustrated in the accompanying drawings.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Schaltanordnung zur Absicherung einer Spannungsversorgungs-Vorrichtung eines elektrischen Geräts beschrieben. Die Spannungsversorgungs-Vorrichtung kann z.B. eingerichtet sein, mehrere unterschiedliche Gleichspannungen auf mehreren unterschiedlichen Spannungsschienen bereitzustellen (z.B. für den Betrieb von unterschiedlichen elektronischen Komponenten eines elektrischen Geräts). Die unterschiedlichen Gleichspannungen können dabei auf Basis einer Netzspannung (insbesondere einer Wechselspannung, z.B. einer 230V bzw. 130V Netzspannung) generiert werden.According to one aspect of the invention, a circuit arrangement for securing a power supply device of an electrical device is described. The power supply device may e.g. be configured to provide several different DC voltages on a plurality of different voltage rails (e.g., for the operation of different electronic components of an electrical device). The different DC voltages can be generated on the basis of a mains voltage (in particular an AC voltage, for example a 230V or 130V mains voltage).

Zur Bereitstellung der unterschiedlichen Spannungsschienen umfasst die Spannungsversorgungs-Vorrichtung einen ersten Gleichspannungswandler und einen zweiten Gleichspannungswandler. Der erste Gleichspannungswandler und der zweite Gleichspannungswandler können jeweils Abwärtswandler sein. Der erste Gleichspannungswandler ist eingerichtet, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer ersten Nennspannung (für eine erste Spannungsschiene) bereitzustellen. Dabei kann am Eingang des ersten Gleichspannungswandlers eine Basisspannung anliegen (die z.B. mittels eines Gleichrichters aus der Netzspannung generiert wurde). Die erste Nennspannung ist typischerweise kleiner als die Basisspannung.To provide the different voltage rails, the power supply device comprises a first DC-DC converter and a second DC-DC converter. The first DC-DC converter and the second DC-DC converter may each be buck converters. The first DC-DC converter is configured to provide at its output electrical energy at a first rated voltage (for a first voltage rail). In this case, a base voltage can be present at the input of the first DC-DC converter (which has been generated from the mains voltage, for example, by means of a rectifier). The first rated voltage is typically less than the base voltage.

Der zweite Gleichspannungswandler ist eingerichtet, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer zweiten Nennspannung (für eine zweite Spannungsschiene) bereitzustellen. Der Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers kann dabei (ggf. direkt) mit dem Eingang des zweiten Gleichspannungswandlers gekoppelt sein. Insbesondere kann der zweite Gleichspannungswandler eingerichtet sein, elektrische Energie mit der ersten Nennspannung in elektrische Energie mit der zweiten Nennspannung zu wandeln, wobei die zweite Nennspannung typischerweise kleiner als die erste Nennspannung ist.The second DC-DC converter is adapted to provide at its output electrical energy at a second rated voltage (for a second voltage rail). The output of the first DC-DC converter can be coupled (possibly directly) to the input of the second DC-DC converter. In particular, the second DC-DC converter may be configured to convert electrical energy having the first nominal voltage into electrical energy having the second nominal voltage, the second nominal voltage typically being smaller than the first nominal voltage.

Die Spannungsversorgungs-Vorrichtung umfasst somit eine Kaskade von zwei oder mehr Gleichspannungswandlern, um zwei oder mehr unterschiedliche Spannungsschienen mit unterschiedlichen Nennspannungen bereitzustellen. Beispielsweise können die erste Nennspannung bei 28V und die zweite Nennspannung bei 12V liegen. Ein Gleichspannungswandler kann einen Schaltregler und/oder ein Schaltnetzteil (z.B. einen Buck-Wandler) umfassen. Insbesondere kann ein Gleichspannungswandler einen Leistungstransistor und eine Spule umfassen, wobei der Leistungstransistor periodisch ein- und ausgeschaltet wird, um elektrische Energie von dem Eingang des Gleichspannungswandlers über die Spule zu dem Ausgang des Gleichspannungswandlers zu übertragen. Aufgrund eines Defektes des Gleichspannungswandlers (insbesondere des Leistungstransistors) kann es dabei zu einem Längs-Kurzschluss des Gleichspannungswandlers zwischen dem Eingang des Gleichspannungswandlers und dem Ausgang des Gleichspannungswandlers kommen. Als Folge daraus kann eine Überhöhung der Spannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers bewirkt werden (da der Ausgang mit dem Eingang kurzgeschlossen ist). Alternativ oder ergänzend kann es als Folge daraus zu einer Überhöhung des Stroms am Ausgang des Gleichspannungswandlers kommen (insbesondere wenn am Ausgang des Gleichspannungswandlers ein LED (Light Emitting Diode)-Strang betrieben wird. Dadurch können ein nachfolgender Gleichspannungswandler und/oder ein an der jeweiligen Spannungsschiene angeschlossenes Bauteil eines elektrischen Geräts beschädigt werden. Des Weiteren kann es bei einer Überhöhung des Stroms durch einen LED-Strang zu einer Verschiebung des Spektrums des durch den LED-Strang abgestrahlten Lichts kommen (z.B. in Richtung „blau“ mit Wellenlängen unter 500nm), was typischerweise unzulässig ist.The power supply device thus comprises a cascade of two or more DC-DC converters to provide two or more different voltage rails with different nominal voltages. For example, the first rated voltage may be 28V and the second rated voltage may be 12V. A DC-DC converter may include a switching regulator and / or a switching power supply (eg, a Buck converter). In particular, a DC-DC converter may include a power transistor and a coil, wherein the power transistor is periodically turned on and off to transfer electrical energy from the input of the DC-DC converter through the coil to the output of the DC-DC converter. Due to a defect of the DC-DC converter (in particular of the power transistor), a longitudinal short-circuit of the DC-DC converter between the input of the DC-DC converter and the output of the DC-DC converter can occur. As a result, an increase in the voltage at the output of the DC-DC converter can be effected (since the output is short-circuited to the input). As an alternative or in addition, an increase in the current at the output of the DC-DC converter may occur as a result (in particular if an LED (Light Emitting Diode) string is operated at the output of the DC-DC converter DC converter and / or connected to the respective voltage rail component of an electrical device are damaged. Furthermore, if the current through an LED string is increased, the spectrum of the light emitted by the LED string may shift (for example, toward "blue" with wavelengths below 500 nm), which is typically inadmissible.

Zumindest der erste Gleichspannungswandler der Spannungsversorgungs-Vorrichtung umfasst einen Kurzschluss-Schutzmechanismus, der eingerichtet ist, den Eingang des ersten Gleichspannungswandlers von dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers zu entkoppeln (zumindest für einen Gleichstrom), wenn am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers ein Kurzschluss vorliegt. Der Kurzschluss-Schutzmechanismus kann dabei derart ausgelegt sein, dass die Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang rückgängig gemacht werden kann (z.B. durch einen Schalter). Es kann z.B. im Rahmen des Kurzschluss-Schutzmechanismus wiederholt bzw. periodisch überprüft werden, ob weiterhin ein Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers vorliegt. Wenn dies weiter der Fall ist, so kann die Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang fortgeführt werden bzw. es kann wieder eine Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang bewirkt werden. Andererseits kann wieder der Normalbetrieb des ersten Gleichspannungswandlers aufgenommen werden. In entsprechender Weise können auch der zweite Gleichspannungswandler und ggf. ein oder mehrere weitere Gleichspannungswandler einen Kurzschluss-Schutzmechanismus aufweisen.At least the first DC-DC converter of the power supply device includes a short-circuit protection mechanism configured to decouple the input of the first DC-DC converter from the output of the first DC-DC converter (at least for a DC current) if there is a short circuit at the output of the first DC-DC converter. The short-circuit protection mechanism can be designed such that the decoupling between input and output can be reversed (for example by a switch). It can e.g. be repeatedly or periodically checked as part of the short-circuit protection mechanism, if there is still a short circuit at the output of the first DC-DC converter. If this is the case further, then the decoupling between input and output can be continued or a decoupling between input and output can again be effected. On the other hand, the normal operation of the first DC-DC converter can be resumed. In a corresponding manner, the second DC-DC converter and optionally one or more further DC-DC converters may also have a short-circuit protection mechanism.

Die am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers bereitgestellte elektrische Energie sollte eine erste Nennspannung aufweisen. Des Weiteren sollte ein bestimmter erster Grenzstrom nicht überschritten werden. Insbesondere kann eine Spannung am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers, die über der ersten Nennspannung liegt, ein Hinweis auf einen Längs-Kurzschluss des ersten Gleichspannungswandlers sein. Alternativ oder ergänzend kann ein Strom am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers, der über dem ersten Grenzstrom liegt, ein Hinweis auf einen Längs-Kurzschluss des ersten Gleichspannungswandlers sein. In entsprechender Weise kann für den zweiten Gleichspannungswandler ein zweiter Grenzstrom definiert werden, der einen Längs-Kurzschluss des zweiten Gleichspannungswandlers anzeigt. Außerdem kann für einen dritten oder weiteren Gleichspannungswandler ein dritter oder weiterer Grenzstrom definiert werden, der einen Längs-Kurzschluss des dritten oder weiteren Gleichspannungswandlers anzeigt.The electrical energy provided at the output of the first DC-DC converter should have a first nominal voltage. Furthermore, a certain first limit current should not be exceeded. In particular, a voltage at the output of the first DC-DC converter which is above the first rated voltage may be an indication of a longitudinal short-circuit of the first DC-DC converter. Alternatively or additionally, a current at the output of the first DC-DC converter, which is above the first limit current, be an indication of a longitudinal short circuit of the first DC-DC converter. In a corresponding manner, a second limit current can be defined for the second DC-DC converter, which indicates a longitudinal short circuit of the second DC-DC converter. In addition, for a third or further DC-DC converter, a third or further limiting current can be defined, which indicates a longitudinal short-circuit of the third or further DC-DC converter.

Die Schaltanordnung umfasst ein Detektionsmittel, das eingerichtet sein kann, das Vorliegen einer über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers zu detektieren. Insbesondere kann anhand des Detektionsmittels eine Überschussspannung generiert werden, die anzeigt, ob die Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers größer als die zweite Nennspannung ist (z.B. um eine bestimmte Mindestmarge größer als die zweite Nennspannung ist). Alternativ oder ergänzend kann das Detektionsmittel eingerichtet sein, das Vorliegen eines über den zweiten Grenzstrom hinausgehenden Stroms am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers zu detektieren. Insbesondere kann Strominformation (z.B. in Form eines Spannungsabfalls an einem Mess-Widerstand) generiert werden, die anzeigt, ob der Strom am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers größer als der zweite Grenzstrom ist (z.B. um eine bestimmte Mindestmarge).The switching arrangement comprises a detection means, which may be configured to detect the presence of a voltage in excess of the second rated voltage at the output of the second DC-DC converter. In particular, an excess voltage can be generated from the detection means, which indicates whether the voltage at the output of the second DC-DC converter is greater than the second nominal voltage (e.g., greater than the second nominal voltage by a certain minimum margin). Alternatively or additionally, the detection means may be configured to detect the presence of a current in excess of the second limiting current at the output of the second DC-DC converter. In particular, current information (e.g., in the form of a voltage drop across a sense resistor) may be generated which indicates whether the current at the output of the second DC-DC converter is greater than the second limit current (e.g., a certain minimum margin).

Außerdem umfasst die Schaltanordnung ein Kurzschlussmittel, das eingerichtet ist, einen Kurzschluss (ggf. direkt) am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers zu bewirken, wenn am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers eine über die zweite Nennspannung des zweiten Gleichspannungswandlers hinausgehende Spannung und/oder ein über den zweiten Grenzstrom hinausgehender Strom vorliegt. Insbesondere kann durch das Kurzschlussmittel ein Kurzschluss (ggf. direkt) am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers bewirkt werden, wenn die durch das Detektionsmittel bereitgestellte Überschussspannung anzeigt, dass die Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers größer als die zweite Nennspannung ist (ggf. um mindestens die bestimmte Mindestmarge) und/oder wenn die Strominformation anzeigt, dass der Strom am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers größer als der zweite Grenzstrom ist (z.B. um eine bestimmte Mindestmarge).In addition, the switching arrangement comprises a short-circuit means which is designed to cause a short circuit (possibly directly) at the output of the first DC-DC converter, if at the output of the second DC-DC converter, a voltage exceeding the second nominal voltage of the second DC-DC converter and / or via the second limiting current outgoing current is present. In particular, a short circuit (possibly directly) at the output of the first DC-DC converter can be caused by the short-circuiting means, if the excess voltage provided by the detection means indicates that the voltage at the output of the second DC-DC converter is greater than the second rated voltage (possibly by at least the certain Minimum margin) and / or when the current information indicates that the current at the output of the second DC-DC converter is greater than the second limit current (eg, by a certain minimum margin).

Durch das Erzeugen eines Kurzschlusses am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers wird der Kurschluss-Schutzmechanismus des ersten Gleichspannungswandlers aktiviert, so dass eine Entkopplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers bewirkt wird. So kann die Spannungsversorgungs-Vorrichtung in effizienter und zuverlässiger Weise bei Vorliegen eines Längs-Kurzschlusses über einen Gleichspannungswandler in einen sicheren Zustand überführt werden.By generating a short circuit at the output of the first DC-DC converter, the short-circuit protection mechanism of the first DC-DC converter is activated, so that a decoupling between the input and the output of the first DC-DC converter is effected. Thus, the power supply device can be efficiently and reliably transferred to a safe state via a DC-DC converter in the presence of a longitudinal short circuit.

Das Detektionsmittel kann eingerichtet sein, eine am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers anliegende zweite Spannung in eine zweite Grundspannung und in die Überschussspannung aufzuteilen. Dabei hängt die zweite Grundspannung von der zweiten Nennspannung ab. Beispielsweise kann die zweite Grundspannung der zweiten Nennspannung entsprechen (ggf. mit einer zusätzlichen Sicherheitsmarge). Das Kurzschlussmittel kann dann in Abhängigkeit von der Überschussspannung gesteuert werden, um einen Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers zu bewirken.The detection means may be configured to divide a voltage applied to the output of the second DC-DC converter second voltage into a second base voltage and in the excess voltage. The second basic voltage depends on the second nominal voltage. For example, the second base voltage of the second Nominal voltage correspond (possibly with an additional safety margin). The short-circuiting means may then be controlled in response to the excess voltage to cause a short circuit at the output of the first DC-DC converter.

Das Detektionsmittel kann eine zweite Spannungskomponente und einen elektrischen Widerstand umfassen, die in Reihe zueinander, und insgesamt parallel zu dem Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers angeordnet sein können. Insbesondere können die zweite Spannungskomponente und der elektrische Widerstand einen Spannungsteiler in Bezug auf die Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers bilden. Die zweite Spannungskomponente kann dabei eingerichtet sein, einen festen Spannungsabfall zu bewirken. Insbesondere kann der Spannungsabfall an der zweiten Spannungskomponente der zweiten Grundspannung entsprechen oder die zweite Grundspannung sein. Andererseits kann die Überschussspannung dem Spannungsabfall an dem elektrischen Widerstand entsprechen. So kann in effizienter Weise eine Überschussspannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers detektiert werden.The detection means may comprise a second voltage component and an electrical resistance, which may be arranged in series with each other and in total parallel to the output of the second DC-DC converter. In particular, the second voltage component and the electrical resistance may form a voltage divider with respect to the voltage at the output of the second DC-DC converter. The second voltage component may be configured to cause a fixed voltage drop. In particular, the voltage drop across the second voltage component may correspond to the second base voltage or be the second base voltage. On the other hand, the excess voltage may correspond to the voltage drop across the electrical resistance. Thus, an excess voltage can be detected at the output of the second DC-DC converter in an efficient manner.

Die zweite Spannungskomponente kann z.B. eine Zenerdiode und/oder einen Spannungsregler (insbesondere einen Shuntregler) umfassen. Dabei kann die Durchbruchspannung der Zenerdiode von der zweiten Grundspannung abhängen, insbesondere der zweiten Grundspannung entsprechen. Des Weiteren kann eine Referenzspannung des Spannungsreglers von der zweiten Grundspannung abhängen und/oder der zweiten Grundspannung entsprechen. So kann in präziser und effizienter Weise eine über die zweite Nennspannung hinausgehende Überschussspannung generiert werden.The second voltage component may e.g. a zener diode and / or a voltage regulator (in particular a shunt regulator). In this case, the breakdown voltage of the zener diode can depend on the second base voltage, in particular corresponding to the second base voltage. Furthermore, a reference voltage of the voltage regulator may depend on the second base voltage and / or correspond to the second base voltage. In this way, a surplus voltage in excess of the second nominal voltage can be generated in a precise and efficient manner.

Das Kurzschlussmittel kann ein Schaltelement umfassen, das eingerichtet ist, den Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers kurzzuschließen. Dabei kann das Schaltelement einen Triac, einen Thyristor, einen Feldeffekttransistor, ein IGBT, einen bipolar Transistor und/oder ein Relais umfassen. Das Schaltelement kann dann in Abhängigkeit von der über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung geschlossen oder geöffnet werden. Insbesondere kann das Schaltelement in Abhängigkeit von der Überschussspannung geschlossen oder geöffnet werden (um den Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers zu bewirken oder aufzuheben). Zu diesem Zweck kann ein Kontrollport des Schaltelements mit der Überschussspannung gekoppelt sein.The shorting means may comprise a switching element configured to short the output of the first DC-DC converter. In this case, the switching element may comprise a triac, a thyristor, a field effect transistor, an IGBT, a bipolar transistor and / or a relay. The switching element can then be closed or opened depending on the voltage beyond the second rated voltage. In particular, the switching element can be closed or opened in response to the excess voltage (to cause or cancel the short circuit at the output of the first DC-DC converter). For this purpose, a control port of the switching element may be coupled to the excess voltage.

Die Überschussspannung (an dem elektrischen Widerstand) kann über einen Tiefpassfilter und/oder über ein Verzögerungsglied, insbesondere über ein RC-Glied, mit dem Kontrollport des Schaltelements gekoppelt sein. So können Schwankungen der Überschussspannung ausgeglichen werden. Des Weiteren kann so ein Aufheben des Kurzschlusses am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (infolge einer sinkenden Überschussspannung) verzögert werden.The excess voltage (at the electrical resistance) can be coupled to the control port of the switching element via a low-pass filter and / or via a delay element, in particular via an RC element. Thus, fluctuations in the excess voltage can be compensated. Furthermore, such a cancellation of the short circuit at the output of the first DC-DC converter (due to a sinking excess voltage) can be delayed.

Bei Erkennung einer Überschussspannung kann somit automatisch durch das Schaltelement ein Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers bewirkt werden. Dadurch wird der Kurzschluss-Schutzmechanismus des ersten Gleichspannungswandlers ausgelöst, so dass der Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers von dem Eingang des ersten Gleichspannungswandlers entkoppelt wird. Als Folge daraus sinken auch die (von der Spannung am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers abhängige) Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers und damit die Überschussspannung. Dies führt wiederum dazu, dass (ggf. nach einer Verzögerung) der durch das Kurzschlussmittel bewirkte Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers wieder aufgehoben wird.Upon detection of a surplus voltage can thus be effected automatically by the switching element, a short circuit at the output of the first DC-DC converter. As a result, the short-circuit protection mechanism of the first DC-DC converter is triggered, so that the output of the first DC-DC converter is decoupled from the input of the first DC-DC converter. As a result, the voltage (which depends on the voltage at the output of the first DC-DC converter) at the output of the second DC-DC converter and hence the excess voltage also decrease. This in turn means that (possibly after a delay) the short circuit caused by the short-circuit means is canceled again at the output of the first DC-DC converter.

Wie oben dargelegt, kann der Kurzschluss-Schutzmechanismus des ersten Gleichspannungsreglers eingerichtet sein, das Vorliegen eines Kurzschlusses am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers wiederholt (z.B. periodisch) zu überprüfen. Zu diesem Zweck kann die Entkopplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers vorübergehend aufgehoben werden, um prüfen zu können, ob der Kurzschluss am Ausgang weiterhin besteht. Wenn der Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers wieder aufgehoben wurde, so wird durch den ersten Gleichspannungswandler die erste Nennspannung bereitgestellt, was wiederum zu einer Spannungsüberhöhung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers führt, wenn der Längs-Kurzschluss über dem zweiten Gleichspannungswandler weiterhin besteht. Diese Spannungsüberhöhung kann durch das Detektionsmittel detektiert werden (durch Bereitstellung einer Überschussspannung) und das Kurzschlussmittel kann wiederum einen Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers bewirken.As stated above, the short-circuit protection mechanism of the first DC regulator may be configured to repeatedly (e.g., periodically) check for the presence of a short circuit at the output of the first DC-DC converter. For this purpose, the decoupling between the input and the output of the first DC-DC converter can be temporarily canceled, in order to be able to check whether the short circuit still exists at the output. When the short circuit at the output of the first DC-DC converter has been canceled, the first DC voltage is provided by the first DC-DC converter, which in turn leads to a voltage overshoot at the output of the second DC-DC converter, if the longitudinal short circuit continues to exist across the second DC-DC converter. This voltage overshoot can be detected by the detection means (by providing an excess voltage) and the short-circuit means can in turn cause a short circuit at the output of the first DC-DC converter.

Die Spannungsversorgungs-Vorrichtung und die Schaltanordnung können somit wiederholt (ggf. periodisch) aktiviert werden, um das unveränderte Vorliegen eines Längs-Kurzschlusses zu überprüfen. Die wiederholte Aktivierung kann dabei automatisch erfolgen. So kann in zuverlässiger und effizienter Weise eine automatische Wiederinbetriebnahme nach einem Fehlerfall ermöglicht werden.The power supply device and the switching arrangement can thus be repeatedly (possibly periodically) activated to check the unchanged presence of a longitudinal short circuit. The repeated activation can be done automatically. Thus, an automatic restart after a failure can be made possible in a reliable and efficient manner.

Das Detektionsmittel kann eingerichtet sein, das Vorliegen einer über die erste Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers zu detektieren. Des Weiteren kann das Detektionsmittel eingerichtet sein, eine Überschussspannung bereitzustellen, die (ggf. auch) das Vorliegen einer über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers und/oder das Vorliegen einer über die erste Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers anzeigt. So kann einem Längs-Kurzschluss am ersten Gleichspannungswandler entgegengewirkt werden.The detection means may be arranged to have one above the first rated voltage voltage to be detected at the output of the first DC-DC converter. Furthermore, the detection means may be configured to provide an excess voltage which (possibly also) indicates the presence of a voltage beyond the second nominal voltage at the output of the second DC-DC converter and / or the presence of a voltage beyond the first nominal voltage at the output of the first DC-DC converter , Thus, a longitudinal short circuit on the first DC-DC converter can be counteracted.

Das Detektionsmittel kann zu diesem Zweck eine erste Spannungskomponente (z.B. in Form einer Zenerdiode und/oder eines Spannungsreglers) umfassen, die mit dem elektrischen Widerstand in Reihe parallel zu dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers angeordnet ist, um eine am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers anliegende erste Spannung in eine erste Grundspannung und in die Überschussspannung aufzuteilen. Dabei entspricht die erste Grundspannung einem Spannungsabfall an der ersten Spannungskomponente, wobei die erste Grundspannung von der ersten Nennspannung abhängt. So können in effizienter Weise Spannungsüberhöhungen an zumindest einem der Gleichspannungswandler der Spannungsversorgungs-Vorrichtung detektiert werden.For this purpose, the detection means may comprise a first voltage component (eg in the form of a Zener diode and / or a voltage regulator) which is arranged with the electrical resistance in series parallel to the output of the first DC-DC converter, around a voltage applied to the output of the first DC-DC converter first voltage divided into a first ground voltage and the excess voltage. In this case, the first base voltage corresponds to a voltage drop across the first voltage component, wherein the first base voltage depends on the first rated voltage. Thus, voltage overshoots can be efficiently detected on at least one of the DC-DC converters of the power supply device.

Wie bereits oben dargelegt, kann die Spannungsversorgungs-Vorrichtung einen dritten Gleichspannungswandler umfassen, wobei der Eingang des dritten Gleichspannungswandlers (ggf. direkt) mit dem Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers gekoppelt sein kann. Der dritte Gleichspannungswandler kann eingerichtet sein, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer dritten Nennspannung (z.B. von 5V) bereitzustellen (z.B. auf Basis der elektrischen Energie mit der zweiten Nennspannung).As already stated above, the power supply device may comprise a third DC-DC converter, wherein the input of the third DC-DC converter (possibly directly) may be coupled to the output of the second DC-DC converter. The third DC-DC converter may be configured to provide at its output electrical energy at a third rated voltage (e.g., 5V) (e.g., based on electrical energy at the second rated voltage).

Das Detektionsmittel kann eingerichtet sein, das Vorliegen einer über die dritte Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des dritten Gleichspannungswandlers zu detektieren. Zu diesem Zweck kann das Detektionsmittel eine dritte Spannungskomponente (z.B. in Form einer Zenerdiode und/oder eines Spannungsreglers) umfassen, die mit dem elektrischen Widerstand in Reihe zueinander, und insgesamt parallel zu dem Ausgang des dritten Gleichspannungswandlers angeordnet ist.The detection means may be configured to detect the presence of a voltage in excess of the third rated voltage at the output of the third DC-DC converter. For this purpose, the detection means may comprise a third voltage component (e.g., in the form of a Zener diode and / or a voltage regulator) arranged in series with the electrical resistance and generally parallel to the output of the third DC-DC converter.

Des Weiteren kann das Detektionsmittel eingerichtet sein, eine Überschussspannung bereitzustellen (insbesondere an dem elektrischen Widerstand), die das Vorliegen einer über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers und/oder das Vorliegen einer über die dritte Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des dritten Gleichspannungswandlers anzeigt. Es können somit in effizienter Weise Längs-Kurzschlüsse über zumindest einen einer Vielzahl von unterschiedlichen Gleichspannungswandlern detektiert werden.Furthermore, the detection means can be set up to provide an excess voltage (in particular at the electrical resistance) which is the presence of a voltage beyond the second rated voltage at the output of the second DC-DC converter and / or the presence of a voltage beyond the third nominal voltage at the output of the third DC-DC converter displays. Thus, longitudinal short circuits can be efficiently detected via at least one of a plurality of different DC-DC converters.

Alternativ oder ergänzend zu der Ermittlung einer Überschussspannung am Ausgang eines Gleichspannungswandlers kann das Detektionsmittel eingerichtet sein, Strominformation in Bezug auf einen am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers fließenden zweiten Strom zu erfassen. Das Detektionsmittel kann z.B. einen zweiten Mess-Widerstand umfassen, durch den der zweite Strom am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers fließt. Die Strominformation kann dann den Spannungsabfall an dem zweiten Mess-Widerstand umfassen bzw. dem Spannungsabfall an dem zweiten Mess-Widerstand entsprechen. Es kann dann in Abhängigkeit von der Strominformation ermittelt werden, ob der zweite Strom größer als der zweite Grenzstrom ist oder nicht.Alternatively or in addition to the determination of an excess voltage at the output of a DC-DC converter, the detection means may be configured to detect current information with respect to a second current flowing at the output of the second DC-DC converter. The detection means may e.g. comprise a second measuring resistor through which the second current flows at the output of the second DC-DC converter. The current information may then include the voltage drop across the second measurement resistor or correspond to the voltage drop across the second measurement resistor. It can then be determined as a function of the current information, whether the second current is greater than the second limiting current or not.

Insbesondere kann das Detektionsmittel einen zweiten Schwellenwertschalter (z.B. einen IC-Baustein) umfassen, der eingerichtet ist, auf Basis der Strominformation ein zweites Strom-Messsignal zu generieren, das anzeigt, ob der zweite Strom größer als der zweite Grenzstrom ist oder nicht. Der zweite Schwellenwertschalter kann eingerichtet sein, den Spannungsabfall an dem zweiten Mess-Widerstand mit einem dem zweiten Grenzstrom entsprechenden zweiten Spannungs-Schwellenwert zu vergleichen, um das zweite Strom-Messsignal zu generieren. Das zweite Strom-Messsignal kann dann ein unterschiedliches Potential aufweisen, je nachdem, ob der Spannungsabfall an dem zweiten Mess-Widerstand größer oder kleiner als der zweite Spannungs-Schwellenwert ist. Das Kurzschlussmittel kann dann eingerichtet sein, den Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers in Abhängigkeit von dem zweiten Strom-Messsignal zu bewirken. So kann in zuverlässiger Weise ein Längs-Kurzschluss detektiert werden. Des Weiteren kann so in zuverlässiger Weise eine Gegenmaßnahme bewirkt werden, um Auswirkungen des Längs-Kurzschlusses auf die Spannungsversorgungs-Vorrichtung und/oder auf versorgte Bauteile (z.B. auf LEDs) zu vermeiden.In particular, the detection means may comprise a second threshold switch (e.g., an IC) configured to generate a second current sense signal based on the current information indicating whether or not the second current is greater than the second limit current. The second threshold switch may be configured to compare the voltage drop across the second sensing resistor with a second voltage threshold corresponding to the second limiting current to generate the second current sensing signal. The second current measurement signal may then have a different potential, depending on whether the voltage drop across the second measurement resistor is greater or less than the second voltage threshold value. The short-circuiting means may then be arranged to cause the short circuit at the output of the first DC-DC converter as a function of the second current measurement signal. Thus, a longitudinal short circuit can be reliably detected. Furthermore, a countermeasure can thus be taken in a reliable manner to avoid effects of the longitudinal short circuit on the power supply device and / or on powered components (for example on LEDs).

In entsprechender Weise kann ein Längs-Kurzschluss des ersten Gleichspannungswandlers und/oder eines dritten bzw. weiteren Gleichspannungswandlers auf Basis des Stroms am Ausgang des jeweiligen Gleichspannungswandlers detektiert werden. Insbesondere kann das Detektionsmittel einen ersten Schwellenwertschalter umfassen, der eingerichtet ist, ein erstes Strom-Messsignal zu generieren, das anzeigt, ob ein erster Strom am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers größer als der erste Grenzstrom ist. Zu diesem Zweck kann mittels eines ersten Mess-Widerstands ein Spannungsabfall generiert werden, der proportional zu dem ersten Strom am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers ist. Dieser erste Spannungsabfall kann dann mit einem ersten Spannungs-Schwellenwert verglichen werden, der von dem ersten Grenzstrom abhängt. In entsprechender Weise kann ein drittes Strom-Messsignal für einen dritten Gleichspannungswandler bereitgestellt werden.In a corresponding manner, a longitudinal short circuit of the first DC-DC converter and / or a third or further DC-DC converter based on the current at the output of the respective DC-DC converter can be detected. In particular, the detection means may include a first threshold switch configured to generate a first current measurement signal indicating whether a first current at the output of the first DC-DC converter is greater than that first limit current is. For this purpose, a voltage drop can be generated by means of a first measuring resistor which is proportional to the first current at the output of the first DC-DC converter. This first voltage drop can then be compared to a first voltage threshold that depends on the first limit current. In a corresponding manner, a third current measurement signal for a third DC-DC converter can be provided.

Das Detektionsmittel kann Verknüpfungsmittel umfassen, die eingerichtet sind, das erste Strom-Messsignal und das zweite Strom-Messsignal (und ggf. ein drittes Strom-Messsignal) zu verknüpfen, um ein kombiniertes Strom-Messsignal zu generieren, dass anzeigt, ob der zweite Strom größer als der zweite Grenzstrom ist und/oder ob der erste Strom größer als der erste Grenzstrom ist (und/oder ob ein dritter Strom am Ausgang eines dritten Gleichspannungswandlers größer als ein dritter Grenzstrom ist). Die Verknüpfungsmittel können z.B. Dioden umfassen, die die Ausgänge der Schwellenwertschalter miteinander verknüpfen, um an dem Verknüpfungspunkt das kombinierte Strom-Messsignal bereitzustellen. Das Kurzschlussmittel kann dann eingerichtet sein, den Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers in Abhängigkeit von dem kombinierten Strom-Messsignal zu bewirken. So können in effizienter Weise mehrere Gleichspannungswandler auf das Vorliegen eines Längs-Kurzschlusses überwacht werden.The detection means may comprise combining means arranged to combine the first current measurement signal and the second current measurement signal (and possibly a third current measurement signal) to generate a combined current measurement signal indicating whether the second current is greater than the second limiting current and / or if the first current is greater than the first limiting current (and / or if a third current at the output of a third DC-DC converter is greater than a third limiting current). The linking agents may e.g. Comprise diodes which interconnect the outputs of the threshold switches to provide the combined current sense signal at the node. The short-circuiting means may then be arranged to cause the short circuit at the output of the first DC-DC converter as a function of the combined current measurement signal. Thus, several DC-DC converters can be monitored for the presence of a longitudinal short-circuit in an efficient manner.

Alternativ oder ergänzend zu der Verwendung eines Schwellenschalters kann das Detektionsmittel ein (zweites) Mess-Schaltelement (z.B. einen Transistor, etwa einen Bipolartransistor) umfassen, das in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an dem (zweiten) Mess-Widerstand geschlossen wird. In entsprechender Weise können für die anderen Spannungsschienen Mess-Schaltelemente bereitgestellt werden.Alternatively or in addition to the use of a threshold switch, the detection means may comprise a (second) sensing switching element (e.g., a transistor, such as a bipolar transistor) which is closed in response to the voltage drop across the (second) sensing resistor. In a corresponding manner, measuring switching elements can be provided for the other voltage rails.

Der elektrische Widerstand zur Ermittlung einer Überschussspannung kann dann derart angeordnet sein, dass die Überschussspannung an dem elektrischen Widerstand von einem Strom durch das (zweite) Mess-Schaltelement abhängt. Das Kurzschlussmittel kann dann (wie oben dargelegt) in Abhängigkeit von der Überschussspannung gesteuert werden.The electrical resistance for determining an excess voltage can then be arranged such that the excess voltage at the electrical resistance depends on a current through the (second) measuring switching element. The short-circuiting means may then be controlled (as set out above) in response to the excess voltage.

Insbesondere kann somit für eine Spannungsschiene ein Mess-Widerstand bereitgestellt werden, der in Reihe zu der jeweiligen Last der Spannungsschiene angeordnet ist. Durch den Spannungsabfall an dem Mess-Widerstand kann dann ein Mess-Schaltelement geschlossen werden, wenn der Strom durch den Mess-Widerstand den jeweiligen Grenzstrom überschreitet. Es fließt dann ein Mess-Strom durch das geschlossene Mess-Schaltelement. Dieser Mess-Strom kann dazu genutzt werden, eine Überschussspannung zur Steuerung der Kurzschlussmittel zu generieren. So kann in effizienter Weise eine Stromüberwachung an ein oder mehreren Spannungsschienen bereitgestellt werden.In particular, a measuring resistor can thus be provided for a voltage rail which is arranged in series with the respective load of the voltage rail. By the voltage drop across the measuring resistor then a measuring switching element can be closed when the current through the measuring resistor exceeds the respective limit current. Then a measuring current flows through the closed measuring switching element. This measuring current can be used to generate an excess voltage for controlling the short-circuiting means. Thus, current monitoring can be efficiently provided to one or more voltage rails.

Wie bereits oben dargelegt, kann die (durch den Kurzschluss-Mechanismus des ersten Gleichspannungswandlers bewirkte) Entkopplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers vorübergehend aufgehoben werden (z.B. periodisch). Des Weiteren kann der durch das Kurzschlussmittel bewirkte Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers aufgehoben werden (z.B. periodisch). Es kann so wiederholt überprüft werden, ob der Längs-Kurzschluss über einen Gleichspannungswandler der Spannungsversorgungs-Vorrichtung weiterhin besteht. Insbesondere kann (bei weiterem Bestehen eines Längs-Kurzschlusses) wiederholt durch das Detektionsmittel eine Überschussspannung und/oder ein überhöhter Strom am Ausgang eines Gleichspannungswandlers detektiert werden, so dass wiederholt durch das Kurzschlussmittel ein Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers bewirkt wird. Andererseits kann der normale Betrieb der Spannungsversorgungs-Vorrichtung fortgeführt werden, wenn keine Überschussspannung und/oder kein überhöhter Strom detektiert wird. Durch das wiederholte Aufheben des Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers kann somit nach einem Fehlerfall eine automatische Wiederinbetriebnahme bewirkt werden.As stated above, the decoupling (effected by the short circuit mechanism of the first DC-DC converter) between the input and the output of the first DC-DC converter can be temporarily canceled (e.g., periodically). Furthermore, the short circuit caused by the short-circuiting means may be canceled (e.g., periodically) at the output of the first DC-DC converter. It can thus be checked repeatedly whether the longitudinal short-circuit via a DC-DC converter of the power supply device still exists. In particular (if a longitudinal short-circuit continues to exist), an excess voltage and / or an excessive current at the output of a DC-DC converter can be repeatedly detected by the detection means so that a short-circuit is repeatedly caused at the output of the first DC-DC converter by the short-circuiting means. On the other hand, the normal operation of the power supply device can be continued if no excess voltage and / or excessive current is detected. Due to the repeated cancellation of the short circuit at the output of the first DC-DC converter, an automatic restart can thus be effected after an error.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Spannungsversorgungs-Vorrichtung für ein elektrisches Gerät, insbesondere für ein Hausgerät bzw. ein Haushaltsgerät, beschrieben. Die Spannungsversorgungs-Vorrichtung umfasst einen ersten Gleichspannungswandler und einen zweiten Gleichspannungswandler. Der erste Gleichspannungswandler ist eingerichtet, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer ersten Nennspannung bereitzustellen, und der zweite Gleichspannungswandler ist eingerichtet, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer zweiten Nennspannung bereitzustellen. Dabei ist der Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (ggf. direkt) mit dem Eingang des zweiten Gleichspannungswandlers gekoppelt. Der erste Gleichspannungswandler umfasst einen Kurzschluss-Schutzmechanismus, der eingerichtet ist, einen Eingang des ersten Gleichspannungswandlers von dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers zu entkoppeln, wenn am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers ein Kurzschluss vorliegt. Außerdem umfasst die Spannungsversorgungs-Vorrichtung die in diesem Dokument beschriebene Schaltanordnung. According to a further aspect, a power supply device for an electrical device, in particular for a domestic appliance or a household appliance, is described. The power supply device comprises a first DC-DC converter and a second DC-DC converter. The first DC-DC converter is configured to provide electrical power at a first rated voltage at its output, and the second DC-DC converter is configured to provide electrical power at a second nominal voltage at its output. In this case, the output of the first DC-DC converter (possibly directly) is coupled to the input of the second DC-DC converter. The first DC-DC converter includes a short circuit protection mechanism configured to decouple an input of the first DC-DC converter from the output of the first DC-DC converter when there is a short circuit at the output of the first DC-DC converter. In addition, the power supply device includes the circuitry described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hausgeräte bzw. ein Haushaltsgeräte (insbesondere ein Kühlgerät) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Spannungsversorgungs-Vorrichtung umfasst.According to a further aspect, a domestic appliance or a household appliance (in particular a refrigerator) is described, which comprises the power supply device described in this document.

Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Schaltanordnung in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that any aspects of the circuitry described in this document can be combined in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined in a variety of ways.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

  • 1 eine beispielhafte Spannungsversorgungs-Vorrichtung für ein elektrisches Gerät;
  • 2 eine Schaltanordnung zur Überwachung einer Spannungsversorgungs-Vorrichtung für ein elektrische Gerät; und
  • 3 ein Mess-Element zur Messung eines Stroms am Ausgang eines Gleichspannungswandlers.
Furthermore, the invention will be described with reference to embodiments illustrated in the accompanying drawings. Show
  • 1 an exemplary power supply device for an electrical device;
  • 2 a switching device for monitoring a power supply device for an electrical device; and
  • 3 a measuring element for measuring a current at the output of a DC-DC converter.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten (insbesondere in Bezug auf Kosten und Bauraum) und zuverlässigen Überwachung einer Spannungsversorgungs-Vorrichtung für ein elektrisches Gerät. In diesem Zusammenhang zeigt 1 eine beispielhafte Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 für ein elektrisches Geräts, insbesondere für ein Hausgerät, etwa einen Kühlschrank oder eine Gefriertruhe. Die Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 umfasst einen Gleichrichter 104, der eingerichtet ist, eine Versorgungsspannung bzw. eine Netzspannung 110 (z.B. eine 230V oder 130V Wechselspannung) aus einem Versorgungsnetz gleichzurichten, um eine gleichgerichtete Basisspannung 114 in Bezug auf ein Referenz-Potential 119 (z.B. Masse oder Ground) bereitzustellen. Der Gleichrichter 104 kann einen Brückengleichrichter umfassen. Außerdem umfasst die Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 typischerweise eine Schutzschaltung 105, z.B. mit einem Sicherungswiderstand und/oder einer Schmelzsicherung, die eingerichtet ist, die Netzspannung 110 von den nachfolgenden Gleichspannungswandlern 101, 102, 103 zu entkoppeln, wenn der Strom, der aus dem Versorgungsnetz gezogen wird, einen bestimmten Stromschwellenwert überschreitet.As described above, the present document is concerned with the efficient (in particular in terms of cost and space) and reliable monitoring of a power supply device for an electrical device. In this context shows 1 an exemplary power supply device 100 for an electrical appliance, in particular for a household appliance, such as a refrigerator or a freezer. The power supply device 100 includes a rectifier 104 , which is set up, a supply voltage or a mains voltage 110 (eg a 230V or 130V AC voltage) from a utility grid to rectify a rectified base voltage 114 in terms of a reference potential 119 (eg ground or ground). The rectifier 104 may include a bridge rectifier. In addition, the power supply device includes 100 typically a protection circuit 105 , For example, with a fuse and / or a fuse that is set, the mains voltage 110 from the following DC-DC converters 101 . 102 . 103 to decouple when the power drawn from the mains exceeds a certain threshold current.

Außerdem umfasst die Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 eine Kaskade von Gleichspannungswandlern 101, 102, 103 (insbesondere schaltende Gleichspannungswandler bzw. Schaltnetzteile bzw. Schaltregler), die eingerichtet sind, auf Basis der Basisspannung 114 sequentiell unterschiedliche Spannungen 111, 112, 113 für unterschiedliche Spannungsschienen bereitzustellen. Ein Gleichspannungswandler 101, 102, 103 kann z.B. einen Buck-Wander umfassen. Ein erster Gleichspannungswandler 101 kann eingerichtet sein, auf Basis der Basisspannung 114 eine erste Spannung 111 (z.B. 28V) bereitzustellen. Ein zweiter Gleichspannungswandler 102 kann eingerichtet sein, auf Basis der ersten Spannung 111 eine zweite Spannung 112 (z.B. 12V) bereitzustellen. Ein dritter Gleichspannungswandler 103 kann eingerichtet sein, auf Basis der zweiten Spannung 112 eine dritte Spannung 113 (z.B. 5V) bereitzustellen. Die Gleichspannungswandler 101, 102, 103 (insbesondere ein oder mehrere Schaltelemente der Gleichspannungswandler 101, 102, 103) können über ein oder mehrere Steuereinheiten 120 gesteuert werden.In addition, the power supply device includes 100 a cascade of DC-DC converters 101 . 102 . 103 (In particular switching DC-DC converter or switching power supplies or switching regulator), which are established based on the base voltage 114 sequentially different voltages 111 . 112 . 113 to provide for different voltage rails. A DC-DC converter 101 . 102 . 103 may include, for example, a buck hiking. A first DC-DC converter 101 can be set up based on the base voltage 114 a first tension 111 (eg 28V). A second DC-DC converter 102 can be set up based on the first voltage 111 a second tension 112 (eg 12V). A third DC-DC converter 103 can be set up based on the second voltage 112 a third tension 113 (eg 5V). The DC-DC converter 101 . 102 . 103 (In particular, one or more switching elements of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 ) can have one or more control units 120 to be controlled.

Ein Gleichspannungswandler 101, 102, 103 weist typischerweise Schutzmittel auf, um den Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 von dem Eingang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 zu entkoppeln, wenn am Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 ein Kurzschluss vorliegt. Beispielsweise kann die Steuereinheit 120 eingerichtet sein, einen stromleitenden Pfad zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 zu unterbrechen, wenn das Vorliegen eines Kurzschlusses am Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 detektiert wird.A DC-DC converter 101 . 102 . 103 typically includes protection means to the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 from the input of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 to decouple when at the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 there is a short circuit. For example, the control unit 120 be configured, a current-conducting path between the input and the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 to interrupt, if the presence of a short circuit at the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 is detected.

Bei einem Gleichspannungswandler 101, 102, 103 kann sich im Fehlerfall ein Kurzschluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 ergeben (z.B. wenn ein Schaltelement des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 dauerhaft leitend bleibt). Dies kann (bei Abwärtswandlern) zu einer Spannungsüberhöhung und/oder zu einer Stromüberhöhung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 führen. Eine Überhöhung der Spannung und/oder des Stroms kann zu einer Schädigung eines nachfolgenden Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 und/oder einer angeschlossenen Last führen. Des Weiteren kann die Spannungs- und/oder Stromüberhöhung zu einer erhöhten Wärmebildung und zu einer Temperaturüberhöhung führen (was insbesondere bei Kühlgeräten nicht zulässig ist).For a DC-DC converter 101 . 102 . 103 In the event of a fault, there may be a short circuit between the input and the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 result (for example, if a switching element of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 permanently conductive). This can (in buck converters) to a voltage increase and / or to a current increase at the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 to lead. An increase in the voltage and / or the current can damage a subsequent DC-DC converter 101 . 102 . 103 and / or a connected load. Furthermore, the increase in voltage and / or current can lead to increased heat generation and an increase in temperature (which is not permissible in particular for refrigerators).

Durch Verwendung einer Zenerdiode oder einer Crowbar-Schaltung am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 kann bei einem Kurzschluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 die Spannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 begrenzt werden. Eine Zenerdiode und ggf. Drosselelemente der Gleichspannungswandler 101, 102, 103 können dann jedoch bei einer Kurzschlusssituation substantiell und dauerhaft belastet werden, was typischerweise zu einer Erwärmung führt. Des Weiteren erfordert die Verwendung einer Crowbar-Schaltung typischerweise eine Schmelzsicherung, deren Auslösebedingungen meist nicht sinnvoll dimensioniert werden können.By using a zener diode or a crowbar circuit at the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 may be at a short between the input and the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 the voltage at the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 be limited. A Zener diode and possibly throttle elements of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 However, in the event of a short-circuit situation, they can then be burdened substantially and permanently, which is typically too a warming leads. Furthermore, the use of a crowbar circuit typically requires a fuse, the tripping conditions of which can usually not meaningfully dimensioned.

2 zeigt eine Schaltanordnung 200, die dazu verwendet werden kann, einen Längs-Kurzschluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang zumindest eines der Gleichspannungswandler 101, 102, 103 zu detektieren. Des Weiteren ist die Schaltanordnung 200 eingerichtet, bei Detektion eines Längs-Kurzschlusses einen Ausgangs-Kurzschlusses am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103, insbesondere am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 101, zu veranlassen. Infolge des Ausgangs-Kurzschlusses am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 wird der Kurzschluss-Schutzmechanismus des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 aktiviert, so dass der Eingang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 von dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 entkoppelt wird. Als Folge daraus wird die Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 in einen sicheren Zustand überführt. Insbesondere kann so die Spannungsversorgung zuverlässig unterbrochen werden. 2 shows a switching arrangement 200 that can be used to provide a longitudinal short between the input and the output of at least one of the DC-DC converters 101 . 102 . 103 to detect. Furthermore, the switching arrangement 200 set, upon detection of a longitudinal short circuit, an output short circuit at the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 , in particular at the output of the first DC-DC converter 101 to induce. Due to the output short circuit at the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 becomes the short-circuit protection mechanism of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 activated so that the input of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 from the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 is decoupled. As a result, the power supply device becomes 100 transferred to a safe state. In particular, so the power supply can be reliably interrupted.

Zur Detektion eines Längs-Kurzschlusses eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 umfasst die Schaltanordnung 200 einen Spannungsteiler am Ausgang des jeweiligen Gleichspannungswandlers 101, 102, 103. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Spannungsteiler eine Zenerdiode 201, 202, 203 und einen elektrischen Widerstand 211. Die Zenerdiode 201, 202, 203 weist dabei eine Durchbruchspannung auf, die von der (gewünschten) Nennspannung am Ausgang des jeweiligen Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 abhängt. Insbesondere kann die Durchbruchspannung der Nennspannung (z.B. 28V, 12V oder 5V) am Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 entsprechen (ggf. plus einer bestimmten Mindestmarge). Der über die Nennspannung hinausgehende Teil der jeweiligen Ausgangsspannung 111, 112, 113 fällt dann über dem Widerstand 211 ab. Diese Spannung kann als Überschussspannung bezeichnet werden.For detecting a longitudinal short circuit of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 includes the switching arrangement 200 a voltage divider at the output of the respective DC-DC converter 101 . 102 . 103 , In the illustrated example, the voltage divider comprises a zener diode 201 . 202 . 203 and an electrical resistance 211 , The zener diode 201 . 202 . 203 In this case has a breakdown voltage of the (desired) rated voltage at the output of the respective DC-DC converter 101 . 102 . 103 depends. In particular, the breakdown voltage of the rated voltage (eg 28V, 12V or 5V) at the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 match (if applicable plus a certain minimum margin). The portion of the respective output voltage which exceeds the rated voltage 111 . 112 . 113 then falls above the resistance 211 from. This voltage can be referred to as excess voltage.

Die Schaltanordnung 200 umfasst weiter ein Schaltelement 210, das eingerichtet ist, den Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 in Abhängigkeit von der Überschussspannung kurzzuschließen. Insbesondere kann über das Schaltelement 210 der Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 101 kurzgeschlossen werden. Das Schaltelement 210 kann geschlossen werden, wenn die Überschussspannung gleich wie oder größer als ein bestimmter Spannungsschwellenwert ist (wobei der Spannungsschwellenwert einer bestimmten Schaltspannung des Schaltelements 210 entsprechend kann). In der in 2 dargestellten Schaltanordnung 200 ist der Widerstand 211 zur Erfassung der Überschussspannung über einen Tiefpassfilter, insbesondere über ein RC-Glied 212, 213, mit einem Kontrollport des Schaltelements 210 gekoppelt. Das Schaltelement 210 kann z.B. einen Triac, einen Thyristor, einen Transistor und/oder ein Relais umfassen.The switching arrangement 200 further comprises a switching element 210 that is set up, the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 short-circuit depending on the excess voltage. In particular, via the switching element 210 the output of the first DC-DC converter 101 be shorted. The switching element 210 can be closed when the excess voltage is equal to or greater than a certain voltage threshold (where the voltage threshold of a particular switching voltage of the switching element 210 can). In the in 2 illustrated switching arrangement 200 is the resistance 211 for detecting the excess voltage via a low-pass filter, in particular via an RC element 212 . 213 , with a control port of the switching element 210 coupled. The switching element 210 may include, for example, a triac, a thyristor, a transistor and / or a relay.

Mit der in 2 dargestellten Schaltanordnung 200 können über den durch die erste Zenerdiode 201 und den Widerstand 211 gebildeten ersten Spannungsteiler der erste Gleichspannungswandler 101, über den durch die zweite Zenerdiode 202 und den Widerstand 211 gebildeten zweiten Spannungsteiler der zweite Gleichspannungswandler 102 und über den durch die dritte Zenerdiode 203 und den Widerstand 211 gebildeten dritten Spannungsteiler der dritte Gleichspannungswandler 103 bezüglich eines Längs-Kurzschlusses überwacht werden. Dabei verwenden die Spannungsteiler den gleichen Widerstand 211, so dass detektiert werden kann, dass ein Längs-Kurzschluss an zumindest einem der Ausgänge der Gleichspannungswandler 101, 102, 103 (in einer logischen ODER-Kombination) vorliegt.With the in 2 illustrated switching arrangement 200 can pass through the first Zener diode 201 and the resistance 211 formed first voltage divider of the first DC-DC converter 101 through which through the second Zener diode 202 and the resistance 211 formed second voltage divider of the second DC-DC converter 102 and over through the third zener diode 203 and the resistance 211 formed third voltage divider of the third DC-DC converter 103 be monitored for a longitudinal short circuit. The voltage dividers use the same resistance 211 so that it can be detected that a longitudinal short-circuit on at least one of the outputs of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 (in a logical OR combination).

Die Schaltanordnung 200 misst somit die Spannung in den zu überwachenden Spannungsschienen (an den Ausgängen der ein oder mehreren Gleichspannungswandlern 101, 102, 103). Bei Überschreiten einer durch die Zenerspannung der Zenerdioden 201, 202, 203, festgelegten Schaltschwelle wird ein Ausgangs-Kurzschluss am Ausgang des vorgeschalteten ersten Gleichspannungswandlers 101 bewirkt. Dieser Ausgangs-Kurzschluss wird von dem ersten Gleichspannungswandler 101 erkannt, wobei der erste Gleichspannungswandler 101 (aufgrund des Kurzschluss-Schutzmechanismus) abschaltet. Des Weiteren versucht der erste Gleichspannungswandler 101 typischerweise regelmäßig einen Neustart. Bei diesen regelmäßigen Neustarts wird insgesamt nur eine relativ kleine Leistung umgesetzt, so dass auch bei wiederholten Neustarts keine unzulässigen Temperaturerhöhungen auftreten können. Potentiell gefährdete Bauteile müssen daher nicht für den Fall einer Temperaturerhöhung überdimensioniert werden.The switching arrangement 200 thus measures the voltage in the voltage rails to be monitored (at the outputs of the one or more DC-DC converters 101 . 102 . 103 ). If one is exceeded by the Zener voltage of the Zener diodes 201 . 202 . 203 , set switching threshold is an output short circuit at the output of the upstream DC-DC converter 101 causes. This output short circuit is from the first DC-DC converter 101 detected, the first DC-DC converter 101 (due to the short-circuit protection mechanism) shuts off. Furthermore, the first DC-DC converter tries 101 typically restart regularly. In these regular reboots, only a relatively small performance is implemented, so that even with repeated reboots no inadmissible temperature increases can occur. Potentially endangered components therefore do not have to be oversized in the event of a temperature increase.

Zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Detektion einer erhöhten Ausgangsspannung am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 können die Zenerdioden 201, 202, 203 durch Spannungsregler (z.B. Shuntregler) ersetzt werden.To increase the accuracy in the detection of an increased output voltage at the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 can the zener diodes 201 . 202 . 203 be replaced by voltage regulator (eg shunt regulator).

Als Schaltelement 210 zum Bewirken eines Ausgangs-Kurzschlusses können ein Triac, ein Thyristor, ein FET (Feldeffekttransistor), ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), ein bipolarer Transistor und/oder Relais verwendet werden.As a switching element 210 to effect an output short circuit, a triac, a thyristor, a FET (Field Effect Transistor), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a bipolar transistor, and / or relays may be used.

In dem Fall, dass der erste Gleichspannungswandler 101 einen Längs-Kurzschluss aufweist, wird durch das Verursachen eines Ausgangs-Kurzschlusses am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 101 die Schutzschaltung 105 (insbesondere mit einem Schmelzwiderstand) am Eingang des ersten Gleichspannungswandlers 101 ausgelöst, so dass auch in diesem Fall die Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 in einen sicheren Zustand überführt wird.In the case that the first DC-DC converter 101 has a longitudinal short circuit, by causing an output short at the output of the first DC-DC converter 101 the protection circuit 105 (In particular with a melting resistor) at the input of the first DC-DC converter 101 triggered, so even in this case the power supply device 100 is transferred to a safe state.

Wie bereits oben dargelegt kann alternativ oder ergänzend zu der Überwachung der Spannung 111, 112, 113 am Ausgang zumindest eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 der Strom am Ausgang zumindest eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 überwacht werden. Insbesondere kann der Strom durch eine Last (z.B. durch einen LED-Strang) einer jeweiligen Spannungsschiene überwacht werden. Die Last kann dabei zwischen der jeweiligen Spannungsschiene und dem Referenz-Potential 119 angeordnet sein.As already stated above, as an alternative or in addition to the monitoring of the voltage 111 . 112 . 113 at the output of at least one DC-DC converter 101 . 102 . 103 the current at the output of at least one DC-DC converter 101 . 102 . 103 be monitored. In particular, the current may be monitored by a load (eg, by an LED string) of a respective voltage rail. The load can be between the respective voltage rail and the reference potential 119 be arranged.

3 zeigt ein Mess-Element, das zumindest in Teilen dazu genutzt werden kann, den Strom am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 zu überwachen. Das Mess-Element umfasst einen Mess-Widerstand 301, der in Reihe mit einer Last 302 zwischen einer Ausgangsspannung 111, 112, 113 (die zweite Spannung 112 in dem in 3 dargestellten Beispiel) und dem Referenz-Potential 119 angeordnet ist. Der Strom am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 fließt somit durch einen Mess-Widerstand 301 am Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103. Der Spannungsabfall an dem Mess-Widerstand 301 ist somit proportional zu dem Strom am Ausgang des Gleichspannungswandlers 101, 102, 103. Der Spannungsabfall an dem Mess-Widerstand 301 kann folglich dazu genutzt werden (z.B. in einem Schwellenwertschalter) zu ermitteln, ob der Strom am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 101, 102, 103 größer oder kleiner als ein bestimmter Grenzstrom für die jeweilige Spannungsschiene ist. Wenn eine Stromüberschreitung detektiert wird, kann dann ein Kurzschluss am Eingang des ersten Gleichspannungswandlers 101 bewirkt werden. 3 shows a measuring element that can be used at least in part, the current at the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 to monitor. The measuring element comprises a measuring resistor 301 standing in line with a load 302 between an output voltage 111 . 112 . 113 (the second tension 112 in the 3 illustrated example) and the reference potential 119 is arranged. The current at the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 thus flows through a measuring resistor 301 at the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 , The voltage drop across the measuring resistor 301 is thus proportional to the current at the output of the DC-DC converter 101 . 102 . 103 , The voltage drop across the measuring resistor 301 can therefore be used (eg in a threshold switch) to determine whether the current at the output of a DC-DC converter 101 . 102 . 103 greater or smaller than a certain limiting current for the respective voltage rail. If a current violation is detected, then a short circuit at the input of the first DC-DC converter 101 be effected.

In dem in 3 dargestellten Beispiel kann durch den Spannungsabfall an dem Mess-Widerstand 301 ein Mess-Schaltelement 303 geschlossen werden, wenn der Strom durch den Mess-Widerstand den Grenzstrom übersteigt. So wird ein Mess-Strom über das Mess-Schaltelement 303 und über einen Widerstand 304 bewirkt. Das in 3 dargestellte Mess-Element kann somit wie eine Zenerdiode 201, 202, 203 in 2 betrachtet werden, die bei Erreichen einer bestimmten Auslösebedingung leitend wird. Insbesondere kann für mehrere Spannungsschienen jeweils ein in 3 dargestelltes Mess-Element bereitgestellt werden, wobei die Widerstände 304 der jeweiligen Mess-Elemente an einem gemeinsamen Koppelpunkt mit dem Widerstand 211 gekoppelt werden können, um Spannungsteiler für die unterschiedlichen Spannungsschienen bereitzustellen. Es können somit in entsprechender Weise zu 2 mehrere Strommessungen an den Ausgängen mehrere Gleichspannungswandler 101, 102, 103 miteinander kombiniert werden. So kann eine effiziente Stromüberwachung für mehrere Gleichspannungswandler bewirkt werden.In the in 3 illustrated example may be due to the voltage drop across the measuring resistor 301 a measuring switching element 303 closed when the current through the measuring resistor exceeds the limit current. This is how a measuring current flows via the measuring switching element 303 and about a resistance 304 causes. This in 3 shown measuring element can thus like a Zener diode 201 . 202 . 203 in 2 considered to be conductive upon reaching a particular trigger condition. In particular, for several voltage rails each one in 3 shown measuring element, wherein the resistors 304 the respective measuring elements at a common crosspoint with the resistor 211 can be coupled to provide voltage dividers for the different voltage rails. It can thus be used in a similar way 2 several current measurements at the outputs of several DC-DC converters 101 . 102 . 103 be combined with each other. Thus, an efficient current monitoring for several DC-DC converter can be effected.

Die in diesem Dokument beschriebene Schaltanordnung 200 ermöglicht es, mit minimalem Bauteilaufwand (je ein Bauteil 201, 202, 203 pro Spannungsschiene, die zu überwachen ist) die Spannung 111, 112, 113 einer Spannungsschiene und/oder den Strom einer Spannungsschiene zu messen. Des Weiteren kann das Messsignal mehrerer überwachter Spannungsschienen ohne zusätzliche Bauteile logisch mit „ODER“ verknüpft werden. Außerdem kann mit nur einem Schaltelement 210 die Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 eines elektrischen Geräts gezielt in einen sicheren Fehlerzustand überführt werden. Somit können die über eine Spannungsversorgungs-Vorrichtung 100 versorgten Bauelemente (insbesondere LEDs) in kosteneffizienter Weise dimensioniert werden (da im Fehlerfall ein Abschalten der Spannungsversorgung bewirkt wird).The switching arrangement described in this document 200 makes it possible with minimal component expenditure (one component each 201 . 202 . 203 per voltage rail to be monitored) the voltage 111 . 112 . 113 a voltage rail and / or to measure the current of a voltage rail. Furthermore, the measuring signal of several monitored voltage rails can be logically linked with "OR" without additional components. In addition, with only one switching element 210 the power supply device 100 an electrical device can be selectively transferred to a safe error state. Thus, the via a power supply device 100 supplied components (especially LEDs) are dimensioned in a cost-effective manner (since in the event of an error switching off the power supply is effected).

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Schaltanordnung veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are intended to illustrate only the principle of the proposed switching arrangement.

Claims (15)

Schaltanordnung (200) zur Absicherung einer Spannungsversorgungs-Vorrichtung (100) eines elektrischen Geräts; wobei die Spannungsversorgungs-Vorrichtung (100) einen ersten Gleichspannungswandler (101) und einen zweiten Gleichspannungswandler (102) umfasst; wobei der erste Gleichspannungswandler (101) eingerichtet ist, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer ersten Nennspannung bereitzustellen; wobei der zweite Gleichspannungswandler (102) eingerichtet ist, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer zweiten Nennspannung bereitzustellen; wobei der Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) mit einem Eingang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) gekoppelt ist; wobei der erste Gleichspannungswandler (101) einen Kurzschluss-Schutzmechanismus umfasst, der eingerichtet ist, einen Eingang des ersten Gleichspannungswandlers (101) von dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) zu entkoppeln, wenn am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) ein Kurzschluss vorliegt; wobei die Schaltanordnung (200) umfasst, - ein Detektionsmittel (201, 202, 203, 211), das eingerichtet ist, das Vorliegen einer über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung und/oder das Vorliegen einer über einen zweiten Grenzstrom hinausgehenden Strom am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) zu detektieren; und - ein Kurzschlussmittel (210), das eingerichtet ist, einen Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) zu bewirken, wenn am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) eine über die zweite Nennspannung des zweiten Gleichspannungswandlers (102) hinausgehende Spannung und/oder ein über den zweiten Grenzstrom hinausgehender Strom vorliegt.Switching arrangement (200) for protecting a power supply device (100) of an electrical device; wherein the power supply device (100) comprises a first DC-DC converter (101) and a second DC-DC converter (102); wherein the first DC-DC converter (101) is arranged to provide at its output electrical energy at a first rated voltage; wherein the second DC-DC converter (102) is arranged to provide at its output electrical energy at a second nominal voltage; wherein the output of the first DC-DC converter (101) is coupled to an input of the second DC-DC converter (102); wherein the first DC-DC converter (101) comprises a short-circuit protection mechanism arranged to decouple an input of the first DC-DC converter (101) from the output of the first DC-DC converter (101) when inserted at the output of the first DC-DC converter (101) Short circuit is present; wherein the switching arrangement comprises (200), - a detection means (201, 202, 203, 211) which is arranged, the presence of a voltage in excess of the second rated voltage and / or the presence of a current beyond a second limit current at the output of the second DC-DC converter (102) to detect; and - a short-circuit means (210) arranged to cause a short circuit at the output of the first DC-DC converter (101) when at the output of the second DC-DC converter (102) exceeds the second rated voltage of the second DC-DC converter (102) voltage and / or a current exceeding the second limit current is present. Schaltanordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei - das Detektionsmittel (201, 202, 203, 211) eingerichtet ist, eine am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) anliegende zweite Spannung (112) in eine zweite Grundspannung und in eine Überschussspannung aufzuteilen; - die zweite Grundspannung von der zweiten Nennspannung abhängt; und - das Kurzschlussmittel (210) in Abhängigkeit von der Überschussspannung gesteuert wird.Switching arrangement (200) according to Claim 1 in which - the detection means (201, 202, 203, 211) is arranged to divide a second voltage (112) applied to the output of the second DC-DC converter (102) into a second base voltage and an excess voltage; - The second fundamental voltage depends on the second rated voltage; and - the short-circuiting means (210) is controlled in dependence on the excess voltage. Schaltanordnung (200) gemäß Anspruch 2, wobei - das Detektionsmittel (201, 202, 203, 211) eine zweite Spannungskomponente (202) und einen elektrischen Widerstand (211) umfasst, die in Reihe parallel zu dem Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) angeordnet sind; - die zweite Grundspannung einem Spannungsabfall an der zweiten Spannungskomponente (202) entspricht; und - die Überschussspannung einem Spannungsabfall an dem elektrischen Widerstand (211) umfasst.Switching arrangement (200) according to Claim 2 wherein - the detection means (201, 202, 203, 211) comprises a second voltage component (202) and an electrical resistance (211) arranged in series parallel to the output of the second DC-DC converter (102); - The second base voltage corresponds to a voltage drop across the second voltage component (202); and - the excess voltage comprises a voltage drop across the electrical resistance (211). Schaltanordnung (200) gemäß Anspruch 3, wobei - die zweite Spannungskomponente (202) eine Zenerdiode und/oder einen Spannungsregler umfasst; - eine Durchbruchspannung der Zenerdiode von der zweiten Grundspannung abhängt, insbesondere der zweiten Grundspannung entspricht; und/oder - eine Referenzspannung des Spannungsreglers von der zweiten Grundspannung abhängt und/oder der zweiten Grundspannung entspricht.Switching arrangement (200) according to Claim 3 wherein - the second voltage component (202) comprises a Zener diode and / or a voltage regulator; a breakdown voltage of the Zener diode depends on the second base voltage, in particular corresponds to the second base voltage; and / or - a reference voltage of the voltage regulator depends on the second base voltage and / or corresponds to the second base voltage. Schaltanordnung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Kurzschlussmittel (210) ein Schaltelement (210) umfasst, das eingerichtet ist, den Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) kurzzuschließen; und - das Schaltelement (210) in Abhängigkeit von der über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung geschlossen oder geöffnet wird.Switching arrangement (200) according to one of the preceding claims, wherein - the short-circuit means (210) comprises a switching element (210) arranged to short-circuit the output of the first DC-DC converter (101); and - The switching element (210) is closed or opened in dependence on the beyond the second rated voltage voltage. Schaltanordnung (200) gemäß Anspruch 5, wobei das Schaltelement (210) umfasst: einen Triac, einen Thyristor, einen Feldeffekttransistor, ein IGBT, einen bipolar Transistor und/oder ein Relais.Switching arrangement (200) according to Claim 5 wherein the switching element (210) comprises: a triac, a thyristor, a field effect transistor, an IGBT, a bipolar transistor and / or a relay. Schaltanordnung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektionsmittel (201, 202, 203, 211) eingerichtet ist, - das Vorliegen einer über die erste Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) zu detektieren; und - eine Überschussspannung bereitzustellen, die das Vorliegen einer über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) und/oder das Vorliegen einer über die erste Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) anzeigt.Switching arrangement (200) according to one of the preceding claims, wherein the detection means (201, 202, 203, 211) is set up, to detect the presence of a voltage exceeding the first rated voltage at the output of the first DC-DC converter (101); and to provide an excess voltage indicative of the presence of a voltage beyond the second rated voltage at the output of the second DC-DC converter (102) and / or the presence of a voltage in excess of the first rated voltage at the output of the first DC-DC converter (101). Schaltanordnung (200) gemäß Anspruch 7 mit Rückbezug auf Anspruch 3, wobei - das Detektionsmittel (201, 202, 203, 211) eine erste Spannungskomponente (201) umfasst, die mit dem elektrischen Widerstand (211) in Reihe parallel zu dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) angeordnet ist, um eine am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) anliegende erste Spannung (111) in eine erste Grundspannung und in die Überschussspannung aufzuteilen; - die erste Grundspannung einem Spannungsabfall an der ersten Spannungskomponente (201) entspricht; und - die erste Grundspannung von der ersten Nennspannung abhängt.Switching arrangement (200) according to Claim 7 with reference to Claim 3 in which - the detection means (201, 202, 203, 211) comprises a first voltage component (201) arranged with the electrical resistance (211) in series parallel to the output of the first DC-DC converter (101), one at the output of the first DC voltage converter (101) applied to the first DC voltage converter (101) into a first ground voltage and divided into the excess voltage; - The first base voltage corresponds to a voltage drop across the first voltage component (201); and - the first fundamental voltage depends on the first rated voltage. Schaltanordnung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Spannungsversorgungs-Vorrichtung (100) einen dritten Gleichspannungswandler (103) umfasst; - ein Eingang des dritten Gleichspannungswandlers (103) mit dem Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) gekoppelt ist; - der dritte Gleichspannungswandler (103) eingerichtet ist, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer dritten Nennspannung bereitzustellen; - das Detektionsmittel (201, 202, 203, 211) eingerichtet ist, das Vorliegen einer über die dritte Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des dritten Gleichspannungswandlers (103) zu detektieren; und - das Detektionsmittel (201, 202, 203, 211) eingerichtet ist, eine Überschussspannung bereitzustellen, die das Vorliegen einer über die zweite Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) und/oder das Vorliegen einer über die dritte Nennspannung hinausgehenden Spannung am Ausgang des dritten Gleichspannungswandlers (103) anzeigt.A switching device (200) according to any one of the preceding claims, wherein - the power supply device (100) comprises a third DC-DC converter (103); - An input of the third DC-DC converter (103) is coupled to the output of the second DC-DC converter (102); - The third DC-DC converter (103) is arranged to provide at its output electrical energy at a third rated voltage; - The detection means (201, 202, 203, 211) is arranged, the presence of a third rated voltage voltage to be detected at the output of the third DC-DC converter (103); and - the detection means (201, 202, 203, 211) is arranged to provide an excess voltage, which is the presence of a voltage beyond the second rated voltage at the output of the second DC-DC converter (102) and / or the presence of a voltage beyond the third rated voltage at the output of the third DC-DC converter (103). Schaltanordnung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Detektionsmittel eingerichtet ist, Strominformation in Bezug auf einen am Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) fließenden zweiten Strom zu erfassen; und - das Detektionsmittel eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Strominformation zu ermitteln, ob der zweite Strom größer als der zweite Grenzstrom ist.Switching arrangement (200) according to one of the preceding claims, wherein - The detection means is adapted to detect current information with respect to a second current flowing at the output of the second DC-DC converter (102); and - The detection means is arranged to determine depending on the current information, whether the second current is greater than the second limit current. Schaltanordnung (200) gemäß Anspruch 10, wobei - das Detektionsmittel einen Mess-Widerstand (301) umfasst, durch den der zweite Strom fließt; und/oder - die Strominformation einen Spannungsabfall an dem Mess-Widerstand (301) umfasst.Switching arrangement (200) according to Claim 10 in which - the detection means comprises a measuring resistor (301) through which the second current flows; and / or the current information comprises a voltage drop across the measuring resistor (301). Schaltanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei - das Detektionsmittel einen zweiten Schwellenwertschalter umfasst, der eingerichtet ist, ein zweites Strom-Messsignal zu generieren, das anzeigt, ob der zweite Strom größer als der zweite Grenzstrom ist oder nicht; und - das Kurzschlussmittel (210) eingerichtet ist, den Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) in Abhängigkeit von dem zweiten Strom-Messsignal zu bewirken.Switching arrangement (200) according to one of Claims 10 to 11 wherein - the detection means comprises a second threshold switch configured to generate a second current measurement signal indicating whether or not the second current is greater than the second limit current; and - the short-circuit means (210) is arranged to cause the short circuit at the output of the first DC-DC converter (101) in response to the second current measurement signal. Schaltanordnung (200) gemäß Anspruch 12, wobei - das Detektionsmittel einen ersten Schwellenwertschalter umfasst, der eingerichtet ist, ein erstes Strom-Messsignal zu generieren, das anzeigt, ob ein erster Strom am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) größer als ein erster Grenzstrom ist; - das Detektionsmittel Verknüpfungsmittel umfasst, die eingerichtet sind, das erste Strom-Messsignal und das zweite Strom-Messsignal zu verknüpfen, um ein kombiniertes Strom-Messsignal zu generieren, dass anzeigt, ob der zweite Strom größer als der zweite Grenzstrom ist und/oder ob der erste Strom größer als der erste Grenzstrom ist; und - das Kurzschlussmittel (210) eingerichtet ist, den Kurzschluss am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) in Abhängigkeit von dem kombinierten Strom-Messsignal zu bewirken.Switching arrangement (200) according to Claim 12 wherein - the detection means comprises a first threshold switch configured to generate a first current measurement signal indicating whether a first current at the output of the first DC-DC converter (101) is greater than a first limit current; the detection means comprises linking means arranged to combine the first current measuring signal and the second current measuring signal to generate a combined current measuring signal indicating whether the second current is greater than the second limiting current and / or whether the first current is greater than the first limit current; and - the short-circuit means (210) is arranged to cause the short circuit at the output of the first DC-DC converter (101) in dependence on the combined current measurement signal. Schaltanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Detektionsmittel - ein Mess-Schaltelement (303) umfasst, das in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an dem Mess-Widerstand (301) geschlossen wird; und - einen elektrischen Widerstand (211) umfasst, der derart angeordnet ist, dass eine Überschussspannung an dem elektrischen Widerstand (211) von einem Strom durch das Mess-Schaltelement (303) abhängt; wobei das Kurzschlussmittel (210) in Abhängigkeit von der Überschussspannung gesteuert wird.Switching arrangement (200) according to one of Claims 11 to 13 wherein the detection means comprises - a measuring switching element (303) which is closed in response to the voltage drop across the measuring resistor (301); and - an electrical resistance (211) arranged such that an excess voltage across the electrical resistance (211) depends on a current through the measuring switching element (303); wherein the short-circuiting means (210) is controlled in response to the excess voltage. Spannungsversorgungs-Vorrichtung (100) für ein elektrisches Gerät, wobei - die Spannungsversorgungs-Vorrichtung (100) einen ersten Gleichspannungswandler (101) und einen zweiten Gleichspannungswandler (102) umfasst; - der erste Gleichspannungswandler (101) eingerichtet ist, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer ersten Nennspannung bereitzustellen; - der zweite Gleichspannungswandler (102) eingerichtet ist, an seinem Ausgang elektrische Energie mit einer zweiten Nennspannung bereitzustellen; - der Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) mit einem Eingang des zweiten Gleichspannungswandlers (102) gekoppelt ist; - der erste Gleichspannungswandler (101) einen Kurzschluss-Schutzmechanismus umfasst, der eingerichtet ist, einen Eingang des ersten Gleichspannungswandlers (101) von dem Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) zu entkoppeln, wenn am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers (101) ein Kurzschluss vorliegt; und - eine Schaltanordnung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Power supply apparatus (100) for an electrical appliance, wherein - The power supply device (100) comprises a first DC-DC converter (101) and a second DC-DC converter (102); - The first DC-DC converter (101) is arranged to provide at its output electrical energy at a first rated voltage; - The second DC-DC converter (102) is arranged to provide at its output electrical energy at a second nominal voltage; - The output of the first DC-DC converter (101) is coupled to an input of the second DC-DC converter (102); - The first DC-DC converter (101) comprises a short-circuit protection mechanism which is adapted to decouple an input of the first DC-DC converter (101) from the output of the first DC-DC converter (101) when the output of the first DC-DC converter (101) is a short circuit; and - A switching arrangement (200) according to one of the preceding claims.
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