DE102018108678A1 - Mehrkanaliges Schaltnetzteil mit Leitungsschutz - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrkanaliges Schaltnetzteil (10), mit einer Primärseite und mit einer Sekundärseite, die mindestens zwei Kanäle (14, 15, 16, 17, X) umfasst, mit mindestens einem elektrisch leitenden Ausgang (14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10) pro Kanal (14, 15, 16, 17, X), zur Beaufschlagung von daran angeschlossenen, elektrischen Verbrauchern (20 bis 24) mit elektrischer Spannung bzw. zur Versorgung mit elektrischem Strom, wobei für mindestens einen der Kanäle (14 bis X) ein elektronischer Schalter (14.9, 15.9, 16.9, 17.9, X.9) zur Regelung der am Ausgang (14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10) des Kanals anliegenden Spannung und/oder als Strombegrenzungselement für den über den elektrisch leitenden Ausgang des Kanals (14, 15, 16, 17, X) fließenden elektrischen Strom vorgesehen ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der elektronische Schalter (14.9, 15.9, 16.9, 17.9, X.9) als im Schaltnetzteil integrierter Leitungsschutz zur Abschaltung des über den Ausgang (14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10) des betreffenden Kanals (14, 15, 16, 17, X) fließenden Stroms bei Eintreten eines vorgegebenen Betriebszustandes ausgebildet ist, z.B. bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes aufgrund eines Kurzschlusses und/oder eines anderen Überlastfalles.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein mehrkanaliges Schaltnetzteil mit Leitungsschutz nach Anspruch 1 .
  • Schaltnetzteile können abhängig vom Betriebszustand der an ihnen angeschlossenen Verbraucher starken Lastschwankungen unterliegen. Damit gehen in der Regel auch stärkere Spannungsschwankungen an dem Ausgang des Schaltnetzteils einher. Bei mehrkanaligen Schaltnetzteilen können dabei ganz unterschiedliche Verbraucher mit ggf. unterschiedlichen Anforderungen an die Spannungs- und/oder Stromversorgung und/oder mit unterschiedlichen Prioritäten an den einzelnen Kanälen bzw. deren Ausgängen angeschlossen sein.
  • Insbesondere bei Verbrauchern die eine stabile Spannungs- und/oder Stromversorgung benötigen, z.B. eine Kontrolleinheit, können in solchen Fällen kritische bis gefährliche Betriebszustände eintreten.
  • Zur Absicherung der Kanäle gegen Überlast, z. B. von mehr als das 1,5- bis 1,8-Fache des Nennstroms, ist das Zwischenschalten von separat ausgebildeten Sicherungsorganen zwischen dem Ausgang eines solchen Schaltnetzteil-Kanals und dem daran anzuschließenden Verbraucherstromkreis bekannt.
  • I.d.R. sind die Schaltnetzteile so ausgelegt, dass sie für etwa 200ms solche Überlasten liefern und verkraften können, was in etwa der Ansprechzeit solcher zwischen- oder nachgeschalteten Sicherungsorgane im Überlastfall entspricht. Unterhalb dieser Abschalt-Grenzlast bleiben die Sicherungsorgane jedoch leitend und die Verbraucher am Stromkreis aufgeschaltet. D.h., der betreffende Kanal des Schaltnetzteils wird bei einer Last oberhalb des Nennstroms entsprechend lange überlastet.
  • Tritt dies bei mehreren Kanälen gleichzeitig auf, wird das Schaltnetzteil auch insgesamt über seine maximale Leistungsfähigkeit hinaus belastet, die z.B. 24V / 20 A betragen kann. Als Folge sinkt die Ausgangsspannung an den einzelnen Kanälen ab, und als weitere Folge auch die betreffende Stromlast, und verzögert damit zusätzlich ein mögliches Überschreiten des Abschaltwertes des Sicherungsorgans bzw. der Sicherungsorgane oder verhindert dies sogar vollständig, so dass das Schaltnetzteil immer weiter überlastet wird.
  • Dies kann einerseits zu kritischen Spannungsabfällen an den Ausgängen der Schaltnetzteil-Kanäle führen. Fallweise zwar auch nur für kurze Zeit, was aber ausreichen kann, um daran angeschlossene Verbraucher in unzulässige und z.T. logisch gar nicht vorgesehene Betriebszustände führen kann.
  • So kann es beispielsweise vorkommen, dass eine Kontrolleinheit, wie z.B. eine SPS-Steuerung, eine Regelung oder dgl., einen Fehler signalisiert der so eigentlich nicht eintreten kann. Z.B. in der Form, dass bei einer Positionsüberwachung eines linearbeweglichen Elementes, mittels mehreren, entlang des Verfahrweges des linearbeweglichen Elementes geprüft korrekt angeordneten Positionssensoren, ein innerhalb dieser Reihe von Sensoren angeordneter Positionssensor „keine Detektion“ signalisiert, obwohl die benachbarten Positionssensoren „Detektion“ melden.
  • Ursächlich hierfür kann bereits ein solches, sogar nur sehr kurzzeitiges Unterschreiten der mindesterforderlichen Spannung für einen zuverlässigen Betrieb der Kontrolleinheit und/oder der mit ihr zusammenwirkenden Komponenten sein. Z.B. im Millisekundenbereich. Beispielsweise kann ein innerhalb der für die Überwachung vorgegebenen Positionstoleranz angeordneter Positionssensor einen minimal größeren Abstand zu dem zu überwachenden, linearbeweglichen Element aufweisen, als andere Sensoren in der selben Reihe. Hierdurch kann die Funktion eines Sensors soweit beeinträchtigt werden, dass er für diese kurze Zeit nicht mehr zuverlässig funktioniert und die Präsenz des zu überwachenden, linearbeweglichen Elementes nicht als erkannt signalisieren kann. Mit der Wirkung einer Fehlermeldung, die logisch, zumindest auf den ersten Blick, so nicht nachvollziehbar ist, mit allen entsprechenden Konsequenzen. Wie z.B. Betriebsstopp der betreffenden Anlage und aufwändige, zeitraubende Suche nach einem Phantomfehler.
  • Andererseits kann es zu vorzeitiger Alterung von Schaltnetzteilkomponenten und schließlich zu deren Ausfall kommen.
  • Die DE 10 2013 113 648 A1 offenbart in diesem Zusammenhang ein Schaltnetzteil, bei dem das Auslösen einer nachgeschalteten Überstromsicherung dadurch sichergestellt werden soll, dass der Zeitraum, für den ein erhöhter Maximalstrom als Ausgangsstrom vom Schaltnetzteil bereitgestellt wird, von der Höhe des Ausgangsstroms abhängig gemacht wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiter verbessertes Schaltnetzteil vorzuschlagen.
  • Die Lösung erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungen angegeben.
  • Demnach betrifft die Erfindung ein mehrkanaliges Schaltnetzteil, mit einer Primärseite und mit einer Sekundärseite, die mindestens zwei Kanäle umfasst, mit mindestens einem elektrisch leitenden Ausgang pro Kanal, zur Beaufschlagung von daran angeschlossenen, elektrischen Verbrauchern mit elektrischer Spannung bzw. zur Versorgung mit elektrischem Strom, wobei für mindestens einen der Kanäle ein elektronischer Schalter zur Regelung der am Ausgang des Kanals anliegenden Spannung und/oder als Strombegrenzungselement für den über den elektrisch leitenden Ausgang des Kanals fließenden elektrischen Stroms vorgesehen ist. Das Schaltnetzteil zeichnet sich dadurch aus, dass der elektronische Schalter als im Schaltnetzteil integrierter Leitungsschutz zur Abschaltung des über den Ausgang des betreffenden Kanals fließenden Stroms bei Eintreten eines vorgegebenen Betriebszustandes ausgebildet ist. Z.B. bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes aufgrund eines Kurzschlusses und/oder eines anderen Überlastfalles.
  • Hierdurch kann ein Schaltnetzteil mit der integrierten Zusatzfunktion „Leitungsschutz“ bereitgestellt werden, mit dem sich bisher erforderliche, externe Leitungsschutz-Bauteile erübrigen. Dies spart zum einen entsprechend Kosten, Platz und auch Verlustleistung ein, die bisher am Widerstand eines am Ausgang eines betreffenden Schaltnetzteil-Kanals angeordneten, Leitungsschutz-Bauteils verbraucht wird.
  • Zum andern kann der Leitungsschutz so realisiert werden, dass eine Auswahl an Überwachungen von unterschiedlichen Betriebszuständen bereitgestellt wird, gemäß denen bei Eintreten des entsprechenden Betriebszustandes eine Abschaltung des betreffenden Schaltnetzteil-Kanals ausgelöst werden soll. Wie z.B. ein Überlastfall aufgrund eines Kurzschlusses, ein Ansteigen des Stromwertes über einen bestimmten Faktor des Nennstroms des betreffenden Kanals oder ein Anhalten des Stromwertes über einen bestimmten Zeitraum auf oder oberhalb eines bestimmten Wertes des Nennstroms des betreffenden Kanals, oder dgl. mehr. Hierfür kann gemäß einer bevorzugten Ausführung eine Kontrolleinheit für das als Leitungsschutz ausgebildete Strombegrenzungselement vorgesehen sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines mehrkanaligen Schaltnetzteiles kann mindestens einer der Kanäle gegenüber mindestens einem anderen der Kanäle bezüglich der Beaufschlagung mit elektrischer Spannung bzw. der Versorgung mit elektrischem Strom priorisierbar ausgebildet sein.
  • Damit kann abhängig von einem bestimmten Betriebszustand des Schaltnetzteils und/oder des mindestens einen der Kanäle auf dessen Spannungs- und/oder Stromversorgung und/oder auf die Spannungs- und/oder Stromversorgung eines anderen der Kanäle eingewirkt werden. Z.B. um sicherzustellen, dass am Ausgang eines bevorzugten Kanals die zur Verfügung gestellte Spannung einen Minimalwert nicht unterschreitet. Und zwar dadurch, dass der Strom am Ausgang eines einen höheren als den betriebsgemäß vorgesehenen Stromwert abgreifenden Kanals, oder ggf. eines anderen, möglicherweise niedriger priorisierten Kanals, entsprechend begrenzt oder ggf. sogar vollkommen abgeschaltet wird.
  • Hierzu kann das Schaltnetzteil so ausgebildet sein, dass bei Vorliegen eines bestimmten Betriebszustandes, wie z.B. Unterschreitung einer Mindestspannung am elektrisch leitenden Ausgang eines priorisierbar ausgebildeten Kanals der priorisierbar ausgebildete Kanal bzw. die priorisierbar ausgebildeten Kanäle weiterhin mit Spannung und/oder Strom versorgt werden, während ein gegenüber diesem bzw. diesen nicht priorisierter Kanal abgeschaltet wird.
  • Bevorzugt kann zur Strombegrenzung, beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation (PWM), insbesondere zur völligen Abschaltung des betreffenden Kanals, ein im Schaltnetzteil zur Gleichrichtung nach einem primären Spannungswandler ohnehin vorzusehendes Stromregel- und/oder Abschalt-Bauteil verwendet werden. Dessen Ansteuerung kann über eine Verbindung mit einer Prioritäts-Kontrolleinheit erfolgen.
  • Da diese Art der Strombegrenzung, insbesondere der Abschaltung im Überlastfall, erfindungsgemäß mittels einem im Schaltnetzteil ohnehin vorhandenen Bauteil erfolgt, kann auch hierbei einerseits die Verlustleistung des mindestens einen der Kanäle und damit des Schaltnetzteiles, gegenüber einem Schaltnetzteil mit einem für die Absicherung des Kanals zusätzlich erforderlichen, separat ausgebildeten Sicherungsorgan, in Kosten senkender Weise reduziert werden. Denn, aufgrund des Wegfalls der bekannten zwischen- bzw. nachgeschalteten Sicherungsorgane, entfällt auch deren Widerstand im betreffenden Stromkreis und damit auch die ansonsten daran abfallende Verlustleistungen.
  • Andererseits kann mit diesem im Schaltnetzteil intern bereits vorhandenen Stromregel- und/oder Abschaltelement auch eine sichere Auslösung im Überlastfall realisiert werden. Und zwar für alle Kanäle, die mit einem solchen, ohnehin erforderlichen Stromregel- und/oder Abschaltelement ausgestattet sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Schaltnetzteil und/oder die die Kontrolleinheit hierfür eine Prioritäts-Kontrolleinheit für den mindestens einen der Kanäle umfassen, insbesondere für mehrere der Kanäle.
  • Damit kann eine Überschreitung des Netzteilnennstroms durch den Summennennstrom der Auslösegeräte für alle Anwendungsfälle sicher verhindert werden. Dies im Unterschied zu Schaltnetzteilen, an denen zur Absicherung der von den einzelnen Kanälen versorgten Stromkreise zusätzliche, separat ausgebildete Sicherungsorgane vorgesehen sind, wie sie bei vielen Stromkreisen auslegungsbedingt und/oder durch die über die einzelnen Kanäle versorgten Lasten bisher unumgänglich waren.
  • Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil kann hierdurch in, die Energieversorgung und damit den Betrieb der angeschlossenen Verbraucher massiv stabilisierender Weise, davor bewahrt werden, in einen derartig kritischen Sicherheitsmodus zu geraten und überlastet zu werden und/oder komplett abschalten zu müssen. Diese Art der Vermeidung von Überlastzuständen durch priorisiertes Eingreifen auf die einzelnen Kanäle wirkt sich auch positiv auf den Wirkungsgrad des Schaltnetzteils aus.
  • Das heißt, es kann, z.B. in Bezug auf einen vorgebbaren Betriebszustand, festgelegt werden, für welchen Kanal bzw. für welche Kanäle des mehrkanaligen Schaltnetzteils vorrangig bzw. für welche nachrangig eine stabile Spannungs- und/oder Stromversorgung oder ggf. Abschaltung gewährleistet werden soll. Bzw. für welchen Kanal bzw. für welche Kanäle für diesen Zweck ggf. die Spannung und/oder der Strom reduziert oder notfalls auch abgeschaltet werden soll. Die anderen Kanäle können dadurch von Störungen bewahrt werden.
  • Ein solcher Betriebszustand kann z.B. eine gewisse Schwankungsbreite für die Sollwerte der Spannung und/oder des Stroms zulassen, innerhalb deren der Status des betreffenden Kanals noch als unkritisch kategorisiert wird.
  • Wird bei dem betreffenden Kanal jedoch ein bestimmter Schwellwert unterschritten oder überschritten, so kann ein entsprechender Eingriff in dessen Spannungs- und/oder Stromversorgung und/oder in die Spannungs- und/oder Stromversorgung eines anderen Kanals und/oder anderer Kanäle ausgelöst werden.
  • Damit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Spannungs- und/oder Stromversorgung für einen höher priorisierten Kanal nicht durch einen Überlastfall an einem anderen, niedriger priorisierten Kanal in einen kritischen Status geraten kann.
  • Z. B. kann hierdurch für eine Kontrolleinheit, eine Steuerung und/oder eine Regelung, sichergestellt werden, dass die für ihren zuverlässigen Betrieb erforderliche Mindestspannung nicht unterschritten wird, insbesondere nicht durch ein erhöhtes Lastaufkommen an einem anderen Kanal. Dies kann insbesondere bei schwankenden Lasten leicht der Fall sein, wie sie beispielsweise insbesondere bei Motoren auftreten.
  • Vorzugsweise umfasst das Schaltnetzteil auch eine Gesamtstrom-Überwachungseinheit. Damit kann die Auslastung des Schaltnetzteils überwacht und erforderlichenfalls eine Stabilisierungsmaßnahme eingeleitet werden.
  • Weiter vorteilhaft kann ein Abschalten eines niedriger priorisierten Kanals z. B auch dann ausgelöst werden, wenn an seinem Ausgang noch kein kritischer Status erreicht ist, die Gesamtlast des Schaltnetzteil aber bereits so hoch ist, dass z.B. an einem höher priorisierten Kanal der Mindestwert der Spannung unterschritten ist.
  • Zusätzlich kann mindestens einer der Kanäle einen eigenen Spannungsregler umfassen.
  • Wenn gem. einer weiter bevorzugten Ausführungsform mehrere der Kanäle einen eigenen Spannungsregler umfassen, kann damit auch ein verteilter Eingriff auf die zur Verfügung gestellten Ströme bzw. Spannungen ermöglicht werden, oder ggf. eine gezielte Reduzierung für einen oder mehrere bestimmte Kanäle realisiert werden.
  • Beispielsweise kann auch ein mehrkanaliger Spannungsregler vorgesehen sein. Hierdurch kann das Schaltnetzteil z. B. kompakter aufgebaut werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch mindestens einer der Kanäle einen eigenen Stromregler umfassen. Damit kann ein Eingriff auf den für den betreffenden Kanal zur Verfügung zu stellenden Strom bereitgestellt werden.
  • Auch durch Vorsehen eines mehrkanaligen Stromreglers kann eine Baugrößenreduzierung für das Schaltnetzteil bewirkt werden.
  • Wenn der mehrkanalige Stromregler eine Abschalteinheit mit einer Auslöselogik umfasst, können, wie auch beim Spannungsregler bereits dargelegt, mehrere Kanäle abhängig vom Eintreten bestimmter Zustände abgeschaltet werden. Ggf. auch nur vorübergehend, bis sich die Situation wieder stabilisiert hat. Oder ggf. bleibend, für den Fall, dass ein sich nicht stabilisierender Zustand für das Schaltnetzteil und/oder den betreffenden Kanal einstellen kann.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann eine Datenschnittstelle zur Signalisierung des Status wenigstens eines Kanals vorgesehen sein. Damit kann z.B. eine Statusübermittlung an eine übergeordnete Instanz, z.B. eine Kontrolleinheit, wie beispielsweise eine SPS oder dgl., zur Verfügung gestellt werden.
  • Insgesamt kann mit der Erfindung zusätzlich zu einer besseren Betriebsstabilität, insbesondere für höher priorisierte Kanäle und die daran angeschlossenen Lasten, einerseits der Materialaufwand zur Herstellung eines mehrkanaligen Schaltnetzteils reduziert werden, und andererseits kann für dessen Betrieb eine Reduzierung der Verlustleistung im Fehlerfall realisiert werden. Und somit auch der Wirkungsgrad verbessert werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen, schematisch und beispielhaft:
    • 1 ein mehrkanaliges Schaltnetzteil, mit einem elektronischen Schalter, der als im Schaltnetzteil integrierten Leitungsschutz zur Abschaltung des über den Ausgang des betreffenden Kanals fließenden Stroms bei Eintreten eines vorgegebenen Betriebszustandes ausgebildet ist, z.B. bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes aufgrund eines Kurzschlusses und/oder eines anderen Überlastfalles, und
    • 2 einen Ausschnitt einer Schaltung für ein mehrkanaliges Schaltnetzteil.
  • Im Einzelnen zeigt die 1 rein beispielhaft und schematisch ein mehrkanaliges Schaltnetzteil 10, mit einer Primärseite und mit einer Sekundärseite, die mindestens zwei Kanäle 14, 15, 16, 17, X umfasst, mit mindestens einem elektrisch leitenden Ausgang 14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10 pro Kanal 14, 15, 16, 17, X, zur Beaufschlagung von daran angeschlossenen, elektrischen Verbrauchern 20 bis 24 mit elektrischer Spannung bzw. zur Versorgung mit elektrischem Strom.
  • Für mindestens einen der Kanäle 14 bis X ist ein elektronischer Schalter 14.9, 15.9, 16.9, 17.9, X.9 zur Regelung der am Ausgang 14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10 des Kanals anliegenden Spannung und/oder als Strombegrenzungselement für den über den elektrisch leitenden Ausgang des Kanals 14, 15, 16, 17, X fließenden elektrischen Strom vorgesehen.
  • Die Strombegrenzungselemente 14.9, 15.9, 16.9, 17.9, X.9 sind als Leitungsschutz zur Abschaltung des betreffenden Kanals bei Eintreten eines vorgegebenen Betriebszustandes ausgebildet. Zur entsprechenden Einwirkung auf das Strombegrenzungselement kann eine Kontrolleinheit 25 vorgesehen sein.
  • Der elektronische Schalter bzw. das Strombegrenzungselement kann den Strom zwischen 0% und 100%, bezogen auf den maximal zulässigen Überlaststrom begrenzen. Also vom maximal zulässigen Höchstwert bis zur vollständigen Abschaltung des betreffenden Kanals. Wobei für den Überlaststrom gilt: Überlaststrom (IÜ) = Nennstrom (IN)* Überlastfaktor (Ü), mit z. B.: (Ü) = 1,5 oder (Ü) = 1,8.
  • D.h., das Strombegrenzungselement begrenzt über z.B. 150% Nennstrom oder 180% Nennstrom, bzw. kann bei Erreichen dieses Grenzwertes, je nach Betriebsfall, den betreffenden Kanal auch entsprechend einem Überlastschutz auch abschalten.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Strombegrenzungselementen 14.9 bis X.9 um elektronische Schalter. Solche können sehr kurze Ansprechzeiten realisieren, und damit z.B. eine Absicherungsfunktion für den damit versorgten Schaltkreis übernehmen. Auch in Bezug auf die Leistungsfähigkeit stehen hierfür ausreichende Abstufungen auf dem Markt zur Verfügung.
  • Als Verbraucher sind beispielhaft eine Kontrolleinheit 20, eine Lampe 21, ein Ventil 22, ein Motor 23 und ein beliebiger Verbraucher 24 symbolisch dargestellt. Beispielsweise könnte der Kanal 14, an dem die Kontrolleinheit 20 angeschlossen ist, höher priorisiert sein und der Kanal X, an dem ein beliebiger Verbraucher hängt, als niedrigster priorisiert sein, der z.B. bei Überschreiten des Gesamtnennstroms des Schaltnetzteils in der Stromversorgung gedrosselt oder ggf. ganz abgeschaltet werden kann.
  • Im Weiteren kann mindestens einer der Kanäle 14, 15, 16, 17, X gegenüber mindestens einem anderen der Kanäle 14, 15, 16, 17, X bezüglich der Beaufschlagung mit elektrischer Spannung bzw. der Versorgung mit elektrischem Strom priorisierbar ausgebildet sein.
  • Dabei kann das Schaltnetzteil so ausgebildet sein, dass bei Vorliegen eines bestimmten Betriebszustandes, wie z.B. Unterschreitung einer Mindestspannung am elektrisch leitenden Ausgang eines priorisierbar ausgebildeten Kanals 14, 15, 16, 17, X, der priorisierbar ausgebildete Kanal 14, 15, 16, 17, X bzw. die priorisierbar ausgebildeten Kanäle 14, 15, 16, 17, X weiterhin mit Spannung und/oder Strom versorgt werden, während ein gegenüber diesem bzw. diesen nicht priorisierter Kanal 14, 15, 16, 17, X abgeschaltet wird.
  • D.h., bei Auftreten einer Überlast in einem einzelnen Kanal kann abhängig von seiner Priorisierung gegenüber den anderen Kanälen entweder seine Stromversorgung begrenzt oder ggf. abgeschaltet werden und/oder auch die eines ggf. niederer priorisierten Kanals, um z. B. eine kurzfristige Überschreitung in dem betroffenen Kanal zu ermöglichen. Z.B. für die Bereitstellung eines Anlaufstromes eines Motors. Insgesamt kann durch die Priorisierung jedoch sichergestellt werden, dass für einen höher priorisierten Kanal jederzeit die dafür gewährleistete Spannung und/oder der gewährleistete Strom, also die gewährleistete Leistung, bereitstellt wird. Und, dass das Schaltnetzteil insgesamt nicht in den Überlastbereich gerät.
  • Hierfür kann die Kontrolleinheit 25 eine Prioritäts-Kontrolleinheit 25.1 für den mindestens einen der Kanäle 14 bis X, insbesondere für mehrere der Kanäle 14, 15, 16, 17, X umfassen.
  • Weiterhin ist eine Gesamtstrom-Überwachungseinheit 30 vorgesehen. Die mit gestrichelten Linien dargestellte Einfassung der anderen Komponenten soll die Überwachung des Gesamtstromaufkommens symbolisieren.
  • Der mindestens eine der vorzugsweise priorisierbar ausgebildeten Kanäle 14, 15, 16, 17, X ist so ausgebildet, dass er die Ausgangsspannung und/oder den Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Gesamtlast des mehrkanaligen Schaltnetzteiles 10 bereitstellt. Im Fall einer Minderpriorisierung dieses Kanals kann dabei der am Ausgang bereitgestellte Strom zugunsten eines Kanals mit Vorzugspriorisierung begrenzt, insbesondere auch vollständig abgeschaltet werden. Im Fall einer Höherpriorisierung kann demgegenüber zur Sicherstellung z.B. der vorgesehenen Mindestspannung am Ausgang dieses Kanals der Strom für einen Kanal entsprechend begrenzt oder vollkommen abgeschaltet werden.
  • Vorzugsweise sind mehrere der Kanäle 14 bis X, insbesondere alle Kanäle, in dieser Weise ausgebildet.
  • Der in einem Kanal 14, 15, 16, 17, X fließende Strom kann mittels eines Stromsensors 2, 14.2, 15.2, 16.2, 17.2 oder X.2 erfasst und an einen Stromregler 28 übermittelt werden. Dieser kann entsprechend des Lastaufkommens für den einzelnen Kanal 14, 15, 16, 17, X und/oder des Gesamtlastaufkommens für das Schaltnetzteil 10 den Strom des betreffenden Kanals entsprechend der Priorisierung begrenzen, insbesondere vollkommen abschalten. Vorzugsweise mittels einem Strombegrenzungselement 9, 14.9, 15.9, 16.9, 17.9 oder X.9, für deren Ansteuerung symbolisch Verbindungen 28.1 an die Strombegrenzungselemente dargestellt sind.
  • Mittels Spannungsmesser 1, 14.1, 15.1, 16.1, 17.1 und X.1 kann einem Spannungsregler 27 die am Ausgang des betreffenden Kanals 14, 15,16, 17, X anliegende Spannung angezeigt werden. Mittels Verbindungen 27.1 hat diese Zugriff auf die elektronischen Schalter 9, 14.9, 15.9, 16.9, 17.9 und X.9, sodass damit, im Falle einer Spannungsregelung, Einfluss auf die am Ausgang des betreffenden Kanals anliegende Spannung genommen werden kann.
  • Welcher Regler auf den betreffenden Kanal einwirkt, Stromregler oder Spannungsregler, kann z.B. situationsabhängig, durch die Prioritäts-Kontrolleinheit vorgegeben werden.
  • Die Prioritätsverteilung kann z.B. vorgegeben eingestellt sein. Es kann jedoch auch eine Konfigurationsmöglichkeit für eine individuelle Priorisierung vorgesehen sein. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind diese Details jedoch nicht dargestellt.
  • Zur Glättung des Gleichstroms sind jeweils Kondensatoren 3, 14.3, 15.3 16.3, 17.3 und X.3 vorgesehen.
  • Versorgungsseitig ist ein Stromrichter 11 mit Glättungskondensator 11.3 dargestellt, sowie ein Primärschalter 4 und ein nur symbolisch dargestellter Trafo 0.
  • Wie beispielhaft in 2 dargestellt, kann mindestens einer der Kanäle 14 bis X einen eigenen Spannungsregler 8 umfassen. Bevorzugt können mehrere der Kanäle einen eigenen Spannungsregler 8 umfassen. Insbesondere kann auch ein mehrkanaliger Spannungsregler 8 vorgesehen sein.
  • Der mehrkanalige Spannungsregler 8 kann auch eine Abschalteinheit 28 mit einer Auslöselogik umfassen (s. 1), die auf den betreffenden elektronischen Schalter 9, 14.9, 15.9, 16.9, 17.9 und X.9 einwirken kann. Damit ist eine sekundäre Strom- und/oder Spannungsregelung realisiert. Diese Sekundärseiten der Spannungswandler sind mit 14.0 und 15.0 gekennzeichnet.
  • Möglich ist jedoch auch eine primäre Strom- und/oder Spannungsregelung durch Einflussnahme auf den Primärschalter 4.
  • Weiterhin kann auch eine Datenschnittstelle 31 zur Signalisierung des Status wenigstens eines Kanals 14 bis X vorgesehen sein (s. 1).
  • Bezugszeichenliste
    • 0
    Trafo
    1
    Spannungsmesser
    2
    Strommesser
    3
     
    4
    Primärschalter
    5
     
    6
     
    7
     
    8
    Mehrkanaliger Spannungs- und Stromregler mit Auslöselogik (Mikroprozessor)
    9
    Elektronischer Schalter, (sekundär) nahezu ohne Verlustleistung (Transistor oder Thyristor)
    10
    Mehrkanaliges Schaltnetzteil
    11
    Stromrichter
    11.3
    Kondensator
    12
     
    13
     
    14
    Kanal
    14.0
    Spannungswandler
    14.1
    Spannungsmesser
    14.2
    Strommesser
    14.3
    Kondensator
    14.9
    elektronischer Schalter / Strombegrenzungselement
    14.10
    Ausgang
    15
    Kanal
    15.0
    Spannungswandler
    15.1
    Spannungsmesser
    15.2
    Strommesser
    15.3
    Kondensator
    15.9
    Strombegrenzungselement
    15.10
    Ausgang
    16
    Kanal
    16.1
    Spannungsmesser
    16.2
    Strommesser
    16.3
    Kondensator
    16.9
    Strombegrenzungselement
    16.10
    Ausgang
    17
    Kanal
    17.1
    Spannungsmesser
    17.2
    Strommesser
    17.3
    Kondensator
    17.9
    Strombegrenzungselement
    17.10
    Ausgang
    X
    Kanal
    X.1
    Spannungsmesser
    X.2
    Strommesser
    X.3
    Kondensator
    X.9
    Strombegrenzungselement
    X.10
    Ausgang
    18
     
    19
     
    20
    Verbraucher
    21
    Verbraucher
    22
    Verbraucher
    23
    Verbraucher
    24
    Verbraucher
    25
    Kontrolleinheit
    25.1
    Prioritäts-Kontrolleinheit
    26
     
    27
    Spannungsregler
    27.1
    Verbindung
    28
    Stromregler
    28.1
    Verbindung
    29
     
    30
    Gesamtstrom-Überwachungseinheit
    31
    Datenschnittstelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013113648 A1 [0011]

Claims (10)

  1. Mehrkanaliges Schaltnetzteil (10), mit einer Primärseite und mit einer Sekundärseite, die mindestens zwei Kanäle (14, 15, 16, 17, X) umfasst, mit mindestens einem elektrisch leitenden Ausgang (14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10) pro Kanal (14, 15, 16, 17, X), zur Beaufschlagung von daran angeschlossenen, elektrischen Verbrauchern (20 bis 24) mit elektrischer Spannung bzw. zur Versorgung mit elektrischem Strom, wobei für mindestens einen der Kanäle (14 bis X) ein elektronischer Schalter (14.9, 15.9, 16.9, 17.9, X.9) zur Regelung der am Ausgang (14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10) des Kanals anliegenden Spannung und/oder als Strombegrenzungselement für den über den elektrisch leitenden Ausgang des Kanals (14, 15, 16, 17, X) fließenden elektrischen Strom vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schalter (14.9, 15.9, 16.9, 17.9, X.9) als im Schaltnetzteil integrierter Leitungsschutz zur Abschaltung des über den Ausgang (14.10, 15.10, 16.10, 17.10, X.10) des betreffenden Kanals (14, 15, 16, 17, X) fließenden Stroms bei Eintreten eines vorgegebenen Betriebszustandes ausgebildet ist, z.B. bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes aufgrund eines Kurzschlusses und/oder eines anderen Überlastfalles.
  2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinheit (25) für den als im Schaltnetzteil integrierten Leitungsschutz ausgebildeten elektronischen Schalter (14.9, 15.9, 16.9, 17.9, X.9) vorgesehen ist.
  3. Mehrkanaliges Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kanäle (14, 15, 16, 17, X) gegenüber mindestens einem anderen der Kanäle (14, 15, 16, 17, X) bezüglich der Beaufschlagung mit elektrischer Spannung bzw. der Versorgung mit elektrischem Strom priorisierbar ausgebildet ist.
  4. Mehrkanaliges Schaltnetzteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil so ausgebildet ist, dass bei Vorliegen eines bestimmten Betriebszustandes, wie z.B. Unterschreitung einer Mindestspannung am elektrisch leitenden Ausgang eines priorisierbar ausgebildeten Kanals (14, 15, 16, 17, X), der priorisierbar ausgebildete Kanal (14, 15, 16, 17, X) bzw. die priorisierbar ausgebildeten Kanäle (14, 15, 16, 17, X) weiterhin mit Spannung und/oder Strom versorgt werden, während ein gegenüber diesem bzw. diesen nicht priorisierter Kanal (14, 15, 16, 17, X) abgeschaltet wird.
  5. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (25) eine Prioritäts-Kontrolleinheit (25.1) für den mindestens einen der Kanäle (14, 15, 16, 17, X) umfasst, insbesondere für mehrere der Kanäle (14 bis X).
  6. Schaltnetzteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtstrom-Überwachungseinheit (30) vorgesehen ist.
  7. Schaltnetzteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine der Kanäle (14 bis X) so ausgebildet ist, dass er die Ausgangsspannung und/oder den Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Gesamtlast des mehrkanaligen Schaltnetzteiles (10) bereitstellt und/oder abschaltet.
  8. Schaltnetzteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kanäle (14 bis X) einen eigenen Spannungsregler (8, 27) und/oder einen eigenen Stromregler (8, 28) umfasst.
  9. Schaltnetzteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrkanaliger Spannungsregler (8, 27) und/oder ein mehrkanaliger Stromregler (8, 28) vorgesehen ist.
  10. Schaltnetzteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenschnittstelle (31) zur Signalisierung des Status wenigstens eines der Kanäle (14 bis X) vorgesehen ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013117385A2 (de) * 2012-02-06 2013-08-15 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgung
DE102013113648A1 (de) 2013-12-06 2015-06-11 Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Stromversorgungseinrichtung und Verfahren zum Begrenzen eines Ausgangsstroms einer Stromversorgungseinrichtung

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Non-Patent Citations (1)

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Title
HIRSCHMANN, W.: Schaltnetzteile, Konzepte, Bauelemente, Anwendungen. Berlin und München : SIEMENS AG, 1990. Vorwort, S. 15. - ISBN 3-8009-1550-2 *

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