DE102020210708A1 - Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils und Spannungsversorgungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils und Spannungsversorgungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zum Betreiben eines Schaltnetzteils (120), umfassend ein Erfassen (210) zumindest eines Betriebsparameters des Schaltnetzteils (120), ein Ermitteln (220) einer von einer Ausgangsleistung abhängigen Größe des Schaltnetzteils (120) unter Verwendung des zumindest einen Betriebsparameters, ein Vergleichen (230) der von der Ausgangsleistung abhängigen Größe mit einem Leistungsschwellwert, und ein Durchführen einer Maßnahme (240), die insbesondere ein Senken der Ausgangsleistung des Schaltnetzteils (120) umfasst, wenn die ermittelte Ausgangsleistung den Leistungsschwellwert übersteigt. Ferner wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung (100) vorgeschlagen, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens (200) eingerichtet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils und eine Spannungsversorgungsvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Elektronische Schaltungen benötigen häufig eine Eingangsspannung, die von einer zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung abweicht. Zur Bereitstellung der benötigten Eingangsspannung werden daher häufig sogenannte Schaltnetzteile verwendet, die den Unterschied zwischen Versorgungsspannung und Eingangsspannung ausgleichen.
  • Da die elektronischen Schaltungen zudem häufig empfindlich gegenüber Spannungsschwankungen, insbesondere gegenüber Überspannungen, sind, können einem Schaltnetzteil eine oder mehrere Schmelzsicherungen vorgeschaltet sein, die eine Bestromung des Schaltnetzteils im Falle einer Überschreitung eines Auslösestroms dauerhaft unterbrechen. Eine Wiederinbetriebnahme ist nach Austausch der unterbrechenden Schmelzsicherung (und gegebenenfalls Behebung der Ursache des Überstroms) möglich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils und eine Spannungsversorgungsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils umfasst ein Erfassen zumindest eines Betriebsparameters des Schaltnetzteils, ein Ermitteln einer von einer Ausgangsleistung abhängigen Größe des Schaltnetzteils unter Verwendung des zumindest einen Betriebsparameters, ein Vergleichen der von der Ausgangsleistung abhängigen Größe mit einem Leistungsschwellwert und ein Durchführen einer Maßnahme, die insbesondere ein Senken der Ausgangsleistung des Schaltnetzteils umfasst, wenn die ermittelte Größe den Leistungsschwellwert übersteigt. Dadurch können das Schaltnetzteil und angeschlossene Verbraucher vor einem Überstrom bzw. einer Überspannung geschützt werden. Die von einer Ausgangsleistung abhängige Größe kann insbesondere die Ausgangsleitung selbst oder beispielsweise ein hierzu proportionaler Kennwert sein.
  • Im Vergleich zu herkömmlichen Schmelzsicherungen kann eine Leistungsbegrenzung bereits bei deutlich geringerer Leistungsabweichung erfolgen. Ein für die Erfindung besonders geeignetes Schaltnetzteil weist insbesondere ein oder mehrere Elemente auf aus einem Gleichrichter zum Gleichrichten einer Eingangs-Wechselspannung, einem Glätter zum Glätten der entstehenden Gleichspannung, einem elektrisch ansteuerbaren Schalter (z.B. MOSFET, IGBT) zum „Zerhacken“ der Gleichspannung, einem Transformator zum Transformieren der entstandenen Wechselspannung, einem Gleichrichter zum Gleichrichten der Wechselspannung, und einem Sieber zum Sieben der Gleichspannung.
  • Vorteilhafterweise umfasst der Betriebsparameter eines oder mehrere aus der Gruppe aus Eingangsspannung des Schaltnetzteils, Ausgangsspannung des Schaltnetzteils oder einer dazu proportionalen Größe z.B. ermittelt aus einer Hilfswicklung, Betriebszustand (1/0 bzw. ein/aus) des Schaltnetzteils, Tastverhältnis eines Leistungsschalters des Schaltnetzteils, Ansteuerspannungsverlauf des Leistungsschalters und Spannungsabfall an einem Shunt. Diese Betriebsparameter sind einerseits besonders leicht zu bestimmen und charakterisieren andererseits präzise die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils.
  • Bevorzugt umfasst das Senken der Ausgangsleistung ein Begrenzen oder Abschalten eines durch den Leistungsschalter fließenden Stroms, insbesondere durch Öffnen eines Schalters eingangsseitig des Schaltnetzteils, und/oder ein Öffnen eines Schalters ausgangsseitig des Schaltnetzteils. Dadurch kann der Verbraucher und gegebenenfalls auch das Schaltnetzteil vor einer Überlastung durch eine zu hohe elektrische Leistung geschützt werden.
  • Insbesondere entspricht der Leistungsschwellwert höchstens 150% einer Maximalleistung eines ausgangsseitig an dem Schaltnetzteil angeschlossenen Verbrauchers, unabhängig vom Betriebszustand. Je besser die zulässige Maximalleistung bekannt ist, desto näher kann der Leistungsschwellwert an die Maximalleistung gelegt werden, um Fehlauslösungen zu verhindern. Damit kann die Leistungsbegrenzung besonders empfindlich auf ein Überschreiten des Leistungsschwellwerts reagieren, was sich positiv auf die Schutzwirkung auswirkt.
  • Eine erfindungsgemäße Spannungsversorgungsvorrichtung, die insbesondere zum Anschließen an eine Spannungsversorgungsquelle und zum Versorgen eines Verbrauchers eingerichtet ist, umfasst dementsprechend - insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse - ein Schaltnetzteil, eine Diagnoseschaltung, die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Betriebsparameter des Schaltnetzteils zu erfassen, und eine von einer Ausgangsleistung abhängige Größe des Schaltnetzteils unter Verwendung des zumindest einen erfassten Betriebsparameters zu ermitteln, eine Komparatorschaltung, die dazu eingerichtet ist, die von der Diagnoseschaltung ermittelte Größe mit einem Leistungsschwellwert zu vergleichen, und eine Leistungsbegrenzungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils zu senken, wenn die ermittelte Größe den Leistungsschwellwert übersteigt. Die Vorteile, die hier in Bezug auf Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert sind, gelten daher sinngemäß entsprechend auch für die Vorrichtung und umgekehrt.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Diagnoseschaltung zum Erfassen des zumindest einen Betriebsparameters eines oder mehrere aus der Gruppe aus Spannungsmessschaltung, Strommessschaltung, Shunt, Zeitmessschaltung, Frequenzmessschaltung und Einschaltzustandserfassungsschaltung.
  • Bevorzugt ist die Komparatorschaltung an einem ersten Eingang signalleitend mit einem Ausgang der Diagnoseschaltung verbunden, an einem Ausgang signalleitend mit einem Eingang der Leistungsbegrenzungsschaltung verbunden und optional an einem zweiten Eingang zum Empfang einer Vorgabe für den Leistungsschwellwert eingerichtet. Letzteres ermöglicht eine flexible Vorgabe des Leistungsschwellwerts. So kann beispielsweise in Fällen, in denen verschiedene Verbraucher durch das Schaltnetzteil versorgt werden (bzw. ein Verbraucher, der in unterschiedlichen Zuständen unterschiedlich Leistung aufnimmt), der Leistungsschwellwert in Abhängigkeit von dem aktuell versorgten Verbraucher variabel gewählt werden.
  • Die Leistungsbegrenzungsschaltung umfasst vorteilhafterweise einen Schalter in einem Leitungspfad zwischen einem Eingang der Spannungsversorgungsvorrichtung und dem Schaltnetzteil und/oder zwischen dem Schaltnetzteil und einem Ausgang der Spannungsversorgungsvorrichtung und/oder ein Strom und/oder Spannung begrenzendes Element, insbesondere einen verstellbaren Widerstand, in einem Leitungspfad zwischen dem Eingang der Spannungsversorgungsvorrichtung und dem Schaltnetzteil und/oder zwischen dem Schaltnetzteil und dem Ausgang der Spannungsversorgungsvorrichtung. Dadurch kann effektiv die Leistung begrenzt werden.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsvorrichtung in einer Schaltung in schematischer Darstellung als Blockdiagramm.
    • 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung als Flussdiagramm.
    • 3 zeigt beispielshafte Möglichkeiten für eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsvorrichtung.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist eine Schaltung mit einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsvorrichtung schematisch in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Dabei ist die Schaltung insgesamt mit 10, die Spannungsversorgungsvorrichtung mit 100 bezeichnet.
  • In 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in Form eines Flussdiagramms dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet.
  • Die Schaltung 10 umfasst eine Spannungsversorgungsquelle 110, ein Schaltnetzteil 120 sowie einen oder mehrere Verbraucher 130. Die Spannungsversorgungsquelle 110 ist elektrisch leitend mit dem Schaltnetzteil 120 verbunden und führt diesem im Betrieb elektrische Energie auf einem Eingangsspannungsniveau zu. Das Schaltnetzteil 120 ist dazu eingerichtet, im Betrieb, d.h. wenn es von der Spannungsversorgungsquelle 110 bestromt wird, die Eingangsspannung so zu wandeln, dass eine Ausgangsspannung des Schaltnetzteils 120 einer Anforderung des zumindest einen Verbrauchers 130 entspricht. Insbesondere weist die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils keine starken Spannungsschwankungen oder -spitzen auf.
  • Um dies zu gewährleisten, ist die Spannungsversorgungsvorrichtung 100 mit einer Diagnoseschaltung 140 ausgestattet, die während des Betriebs der Schaltung 10 in einem ersten Verfahrensschritt 210 des Verfahrens 200 geeignete Betriebsparameter des Schaltnetzteils 120 erfasst und daraus in einem zweiten Schritt 220 eine von einer Ausgangsleistung abhängige Größe des Schaltnetzteils 120 ermittelt. Die erfassten Betriebsparameter können beispielsweise die Eingangsspannung, eine eingangsseitige Stromstärke, einen Einschaltzustand, ein Tastverhältnis eines Leistungsschalters, die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils, eine Ansteuerspannung des Leistungsschalters und/oder einen Spannungsabfall an einem Shunt umfassen.
  • Die in dem zweiten Schritt 220 ermittelte Größe, z.B. die Ausgangsleistung selbst, kann aus einem Wertepaar (z.B. Ausgangsspannung und ausgangsseitige Stromstärke oder Tastverhältnis und Ansteuerspannung des Leistungsschalters) oder aus mehreren Wertepaaren bzw. Wertekombinationen in Verbindung mit einer geeigneten Mittelung mit oder ohne Wichtung ermittelt werden. Die Diagnoseschaltung 140 weist entsprechende Mittel auf, die derartige Rechenoperationen ermöglichen, und kann beispielsweise in Form eines Mikrocomputers, einer dedizierten Schaltung, eines System-on-a-Chip o.Ä. bereitgestellt sein.
  • Zur Überprüfung, ob die derart ermittelte Ausgangsleistung der erwähnten Anforderung des zumindest einen Verbrauchers 130 entspricht, ist in der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 eine Komparatorschaltung 150 vorgesehen. Diese kann die in Schritt 220 ermittelte Ausgangsleistung in einem Vergleichsschritt 230 mit einer Vergleichsgröße, beispielsweise einem Leistungsschwellwert oder einem einen solchen Leistungsschwellwert kennzeichnenden Eingangssignal vergleichen. Beispielsweise kann dazu ein Leistungsschwellwert dauerhaft vorgegeben sein, oder der Verbraucher 130 stellt der Komparatorschaltung 150 ein Signal, das eine Information über eine aktuell maximal zulässige Leistungsaufnahme beinhaltet, zur Verfügung. Selbstverständlich kann dieses Signal auch von einer anderen geeigneten Komponente der Spannungsversorgungsvorrichtung 100, der Schaltung 10 oder von außerhalb der Schaltung 10 zur Verfügung gestellt werden. Jedenfalls ermöglicht eine solche aktuelle Information eine flexiblere Überwachung der Ausgangsleistung und gegebenenfalls auch die Verwendung der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer Schaltnetzteile 120 bzw. Schaltungen 10. Stellt die Komparatorschaltung 150 in dem Schritt 230 fest, dass der Leistungsschwellwert nicht überschritten wird, kehrt das Verfahren 200 zu dem Schritt 210 zurück, um im weiteren zeitlichen Verlauf die Ausgangsleistungsüberwachung fortzusetzen.
  • Stellt die Komparatorschaltung 150 in dem Vergleichsschritt 230 hingegen fest, dass der Leistungsschwellwert überschritten ist, gibt sie ein entsprechendes Signal an eine Leistungsbegrenzungsschaltung 160 der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 aus.
  • Die Leistungsbegrenzungsschaltung 160 führt dann in einem Schritt 240 eine Maßnahme durch, die dazu geeignet ist, die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils 120 derart zu begrenzen, dass der Leistungsschwellwert im nachfolgenden Zeitabschnitt wieder unterschritten wird. Dazu kann die Leistungsbegrenzungsschaltung 160 beispielsweise einen eingangsseitigen Widerstand zwischen der Spannungsversorgungsquelle 110 und dem Schaltnetzteil 120 erhöhen, so dass die Eingangsspannung gesenkt wird. Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit wäre ein ausgangsseitiger Eingriff, beispielsweise durch Erhöhen eines ausgangsseitigen Widerstands zwischen Schaltnetzteil 120 und Verbraucher 130. Auch eine Anpassung des Tastverhältnisses des erwähnten Leistungsschalters oder ähnliche Maßnahmen sind in Ausgestaltungen des Verfahrens 200 vorgesehen. Ultimativ kann auch eine totale Trennung der Spannungsversorgungsquelle 110 von dem Schaltnetzteil 120 und/oder des Schaltnetzteils 120 von dem zumindest einen Verbraucher 130 als Maßnahme vorgesehen sein, um den Verbraucher 130 bzw. auch das Schaltnetzteil 120 vor zu hoher Leistungsaufnahme zu schützen, beispielsweise durch Beenden der Ansteuerung des Leistungsschalters. Ist eine Maßnahme zur Leistungsbegrenzung in dem Schritt 240 erfolgt, kann das Verfahren 200 vorteilhafterweise zu dem Schritt 210 zurückkehren, um den Erfolg der Maßnahme zu überprüfen und gegebenenfalls weitere Schritte 240 durchzuführen, oder den Regelbetrieb im weiteren zeitlichen Verlauf wieder aufzunehmen und zu überwachen.
  • Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bestimmte Schritte des Verfahrens 200 gegebenenfalls auch in anderer, beispielsweise umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können oder mehrere Schritte zu einem einzigen Schritt zusammengefasst werden können. Auch kann es vorteilhaft sein, bestimmte Komponenten der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 nicht voneinander getrennt, sondern integriert auszugestalten. So kann beispielsweise die Diagnoseschaltung 140 mit der Komparatorschaltung 150 und Teilen der Leistungsbegrenzungsschaltung 160 zusammengefasst werden und beispielsweise als ein einziger Chip oder Mikrocomputer bereitgestellt werden.
  • In 3 sind beispielhafte Möglichkeiten für Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsvorrichtung 100, wie sie allgemeiner in 1 dargestellt ist, aufgezeigt.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist das Schaltnetzteil 120 einen Leistungsschalter 121 und eine Ansteuerschaltung 122 auf. In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Schaltnetzteil 120 dabei einen Transformator, der zumindest zwei Spulen aufweist, die miteinander elektrisch induktiv gekoppelt sind. Eine erste der Spulen, die eingangsseitig angeordnet ist, ist über den Leistungsschalter 121 und über einen Strommess- bzw. Shunt-Widerstand mit Masse verschaltet. Ein Steueranschluss des Leistungsschalters 121 ist an einem Ausgang der Ansteuerschaltung 122 angeschlossen.
  • Eine zweite der Spulen ist ausgangsseitig angeordnet und einerseits mit Masse und andererseits über eine Diode mit einem Ausgang des Schaltnetzteils verbunden. Die Diode ist dabei in Durchlassrichtung zwischen die zweite Spule und den Ausgang des Schaltnetzteils 120 geschaltet.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Diagnoseschaltung 140 in einen im Wesentlichen analogen ersten Schaltungsteil 140A und einen im Wesentlichen digitalen zweiten Schaltungsteil 140B unterteilt.
  • Der erste Schaltungsteil 140A weist beispielsweise einen ersten Spannungsteiler 141 zur Überwachung einer Eingangsspannung des Schaltnetzteils 120 auf, der eingangsseitig mit dem Eingang des Schaltnetzteils 120 verbunden ist und dessen Spannungsabgriff mit einem Signaleingang eines ersten Analog-Digital-Wandlers 145 des zweiten Schaltungsteils 140B verbunden ist. Ein zweiter Spannungsteiler 144 kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zur Überwachung einer Ausgangsspannung des Schaltnetzteils 120 vorgesehen sein. Dazu ist der zweite Spannungsteiler 144 eingangsseitig mit dem Ausgang des Schaltnetzteils 120 verbunden. Der Spannungsabgriff des zweiten Spannungsteilers 144 ist wiederum mit einem Eingang eines weiteren Analog-Digital-Wandlers 148 des zweiten Schaltungsteils 140B der Diagnoseschaltung 140 verbunden.
  • Der erste Schaltungsteil 140A der Diagnoseschaltung 140 kann alternativ oder zusätzlich auch eine Logikschaltung 142 aufweisen, die den Steuer-Anschluss des Leistungsschalters 121 des Schaltnetzteils 120 überwacht und mit einer Schnittstelle 146 des zweiten Schaltungsteils 140B der Diagnoseschaltung 140 verbunden ist. Insbesondere kann diese Logikschaltung ein Signal an die Schnittstelle 146 senden, das eine Information über den Schaltzustand (z.B. „geöffnet“ oder „geschlossen“) des Leistungsschalters 121 beinhaltet.
  • Der erste Schaltungsteil 140A der Diagnoseschaltung kann alternativ oder zusätzlich auch einen Verstärker 143 umfassen, der eine am Shunt-Widerstand abfallende Spannung, die einen durch den Leistungsschalter 121 fließenden Strom angibt, verstärkt und ausgangsseitig mit einem Eingang eines weiteren Analog-Digital-Wandlers 147 des zweiten Schaltungsteils 140B der Diagnoseschaltung 140 verbunden ist.
  • Der zweite Schaltungsteil 140B der Diagnoseschaltung 140 weist, neben den bereits erwähnten Analog-Digital-Wandlern 145, 147, 148 und/oder der Schnittstelle 146 alternativ oder zusätzlich eine Berechnungseinheit 149 auf, die dazu eingerichtet ist, aus den digitalen bzw. digitalisierten empfangenen Signalen eine von einer Ausgangsleistung abhängige Größe des Schaltnetzteils 120, z.B. die Ausgangsleistung selbst, zu berechnen. Beispielsweise kann die Ausgangsleistung als Produkt von Eingangsspannung (mittels des ersten Spannungsteilers 141 bestimmt) und Eingangsstrom (unter Verwendung des Verstärkers 147 ermittelt) abzüglich einer bekannten bzw. vorbestimmten Verlustleistung, die einen Wirkungsgrad des Transformators des Schaltnetzteils 120 berücksichtigt, berechnet werden. Auch eine Berechnung unter Verwendung der Eingangsspannung des Schaltnetzteils 120 und eines Tastverhältnisses, das unter Verwendung des Signals der Logikschaltung 142 in Verbindung mit einer Zeitmessung ermittelt werden kann, ist in bestimmten Ausgestaltungen vorteilhaft vorgesehen.
  • Beispielsweise kann die Ausgangsleistung P2 bei einem sog. Flyback-Converter anhand folgender Formeln berechnet werden: P 2 = I 2 ⋅ V 2
    Figure DE102020210708A1_0001
  • Dabei kann die Ausgangsspannung V2 aus dem Verhältnis der Wicklungszahlen N1, N2 des Transformators, dem Tastverhältnis D und der Eingangsspannung V1 berechnet werden: V 2 = N 2 N 1 D 1 − D V 1
    Figure DE102020210708A1_0002
  • Der Ausgangsstrom I2 ergibt sich aus der Eingangsspannung V1, dem Tastverhältnis D, der Induktivität Lm des Transformators, der Ausgangsspannung V2 und der Schaltfrequenz f zu: I 2 = V 1 2 D 2 2 ⋅ L m ⋅ V 2 ⋅ f
    Figure DE102020210708A1_0003
  • Ein von 1 verschiedener Wirkungsgrad η des Transformators senkt dabei die Ausgangsleistung P2 entsprechend: P2 = η·P1
  • Die Diagnoseschaltung 140, insbesondere der zweite Schaltungsteil 140B bzw. deren Berechnungseinheit 149, kann auch in Form eines sog. neuronalen Netzes bzw. einer Nachbildung eines solchen implementiert sein. Dies bietet den Vorteil, dass Lerneffekte bzw. mit der Zeit sich verbessernde Ergebnisse erzielt werden können. Insbesondere kann dabei das neuronale Netzwerk die zugeführten Betriebsparameter entsprechend gelernter Werte gewichten und entscheiden, ob die Ausgangsleistung über einem Leistungsschwellwert liegt oder nicht.
  • Bei der Berechnung der momentan aufgenommenen Leistung ist auch eine Kombination der Leistungsberechnung aus Strom und Spannung sowie Spannung und Tastverhältnis je nach Arbeitspunkt des Schaltnetzteils 120 sinnvoll, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise kann bei hohen Eingangsspannungen ein auszuwertender Strom so klein sein, dass ein unvermeidbarer Messfehler zu einer nur sehr ungenauen Berechnung der Leistung führen kann. In solchen Situationen ist dementsprechend eine Berechnung unter Verwendung des Tastverhältnisses vorteilhaft.
  • In dem in 3 dargestellten Beispiel weist die Komparatorschaltung 150 einen Vergleicher 151 und ein Vorgabeelement 152 auf. Das Vorgabeelement gibt bei einem Betrieb der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 ein Signal aus, das eine maximal zulässige Ausgangsleistung des Schaltnetzteils, insbesondere den bereits mehrfach erwähnten Leistungsschwellwert, beschreibt. Ein erster Eingang des Vergleichers 151 ist mit einem Ausgang der Diagnoseschaltung 140, insbesondere mit einem Ausgang der Berechnungseinheit 149, verbunden. Ein zweiter Eingang ist mit einem Ausgang des Vorgabeelements 152 verbunden. Im Betrieb vergleicht der Vergleicher 151 die an den ersten und zweiten Eingängen anliegenden Signale und gibt, beispielsweise in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den beiden Signalen, ein Ausgangssignal aus, das eine Information über die Einhaltung des Leistungsschwellwerts beinhaltet.
  • Das Ausgangssignal des Vergleichers bewirkt, dass die bereits in Bezug auf 1 erläuterte Leistungsbegrenzungsvorrichtung 160 die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils 120 begrenzt. Dazu kann das Ausgangssignal des Vergleichers 151 der Komparatorschaltung 150 auf ein Stellelement der Leistungsbegrenzungsschaltung 160 einwirken. In 3 sind mögliche Positionen 161, 162, 163 für derartige Stellelemente schematisch dargestellt. Stellelemente können in diesem Zusammenhang beispielsweise Schalter oder verstellbare Widerstände sein. An den Positionen 161 und 162 kann beispielsweise der Leitungspfad durch das Schaltnetzteil 120 unterbrochen oder über einen Widerstand leistungsbegrenzt werden. Wirkt das Ausgangssignal des Vergleichers 151 auf einen Eingang der Ansteuerschaltung 122 des Schaltnetzteils 120 (Position 163), kann beispielsweise auf das Tastverhältnis des Leistungsschalters 121 Einfluss genommen werden oder dieser dauerhaft geöffnet werden, um den Leitungspfad durch das Schaltnetzteil 120 zu unterbrechen bzw. in seiner Durchgangsleistung zu begrenzen. In letzterem Fall (Stellelement an Position 163) kann folglich die Ansteuerschaltung 122 des Schaltnetzteils gleichzeitig als Leistungsbegrenzungsschaltung 160 der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 fungieren.
  • Teile der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 können zusammengefasst als ein einziger Mikrocomputer µC bereitgestellt werden. Dies ist in 3 in Form einer gepunktstrichelten Box angedeutet, die in diesem Beispiel den zweiten Schaltungsteil 140B sowie die Komparatorschaltung 150 umfasst, also im Wesentlichen digitale Schaltungen.
  • Es sei hier ausdrücklich betont, dass es sich bei der dargestellten Ausgestaltung lediglich um ein Ausführungsbeispiel handelt und nicht sämtliche Bauelemente vorhanden sein müssen, um eine erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung 100 bereitzustellen. Beispielsweise kann die Diagnoseschaltung 140 auch mehr oder weniger und/oder auch andersartige Bauteile aufweisen, um die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils 120 zu ermitteln. Auch die erwähnte Aufteilung der Diagnoseschaltung 140 in den ersten 140A und zweiten 140B Schaltungsteil ist lediglich beispielhaft zu verstehen und nicht zwangsläufig in allen Ausgestaltungen in der dargestellten Weise vorgesehen. In Ausgestaltungen kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der Mikrocomputer µC weniger oder weitere Teile der Spannungsversorgungsvorrichtung 100 umfasst, beispielsweise zusätzlich die Ansteuerschaltung 122 des Schaltnetzteils 120 und/oder andere Bauelemente. Ferner ist zu beachten, dass eine in Bezug auf 3 beschriebene konkrete Ausgestaltung eines Vorrichtungsteils, wie beispielsweise des Schaltnetzteils 120, als unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der übrigen Vorrichtungsteile zu verstehen ist.

Claims (10)

  1. Verfahren (200) zum Betreiben eines Schaltnetzteils (120), umfassend: Erfassen (210) zumindest eines Betriebsparameters des Schaltnetzteils (120), Ermitteln (220) einer von einer Ausgangsleistung abhängigen Größe des Schaltnetzteils (120) unter Verwendung des zumindest einen Betriebsparameters, Vergleichen (230) der von der Ausgangsleistung abhängigen Größe mit einem Leistungsschwellwert, und Durchführen einer Maßnahme (240), die insbesondere ein Senken der Ausgangsleistung des Schaltnetzteils (120) umfasst, wenn die ermittelte Ausgangsleistung den Leistungsschwellwert übersteigt.
  2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei der Betriebsparameter eines oder mehrere aus der Gruppe aus Eingangsspannung des Schaltnetzteils, Ausgangsspannung des Schaltnetzteils, Betriebszustand des Schaltnetzteils, Tastverhältnis eines Leistungsschalters des Schaltnetzteils, Ansteuerspannung des Leistungsschalters und Spannungsabfall an einem Shunt umfasst.
  3. Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Senken der Ausgangsleistung ein Begrenzen oder Abschalten eines durch einen Leistungsschalter des Schaltnetzteils (120) fließenden Stroms und/oder ein Öffnen eines Schalters ausgangsseitig und/oder eingangsseitig des Schaltnetzteils (120) umfasst.
  4. Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leistungsschwellwert höchstens 150%, 125%, 110%, 105%, 102% oder 101% einer Maximalleistung eines ausgangsseitig an dem Schaltnetzteil (120) angeschlossenen Verbrauchers (130) entspricht.
  5. Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (220) der zumindest einen von der Ausgangsleistung abhängigen Größe und/oder das Vergleichen (230) der von der Ausgangsleistung abhängigen Größe mit dem Leistungsschwellwert unter Verwendung eines neuronalen Netzes durchgeführt wird.
  6. Spannungsversorgungsvorrichtung (100), umfassend ein Schaltnetzteil (120); eine Diagnoseschaltung (140), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Betriebsparameter des Schaltnetzteils (120) zu erfassen und eine von einer Ausgangsleistung abhängige Größe des Schaltnetzteils (120) unter Verwendung des zumindest einen erfassten Betriebsparameters zu ermitteln; eine Komparatorschaltung (150), die dazu eingerichtet ist, die von der Diagnoseschaltung (140) ermittelte Größe mit einem Leistungsschwellwert zu vergleichen; und eine Leistungsbegrenzungsschaltung (160), die dazu eingerichtet ist, die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils (120) zu senken, wenn die ermittelte Ausgangsleistung den Leistungsschwellwert übersteigt.
  7. Spannungsversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei die Diagnoseschaltung (140) zum Erfassen des zumindest einen Betriebsparameters eines oder mehrere aus der Gruppe aus Spannungsmessschaltung, Strommessschaltung, Shunt, Zeitmessschaltung, Frequenzmessschaltung und Einschaltzustandserfassungsschaltung umfasst.
  8. Spannungsversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Komparatorschaltung (150) an einem ersten Eingang signalleitend mit einem Ausgang der Diagnoseschaltung (140) verbunden ist, an einem Ausgang signalleitend mit einem Eingang der Leistungsbegrenzungsschaltung (160) verbunden ist und optional an einem zweiten Eingang zum Empfang einer Vorgabe für den Leistungsschwellwert eingerichtet ist.
  9. Spannungsversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Leistungsbegrenzungsschaltung (160) einen Schalter in einem Leitungspfad zwischen einem Eingang der Spannungsversorgungsvorrichtung (100) und dem Schaltnetzteil (120) und/oder zwischen dem Schaltnetzteil (120) und einem Ausgang der Spannungsversorgungsvorrichtung (100) und/oder ein Strom und/oder Spannung begrenzendes Element, insbesondere einen verstellbaren Widerstand, in einem Leitungspfad zwischen dem Eingang der Spannungsversorgungsquelle (110) und dem Schaltnetzteil (120) und/oder zwischen dem Schaltnetzteil (120) und dem Ausgang der Spannungsversorgungsvorrichtung (100) umfasst.
  10. Spannungsversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei in der Diagnoseschaltung (140) ein neuronales Netzwerk implementiert ist.
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