DE10357250A1 - Switched-mode direct current power supply circuit with overcurrent protection, includes saturable inductance with current-limiting control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungseinrichtung mit Überstromsicherung zum Abgeben elektrischer Gleichstromenergie an einen Lastkreis und ein Verfahren zum Steuern einer solchen elektronischen Schaltungseinrichtung.The The present invention relates to an electronic circuit device with overcurrent protection for delivering DC electrical energy to a load circuit and a method for controlling such an electronic circuit device.
Die vorliegende Erfindung befasst sich im allgemeinen mit dem Problem der Energieversorgung von Einrichtungen wie zum Beispiel Steuerungen, Kommunikationseinrichtungen und Hilfssystemen mit Niederspannungsgleichstromenergie, beispielsweise einer Gleichspannung zwischen 24 und 48V. Eine solche Gleichspannung wird üblicherweise zentral erzeugt und von einer Energiequelle parallel zu einzelnen Verbraucherzweigen verteilt. Hierbei sollten alle Verbraucherzweige einzeln abgesichert und überwacht sein, so dass das Verhalten eines Verbraucherzweiges keine oder eine möglichst geringe Auswirkung auf die Energieversorgung der anderen Verbraucherzweige hat.The The present invention is generally concerned with the problem the power supply of facilities such as control systems, communication equipment and auxiliary systems with low-voltage DC power, such as a DC voltage between 24 and 48V. Such a DC voltage is usually generated centrally and from an energy source parallel to individual Distributed to consumer branches. This should include all consumer branches individually secured and monitored so that the behavior of a consumer branch is no or one possible low impact on the energy supply of the other consumer branches Has.
Wenn als zentrale Energiequelle beispielsweise ein Netztransformator mit nachgeschalteten Gleichrichter verwendet wird, so hat dieser Transformator in einem Fehlerfall die Fähigkeit, einen ausreichend großen Strom zu liefern, um eine Schmelzsicherung oder einen Sicherungsautomaten in ausreichend kurzer Zeit auszulösen. Hierdurch kann ein fehlerhafter Verbraucherzweig vom Gesamtsystem abgetrennt werden. Bis zum Auslösen einer solchen Schmelzsicherung oder eines solchen Sicherungsautomaten wird zwar der Spannungswert der von der zentralen Gleichspannungsquelle bereitgestellten Spannung spürbar abnehmen, wird jedoch anschließend wieder für die übrigen Verbraucher auf den vorherigen Wert ansteigen.If as a central energy source, for example, a power transformer is used with downstream rectifier, so this has Transformer in case of failure the ability to do a sufficient huge Supply electricity to a fuse or circuit breaker in a sufficiently short time to trigger. This can be a faulty Consumer branch are separated from the overall system. Until the triggering of a Such fuse or such a circuit breaker Although the voltage value of the central DC voltage source provided tension noticeable but then it will decrease again for the remaining Consumers rise to their previous value.
In letzter Zeit werden jedoch an Stelle solcher Transformatoren mit nachgeschalteten Gleichrichtereinrichtungen zunehmend Schaltnetzteile verwendet, die sich durch eine exaktere Regelbarkeit der Ausgangsspannung, einen höheren Wirkungsgrad und geringere Produktionskosten in der Massenproduktion auszeichnen. Solche Schaltnetzteile haben einen elektronisch gegen Überlast geschützten Ausgang und sind daher nur sehr eingeschränkt und unter besonderen Bedingungen in der Lage, herkömmliche Sicherungselemente wie Schmelzsicherungen oder Sicherungsautomaten ansprechen zu lassen. Eine eingebaute elektronische Strombegrenzung begrenzt den Gesamtausgangsstrom eines solchen Schaltnetzteils auf einen Wert in der Größenordnung des Nennstroms, so dass eine Sicherung, die in einem Kurzschlussfall oder Überlastfall einen Stromkreis abtrennen soll, zuverlässig nur betrieben werden kann, wenn der Ansprechstrom der Sicherung um das fünf- bis zehnfache niedriger ist, als der Nennstrom des Schaltnetzteils. Dies wird dazu führen, dass ein zentrales Schaltnetzteil üblicherweise stark überdimensioniert werden müsste, was aus Kostengründen und aus Gründen des Wirkungsgrades nicht empfehlenswert ist. Im üblichen Anwendungsfall würde ein durch Überlast oder Kurzschluss einen großen Strom aufnehmender Lastkreis das speisende Schaltnetzteil in den Strombegrenzungsbetrieb zwingen, ohne dass ein Sicherungselement ansprechen kann, wodurch die Ausgangspannung des Schaltnetzteiles sehr stark abfallen würde und die übrigen Lastkreise nicht mit ausreichender Spannung versorgt werden könnten.In Recently, however, in place of such transformers with Downstream rectifier devices increasingly switching power supplies used, which is characterized by a more exact controllability of the output voltage, a higher one Efficiency and lower production costs in mass production distinguished. Such switching power supplies have an electronic against overload protected Exit and are therefore very limited and under special conditions able to conventional Fuse elements such as fuses or circuit breakers to be addressed. A built-in electronic current limit limits the total output current of such a switching power supply a value of the order of magnitude of the rated current, leaving a fuse in a short circuit or overload case to disconnect a circuit that can only be reliably operated, if the operating current of the fuse is five to ten times lower is, as the rated current of the switching power supply. This will cause that a central switching power supply usually greatly oversized would have to for reasons of cost and for reasons the efficiency is not recommended. In the usual application would be through overload or short a big one Stromaufnehmender load circuit, the dining switching power supply in the Force current limiting operation without a fuse element respond can, causing the output voltage of the switching power supply very strong would fall off and the rest Load circuits could not be supplied with sufficient voltage.
Da klassische Sicherungseinrichtungen wie Schmelzsicherungen oder Sicherungsautomaten in den beschriebenen Anwendungsfällen nicht wirksam eingesetzt werden können, wird daher mehr und mehr dazu übergegangen, einzelne Lastkreise durch sogenannte elektronische Sicherungen abzusichern, also elektronische Schaltungseinrichtungen mit Überstromsicherungsfunktion.There classic safety devices such as fuses or circuit breakers in the described applications can not be effectively used, is therefore becoming more and more passed to to protect individual load circuits by so-called electronic fuses, ie electronic circuit devices with overcurrent protection function.
Demnach betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere eine elektronische Schaltungseinrichtung mit Überstromsicherung zum Abgeben elektrischer Gleichstromenergie an einen Lastkreis, die einen Eingang zum Zuführen elektrischer Energie umfasst, einen Ausgang mit mindestens einem Ausgangsanschluss und einem Bezugspotentialanschluss, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Stromflusses zu dem mindestens einen Ausgangsanschluss, eine elektronische Schaltvorrichtung und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der elektronischen Schaltvorrichtung, um im Normalbetrieb, wenn der Wert des zu dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms einen Ansprechwert nicht erreicht, elektrische Gleichstromenergie zu dem Ausgangsanschluss zu leiten und in einem Begrenzungsbetrieb, wenn der Wert des zu dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms den Ansprechwert übersteigt, einen großen Ausgangsstrom der elektronischen Schaltungseinrichtung auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen und bei einem Andauern des Begrenzungsbetriebs für eine vorbestimmte Zeit, abzuschalten.Therefore In particular, the present invention relates to an electronic Circuit device with overcurrent protection for delivering DC electrical energy to a load circuit, which has an input for feeding electrical energy includes an output with at least one Output terminal and a reference potential terminal, a detection device for detecting the flow of current to the at least one output terminal, an electronic switching device and a control device for driving the electronic switching device to be in normal operation, when the value of the current flowing to the output terminal is a threshold value not reached, DC electric power to the output terminal to conduct and in a limiting operation, if the value of the flowing to the output terminal Current exceeds the threshold, a big Output current of the electronic circuit device to a limit predetermined value and at a continuation of the limiting operation for one predetermined time to turn off.
Eine solche elektronische Schaltungseinrichtung ist in Form einer kommerziell von der Siemens Aktiengesellschaft unter der Bezeichnung "SITOP select" erhältliche Einrichtung.A Such electronic circuit device is in the form of a commercial available from Siemens Aktiengesellschaft under the name "SITOP select" Facility.
Nachstehend
werden der Aufbau und der Betrieb einer solchen Einrichtung unter
Bezugnahme auf
Die
in
Die
Steuereinrichtung
Solange
ein Laststrom einen in einem Bereich von 2A bis 10A einstellbaren
Nennstromwert nicht übersteigt,
ist der jeweilige Feldeffektschalttransistor
As long as a load current does not exceed a nominal current value adjustable within a range of 2A to 10A, the respective field effect switching transistor is
Falls
ein Laststrom in einem Bereich zwischen 100% und 130% des zuvor
genannten voreingestellten Nennstromwertes ermittelt wird, erfolgt
ca. 5s nach dem ersten Ermitteln eines solchen Laststroms ein Abschalten
des Feldeffektschalttransistors
Übersteigt der Laststrom in einem Lastkreis einen Wert, der 130% des oben genannten Nennstromwertes entspricht, wird der entsprechende Feldeffektschalttransistor für eine kurze Zeitdauer von 50ms bis maximal 100ms angesteuert, um den Laststrom auf einen Wert von 130% des oben genannten Nennstromwertes zu begrenzen. Nach Ablauf dieser kurzen Zeitdauer wird der entsprechende Feldeffektschalttransistor abgeschaltet.exceeds the load current in a load circuit has a value that is 130% of the above Rated current value, the corresponding field effect switching transistor for one short duration of 50ms to a maximum of 100ms driven to the load current to limit to a value of 130% of the above nominal current value. After this short period of time, the corresponding field effect switching transistor off.
Die
der elektronischen Schaltungseinrichtung
Bei Verwendung einer solchen elektronischen Schaltungseinrichtung kann im kritischsten Fall in jedem der vier Lastkreise für eine Zeitdauer von 5 Sekunden ein Laststrom fließen, der 130% des Nennstroms entspricht, wenn beispielsweise alle vier Lasten gleichzeitig eingeschaltet sind und alle vier Lasten einen großen Anlaufstrom benötigen. In diesem Fall muss folglich das speisende Netzteil 4 um mindestens diese 30% überdimensioniert werden, da dieses Netzteil andernfalls nicht die erforderliche Ausgangsspannung liefern kann. Insbesondere wenn mehrere solcher elektronischer Schaltungseinrichtungen von einem Netzteil gespeist werden, beeinflusst eine solche im Überlastbetrieb betriebene Schaltungseinrichtung die Energieversorgung anderer, im Normalbetrieb befindlicher Lasten.at Use of such electronic circuit device can in the most critical case in each of the four load circuits for a period of Flow a load current for 5 seconds, which equals 130% of the rated current, for example, if all four loads are switched on simultaneously and all four loads a large starting current need. In this case, therefore, the feeding power supply 4 must be at least this 30% oversized Otherwise, this power supply will not provide the required output voltage can deliver. Especially if several such electronic circuit devices powered by a power supply affects one in overload operation operated circuit device the power supply of others, in normal operation loads.
Falls bei einer solchen beschriebenen elektronischen Schaltungseinrichtung in drei Lastkreisen gleichzeitig ein Strom von 130% fließt, verbleiben, falls das speisende Netzgerät nicht überdimensioniert wird, für den vierten Lastkreis nur 10% des Nennstroms, was zu einem Einbrechen der Versorgungsspannung führt.If in such a described electronic circuit device in three load circuits at the same time a current of 130% flows remain, if the feeding power supply not oversized is for the fourth load circuit only 10% of the rated current, causing a collapse the supply voltage leads.
Demnach ist eine exakte Dimensionierung eines Energieverteilungssystems gemäß diesem Stand der Technik nur in Form einer Überdimensionierung einzelner Komponenten durchführbar.Therefore is an exact dimensioning of an energy distribution system according to this state the technique only in the form of oversizing individual components feasible.
Der Grund für das Zulassen eines 30-prozentigen Überstroms für eine kurze Zeit liegt darin, dass Lasten mit einer großen Ladekapazität oder Lasten mit einer großen Induktanz beim Einschalten einen starken Eingangsstrom benötigen und das Betreiben solcher Lasten folglich eine unverzögert ansprechende elektronische Sicherung auslösen würde, so dass eine solche Last nicht mit einer zuvor beschriebenen elektronischen Schaltungseinrichtung als Strombegrenzungssicherung betrieben werden könnte.Of the reason for allowing a 30 percent overcurrent for a short time is that Loads with a big one loading capacity or loads with a big one Inductance when turning on a strong input current and need the operation of such loads consequently an instantaneously responsive trigger electronic fuse would, so that such a load does not come with an electronic as previously described Circuit device could be operated as a current limiting fuse.
Ein Begrenzen des Ausgangsstroms auf einen Nennstrom ist bei einer Lösung gemäß dem zuvor beschriebenen Stand der Technik nur für einige 100ms möglich, da im Strombegrenzungsbetrieb das Schaltelement eines Stromkreises im Linearbetrieb betrieben wird. Die transiente Wärmekapazität eines solchen Schalt-Halbleiters ist zu gering, um die im Begrenzungsbetrieb entstehende Wärmeenergie in ausreichender Weise, d.h. schnell genug abführen zu können, so dass ein Strombegrenzungsbetrieb mit einer elektronischen Schaltungseinrichtung gemäß dem zuvor beschriebenen Stand der Technik für mehr als einigen 100ms zwangsläufig zum Zerstören des Halbleiter-Schalters führen würde, sofern dieser Halbleiter-Schalter nicht extrem überdimensioniert würde. Übliche Lasten mit hohem Einschaltstrom wie zum Beispiel Lasten mit großem Stützkondensator oder Motoren benötigen jedoch einen hohen Strom für die Dauer von einigen Sekunden, so dass eine Dimensionierung eines Energieverteilungssystems auf den Einschaltstrom solcher Lasten ausgelegt werden müsste, was ebenfalls zu einer Überdimensionierung im Normalbetrieb und ggf. zu einer nicht ausreichenden Absicherung gegenüber durch einen Überlastfall im Normalbetrieb auftretendem Überstrom führen kann.One Limiting the output current to a rated current is in a solution according to the above described prior art only for some 100ms possible because in current limiting operation, the switching element of a circuit is operated in linear mode. The transient heat capacity of such Switching semiconductor is too low to the resulting in limiting operation Thermal energy sufficiently, i. be able to dissipate quickly enough, so that a current limiting operation with an electronic circuit device according to the above for more than a few 100ms inevitably for Destroying the Lead semiconductor switch would, unless this semiconductor switch would be extremely oversized. Usual loads with high inrush current such as loads with large backup capacitor or Motors need however a high current for the duration of a few seconds, allowing a sizing of a Energy distribution system on the inrush of such loads would have to be interpreted which also leads to oversizing in the Normal operation and, if necessary, inadequate protection across from due to an overload case in the Normal operation occurring overcurrent can lead.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische Schaltungseinrichtung mit Überstromsicherung zum Abgeben elektrischer Gleichstromenergie an einen Lastkreis bereitzustellen, die in der Lage ist, in einem Überlastfall einen auftretenden Laststrom für eine Zeitdauer von mindestens einigen Sekunden auf einen Sollwert zu begrenzen. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum geeigneten Steuern einer elektronischen Schaltungseinrichtung zum Erreichen dieses Ziels anzugeben.The The object of the present invention is an electronic circuit device with overcurrent protection to provide DC electrical energy to a load circuit, which is capable in an overload case an occurring load current for a period of at least a few seconds to a setpoint to limit. According to one Second aspect of the present invention is a method for suitable control of an electronic circuit device for To achieve this goal.
Die vorliegende Erfindung erreicht das oben genannte Ziel gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine elektronische Schaltungseinrichtung mit Überstromsicherung zum Abgeben elektrischer Gleichstrom-Energie an einen Lastkreis, die einen Eingang zum Zuführen elektrischer Energie umfasst; einen mindestens einen Ausgangsanschluss und einen Bezugspotentialanschluss aufweisenden Ausgang; eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stromflusses in der elektronischen Schaltungseinrichtung; eine elektronische Schaltvorrichtung; eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der elektronischen Schaltvorrichtung um im Normalbetrieb elektrische Gleichstrom-Energie zu dem mindestens einen Ausgangsanschluss zu leiten und um bei Erreichen eines vorbestimmten Ansprechstroms in einem Begrenzungsbetrieb einen Ausgangsstrom der elektronischen Schaltvorrichtung auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen und um bei einem Andauern des Begrenzungsbetriebs für eine vorbestimmte Zeit die elektronische Schaltvorrichtung dauerhaft abzuschalten.The The present invention achieves the above object according to First aspect of the invention by an electronic circuit device with overcurrent protection for delivering electrical DC power to a load circuit, which has an input for feeding electrical energy includes; one at least one output terminal and a reference potential terminal having output; a detection device for detecting a current flow in the electronic circuit device; an electronic switching device; a control device for Driving the electronic switching device to in normal operation DC electrical energy to the at least one output terminal to conduct and on reaching a predetermined operating current in a limiting operation, an output current of the electronic Limit switching device to a predetermined value and at a lapse of the limiting operation for a predetermined time, the electronic Switch off switching device permanently.
In einer solchen elektronischen Schaltungseinrichtung ist erfindungsgemäß zwischen der elektronischen Schaltvorrichtung und dem mindestens einen Ausgangsanschluss eine Induktanz bzw. Drosselspule in Serie geschaltet und diese Induktanz ist außerdem zwischen einem Bezugspotentialanschluss des Ausgangs und dem mindestens einen Ausgangsanschluss des Ausgangs mit einem ein Entmagnetisieren der Induktanz bei abgeschalteter elektronischer Schaltvorrichtung ermöglichenden Freilaufelement in Serie geschaltet. Zudem ist die Steuereinrichtung ausgestaltet, um die elektronische Schaltvorrichtung im Begrenzungsbetrieb derart zum periodischen Aus- und Einschalten zu steuern, dass der Strom einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt während ein Sättigungszustand der Induktanz verhindert wird.In Such an electronic circuit device is according to the invention between the electronic switching device and the at least one output terminal an inductance or inductor connected in series and this inductance is also between a reference potential terminal of the output and the at least an output terminal of the output with a demagnetizing the inductance with switched off electronic switching device enabling freewheeling element connected in series. In addition, the control device is designed, around the electronic switching device in the limiting operation such to periodically turn off and on to control that current does not exceed a predetermined value during a saturation state the inductance is prevented.
In einer solchen elektronischen Schaltungseinrichtung wird die elektronische Schaltvorrichtung entweder im Dauerbetrieb eingeschaltet, dauerhaft ausgeschaltet oder periodisch ein- und ausgeschaltet. Der Ausdruck "dauerhaft abschalten" hat daher in dieser Beschreibung oder den Ansprüchen keine Bedeutung in bezug auf die Dauer dieses Abschaltens sondern dient nur dem Unterscheiden zwischen "Abschalten im getakteten Betrieb" und "Abschalten für eine über die Dauer einer Periode im getakteten Betrieb hinausgehende Zeitdauer".In Such an electronic circuit device is the electronic Switching device either switched on in continuous operation, permanently switched off or periodically on and off switched off. The term "permanent switch off "has Therefore, in this description or the claims is not relevant with respect to the duration of this shutdown but only serves to distinguish between "shutdown in clocked operation "and" shutdown for one over the Duration of a period in clocked operation beyond ".
Bei einem Strom unterhalb des Ansprechstromes wird die elektronische Schaltvorrichtung im eingeschalteten Zustand durchgeschaltet.at a current below the operating current is the electronic Switching device switched through in the on state.
Übersteigt ein Strom den Ansprechstrom, wird die elektronische Schaltvorrichtung periodisch ein- und ausgeschaltet. Hierdurch wird ein weiterer Stromanstieg durch die Induktanz bzw. Drosselspule begrenzt. Beim Einschalten der elektronischen Schaltvorrichtung wird die Höhe des fliesenden Stroms in einem Betriebsbereich unterhalb der Sättigung der Induktanz nicht durch die Last sondern primär durch die Induktanz bestimmt.exceeds a current the operating current, the electronic switching device periodically switched on and off. This will be another current increase limited by the inductance or choke coil. When switching the electronic switching device is the amount of flowing electricity in an operating range below saturation of the inductance is not through the load but primarily determined by the inductance.
Der von der Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stromflusses in der elektronischen Schaltungseinrichtung erfasste Strom kann wahlweise, abhängig von den durch eine solche elektronische Schaltungseinrichtung zu erfüllenden Bedingungen entweder ein in die elektronischen Schaltungseinrichtung eingespeister Strom sein, ein von der elektronischen Schaltungseinrichtung an eine Last abgegebener Strom oder ein durch die Induktanz fließender Strom. Im letztgenannten Fall ist die Steuerungseinrichtung im Begrenzungsbetrieb besonders einfach zu realisieren.Of the from the detection device for detecting a current flow in the electronic circuit device detected current can optionally dependent from those by such electronic circuit device to fulfilling Conditions either in the electronic circuit device be fed current, one of the electronic circuit device current delivered to a load or a current flowing through the inductance. In the latter case, the control device is in limiting operation especially easy to realize.
Der Strom, dessen Wert den Ansprechstromwert nicht übersteigen sollte, kann bedarfsweise, falls das Kriterium für eine Strombegrenzung beispielsweise das Einhalten einer maximal zulässigen Belastung einer speisenden Energiequelle ist, der Eingangsstrom der elektronischen Schaltungseinrichtung sein, oder kann, falls das Kriterium für eine Strombegrenzung beispielsweise das Einhalten eines maximal zulässigen Laststroms ist, der Ausgangsstrom der elektronischen Schaltungseinrichtung sein. Eine elektronische Schaltungseinrichtung gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltungsform der Erfindung kann sowohl eine Begrenzung des Eingangstroms auf einen ersten vorgegebenen Wert als auch eine Begrenzung des Ausgangsstroms auf einen zweiten vorgegebenen Wert durch entsprechendes Ausgestalten der Steuereinrichtung realisieren. Der erste und der zweite vorgegebene Wert können hierbei gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.Of the Current whose value should not exceed the threshold value can, if necessary, if the criterion for a current limit, for example, the compliance with a maximum permissible Load of a feeding power source is the input current the electronic circuit device, or, if the criterion for a current limit, for example, the compliance with a maximum permissible Load current is the output current of the electronic circuit device be. An electronic circuit device according to a especially favorable Embodiment of the invention can be both a limitation of Input current to a first predetermined value as well as a limit the output current to a second predetermined value by appropriate Implementing the control device realize. The first and the second predetermined value can be the same or different from each other.
Ein in die Induktanz fließender Strom steigt nämlich vom Einschalten während einer Einschaltdauer tein von einem zum Zeitpunkt des Einschaltens vorliegenden Wert linear an um einen Wert, der sich zu jedem Zeitpunkt nach dem Einschalten jeweils aus dem Produkt der momentanen Einschaltzeit tein und dem Quotienten aus einer über die Induktanz abfallenden Spannung und dem Induktivitätswert der Induktanz ergibt.A current flowing in the inductance current increases namely from switching during a switch from a present a t the time of power value linearly to a value which is off at any time after switching on respectively the product of the current switch-on time t and the quotient resulting from a over the inductance falling voltage and the inductance value of the inductance.
Um eine Strombegrenzung sicherzustellen, steuert die Steuereinrichtung die Einschaltzeiten und Ausschaltzeiten der elektronischen Schaltvorrichtung durch ein Puls/Pausenverhältnis eines Steuersignals, wobei darauf geachtet wird, dass der Betriebsbereich der Induktanz unterhalb der Sättigung liegt. Durch das Verhältnis der Einschaltzeit zur Pausenzeit wird der Stromwert des Begrenzungsbetriebsstroms festgelegt. Da der Momentanwert eines in die Induktanz fließenden Stroms von einem zum Einschaltzeitpunkt vorliegenden Wert linear mit der Einschaltzeit zunimmt, bietet sich dieser Stromverlauf an, um in einer besonders günstigen Ausführungsform als Vergleichsgröße bei dem Bestimmen eines Abschaltzeitpunktes der elektronischen Schaltvorrichtung herangezogen zu werden. Da der Stromverlauf in der Induktanz nach dem Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung in analoger Weise zum Stromverlauf nach dem Einschalten kontinuierlich mit der Pausendauer abnimmt, kann er ebenfalls als Vergleichsgröße bei dem Bestimmen eines eines Wiedereinschaltzeitpunktes der elektronischen Schaltvorrichtung herangezogen zu werden.Around to ensure a current limit controls the controller the turn-on and turn-off of the electronic switching device by a pulse / pause ratio a control signal, taking care that the operating range the inductance below saturation lies. By the ratio the on time at the pause time becomes the current value of the limit operating current established. Since the instantaneous value of a current flowing in the inductance current from a value present at the time of switch-on linearly with the switch-on time increases, this current course lends itself to a particular Great embodiment as a reference in the Determining a turn-off time of the electronic switching device to be consulted. Since the current flow in the inductance after switching off the electronic switching device in analog Way to current flow after switching continuously with the Pausing decreases, he can also as a reference in the Determining a reconnect time of the electronic Switching device to be used.
Wenn in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen ein Ansprechstrom erwähnt wird, ist ein Nennstrom gemeint, bei dem die Strombegrenzende Wirkung der elektronischen Schaltungseinrichtung gemäß der Erfindung wirksam wird. Ein solcher Nennstrom bezieht sich je nach Anwendungsfall entweder auf die Stromaufnahme eines Lastkreises einschließlich der erfindungsgemäß angeordneten Schaltungskomponenten aus Schaltvorrichtung, Induktanz und Freilaufdiode oder aber auf einen von solchen erfindungsgemäß angeordneten Schaltungskomponenten an eine Last abgegebenen Strom. Da die Taktfrequenz, mit der eine erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung im Begrenzungsbetrieb ein- und ausschaltet nicht unbegrenzt hoch sein kann, ist für den Strom in der Induktanz eine gewisse Hysterese erforderlich. Eine sich ergebende Welligkeit des Stroms in der Induktanz kann bedarfsweise sowohl am Eingang als auch am Ausgang eines Aufbaus aus erfindungsgemäß angeordneter Schaltvorrichtung, Induktanz und Freilaufdiode durch eine ausreichend groß dimensionierte Kapazität kompensiert werden. Folglich ist einem Ansprechstrom im Sinne der vorliegenden Beschreibung und Ansprüche ein einem oberen Stromwert entsprechender Ausschaltschwellwert zugeordnet und ein unter diesem Ausschaltschwellwert liegender Wiedereinschaltschwellwert. Dieser Wiedereinschaltschwellwert kann hierbei durch seine Differenz zum Ausschaltschwellwert definiert sein, er kann aber auch abhängig von dem Ansprechstromwert definiert sein.If in this description and in the claims a response current is mentioned, is meant a rated current at which the current limiting effect the electronic circuit device according to the invention is effective. Such a rated current refers depending on the application either on the current consumption of a load circuit including the According to the invention arranged circuit components from switching device, inductance and freewheeling diode or on one of such inventively arranged Circuit components delivered to a load current. Since the clock frequency, with a circuit device according to the invention in limiting mode does not switch on and off indefinitely can be, is for the current in the inductance requires a certain hysteresis. A resulting ripple of the current in the inductance can if necessary, both at the entrance and at the exit of a structure arranged according to the invention Switching device, inductance and freewheeling diode by a sufficient large dimensioned capacity be compensated. Consequently, a response current in the sense of present description and claims an upper current value corresponding Ausschaltschwellwert assigned and one below this Switch-off threshold value lying reclosing threshold. This Restart threshold can be determined by its difference to Ausschaltschwellwert be defined, but it can also be dependent on be defined the Ansprechstromwert.
In dem oben erwähnten besonders günstigen Fall, dass der im getakteten Betrieb partiell sägezahnförmige Verlauf des Stroms in der Induktanz als Vergleichsgröße bei dem Bestimmen eines Abschaltzeitpunktes und auch beim Bestimmen eines Wiedereinschaltzeitpunktes der elektronischen Schaltvorrichtung herangezogen wird, kann ein solcher Stroms in der Induktanz sowohl mit dem Ausschaltschwellwert als auch mit dem Wiedereinschaltschwellwert verglichen werden. In diesem Fall ist der Ausschaltschwellwert normalerweise geringfügig größer als ein zugehöriger Ansprechwert und der Wiedereinschaltschwellwert ist geringfügig kleiner als dieser zugehöriger Ansprechwert.In the above mentioned especially favorable Case that the partial sawtooth course of the stream in clocked operation in the inductance as a reference in the Determining a switch-off and also when determining a Restart time of the electronic switching device such a current in the inductance can both compared with the Ausschaltschwellwert as well as with the Wiederschaltschaltschwellwert become. In this case, the switch-off threshold is normal slight greater than an associated Pickup value and the restart threshold is slightly smaller as this one Response.
Übersteigt in dem beschriebenen Fall ein in dem Stromkreis und somit in der Induktanz fließender Strom den Ausschaltschwellwert, erkennt dies ein diese Größen vergleichender Komparator in der Steuereinrichtung und die Steuereinrichtung veranlasst das Abschalten der elektronischen Schalteinrichtung. Daraufhin fällt der Strom in der Induktanz, der von der den Überstrom verursachenden Last über das Freilaufelement angetrieben wird, linear ab. Unterschreitet der durch die Induktanz fließende Strom hierbei den Wiedereinschaltschwellwert, erkennt dies ein diese Größen vergleichender Komparator in der Steuereinrichtung und die Steuereinrichtung veranlasst das Wiedereinschalten der elektronischen Schalteinrichtung. Wenn der Überlastfall weiterhin vorliegt, steigt daraufhin der Strom in der Induktanz linear an, bis er den Ausschaltschwellwert erreicht, was in analoger Weise ein erneutes Abschalten der elektronischen Schalteinrichtung bewirkt.exceeds in the case described in the circuit and thus in the Inductance flowing current the Ausschaltschwellwert, this recognizes these sizes of comparative Comparator in the control device and the control device causes the switching off of the electronic switching device. Then he falls Current in the inductance, which exceeds the load causing the overcurrent Freewheel element is driven, linear from. Falls below the current flowing through the inductance In this case, the reclosing threshold, this recognizes these sizes of comparative Comparator in the control device and the control device causes the reconnection of the electronic switching device. If the overload case continues to exist, then increases the current in the inductance linear until it reaches the Ausschaltschwellwert, which in analog Way a renewed shutdown of the electronic switching device causes.
Im Begrenzungsbetrieb beeinflusst die gewählte Schalthysterese, also die Differenz zwischen einem Stromwert, der ein Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung veranlasst und einem Stromwert, der ein Wiedereinschalten der elektronischen Schaltvorrichtung veranlasst, die Taktfrequenz. Diese Taktfrequenz, mit der ein solches Abschalten und Wiedereinschalten erfolgt, hängt außerdem von dem Induktivitätswert der Induktanz ab, aber auch von der Größe der Überlast. Ein Verringern der Differenz zwischen Ausschaltschwellwert und Wiedereinschaltschwellwert führt zu einem Anheben der Taktfrequenz. Außerdem führt eine geringere Überlast zu einer höheren Taktfrequenz. Eine bevorzugte Taktfrequenz des Ein- und Aus-Schaltens der elektronischen Schaltvorrichtung im Begrenzungsbetrieb liegt im Bereich von einigen 100 kHz, insbesondere zwischen 100kHz und 600kHz. Hierbei kann die Induktivität der Induktanz abhängig von dem Wert eines Begrenzungsstroms ausreichend klein gewählt werden, und trotzdem sichergestellt werden, dass die Induktanz bei einem gewählten Begrenzungsstrom nicht in die Sättigung kommt. Eine wirtschaftliche Obergrenze der Taktfrequenz ergibt sich dadurch, dass Schaltverluste mit der Frequenz zunehmen.In limiting operation, the selected switching hysteresis, ie the difference between a current value that causes the electronic switching device to be switched off and a current value that causes the electronic switching device to be switched on again influences the clock frequency. This clock frequency at which such switching off and restarting also depends on the inductance value of the inductance, but also on the magnitude of the overload. Reducing the difference between the switch-off threshold and the switch-on threshold results in an increase in the clock frequency. In addition, a lower overload leads to a higher clock frequency. A preferred clock frequency of the switching on and off of the electronic switching device in the limiting operation is in the range of a few 100 kHz, in particular between 100 kHz and 600 kHz. In this case, the inductance of the inductance can be chosen to be sufficiently small depending on the value of a limiting current, and nevertheless it can be ensured that the inductance does not saturate at a selected limiting current. An economic upper limit of the clock frequency results from that switching losses increase with frequency.
Wenn im beschriebenen Fall während des Begrenzungsbetriebs die Überlastsituation wegfällt, steigt der Strom in der Induktanz nach dem Wiedereinschalten nicht mehr bis zum Ausschaltschwellwert an und die Schaltungseinrichtung ist folglich im Normalbetrieb.If during the described case of the limiting operation, the overload situation falls away, rises the current in the inductance after switching on no longer to the Ausschaltschwellwert and the circuit device is consequently in normal operation.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, der von der Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stromflusses in der elektronischen Schaltungseinrichtung erfasste Strom ein durch die Induktanz fließender Strom ist, können durch den Begrenzungsbetrieb verursachte und für das Bestimmen der Einschalt- und Abschaltzeitpunkte erforderliche Stromwelligkeiten leicht durch Eingangs- und/oder Ausgangspufferkondensatoren ausgeglichen werden.If, as described above, from the detection device to Detecting a current flow in the electronic circuit device detected current is a current flowing through the inductance current can through caused the limiting operation and for determining the switch-on and shutdown times required by current ripples easily Input and / or output buffer capacitors are balanced.
Falls der von der Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stromflusses in der elektronischen Schaltungseinrichtung erfasste Strom ein in die elektronischen Schaltungseinrichtung eingespeister Strom oder ein von der elektronischen Schaltungseinrichtung an eine Last abgegebener Strom ist, kann eine durch den Schaltbetrieb im Begrenzungsbetrieb bedingte Stromwelligkeit auf der Seite der elektronischen Schaltungseinrichtung , auf der die Detektoreinrichtung zur Stromerfassung angeordnet ist schwerlich ausgeglichen werden. Außerdem liegt kein Speisungs-unabhängiger bzw. Last-unabhängiger sägezahnförmiger Stromverlauf als Erfassungsgröße vor, so dass der Aufbau der Steuereinrichtung aufwändiger ist. Auch in diesem Fall kann die Steuerung der Strombegrenzung jedoch durch einen jeweiligen dem Ansprechstrom zugeordneten Ausschaltschwellwert und dem Wiedereinschaltschwellwert gesteuert werden. Beim Begrenzen des Eingangsstroms kann hierbei ein Wiedereinschaltzeitpunkt für einen aktuellen Taktzyklus beispielsweise mit Hilfe des erfassten Stromflusses und dem Wiedereinschaltschwellwert im vorangegangenen Zyklus bestimmt werden.If that of the detector for detecting a current flow in the electronic circuit device detected current in the electronic circuit device fed current or an output from the electronic circuit device to a load Is current, can be caused by the switching operation in limiting operation Current ripple on the side of the electronic circuit device on which the detector device is arranged for current detection is hardly balanced. In addition, there is no feed-independent or Load-independent sawtooth current waveform as detection size, so that the structure of the control device is more complex. Also in this However, the control of the current limiting can be done by a respective the switch-off threshold value and the switch-on threshold value assigned to the operating current become. When limiting the input current, this can be a reclosing time for one current clock cycle, for example, using the detected current flow and the restart threshold in the previous cycle become.
Zusammenhänge zwischen Induktivitätswert, Begrenzungsstrom, Tastverhältnis und Taktfrequenz können dem Buch "Halbleier-Schaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk, Neunte, neu bearbeitete und erweiterte Auflage, Zweiter aktualisierter Nachdruck, 1991 auf Seiten 563 bis 566 im Kapitel 18.6.1 Der Abwärts-Wandler entnommen werden. Dort wird eine aus Schaltvorrichtung, Induktanz, Freilaufelement und Lastkondensator bestehende Schaltung, in der diese Elemente in ähnlicher Weise wie in der erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung angeordnet sind zu einem anderen Zweck und in einem anderen Betriebszustand mit anderen Randbedingungen verwendet. Die physikalischen Zusammenhänge innerhalb der in dem zitierten Buch analysierten und dimensionierten Schaltung sind jedoch in weiten Teilen übereinstimmend mit den physikalischen Zusammenhängen in der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungseinrichtung.Relationships between inductance, Limiting current, duty cycle and clock frequency can the book "Halbleier Circuit Technology" by U. Tietze and Ch. Schenk, ninth, newly edited and extended edition, second updated reprint, 1991 pages 563 to 566 in the chapter 18.6.1 The down converter be removed. There is an off switching device, inductance, Freewheeling element and load capacitor existing circuit, in the these elements in similar Way as in the circuit device according to the invention are arranged for a different purpose and in a different operating condition used with other boundary conditions. The physical relationships within the circuit analyzed and dimensioned in the quoted book however, are in many parts consistent with the physical connections in the inventive electronic Circuit device.
Während der Pausenzeiten des Ansteuersignals durch die Steuereinrichtung bzw. während der Ausschaltzeiten der elektronischen Schaltvorrichtung wird die Induktanz über das Freilaufelement teilweise entmagnetisiert und kann beim nächsten Durchschalten der elektronischen Schaltvorrichtung wieder Energie aufnehmen.During the Pause times of the drive signal by the control device or while the turn-off of the electronic switching device is the Inductance over the freewheel element partially demagnetized and can at the next switching through the electronic switching device again absorb energy.
Durch eine solche elektronische Schaltungseinrichtung kann ein Laststrom auf einen Ansprechstrom begrenzt werden. Bei geeigneter Dimensionierung kann eine solche elektronische Schaltungseinrichtung für beliebige Zeit im Überlastbetrieb betrieben werden, ohne dass die elektronische Schaltvorrichtung zerstört wird und ohne dass zu einem Lastkreis mit dieser elektronischen Schaltungseinrichtung parallel betriebene Lastkreise durch einen solchen Überlastbetrieb beeinträchtigt würden.By Such an electronic circuit device may be a load current be limited to a response current. With suitable dimensioning Such an electronic circuit device for any Time in overload operation be operated without the electronic switching device destroyed and without causing a load circuit with this electronic Circuit device operated in parallel load circuits by a such overload operation impaired would.
Die Zeitdauer, also die vorbestimmte Zeit, nach der die elektronische Schaltungseinrichtung im Begrenzungsbetrieb abschalten soll, kann demnach in weiten Bereichen beliebig einstellbar sein. In den häufigsten Anwendungsfällen hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Abschalten im Überlastfall nach etwa 3 bis 5 Sekunden sinnvoll ist, da bei längerem Überlastfall ein Fehlerfall vorliegen dürfte.The Time duration, ie the predetermined time after which the electronic Circuit device in limiting mode should turn off, can Accordingly, be widely adjustable in many areas. In the most common applications However, it has turned out that a shutdown in case of overload After about 3 to 5 seconds makes sense, as in case of prolonged overload an error should be present.
Die vorbestimmte Zeit, nach der bei Vorliegen des Begrenzungsbetriebs die Schaltvorrichtung abgeschaltet wird, ist demnach vorzugsweise mindestens 1 Sekunde und liegt insbesondere in dem Bereich von 3 bis 5 Sekunden.The predetermined time after the presence of the limiting operation the switching device is switched off, is therefore preferred at least 1 second, and is in particular in the range of 3 to 5 seconds.
Innerhalb einer Zeitspanne von 3 bis 5 Sekunden gehen übliche, im Einschaltfall stark induktive oder stark kapazitive Lasten, die ohne Strombegrenzung einen großen Einschaltstrom aufnehmen würden, in den Normalbetrieb über. Das heißt, solche Lasten, die im Einschaltfall eine Überlast für den Lastkreis bedeuten, stellen nach einer Zeit von etwa 3 bis 5 Sekunden keine Überlast mehr für den Lastkreis dar.Within a period of 3 to 5 seconds go standard, in the power-on strong inductive or highly capacitive loads without current limitation a big Inrush current would pick up, into normal operation. This means, such loads, which mean an overload for the load circuit in the switch-on After a time of about 3 to 5 seconds no overload for the load circuit represents.
Der Begrenzungsbetrieb der elektronischen Schaltungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem der elektronischen Schaltungseinrichtung gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik dadurch, dass im Begrenzungsbetrieb abgesehen von geringen unvermeidlichen Verlusten keine Energie in Wärme umgeformt wird, sondern die von einer Energiequelle zugeführte Energie im Begrenzungsfall während der Einschaltphase weitgehend vollständig in magnetische Energie umgeformt und als solche gespeichert wird und in der Abschaltphase als elektrische Energie an die Last abgegeben wird. Bei Vorsehen eines geeignet dimensionierten Stabilisierungskondensators im Lastkreis, z.B. am Ausgang der elektronischen Schaltungseinrichtung, kann somit ein gleichmäßiger Laststrom bereitgestellt werden.The limiting operation of the electronic circuit device according to the present invention differs from that of the electronic circuit device according to the above-described prior art in that in the limiting operation, apart from small unavoidable losses, no energy is converted into heat, but the power supplied by a power source in the case of limitation during the switch-on is largely completely transformed into magnetic energy and stored as such and in the shutdown phase as electrical energy the load is delivered. By providing a suitably dimensioned stabilizing capacitor in the load circuit, eg at the output of the electronic circuit device, a uniform load current can thus be provided.
Vorzugsweise wird eine elektronische Schaltungseinrichtung gemäß der Erfindung von einem geschalteten Spannungswandler zum Umsetzen einer zugeführten elektrischen Energie in elektrische Energie für den Ausgangsanschluss gespeist oder enthält einen solchen geschalteten Spannungswandler.Preferably becomes an electronic circuit device according to the invention from a switched voltage converter for converting a supplied electrical Energy into electrical energy for the output terminal is fed or contains such a switched DC converter.
In einer besonderen günstigen Ausgestaltungsform umfasst eine elektronische Schaltungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere mindestens einen Ausgangsanschluss aufweisende Ausgänge, wobei jeder dieser Ausgänge eine elektronische Schaltvorrichtung, eine Induktanz und ein Freilaufelement in erfindungsgemäßer Anordnung umfasst, um einen Lastkreis zu speisen und vor Überstrom zu schützen.In a special cheap Embodiment comprises an electronic circuit device according to the present Invention having at least one output terminal having outputs, wherein each of these outputs an electronic switching device, an inductance and a freewheeling element comprises according to the invention to feed a load circuit and protect against overcurrent.
Eine solche Ausgestaltungsform einer elektronischen Schaltungseinrichtung nutzt den Vorteil, dass eine Steuereinrichtung zum Steuern der elektronischen Schaltvorrichtungen mehrerer Lastkreise verwendet werden kann.A Such an embodiment of an electronic circuit device takes advantage of having a control device for controlling the electronic Switching devices of several load circuits can be used.
Gemäß einer Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung wird eine erfindungsgemäße elektronische Schaltungseinrichtung mit einer elektrischen Energie gespeist, deren Spannung näherungsweise der Spannung der von der Schaltvorrichtung am Ausgang abgegebenen Gleichstromenergie entspricht.According to one Embodiment of the present invention is an inventive electronic Circuit device fed with an electrical energy whose Voltage approximately the voltage delivered by the switching device at the output DC power corresponds.
Eine solche elektronische Schaltungseinrichtung ermöglicht den unabhängigen Aufbau beliebig großer Niederspannungsgleichstromenergieverteilungsnetze.A Such electronic circuit device allows independent construction arbitrarily large Low voltage DC power distribution networks.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektronische Schaltungseinrichtung einen Spannungswandler und ist demnach ausgestaltet, um mit einer elektrischen Energie gespeist zu werden, deren Nennspannungswert sich von der Spannung der elektrischen Gleichstromenergie unterscheidet, die von der Schaltvorrichtung an den Ausgangsanschluss abgegeben wird. Eine solche elektronische Schaltungseinrichtung kann eingesetzt werden, wenn eine vorliegende Versorgungsspannung nicht die von einem oder mehreren Lastkreisen benötigte Versorgungsspannung ist. Vorzugsweise kann eine solche elektronische Schaltungseinrichtung einen oder mehrere Ausgänge mit Strombegrenzungsfunktion haben und/oder einen Ausgang ohne Strombegrenzung. Die Versorgungsspannung einer solchen Schaltungseinrichtung kann sowohl Gleichspannung als auch Wechselspannung sein. Ein geeigneter Spannungswandler ist Fachleuten auf dem Gebiet der Niederspannungs-Energieversorgung beispielsweise als geschalteter Spannungswandler geläufig. Ein solcher geschalteter Spannungswandler kann selbstverständlich von irgend einer Art sein, die ohne darauf beschränkt zu sein folgende Typen von Spannungswandlern einschließt: freischwingende und getaktete Sperrwandler, Eintakt- oder Gegentakt-Flusswandler, Nullspannungswandler, Nullstromwandler, Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller und Resonanzwandler sowie Wandler, die zwei oder mehr solcher Wandlertypen kombinieren.According to one Another preferred embodiment of the present invention An electronic circuit device comprises a voltage converter and is therefore designed to be with an electrical energy to be fed whose nominal voltage value is different from the voltage the DC electrical energy differs from that of the switching device is delivered to the output terminal. Such electronic Circuit device can be used when a present Supply voltage is not the supply voltage required by one or more load circuits is. Preferably, such an electronic circuit device one or more outputs with current limiting function and / or an output without current limiting. The supply voltage of such a circuit device can be both DC voltage and AC voltage. A suitable one Voltage converters are experts in the field of low-voltage power supply for example, as a switched voltage converter familiar. One of such switched voltage converter can of course of any kind, without being limited to the following types of voltage transformers includes: free-running and clocked flyback converters, single-ended or differential mode, Zero voltage converter, zero current transformer, buck converter, boost converter and resonant converters, and transducers comprising two or more such transducers combine.
Selbstverständlich sind erfindungsgemäße Einrichtungen aber auch durch andere ähnlich wirkende Vorrichtungen wie Transformatoren mit nachgeschalteten Gleichrichtern oder Batterien speisbar.Of course they are inventive devices but also similar by others acting devices such as transformers with downstream Rectifiers or batteries can be fed.
Vorzugsweise kann eine elektronische Schaltungseinrichtung gemäß der Erfindung eine Wählvorrichtung umfassen zum Einstellen eines Ansprechstroms, bei dessen Überschreiten die Steuereinrichtung die elektronische Schaltvorrichtung in den Begrenzungsbetrieb steuert.Preferably may be an electronic circuit device according to the invention a dialer comprise for setting a response current, when exceeded the control device, the electronic switching device in the Limiting operation controls.
Durch eine solche Wählvorrichtung kann die entsprechende elektronische Schaltungseinrichtung individuell an den von ihr versorgten Lastkreis angepasst werden. Falls die Detektorvorrichtung beispielsweise den in der Induktanz fließenden Strom erfasst, kann durch eine solche Wählvorrichtung, da die Induktanz im Normalbetrieb im gesättigten Zustand ist, ein Wert für den gewünschten Ansprechstrom des Lastkreises unmittelbar eingestellt werden. Erreicht der Momentanwert des erfassten Stromes in der Induktanz einen einem solchen gewählten Wert des Ansprechstroms zugeordneten oberen Schwellwert bzw. Ausschaltschwellwert, steuert die Steuereinrichtung folglich die elektronische Schaltvorrichtung an, um Abzuschalten und darauffolgend im Begrenzungsbetrieb periodisch ein- und auszuschalten.By such a dialing device the corresponding electronic circuit device can be customized adapted to the load circuit supplied by it. if the Detector device detects, for example, the current flowing in the inductance current, can by such a dialing device, since the inductance in normal operation is in the saturated state, a value for the desired Operating current of the load circuit can be set directly. Reached the instantaneous value of the detected current in the inductance is a such chosen ones Value of the operating current assigned to the upper threshold value or switch-off threshold value, the controller thus controls the electronic switching device to turn off and then in limiting mode periodically switch on and off.
Eine solche Wählvorrichtung kann sowohl manuell beeinflussbar sein, beispielsweise durch eine manuelle Eingabeeinrichtung an der elektronischen Schaltungseinrichtung oder durch Fernsteuersignale, sie kann auch durch die Steuereinrichtung beeinflussbar sein, um unter Ausnutzung der relativ langen Strombegrenzungszeit den tatsächlichen Laststrom zu messen, wie später erläutert wird.A such dialer can be influenced both manually, for example by a manual input device on the electronic circuit device or by remote control signals, it can also be influenced by the control device be in order to take advantage of the relatively long current limiting time the actual load current to measure, as later explained becomes.
Vorzugsweise entspricht der Wert des Ansprechstroms zum Veranlassen des Begrenzungsbetriebs weitgehend dem vorbestimmten Wert, auf dem der Laststrom im Begrenzungsbetrieb begrenzt wird. Beispielsweise kann der einem Ansprechstromwert zugeordnete Ausschaltschwellwert bis zu ca. 5% höher als der einen Nennwert bildende Ansprechstromwert und der und der diesem Ansprechstromwert zugeordnete Wiedereinschaltschwellwert kann bis zu ca. 5% niedriger sein als der Ansprechstromwert, so dass sich vorzugsweise ein tatsächlicher Begrenzungsbetriebsstrom ergibt mit einer Welligkeit von nicht mehr als 10% seines Mittelwertes. Eine solche Welligkeit kann bedarfsweise einfach durch eine geeignet große Kapazität parallel zur Last im Lastkreis auf ein erträgliches Maß reduziert werden und/oder durch eine geeignet große Kapazität parallel zum Eingang der elektronischen Schaltvorrichtung im Speisekreis auf ein erträgliches Maß reduziert werden. Ein Energieverteilungssystem unter Verwendung einer solchen elektronischen Schaltungseinrichtung kann folglich effizient geplant werden.Preferably, the value of the operating current for initiating the limiting operation largely corresponds to the predetermined value at which the load current is limited in the limiting operation. For example, the turn-off threshold associated with a response current value may be up to about 5% higher than the nominal-value response current value and the and that response current value orderly reclosing threshold can be up to about 5% lower than the Ansprechstromwert, so that preferably results in an actual limiting operating current with a ripple of not more than 10% of its average value. Such a ripple can, if necessary, be reduced to a tolerable level simply by a suitably large capacitance parallel to the load in the load circuit and / or be reduced to a tolerable level by a suitably large capacitance parallel to the input of the electronic switching device in the supply circuit. A power distribution system using such electronic circuit device can thus be efficiently planned.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der elektronischen Schaltungseinrichtung kann auch die vorbestimmte Zeit vom Auftreten des Begrenzungsbetriebs bis zum dauerhaften Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung durch eine Wählvorrichtung einstellbar sein.According to one preferred embodiment of the electronic circuit device may also be the predetermined time from the occurrence of the limiting operation until permanently switching off the electronic switching device by a dialer be adjustable.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinrichtung einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungseinrichtung ausgestaltet sein, um nach dem Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung ein Signal bereitzustellen für eine Endabschaltung zur dauerhaften galvanischen Trennung des nachgeschalteten Lastkreises. Ein solches Signal kann zum Steuern eines Relais im Lastkreis verwendet werden, das den Lastkreis dauerhaft galvanisch trennt. Ein solches Relais kann vorzugsweise auch in der elektronischen Schaltungseinrichtung enthalten sein.In a development of the invention, the control device of a according to the invention electronic Circuit device be configured to after switching off to provide a signal to the electronic switching device for one End stop for permanent galvanic isolation of the downstream Load circuit. Such a signal can be used to control a relay in the Load circuit can be used, which permanently galvanic the load circuit separates. Such a relay may preferably also in the electronic Circuit device be included.
Da die elektronische Schaltungseinrichtung gemäß der Erfindung als Sicherung für einen nachgeschalteten Lastkreis mit Ausgangsstrombegrenzung betreibbar ist und somit das Auftreten eines Überstroms zuverlässig verhindern kann und das Abschalten des Lastkreises innerhalb einer vorgebbaren Zeit verursachen kann, ist es möglich, der elektronischen Schaltungseinrichtung bedarfsweise eine Schmelzsicherung nachzuschalten, um bei Ausfall der elektronischen Schaltungseinrichtung im Überstromfall den nachgeschalteten Lastkreis zu trennen. Da eine solche Schmelzsicherung nicht überdimensioniert werden muss, d.h. das Ansprechen der Schmelzsicherung bei einem Stromfluss geringfügig oberhalb des Begrenzungsstroms liegen kann, kann eine solche Schmelzsicherung dimensioniert werden, um bei Ausfall der elektronischen Schaltungseinrichtung und Überlastbetrieb im Lastkreis, wenn auch gegebenenfalls verzögert, anzusprechen.There the electronic circuit device according to the invention as a fuse for one downstream load circuit with output current limit operable is and thus reliably prevent the occurrence of an overcurrent can and the switching off of the load circuit within a predefinable Can cause time, it is possible the electronic circuit device, if necessary, a fuse nachzuschalten to failure of the electronic circuit device in overcurrent case to separate the downstream load circuit. Because such a fuse not oversized must be, i. the response of the fuse in a Current flow slightly above may be the limiting current, such a fuse be dimensioned to in case of failure of the electronic circuit device and overload operation in the load circuit, although possibly delayed, to address.
Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung hat die elektronische Schaltungseinrichtung eine Schnittstelle zum Empfangen von Steuerinformation für die elektronische Schaltungseinrichtung und/oder zum Melden von Zustandsinformation bezüglich Zuständen der elektronischen Schaltungseinrichtung.According to one especially favorable Embodiment of the present invention has the electronic Circuit means an interface for receiving control information for the electronic Circuit device and / or for reporting status information in terms of states the electronic circuit device.
Gemäß einem zweiten Aspekt erreicht die vorliegende Erfindung das oben erwähnte Ziel durch ein Verfahren zum Steuern einer elektronischen Schaltungseinrichtung zum Abgeben elektrischer Gleichstrom-Energie an einen Lastkreis, wobei die elektronische Schaltungseinrichtung einen Eingang zum Zuführen elektrischer Energie umfasst, einen mindestens einen Ausgangsanschluss und einen Bezugspotentialanschluss aufweisenden Ausgang, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stromflusses zwischen dem Eingang und dem Ausgangsanschluss, eine elektronische Schaltvorrichtung, eine in Serie zwischen der elektronischen Schaltvorrichtung und dem Ausgangsanschluss gestaltete Induktanz, die außerdem in Serie geschaltet ist mit einem ein entmagnetisieren der Induktanz bei abgeschalteter elektronischer Schaltvorrichtung ermöglichenden Freilaufelement zwischen dem Bezugspotentialanschluss des Ausgangs und dem Ausgangsanschluss. Ein solches Verfahren umfasst die Schritte: Vergleichen des Stromflusses zwischen dem Eingang und dem Ausgangsanschluss mit einem einem vorbestimmten Ansprechstrom zugeordneten Ausschaltschwellwert; wenn der Stromfluss den Ausschaltschwellwert nicht übersteigt, Ansteuern der elektronischen Schaltvorrichtung im Normalbetrieb, um elektrische Gleichstrom-Energie zu dem mindestens einen Ausgangsanschluss zu leiten; wenn der Stromfluss den Ausschaltschwellwert übersteigt, Ansteuern der elektronischen Schaltvorrichtung in einem Begrenzungsbetrieb, um den Stromfluss auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen durch Ansteuern der elektronischen Schaltvorrichtung zum periodischen Aus- und Einschalten derart, dass der Strom einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt während ein Sättigungszustand der Induktanz verhindert wird; Vergleichen der Zeitdauer des Begrenzungsbetriebs mit einem vorbestimmten Wert; und Ansteuern der elektronischen Schaltvorrichtung um dauerhaft abzuschalten, wenn die Zeitdauer des Begrenzungsbetriebs den vorbestimmten Wert erreicht.According to one In the second aspect, the present invention achieves the above-mentioned object by a method of controlling an electronic circuit device for delivering electrical DC power to a load circuit, wherein the electronic circuit means an input to Respectively electrical energy comprises a at least one output terminal and a reference potential terminal having output, a detection device for detecting a current flow between the input and the output terminal, an electronic switching device, one in series between the electronic switching device and the output terminal designed Inductance, as well is connected in series with a demagnetize the inductance with switched off electronic switching device enabling freewheeling element between the reference potential terminal of the output and the output terminal. One such method comprises the steps of: comparing the current flow between the input and the output terminal at a predetermined one Operating current assigned switch-off threshold; when the current flow does not exceed the switch-off threshold, Driving the electronic switching device in normal operation, to electrical DC power to the at least one output terminal to lead; if the current flow exceeds the switch-off threshold, Driving the electronic switching device in a limiting operation, to limit the current flow to a predetermined value by Driving the electronic switching device to the periodic Turning off and on so that the current is a predetermined Value does not exceed while one saturation state the inductance is prevented; Compare the duration of the limiting operation with a predetermined value; and driving the electronic switching device to permanently shut off when the duration of the limiting operation reaches the predetermined value.
Ein solches Verfahren erzielt die vorteilhaften Wirkungen, wie sie oben unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße elektronische Schaltungseinrichtung beschrieben worden sind.One such process achieves the beneficial effects as above with reference to the electronic circuit device according to the invention have been described.
Der Wert des Stromes, auf den ein Laststrom im Begrenzungsbetrieb begrenzt wird, wird durch das Verhältnis der Einschaltzeit der elektronischen Schaltvorrichtung zu ihrer Pausenzeit bestimmt, beispielsweise durch Vergleichen eines Stromflusses in der Induktivität nach dem Einschalten der elektronischen Schaltvorrichtung im Taktbetrieb mit einem dem vorbestimmte Wert des Laststroms im Begrenzungsbetrieb äquivalenten Ausschaltschwellwert und Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung im Taktbetrieb, wenn der in der Induktivität fließende Strom den Schwellwert erreicht oder übersteigt.The value of the current to which a load current in the limiting operation is limited is determined by the ratio of the on time of the electronic switching device to its pause time, for example by comparing a current flow in the inductance after switching on the electronic switching device in clock mode with a predetermined value of the Load current in limiting operation equivalent Ausschaltschwellwert and switching off the electronic switching device in Cycle operation when the current flowing in the inductor current reaches or exceeds the threshold.
Vorzugsweise entspricht der vorbestimmte Wert des Laststroms im Begrenzungsbetrieb dem vorbestimmten Ansprechstrom oder weicht von diesem um nicht mehr als 10% ab.Preferably corresponds to the predetermined value of the load current in the limiting operation the predetermined operating current or does not deviate from this more than 10% off.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer elektronischen Schaltungseinrichtung stellt vorzugsweise nach dem dauerhaften Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung ein Signal für eine Endabschaltung zur dauerhaften galvanischen Trennung bereit, das beispielsweise zum Ansteuern eines Relais verwendet werden kann.One inventive method for controlling an electronic circuit device preferably after the permanent shutdown of the electronic switching device a signal for an end stop for permanent galvanic isolation ready, which can be used for example for driving a relay.
Vorzugsweise sieht ein Verfahren zum Steuern einer elektronischen Schaltungseinrichtung außerdem den Schritt des Empfangens von Steuerinformation für die elektronische Schaltungseinrichtung vor. Solche Steuerinformation kann beispielsweise Information bezüglich eines festzulegenden Ansprechstromwertes für den Begrenzungsbetrieb sein oder eine Information zum Festlegen der Zeitdauer, nach der beginnend mit dem Erfassen des Auftretens des Begrenzungsbetriebs eine elektronische Schaltvorrichtung dauerhaft abgeschaltet wird. Eine solche Steuerinformation kann auch eine Information zum Auffordern der Schaltungseinrichtung sein, einen momentanen Laststrom zu messen und den gemessenen Laststromwert aufzuzeichnen oder gegebenenfalls zu melden.Preferably provides a method for controlling an electronic circuit device Furthermore the step of receiving control information for the electronic Circuit device before. Such control information may be, for example, information in terms of be a set Ansprechstromwertes for the limiting operation or an information for setting the period of time after starting with the detection of the occurrence of the limiting operation an electronic Switching device is switched off permanently. Such control information may also include information for prompting the circuit device be to measure a momentary load current and the measured load current value record or report as appropriate.
Demgemäss gibt eine Weiterbildung eines Verfahrens zum Steuern einer elektronischen Schaltungseinrichtung einen Schritt des Meldens von Zustandsinformation bezüglich Zuständen der elektronischen Schaltungseinrichtung vor. Eine solche Meldung kann beispielsweise an eine zentrale Lastverteileinrichtung vorgenommen werden und kann Information über Zustände wie "Normalbetrieb", "Begrenzungsbetrieb", "abgeschaltet nach Überlast" umfassen oder Messwerte, wie einen aktuellen Eingangsspannungswert oder Laststromwert.Accordingly, there a development of a method for controlling an electronic Circuit means a step of reporting condition information in terms of states the electronic circuit device before. Such a message can for example be made to a central load distribution device can be and information about conditions such as "normal operation", "limiting operation", "switched off after overload" or measured values, such as a current input voltage value or load current value.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern einer elektronischen Schaltungseinrichtung sind zum Messen eines momentanen Laststroms folgende Schritte vorgesehen:
- – Variieren des Wertes des vorbestimmten Ansprechstroms von einem Sollwert zu einem Wert, bei dem die Schaltungseinrichtung in den Begrenzungsbetrieb übergeht;
- – Erfassen des zu diesem Zeitpunkt eingestellten Wertes des vorbestimmten Ansprechstroms als Zustandsinformation der elektronischen Schaltungseinrichtung, und
- – Zurückführen des Wertes des vorbestimmten Ansprechstroms auf den Sollwert vor Ablauf der vorbestimmten Zeit.
- - varying the value of the predetermined operating current from a target value to a value at which the circuit device transitions into the limiting operation;
- Detecting the value of the predetermined operating current set at that time as state information of the electronic circuit device, and
- - Returning the value of the predetermined operating current to the setpoint before the expiration of the predetermined time.
Da ein dauerhaftes Abschalten der Schaltvorrichtung erst nach einigen Sekunden erfolgt, ist ein solches "Messverfahren" leicht realisierbar, ohne die Energieversorgung des Lastkreises oder die von zu der entsprechenden Schaltungseinrichtung parallel geschalteten Lastkreisen zu beeinträchtigen.There a permanent shutdown of the switching device after some Seconds, is such a "measurement method" easily feasible, without the power supply of the load circuit or from to the corresponding circuit device affecting parallel load circuits.
Falls die vorbestimmte Zeit bis zum dauerhaften Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung für ein solches Messverfahren zu kurz ist, kann ein solches Verfahren zusätzlich die Schritte des Variierens der vorbestimmten Zeit vor Durchführen der Messung und des Rückführens der vorbestimmten Zeit auf den vorherigen Wert umfassen.If the predetermined time until the permanent shutdown of the electronic Switching device for Such a measurement method is too short, such a method additionally the steps of varying the predetermined time before performing the measurement and returning the include predetermined time to the previous value.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer elektronischen Schaltungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein manipulationssicherer Rückstell-Betätiger, beispielsweise in Form einer Taste vorgesehen sein, mit der ein Lastkreis auf ein dauerhaftes Abschalten der elektronischen Schaltvorrichtung und eines gegebenenfalls zusätzlich ausgelösten Abschaltelementes mit galvanischer Trennung wie zum Beispiel eines Relais, eines Sicherungseinsatzes oder eines Leistungsschutzschalters auf einen Überlastfall hin wieder freigegeben werden kann.In a preferred embodiment of an electronic circuit device according to the present The invention may be a tamper resistant reset actuator, for example in shape a key can be provided with a load circuit to a permanent Turning off the electronic switching device and optionally additionally triggered Shutdown element with galvanic isolation such as one Relay, a fuse or a circuit breaker on an overload case back to be released.
Ferner kann eine Ausgestaltungsform einer elektronischen Schaltungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Meldelampen bzw. Leuchtdioden umfassen zum lokalen Anzeigen des Bereitschaftsbetriebs, eines Strombegrenzungsbetriebs, einer zu geringen Eingangsspannung, sowie des abgeschalteten Zustandes.Further may be an embodiment of an electronic circuit device according to the present Invention signaling lamps or light-emitting diodes comprise for local display standby mode, a current limiting operation, a too low input voltage, as well as the switched off state.
Außerdem kann ein Ein-/Aus-Schalter für den Lastzweig vorgesehen sein zum Veranlassen des Ein- bzw. Ausschaltens der elektronischen Schaltungseinrichtung einschließlich der elektronischen Schaltvorrichtung und gegebenenfalls eines zusätzlichen Abschaltelementes mit galvanischer Trennung.In addition, can an on / off switch for the Last branch be provided for causing the on or off the electronic circuit device including the electronic switching device and optionally an additional Shutdown element with galvanic isolation.
Die vorliegende Erfindung wird Fachleuten leichter ersichtlich anhand von Ausführungsbeispielen, die nachstehend beispielhaft beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen, in denen zeigt:The The present invention will be more readily apparent to those skilled in the art of exemplary embodiments, which will be described below by way of example with reference to the figures of the drawings, in which shows:
Wie
in
Die
Reihenfolge der Detektoreinrichtung
In
dem in
Nachstehend
wird der Betrieb einer elektronischen Schaltungseinrichtung, wie
sie in
Wenn
die Steuereinrichtung
Bestimmt
die Steuereinrichtung
Der maximale Strom in der Induktanz L1 und der Induktivitätswert der Induktanz L1 werden so abgestimmt, dass die Induktanz L1 nicht in Sättigung kommt.Of the maximum current in the inductance L1 and the inductance value of the Inductance L1 are tuned so that the inductance L1 is not in Saturation is coming.
Auf diese Weise wird ein Übersteigen des maximal zulässigen Stroms durch das Begrenzen des in der Induktanz fießenden Stroms auf den Ausschaltschwellwert wirksam unterbunden.On this way becomes a transgression the maximum allowed Current by limiting the current flowing in the inductance current effectively inhibited to the switch-off threshold.
Die
Steuereinrichzung erfasst die Zeit ab dem erstmaligen Abschalten
der elektronischen Schaltvorrichtung 3 im Begrenzungsbetrieb, beispielsweise
durch Starten eines mit fester Frequenz getakteten Zählers (in
den Figuren nicht explizit dargestellt) und vergleicht basierend
hierauf die Dauer des Begrenzungsbetriebs mit einem vorgegebenen Wert.
Wird eine durch diesen vorgegebenen Wert festgelegte maximal zulässige Begrenzungsbetriebsdauer
erreicht oder überschritten,
Steuert die Steuereinrichtung die elektronische Schaltvorrichtung
Nachstehend
werden unter Bezugnahme auf
Das
schematische Blockdiagramm gemäß
Zwischen
der Eingangsklemme b1 und der Ausgangsklemme c1 ist ein Leistungsfeldeffekttransistor
V1 als elektronische Schaltvorrichtung in Serie geschaltet, der
derart zwischen der Eingangsklemme b1 und der Ausgangsklemme c1
in Serie zu dem Messwiderstand R1 geschaltet ist, dass er im durchgeschalteten
Zustand einen Strom von der Eingangsklemme b1 zur Ausgangsklemme
c1 führt.
Das Steuergate des Feldeffekttransistors V1 ist mit der elektronischen
Schaltvorrichtung
Als
Detektoreinrichtung zum Erfassen eines Stromflusses in der Sicherungsvorrichtung
Die
andere Anschlussklemme des Messwiderstandes R1 ist in der Darstellung
gemäß
Die
Funktionsweise der in
In
einen
Anschluss zum Ein- bzw. Ausschalten, einen Anschluss zum Zurücksetzen
einer im Überlastfall abgeschalteten Sicherungseinrichtung
a connection for switching on or off, a connection for resetting a safety device switched off in the event of an overload
Zudem
sind an der Steuereinrichtung
Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf das schematische Blockdiagramm der
Die
Sicherungsvorrichtung
Die
Sicherungsvorrichtung
Die
internen Abläufe
der elektronischen Schaltungseinrichtung gemäß
Nun
wird unter Bezugnahme auf
Die
Eingangsspannung Ue wird in zueinander parallel geschaltete Eingänge der
vier Sicherungsvorrichtungen
Der
Vorteil einer Anordnung gemäß
Obwohl im vorliegenden Fall die Anzahl der von einer einzigen Steuereinrichtung gesteuerten Sicherungsvorrichtungen eine, zwei oder vier sind, kann die Anzahl von durch eine einzige Steuereinrichtung gesteuerten Sicherungsvorrichtungen auch eine von diesen Zahlen abweichende Anzahl sein.Even though in the present case, the number of a single control device Controlled security devices are one, two or four can the number of controlled by a single controller Safety devices also differing from these figures Number be.
Auch ist, obwohl in den vorangegangenen Beispielen als elektronische Schaltvorrichtung ein Feldeffekttransistor erwähnt worden, die elektronische Schaltvorrichtung nicht hierauf beschränkt. Es kann sich auch um einen Bipolar-Transistor, ein Triak, einen entsprechend beschalteten Tyristor oder einen BI-MOS-Transistor handeln. Selbstverständlich kann die elektronische Schaltvorrichtung auch einen optisch gesteuerten Transistor einschließen. Insbesondere ist die elektronische Schaltvorrichtung nicht auf die Verwendung eines einzelnen Halbleiterelements beschränkt, sonder kann auch aus einer Kombination mehrer Halbleiterelemente bestehen, die die Funktionalität eines Schalters liefern.Also is, although in the preceding examples as electronic Switching device, a field effect transistor has been mentioned, the electronic Switching device not limited thereto. It can also be one Bipolar transistor, a triac, a correspondingly wired thyristor or a BI-MOS transistor act. Of course you can the electronic switching device also has an optically controlled Include transistor. In particular, the electronic switching device is not on the Use of a single semiconductor element limited, special may also consist of a combination of several semiconductor elements, the the functionality deliver a switch.
Auch wenn in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen als Freilaufelement eine Diode verwendet worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Diode als Freilaufelement beschränkt. Neben einer üblichen Halbleiterdiode kann auch eine Schottkydiode verwendet werden, ein synchron gesteuerter Halbleiterschalter oder eine andere gleichwirkende Vorrichtung.Also if in the previous embodiments as a freewheeling element, a diode has been used, is the present Invention is not limited to a diode as a freewheeling element. Next a usual one Semiconductor diode can also be used a Schottky diode, a synchronously controlled semiconductor switch or another equivalent acting Contraption.
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