DE1588793B1 - Schaltungsanordnung fuer Stromversorgungsanlagen mit elektronischer Schaltregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- parallel zur Diode. Die Diode ermöglicht bei Netzanordnung zur Stromversorgung für Fernmelde-, ausfall die Entladung der Batterie auf den Verinsbesondere Fernsprechanlagen mit einer aus dem braucher, während der Widerstand so bemessen ist, Wechselstromnetz durch Gleichrichtung gewonnenen, daß die Ladung erhalten wird. Die Diode ist also an vorzugsweise ungeregelten Gleichspannung, die durch 5 Stelle eines Entladeschalters vorgesehen, damit eine eine Regeleinrichtung auf konstanter Verbraucher- unterbrechungsfreie Versorgung aus der Batterie bei spannung gehalten wird, und einer bei Netzausfall Netzausfall sichergestellt ist.

die Stromversorgung übernehmenden, bei intakter Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Netzstromversorgung auf Ladungserhaltung ge- Stromversorgungsanlage zu schaffen, die eine wesentschalteten Batterie. io lieh bessere Dynamik bei großen Lastsprüngen und

Bei einem bekannten spannungskonstanten Netz- ferner beim Umschalten auf Batteriebetrieb und umgerät zum Anschluß an Wechselspannung sind zwei gekehrt bietet. Ferner soll damit eine Spannungs-Dioden der Gleichrichterbrücke durch steuerbare regelung bei Batteriebetrieb verbunden sein, um die Gleichrichter ersetzt. Durch einen elektronischen Batterie besser ausnutzen zu können. Regler werden die Zündwinkel der Gleichrichter ent- 15 Die Erfindung besteht bei einer Schaltungssprechend der Ausgangsspannung verstellt. Der anordnung der eingangs genannten Art darin, daß Regler sorgt dafür, daß die steuerbaren Gleichrichter außer der genannten ersten Regeleinrichtung zur voll ausgesteuert werden, indem sie zu Beginn jeder Konstanthaltung der Verbraucherspannung eine für sie positiven Halbwelle gezündet werden. Bei zweite Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der steigender Netzspannung verzögert der Regler die 20 Batterieladespannung und eine Diode so vorgesehen Torimpulse so weit, daß der Mittelwert der ge- sind, daß die Diode bei Normalbetrieb durch den zündeten Spannung und damit die Ausgangsgleich- Unterschied zwischen der durch einen Kondensator spannung des Gerätes unabhängig von Belastungs- geglätteten Ausgangsspannung des Gleichrichters und und Netzspannungsschwankungen konstant bleibt der niedrigeren Batteriespannung in Sperrichtung (s. das Buch von S. W. W a g η e r: Stromversorgung 25 vorgespannt ist und daß diese Diode, sobald die elektronischer Schaltungen und Geräte, 1964, Seiten Spannung an dem Kondensator die Batteriespannung 518 und 519). unterschreitet, so in Durchlaßrichtung steuerbar ist,

Diese auch unter der Bezeichnung Phasenanschnitt- daß der Verbraucherkreis unterbrechungsfrei aus der steuerung bekannte Spannungsregelung erfordert auf Batterie über die Diode und die bei Normalbetrieb Grund des Regelprinzips und der Netzfrequenz 30 verwendete Regeleinrichtung mit dem Schalttransistor relativ lange Ausregelzeiten. Außerdem gibt es beim weiter mit geregelter Spannung versorgt wird. Umschalten von Batteriebetrieb auf Netzbetrieb Durch die Verwendung einer vorzugsweise mit

Spannungseinbrüche, die beispielsweise bei elek- einem schaltenden Stellglied ausgerüsteten Regeltronisch gesteuerten Vermittlungssystemen nicht in einrichtung bei der Lösung nach der Erfindung wird Kauf genommen werden können. Ferner wird bei 35 gegenüber der bekannten Phasenanschnittsteuerung Batteriebetrieb die Batteriespannung im allgemeinen bei der Wahl einer entsprechend hohen Schaltnicht ausgeregelt, so daß die Verbraucherspannung frequenz, z.B. 20000EQz, eine wesentliche Verin Abhängigkeit von der Batterieladung schwankt. besserung der Netzgeräte erreicht, da die bei dieser Die Folge ist, daß die Batteriekapazität bei einer ge- Schaltfrequenz noch auftretenden kurzzeitigen Spanforderten Mindestspannung nur zum Teil ausgenutzt 40 nungsschwankungen durch die lange Zeitkonstante werden kann. Will man die Verbraucherspannung des Siebgliedes ausgeglichen werden. Mit der auch bei Batteriebetrieb ausregeln, dann ist dazu eine ' Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird ferner gesonderte Regeleinrichtung (Ausgleichseinrichtung) gewährleistet, daß die Batterie wieder schnell aufgeerforderlich. laden wird, da die Aufladung mit dem maximal zu-

In der deutschen Auslegeschrift 1 251410 ist 45 lässigen Stromwert beginnt. Außerdem sind keine ein Notstromversorgungsgerät für Gleichstrom- Vorleistungen im Hauptteil in Form von Zusatzverbraucher beschrieben und dargestellt. Es handelt wicklungen auf den Transformator für die Ansich hierbei um ein Puffergerät mit Batterie- und schaltung und Ladung der Batterie erforderlich. Reglerzusatz für den Verbraucher. Ein zwischen der . Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Batterie und dem Verbraucher liegendes, in Ab- so zweite Regeleinrichtung für Batterieladung durch hängigkeit von der Verbraucherspannung Steuer- eine steuernde Verbindung so von der ersten Regelbares, elektronisches Stellglied ist von einer durch einrichtung für die Verbraucherspannung beeinflußden Verbraucherstrom in Durchlaßrichtung beauf- bar sein, daß zur Vermeidung von Überlastungen schlagten Diodenstrecke überbrückt. Im Gegensatz des zur Gleichrichtung verwendeten Netzteils der hierzu ist die Diode beim Erfindungsgegenstand im 55 Batterieladestrom vom Laststrom abhängig ist und Normalbetrieb gesperrt und nur bei Netzausfall zum gleichzeitig bei vollgeladener Batterie der Ladestrom Verbraucher durchlässig. so weit begrenzt wird, daß die Batterie in Schwebe-

Der deutschen Patentschrift 721 858 liegt eine ladung bleibt. Dadurch wird erreicht, daß auch die Stromversorgungsanlage für Eisenbahnsicherungs- Ladung der Batterie über einen Laderegler erfolgt, einrichtungen zugrunde. Bei dieser Schaltungs- 60 der vom Hauptstrom- bzw. Verbraucherregler geanordnung wird der Verbraucher über einen Gleich- steuert wird.

richter unmittelbar vom Netz gespeist. Ferner ist eine Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

Diode vorgesehen, die bei Batterieentladung durch- Figuren erläutert.

lässig wird und bei normalem Netzbetrieb über den F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für Strom-

Gleichrichter im Rhythmus der überlagerten 65 Versorgungsanlagen mit den zur Erläuterung des Wechselspannung durchlässig bzw. gesperrt werden Prinzips erforderlichen Bauteilen, kann. Die Batterieladung erfolgt bei dieser bekannten Fig. 2 ein Blockschaltbild der Anordnung nach

Stromversorgungsanlage durch einen Widerstand Fig. 1.

An der Sekundärseite eines Transformators Tr ist eine Gleichrichterbrücke G vorgesehen. Zur Glättung der von der Gleichrichterbrücke kommenden Gleichspannung dient ein Kondensator Cl. Parallel zu diesem Glättungskondensator ist in Reihe mit einer Diode D1 eine Bereitschaftsbatterie B mit beispielsweise 26 Zellen angeordnet, die über einen Schalttransistor Γ 2 aus der ungeregelten Gleichspannung aufgeladen wird. Im Längszweig ist ein Schalttransistor T1 vorgesehen, der durch die Spannungsdifferenz zwischen einer Sollspannung und der Spannung an einem nicht dargestellten Belastungswiderstand gesteuert wird. In Reihe mit diesem Schalter befindet sich eine Speicherinduktivität L1. Eine Diode D 2 ist als Querglied mit ihrem einen Pol an den Verbindungspunkt der Induktivität L1 und des Schalttransistors T1 derart geschaltet, daß sich die Diode bei geschlossenem Transistorschalter im Sperrbereich und bei geöffnetem Transistorschalter infolge der Gegen-EMK der Induktivität im Durchlaßbereich befindet. Weiterhin besteht die genannte Schaltungsanordnung aus einem Siebkondensator C 2, der der Unterdrückung der infolge des periodischen An- und Abschaltens entstehenden Wechselspannungsanteile dient.

In dem Blockschaltbild der Fig. 2 ist ein Hauptsteuergerät HSt mit den Eingangsklemmen 1,2 und den Ausgangsklemmen 3, 4 und ein Steuergerät für die Batterieladung LA mit den Eingangsklemmen 5,6 und den Ausgangsklemmen 7,8 dargestellt. Die Klemmenbezeichnungen für die entsprechenden Anschlüsse sind auch in der F i g. 1 eingetragen. Eine Steuerleitung 5, über die der Ladestrom abhängig vom Laststrom geregelt wird, verbindet die beiden Steuergeräte.

Für die Schaltungsanordnung nach der F i g. 1 ist der Fall für Einphasenanschluß zugrunde gelegt worden. Es ist aber auch durchaus eine Anschaltung an ein Drehstromnetz möglich, da die Gleichspannung ebensogut aus Drehstrom gewonnen werden kann. Der Schaltregler im Gleichstromweg bleibt hiervon unberührt.

Die Netzwechselspannung wird durch den Transformator Tr auf die erforderliche Spannung transformiert, durch die Gleichrichterbrücke G gleichgerichtet und durch den Kondensator C1 geglättet. Der Schalttransistor Γ1 in der Gleichstromleitung schaltet periodisch mit längeren oder kürzeren Impulsen in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung. Die zerhackte Gleichspannung wird durch das nachfolgende Siebglied geglättet. Wenn der Schalttransistor Tl mit einer bestimmten Frequenz und einem bestimmten Impuls/Pausen-Verhältnis betätigt wird, ergibt sich am ausgangsseitigen Verbraucher infolge der integrierenden Wirkung der Speicherinduktivität L1 und der Kapazität C 2 eine Gleichspannung, die dem arithmetischen Mittelwert der durch den Schalter geschalteten Spannungsimpulse entspricht. Die Schaltdiode D 2 hat hierbei die wesentliche Funktion, die in der Induktivität gespeicherte Energie in der Pause in den Lastkreis abzuleiten.

Da die ungeregelte Gleichspannung wesentlich höher ist als die Ausgangsspannung, wird die Bereitschaftsbatterie B aus dieser Spannung über den Schalttransistor T 2 aufgeladen. Dieser Schalttransistor T 2 sorgt für eine konstante Ladespannung von beispielsweise 2,23 V/Zelle. Der Ladevorgang erfolgt in Richtung des Pfeils L, während die Entladung in Richtung des Pfeils £ vor sich geht. Im geladenen Zustand nimmt die Batterie einen Erhaltungsladestrom auf, der die Verluste durch Selbstentladung deckt. Bei Netzausfall oder starker Netzunterspannung speist die Batterie B ohne jede Unterbrechung über die Diode D1 und den Schalttransistor Tl den Verbraucher weiter. Die Verbraucherspannung wird auch bei Batteriebetrieb durch den Schaltregler T1 konstant gehalten. Große Lastspitzen werden auf dieselbe Weise aus der Batterie gedeckt. Es besteht damit die Möglichkeit, alle kurzen Stromspitzen aus der Batterie zu entnehmen.

Beide Steuergeräte begrenzen den Strom. Das Steuergerät des Hauptteils begrenzt den Kurzschlußstrom in der Verbraucherleitung, während das Steuergerät des Ladeteils den Ladestrom begrenzt. Die Strombegrenzung des Ladeteils ist in ihrem Ansprechpunkt derart vom Laststrom abhängig, daß der Ladestrombegrenzer um so früher begrenzt, je größer der Verbraucherstrom ist. Dieser Betriebszustand ist während der Hauptverkehrsstunde gegeben. Auf diese Weise ist eine Überlastung des Netztransformators ausgeschlossen. Außerdem kann der Batterieladestrom groß gehalten werden, wenn die Batterie leer ist und der Verbraucher wenig Strom, z. B. während der Nachtstunden, benötigt. Damit wird gewährleistet, daß die Batterie wieder schnell aufgeladen werden kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Stromversorgung für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen mit einer aus dem Wechselstromnetz durch Gleichrichtung gewonnenen, vorzugsweise ungeregelten Gleichspannung, die durch eine Regeleinrichtung auf konstanter Verbraucherspannung gehalten wird, und einer bei Netzausfall die Stromversorgung übernehmenden, bei intakter Netzstromversorgung auf Ladungserhaltung geschalteten Batterie, dadurchgekennzeichnet, daß außer der genannten ersten Regeleinrichtung (HSt) zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung eine zweite Regeleinrichtung (LSi) zur Konstanthaltung der Batterieladespannung und eine Diode (D 1) so vorgesehen sind, daß die Diode bei Normalbetrieb durch den Unterschied zwischen der durch einen Kondensator (C 1) geglätteten Ausgangsspannung des Gleichrichters und der niedrigeren Batteriespannung (B) in Sperrichtung vorgespannt ist und daß diese Diode, sobald die Spannung an dem Kondensator (Cl) die Batteriespannung unterschreitet, so in Durchlaßrichtung steuerbar ist, daß der Verbraucherkreis unterbrechungsfrei aus der Batterie über die Diode und die bei Normalbetrieb verwendete Regeleinrichtung (HSt) mit dem Schalttransistor (T 1) weiter mit geregelter Spannung versorgt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung (LSt) durch eine steuernde Verbindung (5) so von der ersten Regeleinrichtung (HSt) beeinflußbar ist, daß zur Vermeidung von Über-

lastungen des zur Gleichrichtung verwendeten Netzteils der Batterieladestrom vom Laststrom abhängig ist und gleichzeitig bei vollgeladener Batterie der Ladestrom so weit begrenzt wird, daß die Batterie in Schwebeladung bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen