DE19646626A1

DE19646626A1 - Arrangement for powering a load and use

Info

Publication number: DE19646626A1
Application number: DE19646626A
Authority: DE
Inventors: Harald Roebisch; Dietmar Wenig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Tenovis GmbH and Co KG
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1998-05-14
Also published as: EP0938806A2; WO1998021914A3; WO1998021914A2

Abstract

For ensuring power supply, e.g. to an ISDN network basic access, a common DC voltage converter (GW) is provided which comprises two primary circuits (T1, w1; T2, w2) fitted with final control devices (T1, T2). The secondary circuits are controlled by a locking device (VO) powered either by a normal supply source (VN) or a remote supply source (VF).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Stromversor gung einer Last, insbesondere eines ISDN-Basis-Anschlusses, aus einer Hauptversorgungsquelle und wahlweise aus einer Fernspeisequelle.The invention is based on an arrangement for the electricity supplier supply of a load, in particular an ISDN base connection, from a main supply source and optionally from one Remote source.

State of the art

Zur Stromversorgung von ISDN-Teilnehmern ist bei Normalbe trieb eine Netzstromversorgung vorgesehen. Im Notbetrieb, zum Beispiel bei Ausfall dieser Netzstromversorgung erfolgt eine Notstromversorgung aus der Fernspeisung. In diesem Fal le wird die Speisespannung an der S_o-Schnittstelle umgepolt und es werden nur noch notstromberechtigte Teilnehmer ver sorgt (Peter Kahl: ISDN "Das künftige Fernmeldenetz der deutschen Bundespost", R. v. Decker's Taschenbuch Telekommuni kation 1985 Heidelberg, Seiten 50 bis 52 sowie 58 bis 60).In normal operation, a mains power supply is provided for the power supply of ISDN subscribers. In emergency mode, for example if this mains power supply fails, an emergency power supply is provided from the remote supply. In this case, the supply voltage is reversed at the S _o interface and only participants authorized for emergency power are supplied (Peter Kahl: ISDN "The future telecommunications network of the German Bundespost", R. v. Decker's Taschenbuch Telekommuni cation 1985 Heidelberg, pages 50 to 52 and 58 to 60).

Advantages of the invention

Im Gegensatz zur bisherigen Lösungen, insbesondere bei der Speisung eines ISDN-Basisanschlusses, ist sowohl für den Normalbetrieb als auch für den Notbetrieb nur ein Gleich spannungswandler notwendig. Abweichend von bisherigen Lösun gen bei der Speisung eines ISDN-Basisanschlusses werden im Normalbetrieb beide Spannungen, d. h. sowohl die 40 V als auch die 5 V aus der Netzspannung aufbereitet. Damit wird die Fernspeisung, die die 5 V Spannung üblicherweise aufberei tet, entlastet. Durch eine einfache Unterspannungsauswer tung, z. B. am 40 Volt-Ausgang des Gleichspannungswandlers, kann die Umschaltung in den Notbetrieb - Aufbereitung beider Ausgangsspannungen von der Fernspeisung aus - erfolgen. Eine Polaritätsumkehr im Gleichspannungswandler kann externe Schalter für die Umschaltung auf Notbetrieb ersparen. Eine sichere Trennung der Eingangs- und Ausgangsspannungen er folgt über eine galvanische Trennung der Sekundär- und Pri märkreise des Gleichspannungswandlers sowie galvanische Trennungen der Steuersignale von den Sekundär zu den Primär kreisen. Die Erfindung ermöglicht die in einem ISDN-Basis anschluß (NTBA) geforderte Fernspeisung über eine Lei tungsschnittstelle U_k0 sowie die Teilnehmerspeisung über die S₀-Schnittstelle.In contrast to previous solutions, especially when feeding an ISDN basic connection, only one DC voltage converter is required for normal operation as well as for emergency operation. Deviating from previous solutions when supplying an ISDN basic connection, both voltages, ie both the 40 V and the 5 V, are processed from the mains voltage in normal operation. This relieves the load on the remote power supply, which usually processes the 5 V voltage. By a simple undervoltage evaluation, z. B. at the 40 volt output of the DC / DC converter, the switchover to emergency mode - preparation of both output voltages from the remote supply - can take place. Reversing the polarity in the DC / DC converter can save external switches for switching to emergency operation. A reliable separation of the input and output voltages takes place via a galvanic separation of the secondary and primary circuits of the DC / DC converter and electrical isolation of the control signals from the secondary to the primary circuits. The invention enables the remote feed required in an ISDN base connection (NTBA) via a line interface U _k0 and the subscriber _feed via the S ₀ interface.

drawings

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Er findung beschrieben. Es zeigen:Exemplary embodiments of the He described. Show it:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Gleichspannungswandlers nach der Erfindung, Fig. 1 is a schematic diagram of a DC-DC converter according to the invention,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild mit Polaritätsumkehr in einem Sekundärkreis. Fig. 2 is a schematic diagram with polarity reversal in a secondary circuit.

Description of exemplary embodiments

Der in Fig. 1 dargestellte Gleichspannungswandler weist ei ne Hauptversorgungsquelle VN, zum Beispiel in Form eines Netzanschlusses mit 230 V und eine Fernspeisequelle VF mit einer Fernspeisespannung von beispielsweise 47 bis 115 V auf. Die von der Hauptversorgungsquelle VN gelieferte Span nung gelangt nach Gleichrichtung Gl und Siebung Si an einen ersten Primärkreis des Gleichspannungswandlers GW mit einem Schaltregler-Stellglied T1. In Serie zu diesem Stell gliedtransistor T1 liegt die Primärwicklung w1 des Transfor mators Tr. Die Fernspeisequelle VF ist an den zweiten Pri märkreis des Gleichspannungswanders GW angeschlossen, der aus dem Schaltregler-Stellglied T2 und der dazu in Serie ge schalteten Primärwicklung w2 besteht. Es kann ein oder meh rere Sekundärkreis/e vorgesehen sein. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel mit zwei Sekundärkreisen beschrieben.The DC-DC converter shown in Fig. 1 comprises egg ne main supply source VN, for example in the form of a grid connection 230 V and a remote power supply source VF with a remote supply voltage, for example 47 to 115 V on. The voltage supplied by the main supply source VN reaches after rectification Gl and sieving Si to a first primary circuit of the DC converter GW with a switching regulator actuator T1. In series with this actuator transistor T1 is the primary winding w1 of the transformer Tr. The remote power source VF is connected to the second primary circuit of the DC voltage converter GW, which consists of the switching regulator actuator T2 and the primary winding w2 connected in series. One or more secondary circuit (s) can be provided. An exemplary embodiment with two secondary circuits is described below.

Die beiden Sekundärkreise auf dem gemeinsamen Kern des Transformators Tr bestehen aus den Sekundärwicklungen w3 und w4 sowie Gleichrichtern D3, D4 und Glättungskondensatoren C3, C4. Zur Regelung der Stellglieder in Abhängigkeit der Ausgangsgröße, insbesondere der ausgangsseitigen Klemmen spannung oder dem Ausgangsstrom, sind entsprechende Senso ren, zum Beispiel Spannungsteiler, Meßwandler . . . vorgesehen. Von diesen Sensoren wird, wie allgemein bei Schaltreglern üblich, ein Regelsignal abgeleitet zur Steuerung der Puls breiten- oder Pulsfrequenzmodulation für die Stellgliedtran sistoren T1, T2. An den Ausgangsklemmen 31, 32 erscheint die 40 V Spannung U1 und an den Ausgangsklemmen 41, 42 die 5 V Span nung U2 für einen ISDN-Basisanschluß.The two secondary circuits on the common core of the transformer Tr consist of the secondary windings w3 and w4 as well as rectifiers D3, D4 and smoothing capacitors C3, C4. Corresponding sensors, for example voltage dividers, measuring transducers, are used to regulate the actuators depending on the output variable, in particular the output-side terminal voltage or the output current. . . intended. From these sensors, as is common in switching regulators, a control signal is derived for controlling the pulse width or pulse frequency modulation for the actuator transistors T1, T2. The 40 V voltage U1 appears at the output terminals 31 , 32 and the 5 V voltage U2 at the output terminals 41 , 42 for an ISDN base connection.

Beim in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zur Aufbe reitung des Regelsignals für das Stellglied T1 eine Hilfs wicklung w5 auf dem Transformator Tr vorgesehen. Der Wick lungssinn ist so gewählt, daß an der Hilfswicklung w5 eine Spannung auftritt, die proportional ist zur Klemmungsspan nung U1 am 40 V Ausgang. In Abhängigkeit dieser Spannung er folgt dann die Pulsbreiten-oder Pulsfrequenzregelung des Stellgliedes T1. Für die Regelung der Spannung U2 am 5 V Aus gang ist der Spannungssensor S4 im Sekundärkreis vorgese hen, der aus einem Spannungsteiler besteht. Das dort auftre tende ausgangsspannungsproportionale Signal kann über einen Fehlersignalverstärker und einen Optokoppler zur Steuerein richtung für das Stellglied T2 im Primärkreis übertragen werden.In the embodiment shown in FIG. 1, an auxiliary winding w5 is provided on the transformer Tr in order to prepare the control signal for the actuator T1. The winding sense is chosen so that a voltage occurs on the auxiliary winding w5, which is proportional to the clamping voltage U1 at the 40 V output. Depending on this voltage, he then follows the pulse width or pulse frequency control of the actuator T1. To regulate the voltage U2 at the 5 V output, the voltage sensor S4 is provided in the secondary circuit, which consists of a voltage divider. The output voltage-proportional signal occurring there can be transmitted via an error signal amplifier and an optocoupler to the control device for the actuator T2 in the primary circuit.

Anstelle der Versorgung über das Netz kann die Hauptversor gungsquelle VN auch aus einer Gleichspannungsquelle beste hen. Im letzteren Falle ist dann natürlich eine Gleichrich tung und Siebung entbehrlich. Ebenso kann die Fernspeise quelle eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspan nungsquelle mit entsprechender Gleichrichtung und Siebung sein.Instead of the supply over the network, the main supplier supply source VN also best from a DC voltage source hen. In the latter case there is of course a rectification processing and screening unnecessary. Likewise, the remote food source a DC voltage source or an AC voltage source with appropriate rectification and screening be.

Der Gleichspannungswandler beziehungsweise die Stellglieder und die Versorgungsquellen VN und VF sowie die Transforma torwicklungen w1 bis w4 sind so ausgebildet beziehungsweise angeordnet, daß jeder Primärkreis allein zur Speisung beider Sekundärkreise geeignet ist. Damit jedoch immer nur ein Pri märkreis die beiden Sekundärkreise allein speist, ist eine Verriegelungsvorrichtung VO vorgesehen, die gewährleistet, daß jeweils nur die Fernspeisequelle VF oder nur die Haupt versorgungsquelle VN die beiden Sekundärkreise speist. Diese Verriegelungsvorrichtung VC kann aus einer einfachen Schal tungslogik bestehen, die in Abhängigkeit einer Ausgangsgröße in mindestens einem der Sekundärkreise anspricht und ent sprechende Blockierungs- beziehungsweise Freischaltsignale an die Schaltreglersteuerungen für die Stellglieder T1 und T2, zum Beispiel deren Pulsbreitenmodulatoren, liefert. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im 40 V Se kundärkreis ein Unterspannungs- oder Überstromdetektor US vorgesehen, der ein logisches L-Signal liefert, wenn eine Unterspannung, zum Beispiel aufgrund eines Ausfalles oder einer Fehlfunktion der Hauptversorgungsquelle, auftritt. Ein solcher Unterspannungsdetektor US kann im einfachsten Falle aus einem Komparator K3 bestehen, der ein zur Ausgangsspan nung U1 proportionales Signal, welches zum Beispiel über ei nen Spannungsteiler R33, R34 abgeleitet ist, mit einer Refe renzspannung Ur3 vergleicht und bei Unterschreiten dieser Referenzspannung Ur3 von H auf L Potential springt. Mit Festlegung solcher Potentialverhältnisse ist der Pulsbrei tenmodulator PBM1 über das UND-Glied UN1 der Verriegelungs vorrichtung VO blockiert, wohingegen das L-Potential am ne gierenden Eingang des UND-Gliedes UN2 zu einer Ansteuerung des Pulsbreitenmodulators PBM 2 führt und damit die Not stromversorgung über die Fernspeisequelle VF aktiviert. Bei anderen Potentialverhältnissen, zum Beispiel H-Potential am Ausgang des Komparators K3 bei Unterspannung, ist die Ver riegelungsvorrichtung entsprechend zu modifizieren. Die Ver riegelungsvorrichtung VO kann natürlich auch mit anderen lo gischen Verknüpfungsgliedern realisiert werden.The DC-DC converter or the actuators and the supply sources VN and VF and the transformer windings w1 to w4 are designed or arranged so that each primary circuit is only suitable for supplying both secondary circuits. However, so that only one primary circuit feeds the two secondary circuits alone, a locking device VO is provided which ensures that only the remote supply source VF or only the main supply source VN feeds the two secondary circuits. This locking device VC can consist of a simple circuit logic, which responds as a function of an output variable in at least one of the secondary circuits and accordingly delivers blocking or enable signals to the switching controller controls for the actuators T1 and T2, for example their pulse width modulators. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, an undervoltage or overcurrent detector US is provided in the 40 V secondary circuit, which supplies a logic L signal when an undervoltage occurs, for example due to a failure or malfunction of the main supply source. Such an undervoltage detector US can in the simplest case consist of a comparator K3, which compares a signal proportional to the output voltage U1, which is derived, for example, via a voltage divider R33, R34, with a reference voltage Ur3 and, when this reference voltage Ur3 falls below H, jumps to L potential. With such potential ratios, the pulse width modulator PBM1 is blocked via the AND gate UN1 of the locking device VO, whereas the L potential at the negative input of the AND gate UN2 leads to a control of the pulse width modulator PBM 2 and thus the emergency power supply via the Remote feed source VF activated. With other potential conditions, for example H potential at the output of the comparator K3 in the event of undervoltage, the locking device must be modified accordingly. The locking device VO can of course also be realized with other logic logic elements.

Der Unterspannungsdetektor US kann natürlich mit einem et waigen Spannungssensor im Sekundärkreis und einem Fehlersi gnalverstärker für die Regelschleife zu einer Einheit zusam mengefaßt werden. Sind in den Ausgangskreisen zusätzliche Längsregler vorgesehen, kann auch über diese eine Ableitung des Eingangssignals für die Verriegelungsvorrichtung VO er folgen.The undervoltage detector US can of course with an et waigen voltage sensor in the secondary circuit and an error i signal amplifier for the control loop to a unit be quantified. Are additional in the output circles In series regulator provided, a derivative can also be made via this the input signal for the locking device VO er consequences.

In der Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 2 wird die Ausgangsspannung am 40 V Ausgang bei Notstromversorgung um gepolt. Zur Umpolung ist die Sekundärwicklung w3' im 40 V-Kreis als Gegentaktwicklung ausgebildet. Je nach dem, ob das Stellglied T1 oder das Stellglied T2 in Betrieb ist, liefert der obere Zweig der Gegentaktwicklung (Normalwicklung) oder der untere Zweig der Gegentaktwicklung (Umpolung) die Aus gangsspannung U1. Der Wicklungssinn der Primär- und Sekun därwicklungen beziehungsweise die Polarität der Ansteuer spannung ist natürlich auf diesen Betrieb abzustimmen. In the embodiment of the invention according to FIG. 2, the output voltage at the 40 V output is reversed in the case of an emergency power supply. For polarity reversal, the secondary winding w3 'in the 40 V circuit is designed as a push-pull winding. Depending on whether the actuator T1 or the actuator T2 is in operation, the upper branch of the push-pull winding (normal winding) or the lower branch of the push-pull winding (polarity reversal) supplies the output voltage U1. The winding sense of the primary and secondary windings or the polarity of the control voltage is of course to be matched to this operation.

Bei ISDN wird bei Netzbetrieb der Ausgangsstrom auf 180 mA begrenzt und bei Fernspeisebetrieb auf 12 mA. Diese Strombe grenzung kann durch zusätzliche Strombegrenzer erreicht wer den. Um elektronische Bauelemente einzusparen, können die unterschiedlichen Ausgangsströme einfach dadurch realisiert werden, daß ein Längswiderstand R35 im Sekundärkreis des 40 V Aus ganges vorgesehen ist, der bei Normalbetrieb - Netzspeisung - niederohmig überbrückt wird und bei Notstrom betrieb nur einen sehr hochohmigen Widerstand in seinem Ne benzweig aufweist. Als Nebenpfad mit einer solchen Funkti onsweise eignet sich der Fototransistor eines Optokopplers OK3. Die Ansteuerung der Fotodiode des Optokopplers OK3 kann entweder direkt vom Unterspannungsdetektor US aus erfolgen oder vom Ansteuersignal für das Stellglied T1 abgeleitet werden.With ISDN, the output current is 180 mA during mains operation limited and to 12 mA for remote feed operation. This Strombe limitation can be achieved by additional current limiters the. To save electronic components, the different output currents easily realized be that a series resistance R35 in the secondary circuit of the 40 V Aus ganges is provided, which during normal operation - Mains supply - is bridged with low resistance and with emergency power operated only a very high resistance in his ne has benzweig. As a side path with such a function The photo transistor of an optocoupler is suitable OK3. The control of the photodiode of the optocoupler OK3 can either directly from the undervoltage detector US or derived from the control signal for the actuator T1 will.

Für Überwachungszwecke ist es vorteilhaft, den Notstromver sorgungszustand anzuzeigen, zum Beispiel über dafür vorgese hene LEDs, oder an Diagnoseschnittstellen zu übertragen.For monitoring purposes, it is advantageous to use the emergency power supply display the state of care, for example via the provided hene LEDs, or to be transmitted to diagnostic interfaces.

Claims

1. Arrangement for supplying power to a load, in particular an ISDN basic connection, from a main supply source (VN) and optionally from a remote power source (VF), characterized in that a common DC converter (GW) with at least two primary circuits and at least one a secondary circuit is provided, one primary circuit to the main supply source (VN) and whose other primary circuit can be connected to the remote supply source (VF) in such a way that the DC / DC converter (GW) is designed so that each primary circuit is used solely to supply the secondary circuit (s) / s is suitable, and that a locking device (VO) is provided which, depending on an output variable, for example an undervoltage in at least one secondary circuit, ensures that only the remote supply source (VF) or only the main supply source (VN) feeds the secondary circuit (s).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the DC-DC converter (GW) is connected so that a Polarity reversal at the output terminals of one of the seconds därkkreis / s is feasible if the remote source (VF) feeds the secondary circuit (s).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in the primary circuits a switching regulator actuator (T1, T2) is provided, which in particular by a Voltage sensor (S4) in a secondary circuit or Auxiliary winding (w5) on the DC converter trans formator (Tr) is controllable.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the locking device (VO) from lo circuits, which are dependent in particular undervoltage evaluation in at least one of the Secondary circuits the switching controller controls in the primary circles alternately block.

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized ge indicates that for polarity reversal at the output terminal one of the secondary circuits has a push-pull winding (w3 ') is provided, with one branch each of this push-pull development depending on the evaluation of an output variable in this secondary circuit, especially undervoltage, can be activated.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the direct voltage converter (GW) is galvanic is formed separately and that for the transfer of tax signals from the secondary circuits to the actuators in the Primary circuits also have galvanic separations, in particular in the form of optocouplers are provided.

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that for setting different currents for normal operation and remote feed operation in at least one the secondary circuits a series resistance (R35) over a ge controlled optocouplers (OK3) can be bridged with low resistance.