DE202005010430U1

DE202005010430U1 - Mit einer Schutzschaltung ausgestattete Energieübertragungsleitung

Info

Publication number: DE202005010430U1
Application number: DE200520010430
Authority: DE
Original assignee: Topower Co Ltd
Current assignee: Topower Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2015-07-01

Abstract

Energieübertragungsleitung, die mit einer Schutzschaltung ausgestattet ist, mit einer Energieübertragungsleitung (20) zwischen einer Spannungsversorgung zur Bereitstellung einer Gleichspannung und einer Last (30), die von der Gleichspannung getrieben wird, wobei:
die Energieübertragungsleitung (20) eine Schutzschaltung (40) auf einer Stromleitung aufweist, wobei die Schutzschaltung (40) die Stromleitung öffnet oder eine geschlossene Schaltung unterbricht bzw. öffnet oder die Bereitstellung elektrischer Energie für die Last (30) vorübergehend unterbricht, wenn auf der Gleichspannung ein Überstrom- und/oder Überspannungs-Betriebszustand auftritt, um eine Überlastung und Beschädigung der Last zu verhindern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einer Schutzschaltung ausgestattete Strom- bzw. Spannungsleitung, insbesondere eine Stromleitung zur Übertragung einer Gleichspannung bzw. eines Gleichstroms zwischen einer Spannungsversorgung und einer Last, die eine Schutzschaltung aufweist, um für einen Überlastungsschutz gegen zu hohe Ströme und/oder Spannungen zu sorgen.
Hintergrund der Erfindung
Mit dem explosionsartigen Wachstum der Multimediatechnologien und der Internetanwendungen nimmt auch die Leistungsfähigkeit von Hardware (beispielsweise Festplatten, Karten-Lesegeräte, Brenner bzw. Schreibgeräte für optische Platten, High-end-Grafikkarten und dergleichen) für Personalcomputer oder Server erheblich zu. Dies gilt insbesondere für diejenigen Grafikkarten, die Videobildinformation bearbeiten bzw. verarbeiten sollen, um den Anforderungen von Multimedia-Video-/Audiodaten zu genügen. Gewisse Grafikkarten sind mittlerweile so leistungsfähig, dass diese mit einer unabhängigen Spannungsversorgung und der Eigenschaft einer eigenständigen Kühlung versehen sind.
Egal welcher Typ von Hardware verwendet wird, muss die Spannungsversorgung stets eine konstante Gleichspannung bereitstellen. Der Grund hierfür liegt darin, dass eine Wechselspannung oftmals instabil ist oder dass anormale Betriebszustände auftreten können, beispielsweise im Falle eines Blitzeinschlags. Speziell für die vorgenannten Situationen weist eine Spannungsversorgung für gewöhnlich eine Schutzschaltung gegen zu starke Ströme und/oder Spannungen auf, um für eine konstante bzw. gleichmäßige Stromversorgung zu sorgen. Aus der Sicht der Konsumenten kommt es jedoch dennoch zu einem Ausfall von Hardware aufgrund einer unzureichenden Stromversorgung, die durch die Spannungsversorgung bedingt ist. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass die Strom- bzw. Spannungsübertragungsleitung ein anormales elektrisches Signal an die Hardware am Ende der Leitung übertragen kann, auch wenn die Spannungsversorgung bereits mit der Schutzschaltung bestückt ist, und zwar dann, wenn ein Strom- bzw. Spannungsstoß die Auslegungsgrenzen der Schutzschaltung übersteigt. Im Einsatz können gewisse andere Situationen auftreten, der die Komponenten der Hardware ausgesetzt sind, beispielsweise dass die elektrische Last der Komponenten der Hardware abrupt von einem hoch beanspruchten Betriebszustand zu einem Betriebszustand geringer Beanspruchung abfällt, dass das Gleichspannungs-Eingangssignal an die Komponenten der Hardware ansteigt oder dass der Verbinder, insbesondere Steckverbinder, der Strom- bzw. Spannungsübertragungsleitung aufgrund eines wiederholten Einsteckens und Herausziehens eine größere Impedanz aufweist. All diese Betriebszustände werden dazu führen, dass das Gleichspannungs-Eingangssignal an die Komponenten der Hardware einen Überstrom- bzw. Überspannungszustand hervorrufen wird und die Komponenten der Hardware beschädigt werden könnten. Aus der Sicht des Nutzers ist die Anschaffung von neuen Hardwarekomponenten kostspielig. Weil außerdem die Informationstechnik Fortschritte macht und sich permanent überholt, ist die Suche nach Hardwarekomponenten, welche dieselben Spezifikationen erfüllen, im Falle eines Austauschs von Komponenten zunehmend schwierig.
Zusammenfassung der Erfindung
Deshalb ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorgenannten Nachteilen zumindest teilweise abzuhelfen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Bereitstellung einer Schutzschaltung auf einer Strom- bzw. Spannungsübertragungsleitung (nachfolgend Stromleitung genannt), die je nach dem, ob die Spannungsversorgung über eine Schutzfunktion gegen Überströme und/oder Überspannungen verfügt, während der Leitung eines Gleichstroms bzw. einer Gleichspannung für eine Schutzfunktion gegen Überströme und/oder Überspannungen der Stromleitung sorgt, wobei die Schutzschaltung geöffnet oder die geschlossene bzw. kurzgeschlossene Schaltung unterbrochen oder die Versorgung einer Last mit elektrischer Energie vorübergehend unterbrochen wird, wenn während der Übertragung des Gleichstroms- bzw. der Gleichspannung der Zustand eines übermäßigen Stroms (nachfolgend Überstrom) oder einer Überspannung auftritt, so dass die Last (Hardwarekomponente) am stromabwärtigen Ende, die durch den Gleichstrom bzw. die Gleichspannung getrieben wird, während der anormalen Betriebszustände der Spannungsversorgung geschützt werden kann, so dass insbesondere eine durch eine Überlastung hervorgerufene Beschädigung vermieden werden kann.
Die vorgenannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gemäß der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, die Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, besser ersichtlich werden.
Figurenübersicht
1 ist ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Schaltung.
2 ist ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung.
3 ist ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgmäßen Schaltung.
4 ist ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgmäßen Schaltung.
5 ist ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgmäßen Schaltung.
6 ist ein Blockdiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgmäßen Schaltung.
7 ist ein Blockdiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgmäßen Schaltung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Schaltung. Erfindungsgemäß ist eine Spannungsversorgung 10 vorgesehen, um eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom bereit zu stellen, sowie eine Last, die durch die Gleichspannung bzw. den Gleichstrom getrieben wird, wobei eine Energieübertragungsleitung (nachfolgend Stromleitung) 20 die Spannungsversorgung und die Last zur Übertragung der Gleichspannung miteinander verbindet. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen weist die Spannungsversorgung 10 einen DC-Ausgangsanschluß 21 auf und weist die Stromleitung 20 gepaarte elektrisch leitende Leitungen 23 und 24 sowie einen DC-Steckverbinder bzw. Gleichspannungs-Steckverbinder 22 auf. Sämtliche Zeichnungen dienen nur der Darstellung der Erfindung, nicht jedoch deren Beschränkung. Das erfindungsgemäße Konzept kann auch auf andere Konfigurationen übertragen werden, die eine Spannungsversorgung 10 und die Stromleitung 20 zur Übertragung eines Gleichstroms bzw. einer Gleichspannung beinhalten.
Erfindungsgemäß ist im Wesentlichen eine Schutzschaltung 40 auf einer Stromleitung der Stromübertragungsleitung vorgesehen. Die Schutzschaltung 40 kann die Stromleitung öffnen oder die geschlossene Schaltung unterbrechen bzw. öffnen oder die Versorgung der Last 30 mit elektrischer Energie vorübergehend unterbrechen, wenn für die DC-Versorgungsspannung ein Überstrom bzw. eine Überspannung auftritt, so dass die Last 30 vor einer Überlastung oder einer Beschädigung geschützt werden kann.
Die 2 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schutzschaltung 40, um vor Überstrom- und/oder Überspannungs-Betriebszuständen zu schützen. Die Schutzschaltung 40 umfasst mindestens ein Überstrom-Schutzelement 41, das mit einem Paar von elektrisch leitenden Leitungen 23 und 24 der Stromleitung in Reihe geschaltet ist. Bei dem Überstrom-Schutzelement 41 handelt es sich insbesondere um eine Sicherung, insbesondere Schmelzsicherung 41a, oder einen Mehrfach-Schalter (PolySwitch) 41b. Die beiden elektrisch leitenden Leitungen 23 und 24 sind mit einem Überspannungs-Schutzelement 42 in Reihe geschaltet, bei dem es sich um die Kombination aus einem so genannten ZNR-Bauelement (insbesondere einen transienten Überstrom-Absorber) 42a, einem Varistor 42b oder einer Zener-Diode 42c mit einem Silizium-Steuerungsgleichrichter (Silicon Control Rectifier; SCR) 42d handeln kann. Die vorgenannten elektronischen Bauelemente können variiert und in wechselnden Konfigurationen, je nach den elektrischen Kennlinien, miteinander verschaltet werden. Die allgemeinen elektrischen Bedingungen werden nachfolgend diskutiert:
Wenn ein anormaler Betriebszustand auftritt oder die Spannungsversorgung 10 anderen Faktoren ausgesetzt ist und die Gleichspannungsausgabe aus dem Gleichspannungs-Ausgangsanschluss 21 den Grenzwert des Überstrom-Schutzelements 41 übersteigt, öffnet das Überstrom-Schutzelement 41 die elektrisch leitenden Leitungen 23 und 24, die elektrisch mit diesem verbunden sind, so dass die Gleichspannung, welche die Last 30 ursprünglich über den Gleichspannungs-Steckverbinder 22 getrieben hat, unterbrochen wird. Für den Fall, dass ein Überspannungs-Betriebszustand auftritt, beispielsweise wenn die augenblicklich zur Verfügung gestellte Energie aufgrund eines Blitzeinschlags zu groß ist, oder wenn die Spannungsdifferenz aufgrund der plötzlichen Änderung von einem Zustand mit hoch beanspruchter Last zu einem Zustand mit gering beanspruchter Last wechselt, bildet das Überspannungs-Schutzelement 42 einen geschlossenen, insbesondere kurzgeschlossenen, Schaltkreis zwischen den beiden elektrisch leitenden Leitungen 23 und 24, um die Übertragung der Gleichspannung an die Last 30 vorübergehend zu unterbrechen. Deshalb kann die Last 30 erfindungsgemäß geschützt werden, ohne dass diese verbrennt oder eine Beschädigung aufgrund einer Überlastung auftritt, und zwar wegen der von der Schutzschaltung 40 auf der Stromübertragungsleitung 20 ausgeübten Überstrom- und/oder Überspannungs-Schutzfunktion.
Wenngleich zum Zwecke der Offenbarung bevorzugte Ausführungsbeispiele dargelegt worden sind, werden dem Fachmann auf diesem Gebiet zahlreiche Modifikationen zu den offenbarten Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung und auch andere Ausführungsformen ersichtlich sein. Folglich sollen die beigefügten Schutzansprüche sämtliche solcher Modifikationen und anderer Ausführungsformen mit umfassen, welche nicht von dem allgemeinen Lösungsgedanken und die Schutzbereich der Erfindung abweichen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Energieübertragungsleitung, insbesondere Stromleitung, die mit einer Schutzschaltung ausgestattet ist, mit einer Energieübertragungsleitung 20, welche die Spannungsversorgung mit einer durch eine Gleichspannung getriebenen Last 30 zur Bereitstellung einer Gleichspannung verbindet. Die Energieübertragungsleitung 20 weist eine Stromleitung auf, die mit einer Schutzschaltung 40 ausgestattet ist. Die Schutzschaltung 40 kann die Stromleitung öffnen oder einen geschlossenen, insbesondere kurzgeschlossenen, Schaltkreis unterbrechen oder die Bereitstellung elektrischer Energie für die Last 30 vorübergehend unterbrechen, wenn auf der Gleichspannung ein Überstrom- und/oder Überspannungs-Betriebszustand auftritt, so dass die Last 30 vor einer Überlastung und einer Beschädigung geschützt ist.

Claims

Energieübertragungsleitung, die mit einer Schutzschaltung ausgestattet ist, mit einer Energieübertragungsleitung (20) zwischen einer Spannungsversorgung zur Bereitstellung einer Gleichspannung und einer Last (30), die von der Gleichspannung getrieben wird, wobei: die Energieübertragungsleitung (20) eine Schutzschaltung (40) auf einer Stromleitung aufweist, wobei die Schutzschaltung (40) die Stromleitung öffnet oder eine geschlossene Schaltung unterbricht bzw. öffnet oder die Bereitstellung elektrischer Energie für die Last (30) vorübergehend unterbricht, wenn auf der Gleichspannung ein Überstrom- und/oder Überspannungs-Betriebszustand auftritt, um eine Überlastung und Beschädigung der Last zu verhindern.
Energieübertragungsleitung nach Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung (40) zumindest ein Überstrom-Schutzelement (41) aufweist, das mit der Stromleitung in Reihe geschaltet ist.
Energieübertragungsleitung nach Anspruch 2, wobei das Überstrom-Schutzelement eine Sicherung, insbesondere Schmelzsicherung, (41a) ist.
Energieübertragungsleitung nach Anspruch 2, wobei das Überstrom-Schutzelement ein PolySwitch bzw. Mehrfachschalter (41b) ist.
Energieübertragungsleitung nach Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung ein Überspannungs-Schutzelement (42) aufweist, das mit zwei elektrisch leitenden Leitungen (23, 24) der Stromleitung in Reihe geschaltet ist.
Energieübertragungsleitung nach Anspruch 5, wobei das Überspannungs-Schutzelement ein Varistor (42b) ist.
Energieübertragungsleitung nach Anspruch 5, wobei das Überspannungs-Schutzelement ein ZNR-Element, insbesondere ein transienter Überstromabsorber, (42a) ist.
Energieübertragungsleitung nach Anspruch 5, wobei das Überspannungs-Schutzelement (42) eine Zener-Diode (42c) und ein SCR-Bauelement, insbesondere Silizium-Steuerunhdgleichrichter, (42d) umfasst.