DE202021100769U1

DE202021100769U1 - Power supply device for supplying an electrical device

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Publication number: DE202021100769U1
Application number: DE202021100769.9U
Authority: DE
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2031-02-18

Abstract

Stromversorgungsgerät zur Versorgung eines elektrischen Gerätes, mit einem Netzteil (10), das an einem Ausgangsanschluss (UO) eine bestimmte Versorgungsspannung liefert, mit einem Energiespeicher (24), der bei Ausfall der Netzversorgung die Versorgung mit Versorgungsspannung und Strom für eine unterbrechungsfreie Netzversorgung aufrecht erhalten kann, wobei das Stromversorgungsgerät (100) einen Eingang (AC) für die Netzversorgung aufweist, und wenigstens zwei Stromversorgungsausgänge (UO, BO), wobei das Stromversorgungsgerät (100) an dem ersten Ausgang (UO) eine erste Versorgungsspannung mit dem benötigten Strom liefert, und an dem wenigstens einen zweiten Ausgang (BO) eine gesicherte zweite Versorgungsspannung mit dem benötigten Strom liefert, wobei der Energiespeicher (24) die Lieferung von Versorgungsspannung und Strom an dem wenigstens einen zweiten Ausgang (BO) bei Ausfall der Netzversorgung unterbrechungsfrei aufrecht erhält, dadurch gekennzeichnet, dass eine einstellbare Leistungssteuerungseinheit (30, 32, CL1, CL2) vorgesehen ist, um einzustellen, wieviel Leistung das Netzteil (10) an dem wenigstens einem ersten Ausgang (UO) maximal zur Verfügung stellen soll.

Power supply device for supplying an electrical device, with a power supply unit (10) which supplies a certain supply voltage at an output connection (UO), with an energy storage device (24) which maintains the supply voltage and current for an uninterruptible mains supply in the event of a mains supply failure the power supply device (100) having an input (AC) for the mains supply, and at least two power supply outputs (UO, BO), the power supply device (100) delivering a first supply voltage with the required current at the first output (UO), and at the at least one second output (BO) supplies a secured second supply voltage with the required current, the energy store (24) maintaining the supply of supply voltage and current at the at least one second output (BO) without interruption in the event of a mains supply failure, thereby marked that an adjustable power control unit (30, 32, CL1, CL2) is provided in order to set the maximum amount of power the power supply unit (10) should make available at the at least one first output (UO).

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsgerät zur Versorgung eines elektrischen Gerätes mit einer gewünschten Versorgungsspannung und dem benötigten Strom. Dabei wird insbesondere an robuste und kompakte Stromversorgungsgeräte gedacht, die im industriellen Arbeitsumfeld eingesetzt werden sollen und insbesondere für die Tragschienenmontage ausgelegt werden sollen.The invention relates to a power supply device for supplying an electrical device with a desired supply voltage and the required current. Particular attention is paid to robust and compact power supply devices that are to be used in industrial work environments and are to be designed in particular for mounting on mounting rails.

Besonders interessant sind dabei Stromversorgungsgeräte, die für besonders wichtige Geräte Stromversorgungsausgänge mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen aufbieten können. Solche unterbrechungsfreien Stromversorgungsmodule werden oft als USV-Modul bezeichnet. Dabei ist es oft gewünscht, dass ein Stromversorgungsgerät sowohl einen Ausgang mit USV-Funktionalität, wie auch einen Ausgang ohne USV-Funktionalität in einem Gerät bietet.Power supply devices that can provide power supply outputs with uninterruptible power supplies for particularly important devices are of particular interest. Such uninterruptible power supply modules are often referred to as UPS modules. It is often desired that a power supply device offers both an output with UPS functionality and an output without UPS functionality in one device.

Beide Funktionalitäten werden dann in einem Gerät vereint, sodass der Anwender frei wählen kann, ob er seinen Verbraucher am normalen Ausgang der Stromversorgung anschließt oder an dem durch Energiespeicher gepufferten Ausgang des USV-Moduls.Both functionalities are then combined in one device, so that the user can freely choose whether to connect his consumer to the normal output of the power supply or to the output of the UPS module, which is buffered by energy storage.

Zusätzlich zur vorhandenen Stromversorgung gibt es ein USV-Modul, welches einen oder mehrere gepufferte Ausgänge zur Verfügung stellt. Das USV-Modul hat einen internen Lader und einen intern oder extern ausgeführten Energiespeicher (Batterie, Supercaps etc.).In addition to the existing power supply, there is a UPS module that provides one or more buffered outputs. The UPS module has an internal charger and an internal or external energy storage device (battery, supercaps, etc.).

Aus dem Dokument DE 20 2007 012 626 U1 ist ein Energieversorgungssystem mit der Möglichkeit zur Notstromversorgung bekannt. Der Notstrom kann durch eine Batterie geliefert werden. Weiterhin ist eine Stromverteilungseinheit vorhanden, die im normalen Betrieb die benötigte Leistung der Last ermittelt und im Notstromfall als Leistungsverteilungseinheit dient, die für die Bestimmung des Verhältnisses zwischen der Ausgangsleistung des Stromumwandlers und der Ausgangsleistung des Notstromversorgungsmoduls sorgt.From the document DE 20 2007 012 626 U1 a power supply system with the possibility of emergency power supply is known. The emergency power can be supplied by a battery. There is also a power distribution unit that determines the required power of the load in normal operation and serves as a power distribution unit in the event of an emergency power supply, which provides for the determination of the ratio between the output power of the power converter and the output power of the emergency power supply module.

Das Dokument DE 20 2013 012 507 U1 beschreibt eine USV-Einheit mit MOSFET-Schalter, der im Lademodus den Ladestrom regelt. Dabei ist es erforderlich, dass das Stromversorgungsgerät genug Strom erzeugt, um die Last zu versorgen und die USV-Einheit mit Ladestrom zu versorgen.The document DE 20 2013 012 507 U1 describes a UPS unit with a MOSFET switch that regulates the charging current in charging mode. This requires that the power supply generate enough power to power the load and provide charging power to the UPS.

Es sind unterbrechungsfreie Stromversorgungsgeräte auf dem Markt, die an das öffentliche Versorgungsnetz angeschlossen werden, und mit verschiedenen Ausgangsanschlüssen ausgestattet sind, an die Netzgeräte angeschlossen werden, wobei der Benutzer wählen kann, ob er das Netzgerät an einen ungesicherten Ausgang anschließt oder an einen ausfallsicheren Ausgang, der bei Ausfall der Netzversorgung mit Notstrom aus dem Energiespeicher versorgt wird. Als Beispiel werden die Modelle APC Back-UPS® Pro, z.B. BR550GI, BR900GI, BR1200GI, und BR1500GI der Firma Schneider Electric genannt.There are uninterruptible power supply devices on the market that are connected to the public supply network and are equipped with various output connections to which power supply units are connected, whereby the user can choose whether to connect the power supply unit to an unsecured output or to a fail-safe output, which is supplied with emergency power from the energy store in the event of a power failure. The models APC Back-UPS® Pro, e.g. BR550GI, BR900GI, BR1200GI, and BR1500GI from Schneider Electric are mentioned as an example.

Die bekannten Lösungen haben allerdings den Nachteil, dass die Netzteile in den Stromversorgungsgeräten nur einen maximalen Strom liefern können und der Strom sich auf die verschiedenen Ausgänge aufteilt. Dabei kann es passieren, dass ein Netzgerät im Normalbetrieb, das an den ungepufferten Ausgang angeschlossen ist, einen hohen Strom zieht und somit nicht genügend Leistung für den Normalbetrieb bei den besonders wichtigen Netzgeräten, die an die gepufferten Ausgänge angeschlossen sind, zur Verfügung steht.However, the known solutions have the disadvantage that the power supply units in the power supply devices can only deliver a maximum current and the current is divided between the various outputs. It can happen that a power supply unit connected to the unbuffered output draws a high current in normal operation and therefore not enough power is available for normal operation with the particularly important power supply units that are connected to the buffered outputs.

Es besteht deshalb der Bedarf für ein verbessertes Stromversorgungsgerät, das diese Nachteile vermeidet. Dies wurde im Rahmen der Erfindung erkannt.There is therefore a need for an improved power supply device that avoids these disadvantages. This was recognized within the scope of the invention.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Strommanagement für Stromversorgungsgeräte anzugeben, bei dem der Betrieb der an die gepufferten Ausgänge angeschlossenen Geräte auch im Normalbetrieb besser abgesichert ist. Diese Aufgabe wird durch ein Stromversorgungsgerät gemäß Anspruch 1 gelöst.It is therefore the object of the invention to provide an improved current management for power supply devices in which the operation of the devices connected to the buffered outputs is better secured even in normal operation. This object is achieved by a power supply device according to claim 1.

Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.The dependent claims contain advantageous developments and improvements of the invention in accordance with the following description of these measures.

In einer Ausprägung besteht die Erfindung in einem Stromversorgungsgerät zur Versorgung eines elektrischen Gerätes, mit einem Netzteil, das an wenigstens einem ersten Ausgangsanschluss eine gewünschte Versorgungsspannung liefert, und mit einem Energiespeicher, der bei Ausfall der Netzversorgung die gewünschte Spannung für eine unterbrechungsfreie Netzversorgung aufrecht erhalten kann. Das Stromversorgungsgerät weist einen Eingang für die Netzversorgung auf und wenigstens zwei Stromversorgungsausgänge, wobei der wenigstens eine erste Ausgang die erste gewünschte Spannung liefert, und der wenigstens eine zweite Ausgang eine gesicherte zweite gewünschte Spannung liefert. Dabei können die erste und zweite gewünschte Spannung auch übereinstimmen. Dabei erfolgt die Lieferung der Spannung an dem wenigstens einen zweiten Ausgang bei Ausfall der Netzversorgung unterbrechungsfrei durch den Energiespeicher. Zusätzlich ist eine einstellbare Leistungssteuerungseinheit vorgesehen, mit der der Benutzer einstellen kann, wieviel Leistung das Netzteil an dem wenigstens einem ersten Ausgang zur Verfügung stellen soll und wieviel Leistung für den wenigstens einen gesicherten Ausgang bereitgestellt werden soll. Somit wird es erreicht, dass das an dem wenigstens einen gesicherten Ausgang angeschlossene Gerät zuverlässig mit Spannung und Strom versorgt wird, und nicht ausfällt, wenn ein an dem wenigstens einen ersten Ausgang angeschlossenes Gerät mehr Strom entnimmt und dadurch das Netzteil überlastet.In one embodiment, the invention consists of a power supply device for supplying an electrical device, with a power supply unit that supplies a desired supply voltage to at least one first output connection, and with an energy store that can maintain the desired voltage for an uninterruptible mains supply if the mains supply fails . The power supply device has an input for the mains supply and at least two power supply outputs, the at least one first output supplying the first desired voltage and the at least one second output supplying a secured second desired voltage. The first and second desired voltages can also match. In this case, the voltage at the at least one second output is supplied by the energy store without interruption if the mains supply fails. In addition, an adjustable power control unit is provided with which the user can set how much power the power supply unit is to make available at the at least one first output and how much power is to be made available for the at least one secured output. It is thus achieved that the device connected to the at least one secured output is reliably supplied with voltage and current and does not fail if a device connected to the at least one first output draws more current and thereby overloads the power supply unit.

Ebenfalls kann zusätzlich noch eine Einstellungsmöglichkeit vorgesehen werden, um einzustellen wieviel Leistung für den wenigstens einen gesicherten Ausgang maximal bereitgestellt werden soll.In addition, a setting option can also be provided in order to set the maximum amount of power that should be provided for the at least one secured output.

Um dem Benutzer die Einstellungsmöglichkeit zu bieten, ist es vorteilhaft, wenn das Stromversorgungsgerät eine Bedieneinheit aufweist, die der Leistungssteuerungseinheit zugeordnet ist. Dabei kann es sich um verschiedene Bedieneinheiten handeln, die je nach Anwendungsfall und Bedarf einen Kompromiss zwischen Kostenaufwand und Einstellungskomfort bieten. Als Beispiele werden genannt Potenziometer, Taster, Anzeigeeinheiten, auch berührungsempfindliche Anzeigeeinheiten. Mit Hilfe einer Anzeigeeinheit und einer Anzahl von Tasten kann eine einfache Menüführung zur Verfügung gestellt werden. Bei einem Potenziometer in Verbindung mit einer Skala kann eine Stromaufteilung ohne Menüführung erfolgen.In order to offer the user the setting option, it is advantageous if the power supply device has an operating unit that is assigned to the power control unit. These can be different operating units that, depending on the application and requirements, offer a compromise between cost and setting convenience. Examples are potentiometers, buttons, display units and also touch-sensitive display units. With the aid of a display unit and a number of keys, simple menu guidance can be made available. With a potentiometer in conjunction with a scale, the current can be divided without menu navigation.

Dabei kann in einer vorteilhaften Variante der Leistungssteuerungseinheit ein Mikrocontroller zugeordnet sein, der die Einstellwerte von der Bedieneinheit empfängt und die Lastverteilung durch Einstellen zweier Lastverteilungseinheiten, eine für den ersten Ausgang und die andere für den wenigstens einen zweiten Ausgang, einstellt.In an advantageous variant, the power control unit can be assigned a microcontroller which receives the setting values from the operating unit and sets the load distribution by setting two load distribution units, one for the first output and the other for the at least one second output.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die einstellbaren Lastverteilungseinheiten Schaltungen zur Strombegrenzung beinhalten.It is advantageous if the adjustable load distribution units contain circuits for current limitation.

Für das Stromversorgungsgerät ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn das Stromversorgungsgerät eine Ladeschaltung zum Laden des Energiespeichers aufweist. Dafür wird typischerweise auch ein Mikrocontroller benötigt, z.B. für die Laderegelung beim Laden des Energiespeichers.It is also advantageous for the power supply device if the power supply device has a charging circuit for charging the energy store. A microcontroller is typically required for this, e.g. for charging control when charging the energy storage device.

Sehr vorteilhaft ist auch, wenn der Mikrocontroller die Ausgangsspannung wenigstens an dem wenigstens einen gepufferten Ausgang des Netzteiles überwacht und einen elektronischen Schalter ansteuert zur Umschaltung auf die Versorgung durch den Energiespeicher, wenn die Spannung unter einen definierten Wert abfällt. Für die elektronischen Schalter eignen sich z.B. MOSFET-Schalter.It is also very advantageous if the microcontroller monitors the output voltage at least at the at least one buffered output of the power supply unit and controls an electronic switch to switch to the supply by the energy store when the voltage falls below a defined value. MOSFET switches, for example, are suitable for the electronic switches.

In einer vorteilhaften Erweiterung wird für den Fall, dass mehr als ein gesicherter Ausgang an dem Stromversorgungsgerät vorhanden ist, an dem wenigstens einen gesicherten Ausgang ein elektronischer Schalter eingesetzt. Dieser Schalter wird dafür vorgesehen, eine Last abzuschalten, wenn der Strom einen Betrag überschreitet. Anderenfalls wäre es sonst möglich, dass der wenigstens eine andere gesicherte Ausgang unterversorgt wäre und die Funktion des dort angeschlossenen Gerätes nicht mehr aufrecht erhalten werden kann.In an advantageous expansion, in the event that there is more than one secured output on the power supply device, an electronic switch is used at the at least one secured output. This switch is intended to switch off a load when the current exceeds an amount. Otherwise it would otherwise be possible that the at least one other secured output would be undersupplied and the function of the device connected there could no longer be maintained.

Um eine sichere Abschaltung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zu dem elektronischen Schalter noch eine Schmelzsicherung bei dem gesicherten Ausgang vorgesehen ist.In order to ensure safe shutdown, it is advantageous if, in addition to the electronic switch, a fuse is also provided at the protected output.

Der elektronische Schalter kann in vorteilhafter Weise ebenfalls als MOSFET-Schalter realisiert werden. Diesbezüglich ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Auslöseschwelle, ab wann der elektronische Schalter eine Abschaltung wegen Überlastung vornimmt, durch den Mikrocontroller einstellbar ist.The electronic switch can also advantageously be implemented as a MOSFET switch. In this regard, it is also advantageous if the triggering threshold, from when the electronic switch switches off due to overload, can be set by the microcontroller.

Zur Erfassung der Überlastung an einem Ausgang ist es vorteilhaft Stromsensoren an den gesicherten Ausgängen vorzusehen, deren Messwerte von dem Mikrocontroller erfasst werden.To detect the overload at an output, it is advantageous to provide current sensors at the secured outputs, the measured values of which are recorded by the microcontroller.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail below with reference to the figures.

Es zeigen:

1 ein erstes Beispiel einer Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Stromversorgu ngsgerätes;
2 ein zweites Beispiel einer Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerätes;
3 ein erstes Beispiel eines Blockschaltbildes eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerätes; und
4 ein zweites Beispiel eines Blockschaltbildes eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerätes.

Show it:

1 a first example of a front view of a power supply according to the invention;
2 a second example of a front view of a power supply device according to the invention;
3 a first example of a block diagram of a power supply device according to the invention; and
4th a second example of a block diagram of a power supply device according to the invention.

Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.The present description illustrates the principles of the disclosure of the invention. It is therefore understood that those skilled in the art will be able to design various arrangements which, although not explicitly described here, embody the principles of the disclosure according to the invention and are also intended to be protected in their scope.

1 zeigt eine Vorderansicht eines Stromversorgungsgerätes 100. Mit der Bezugszahl AC ist ein Netzanschlusseingang bezeichnet. Das Stromversorgungsgerät 100 ist sehr kompakt in einem Gehäuse untergebracht, das für die Montage auf Tragschiene ausgelegt ist. Dafür besitzt es an der Rückseite eine typische Halterung, die auf die Tragschiene gesteckt werden kann. Derartige kompakte Stromversorgungsgeräte sind bekannt. Als Beispiel wird auf die Serie Stromversorgungsgeräte „Quint Power“ und „Quint USV“ der Anmelderin Bezug genommen. Ebenfalls an der Vorderseite befinden sich zwei Stromversorgungsausgänge UO und BO. Von diesen bezeichnet der Ausgang UO einen ungesicherten Ausgang, wobei ungesichert bedeutet, dass dieser Ausgang nicht gegen Ausfall der Versorgungsspannung gesichert ist. Das daran angeschlossene Gerät wird deshalb ebenfalls ausfallen, wenn die Versorgungsspannung wegen einer Störung im Versorgungsnetz oder bei der Zuleitung wegfällt. Anders verhält es sich bei dem gesicherten Stromversorgungsausgang BO. Dieser Ausgang BO ist gegen Stromausfall gesichert. Wenn die Versorgungsspannung wegfällt, übernimmt der Energiespeicher 24 die Versorgung des an den Ausgang BO angeschlossenen Gerätes. Mit dem Bezugszeichen AE ist eine Ausgabeeinheit bezeichnet. Diese kann verschiedene LEDs enthalten für die Signalisierung verschiedener Betriebszustände. Alternativ kann die Ausgabeeinheit AE in einer Anzeigeeinheit bestehen, z.B. LCD-Anzeigeeinheit oder sogar LCD-Touchscreen-Anzeigeeinheit, die eine berührungsempfindliche Bedienoberfläche aufweist. 1 Fig. 13 shows a front view of a power supply device 100 . With the reference number AC denotes a mains connection input. The power supply device 100 is housed very compactly in a housing that is designed for mounting on a mounting rail. It has a typical holder on the back that can be plugged onto the mounting rail. Such compact power supply devices are known. As an example, reference is made to the applicant's “Quint Power” and “Quint UPS” series of power supply units. There are also two power supply outputs on the front UO and BO . Of these denotes the exit UO an unsecured output, whereby unsecured means that this output is not protected against failure of the supply voltage. The device connected to it will therefore also fail if the supply voltage fails due to a fault in the supply network or in the supply line. The situation is different with the secured power supply output BO . This exit BO is secured against power failure. If the supply voltage fails, the energy store takes over 24 the supply of the to the output BO connected device. With the reference number AE is designated an output unit. This can contain different LEDs for signaling different operating states. Alternatively, the output unit AE exist in a display unit, for example an LCD display unit or even an LCD touchscreen display unit, which has a touch-sensitive user interface.

Mit Bezugszeichen U1 ist ein Drehknopf bezeichnet, der Teil eines Potenziometers ist, mit dem die abgegebene Ausgangsspannung der Stromversorgung an den Ausgangsanschlüssen UO und BO im Bereich von 24 bis 28 V eingestellt werden kann. Selbstverständlich kann auch ein anderer Einstellbereich in einem anderen Ausführungsbeispiel realisiert werden. Schließlich bezeichnet das Bezugszeichen S1 einen Drehknopf, mit dem die Lastverteilung zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen UO und BO eingestellt werden kann.With reference number U1 denotes a rotary knob, which is part of a potentiometer, with which the output voltage of the power supply is output at the output connections UO and BO can be set in the range of 24 to 28 V. Of course, a different setting range can also be implemented in a different exemplary embodiment. Finally, the reference number denotes S1 a rotary knob that allows the load sharing between the two output ports UO and BO can be adjusted.

Als Energiespeicher 24 des USV-Moduls 100 kann z.B. eine Batterie, ein Akkumulator oder eine Anzahl von Kondensatoren, insbesondere Supercaps, etc. eingesetzt werden. Dabei kann der Energiespeicher 24 alternativ auch extern in einem anderen Gehäuse untergebracht werden und über Anschlussleitungen mit dem Stromversorgungsgerät 100 verbunden werden.As an energy store 24 of the UPS module 100 For example, a battery, an accumulator or a number of capacitors, in particular supercaps, etc. can be used. The energy storage 24 alternatively, they can also be accommodated externally in a different housing and connected to the power supply unit via connecting cables 100 get connected.

Die 2 zeigt eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerätes 100. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Komponenten wie im ersten Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied besteht darin, dass zwei gesicherte Ausgangsanschlüsse BO1 und BO2 vorhanden sind. Es können damit zwei angeschlossene Geräte netzausfallsicher versorgt werden. Es ist aber durchaus möglich, noch weitere gesicherte und ungesicherte Ausgangsanschlüsse vorzusehen.The 2 shows a front view of a second embodiment of the power supply device according to the invention 100 . The same reference numerals denote the same components as in the first embodiment. One difference is that there are two secured output connections BO1 and BO2 available. This means that two connected devices can be supplied with power failure-proof. However, it is entirely possible to provide further secured and unsecured output connections.

Die 3 zeigt ein Blockschaltbild des Stromversorgungsgerätes 100 in 1. Wiederum bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Komponenten wie in 1. Die Bezugszahl 10 bezeichnet ein Netzteil. Dieses wird eingangsseitig mit Wechselspannung am Eingangsanschluss AC versorgt. Typischerweise handelt es sich um einen Anschluss für einphasige Wechselspannung wie sie vielfach zur Versorgung von Netzgeräten im Haushalt verwendet wird. Das Netzteil ist typischerweise als Schaltnetzteil ausgeführt und hat einen weiten Eingangsspannungsbereich von 100 bis 240 V. Ausgangsseitig liefert das Netzteil 10 zwei geregelte Gleichspannungen an den Ausgängen DC1 und DC2. Im Beispiel sind beide Ausgangsspannungen gleich und liegen im Bereich vom 24 bis 28 V. Es ist aber durchaus möglich, das Netzteil 10 so auszulegen, dass es verschiedene Ausgangsspannungen für die verschiedenen Ausgänge DC1 und DC2 erzeugt. Die geregelten Ausgangsspannungen stehen an den Ausgängen UO und BO zur Verfügung. Die Bezugszahl 20 bezeichnet eine Ladeschaltung 20. Diese sorgt dafür, dass der Akkumulator 24 geladen wird, wenn er entleert wurde und regelmäßig aufgefrischt wird, um seine Selbstentladung auszugleichen. Die Laderegelung ist dabei Mikroprozessorgesteuert. Dafür ist in dem Stromversorgungsgerät 100 ein Mikrocontroller 30 vorhanden. Der Mikrocontroller 30 sorgt aber auch für eine Lastverteilung zwischen den angeschlossenen Geräten an den Ausgängen UO und BO. Dafür sind die Strombegrenzungsschaltungen CL1 und CL2 vorhanden, die vom Mikrocontroller 30 gesteuert werden und es ermöglichen, den Strom auf den Ausgangsleitungen zu den Ausgangsanschlüssen UO und BO zu begrenzen. Solche Strombegrenzungsschaltungen können mit MOSFET-Transistoren realisiert werden. Sie können zur Stromsteuerung an dem entsprechenden Ausgang wie auch zur Abschaltung des entsprechenden Ausgangs eingesetzt werden. Beispielsweise wird angenommen, dass das Netzteil 10 ein Maximalstrom von 20 A bei einer Ausgangsspannung von 25 V liefern kann. Dies entspricht einer Leistung von 500 W. Wenn nun an Anschluss UO ein Gerät angeschlossen ist, das selbst maximal 500 W aufnimmt, so bliebe für das an den gepufferten Ausgang BO angeschlossene Gerät keine Leistung mehr übrig und dessen Funktion wäre sogar im Normalbetrieb (ohne Stromausfall) gefährdet. Dies wird durch entsprechende Einstellung der Strombegrenzungsschaltungen CL1 und CL2 verhindert. Als Beispiel wird eine hälftige Stromaufteilung erwähnt. Dabei wird die Strombegrenzung CL1 so eingestellt, dass der Maximalstrom auf der Anschlussleitung zu Ausgangsanschluss UO auf 10 A begrenzt wird. Somit stehen immer 10 A für den gesicherten Ausgangsanschluss BO zur Verfügung. Mit der Strombegrenzungsschaltung CL2 kann auch eine Begrenzung des Stroms auf der Anschlussleitung zu Ausgangsanschluss BO bewirkt werden. Dies ist nicht unbedingt erforderlich, kann aber von Vorteil sein, weil dadurch für den Normalbetrieb auch die Funktion des an den Ausgang UO angeschlossenen Gerätes gesichert wird.The 3 shows a block diagram of the power supply device 100 in 1 . Again, the same reference numerals denote the same components as in FIG 1 . The reference number 10 refers to a power supply unit. This is on the input side with AC voltage at the input connection AC provided. Typically, it is a connection for single-phase AC voltage as it is often used to supply power supply units in the household. The power supply is typically designed as a switched-mode power supply and has a wide input voltage range of 100 Up to 240 V. The power supply delivers on the output side 10 two regulated DC voltages at the outputs DC1 and DC2 . In the example, both output voltages are the same and are in the range from 24 to 28 V. However, it is entirely possible to use the power supply 10 so designed that there are different output voltages for the different outputs DC1 and DC2 generated. The regulated output voltages are available at the outputs UO and BO to disposal. The reference number 20th denotes a charging circuit 20th . This ensures that the accumulator 24 is charged when it has been deflated and is regularly refreshed to compensate for its self-discharge. The charge control is microprocessor-controlled. This is in the power supply unit 100 a microcontroller 30th available. The microcontroller 30th but also ensures load distribution between the connected devices at the outputs UO and BO . That's what the current limiting circuits are for CL1 and CL2 present that from the microcontroller 30th be controlled and allow the current on the output lines to the output terminals UO and BO to limit. Such current limiting circuits can be implemented with MOSFET transistors. They can be used to control the current at the corresponding output as well as to switch off the corresponding output. For example, assume that the power supply 10 can deliver a maximum current of 20 A at an output voltage of 25 V. This corresponds to an output of 500 W. When connected UO If a device is connected that consumes a maximum of 500 W itself, that would remain at the buffered output BO connected device has no power left and its function would be endangered even in normal operation (without a power failure). This is done by setting the current limiting circuits accordingly CL1 and CL2 prevented. A half current distribution is mentioned as an example. Thereby the current limitation CL1 set so that the maximum current on the connecting cable Output connector UO is limited to 10 A. This means that there is always 10 A for the secured output connection BO to disposal. With the current limiting circuit CL2 can also limit the current on the connecting lead to output port BO be effected. This is not absolutely necessary, but it can be an advantage because it also reduces the function of the to the output for normal operation UO connected device is secured.

Die Einstellmöglichkeit der Lastverteilung wird über die Bedieneinheit 32 zur Verfügung gestellt. Im einfachsten Fall besteht die Bedieneinheit 32 in einem Potenziometer S1, wie in 1 und 2 gezeigt. Dieses Potenziometer S1 würde einen Spannungswert vorgeben, der vom Mikrocontroller 30 an einem A/D-Eingang eingelesen wird, und es wird eine dementsprechende Spannung von dem Mikrocontroller 30 generiert, mit dem die Strombegrenzungsschaltung CL1 eingestellt wird. Wesentlich komfortablere Einstellmöglichkeiten ergeben sich bei Einsatz von Bedieneinheiten mit Anzeigeeinheit. Dann können über eine einfache Menüführung verschiedene Werte über die gleiche Bedieneinheit 32 eingestellt werden. Dafür können in der Bedieneinheit 32 verschiedene Eingabetasten vorgesehen sein, mit denen die Menüauswahl und Einstellung der Werte durchgeführt werden kann.The possibility of setting the load distribution is made via the control unit 32 made available. In the simplest case there is the control unit 32 in a pot S1 , as in 1 and 2 shown. This potentiometer S1 would specify a voltage value from the microcontroller 30th is read in at an A / D input, and a corresponding voltage is sent from the microcontroller 30th generated with which the current limiting circuit CL1 is set. Much more convenient setting options arise when using control units with a display unit. You can then use a simple menu system to control various values using the same control unit 32 can be set. You can do this in the control unit 32 Various input keys can be provided with which the menu selection and setting of the values can be carried out.

Schließlich zeigt die 3 mit Bezugsziffer 22 noch eine elektronische Umschalteinheit. Diese dient zur Umschaltung zwischen Netzteilausgangsanschluss DC2 und Energiespeicher 24, wenn ein Stromausfall detektiert wurde. Die Umschalteinheit 22 ist an sich bekannt und kann einen MOSFET-Schalter beinhalten. Die Detektion des Stromausfalls wird vom Mikrocontroller 30 erledigt. Aus diesem Grund wird an einen Eingang des Mikrocontrollers 30 die Ausgangsspannung an dem Ausgang DC2 geführt.Finally shows the 3 with reference number 22nd another electronic switching unit. This is used to switch between the power supply output connection DC2 and energy storage 24 when a power failure is detected. The switching unit 22nd is known per se and can include a MOSFET switch. The detection of the power failure is done by the microcontroller 30th done. For this reason it is connected to an input of the microcontroller 30th the output voltage at the output DC2 guided.

Die 4 zeigt ein zweites Blockschaltbild für eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerätes 100. Wiederum bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Komponenten wie in 3. Ein Unterschied besteht darin, dass bei dieser Variante drei parallele gepufferte Ausgangsanschlüsse BO1, BO2, BO3 vorgesehen sind. In anderen Ausführungsbeispielen können auch mehr als drei Ausgangsanschlüsse vorgesehen werden. Es können somit drei besonders wichtige Geräte über das Stromversorgungsgerät 100 mit Strom versorgt werden. Ebenfalls ist ein Ausgangsanschluss UO für ein ungesichertes Gerät vorhanden. Wenn auch der Strom durch Einstellung der Strombegrenzungsschaltung CL1 z.B. auf 10 A begrenzt ist, so wäre es bei mehreren parallelen Ausgangsanschlüssen BO1 bis BO3 möglich, dass ein daran angeschlossenes Gerät, sei es durch Fehlerfall oder nicht, einen erhöhten Strombedarf hat und dann eines oder beide der anderen angeschlossenen Geräte unterversorgt sind. Ein Ausfall eines dieser Geräte wird durch Einsatz einer Sicherungsschaltung 26 an jedem dieser Ausgänge BO1, BO2, BO3 verhindert. Die Sicherungsschaltung 26 besteht in einer Variante aus einer Schmelzsicherung 25 und einem elektronischen Schalter 27. Die Schmelzsicherung trennt das angeschlossene Gerät von dem Stromversorgungsgerätes 100 ab, selbst dann, wenn der elektronische Schalter 27 nicht funktioniert, und der Strom den abgesicherten Wert übersteigt. Der elektronische Schalter 27 wird von dem Mikrocontroller 30 gesteuert. Dabei kann die Auslöseschwelle für jeden elektronische Schalter 27 durch Programmierung des Mikrocontroller 30 separat eingestellt werden. Die Programmierung erfolgt über die Bedieneinheit 32. Z.B. könnten die Schwellwerte in einem Beispiel für alle Ausgänge BO1, BO2, BO3 auf 3 A eingestellt werden. Dies erfordert, dass der Mikrocontroller 30 die Ströme auf den Leitungen zu den Ausgangsanschlüssen BO1, BO2, BO3 überwacht. Dafür werden Stromsensoren CS eingesetzt, die an die zu überwachenden Leitungen angeschlossen sind. Als elektronische Schalter können wiederum MOSFET-Schalter eingesetzt werden. Diese haben auch den Vorteil des geringen Ruhestromverbrauchs.The 4th shows a second block diagram for a further variant of a power supply device according to the invention 100 . Again, the same reference numerals denote the same components as in FIG 3 . One difference is that this variant has three parallel buffered output connections BO1 , BO2 , BO3 are provided. In other exemplary embodiments, more than three output connections can also be provided. This means that three particularly important devices can be connected to the power supply unit 100 be supplied with electricity. There is also an output connector UO for an unsecured device. Albeit the current by setting the current limiting circuit CL1 is limited to 10 A, for example, it would be with several parallel output connections BO1 to BO3 It is possible that a device connected to it, whether due to a fault or not, has an increased power requirement and then one or both of the other connected devices are undersupplied. A failure of one of these devices is ensured by the use of a safety circuit 26th at each of these outputs BO1 , BO2 , BO3 prevented. The fuse circuit 26th consists in one variant of a fuse 25th and an electronic switch 27 . The fuse separates the connected device from the power supply device 100 off even if the electronic switch 27 does not work and the current exceeds the protected value. The electronic switch 27 is used by the microcontroller 30th controlled. The triggering threshold for each electronic switch 27 by programming the microcontroller 30th can be set separately. Programming takes place via the control unit 32 . For example, in one example, the threshold values could be for all outputs BO1 , BO2 , BO3 can be set to 3 A. This requires the microcontroller 30th the currents on the lines to the output terminals BO1 , BO2 , BO3 supervised. Therefor are current sensors CS used, which are connected to the lines to be monitored. MOSFET switches can in turn be used as electronic switches. These also have the advantage of low idle power consumption.

Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. In einer bevorzugten Variante werden Mikrocontroller mit integriertem RAM-Speicher und integrierten I/O-Schnittstellen eingesetzt. Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform, die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein oder ein Teil, der über das Betriebssystem ausgeführt wird.It should be understood that the proposed method and associated devices can be implemented in various forms of hardware, software, firmware, special purpose processors, or a combination thereof. In a preferred variant, microcontrollers with integrated RAM memory and integrated I / O interfaces are used. Specialty processors can include application specific integrated circuits (ASICs), reduced instruction set computers (RISC), and / or field programmable gate arrays (FPGAs). The proposed method and the device are preferably implemented as a combination of hardware and software. The software is preferably installed as an application program on a program storage device. Typically, it is a computer platform-based machine that includes hardware such as one or more central processing units (CPU), random access memory (RAM), and one or more input / output (I / O) interfaces. An operating system is also typically installed on the computer platform. The various processes and functions described here can be part of the application program or a part that is executed by the operating system.

Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.The disclosure is not restricted to the exemplary embodiments described here. There is room for various adaptations and modifications which one skilled in the art may make because of his Expertise as well as belonging to the disclosure would be considered.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

Netzteilpower adapter: 1010
LadereglerCharge regulator: 2020th
UmschalteinheitSwitching unit: 2222nd
EnergiespeicherEnergy storage: 2424
SchmelzsicherungFuse: 2525th
SicherungsschaltungSafety circuit: 2626th
elektronischer Umschalterelectronic switch: 2727
MikrocontrollerMicrocontroller: 3030th
BedieneinheitControl unit: 3232
StromversorgungsgerätesPower supply device: 100100
WechselstromanschlussAC connection: ACAC
gesicherter Ausgangsecured exit: BOBO
AusgabeeinheitOutput unit: AEAE
1. gesicherter Ausgang1. Secure exit: BO1BO1
2. gesicherter Ausgang2. Secure exit: BO2BO2
3. gesicherter Ausgang3. Secure exit: BO3BO3
1. Strombegrenzungsschaltung1. Current limiting circuit: CL1CL1
2. Strombegrenzungsschaltung2. Current limiting circuit: CL2CL2
StromsensorCurrent sensor: CSCS
1. Gleichspannungsausgang1. DC voltage output: DC1DC1
2. Gleichspannungsausgang2. DC voltage output: DC2DC2
Stromelectricity: S1S1
ungesicherter Ausgangunsecured exit: UOUO
SpannungsdrehstellerVoltage rotary adjuster: U1U1
LastdrehstellerLoad turntable: S1S1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202007012626 U1 [0005]
DE 202013012507 U1 [0006]

Claims

Power supply device for supplying an electrical device, with a power supply unit (10) which delivers a certain supply voltage at an output connection (UO), with an energy storage device (24) which maintains the supply voltage and current for an uninterruptible mains supply in the event of a mains supply failure the power supply device (100) having an input (AC) for the mains supply, and at least two power supply outputs (UO, BO), the power supply device (100) delivering a first supply voltage with the required current at the first output (UO), and at the at least one second output (BO) supplies a secured second supply voltage with the required current, the energy store (24) maintaining the supply of supply voltage and current at the at least one second output (BO) without interruption in the event of a mains supply failure, thereby marked that an adjustable power ngssteuerungseinheit (30, 32, CL1, CL2) is provided in order to set the maximum amount of power the power supply unit (10) should make available at the at least one first output (UO).

Power supply according to Claim 1 , the power control unit (30, 32, CL1, CL2) being designed in such a way that it offers an option for setting how much power is to be provided as a maximum for the at least one secured output (BO).

Power supply according to Claim 1 or 2 , wherein the power control unit (30, 32, CL1, CL2) is assigned an operating unit (32), in particular a potentiometer, button, display unit or touch-sensitive display unit, with which the load distribution between the first output (UO) and the least one second output (BO ) is adjustable.

Power supply according to Claim 3 , wherein the power control unit (30, 32, CL1, CL2) is assigned a microcontroller (30) which receives the setting values from the operating unit (32) and the load distribution by setting at least one first load limiting unit (CL1) for the first output (UO) and optionally sets at least one second load limiting unit (CL2) for the at least one second output (BO).

Power supply according to Claim 4 , wherein at least one first and second load limiting unit (CL1, CL2) corresponds to a circuit for current limiting.

Power supply device according to one of the preceding claims, wherein the power supply device (100) has a charging circuit (20) for charging the energy store (24).

Power supply device according to one of the preceding claims, wherein the power control unit (30, 32, CL1, CL2) includes a microcontroller (30) which outputs the output voltage at least at the at least one secured output (BO, BO1, BO2, BO3) of the power supply unit (10) monitors and controls an electronic switch (22) to switch to the supply by the energy store (24) when the voltage falls below a defined value.

Power supply according to Claim 7 wherein the electronic switch (22) includes at least one MOSFET switch.

Power supply according to Claim 7 or 8th , a fuse (25) being present in addition to the electronic switch (27).

Power supply device according to one of the preceding claims, wherein the power control unit (30, 32, CL1, CL2) furthermore has an electronic switch (27) per protected output (BO) in the event that more than one secured output is present on the power supply device (100) , BO1, BO2, BO3) has that the microcontroller (30) monitors the power consumption of the device connected to the respective secured output (BO, BO1, BO2, BO3), and the electronic switch (27) of that output (BO, BO1, BO2, BO3) controls the load cut-off whose power consumption exceeds the set maximum value.

Power supply according to Claim 10 , wherein the power supply device (100) has current sensors (CS) at the secured outputs (BO, BO1, BO2, BO3), the measured values of which are recorded by the microcontroller (30).