DE2232179B2

DE2232179B2 - Elektrisches energieversorgungssystem

Info

Publication number: DE2232179B2
Application number: DE19722232179
Authority: DE
Inventors: Minoru; Inose Fumiyuki; Kobayashi Sadao; Kokubunji; Iwasaki Takashiro Kodaira; Tokio; Watanabe Shizuhisa; Tanigami Takahiko; Katsuta Ibaragi; Hiroshima (Japan)
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1978-01-19
Also published as: CA952582A; FR2143787A1; US3753001A; DE2232179C3; GB1387446A; JPS5028619B1; FR2143787B1; AU4409272A; DE2232179A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energieversorgungssystem, bei dem eine Gleichstromquelle, ein Schalter, ein erster Gleichrichter und ein Ausgangsanschlußpaar in Reihe geschaltet sind, bei dem parallel zum Ausgangsanschlußpaar ein Schutzwiderstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind und der Schutzwiderstand mittels eines zweiten Gleichrichters überbrückt ist und bei dem die Gleichrichter derart gepolt sind, daß der zweite Gleichrichter den Schutzwiderstand für den Entladestrom des Kondensators überbrückt und der erste Gleichrichter einen Rückfluß des Enl'adestroms des Kondensators zur Gleichstrom-

JO quelle verhindert.

Ein solches Energieversorgungssystem ist bekannt (DT-OS 20 42 471). Bei dem bekannten Versorgungssystem für eine aus Relais bestehende Folgeschaltung sind jeweils mehrere Schaltungen der eingangs genannten

*"> Art parallel an dieselbe Stromquelle angeschaltet. An das Ausgangsanschlußpaar ist jeweils ein Relais angeschlossen, dessen Relaiskontakt den ersten Schalter einer benachbarten parallelen Schaltungsanordnung darstellt. Der Kondensator dient bei dieser bekannten

■to Anordnung als Verzögerungsschaltung für das jeweilige Relais, so daß die Relais sowohl anzugs- als auch abfallverzögert sind.

Aus der DT-AS 10 90 305 ist eine Schutzschaltung für Siliziumgleichrichter in Stromversorgungsteilen mit nachfolgender Siebkette bekannt, bei der in Reihe zum Ladekondensator am Eingang der Siebkette ein Widerstand geschaltet ist, der durch einen Kontakt eines Relais, welches parallel zum Siebkondensator am Ausgang der Siebkette liegt, kurzgeschlossen wird, sobald an den Ausgangsklemmen die für den Anzug des Relais erforderliche Spannung erreicht ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß beim Einschalten des Stromversorgungsteils ein im geringen Innenwiderstand des Siliziumgleichrichters beruhender Ladestromstoß für den am Eingang der Siebkette liegenden Ladekondensator zu einer Zerstörung des Siliziumgleichrichters führt.

Aus der DT-OS 16 38 279 ist eine Schaltungsanordnung zum kontaktlosen Schalten mehrerer Gleich-Stromgeräte bekannt, von denen nur ein Teil gleichzeitig im Betrieb ist und der Betrieb mit verschiedenen Spannungen erfolgen soll. Dabei werden verschiedene Spannungen über gesteuerte und ungesteuerte Halbleiterventile auf eine Sammelleitung zusammengeführt

μ und mehrere Gleichstromgeräte über gesteuerte Halbleiterventile mit dieser Sammelleitung verbunden. Für den Fall, daß es sich bei den Gleichstromgeräten um Magnetgeräte handelt, ist zu deren Feldabbau und zur

Beeinflussung der vorgeschalteten Halbleiterventile jeweils eine Beschaltungsgruppe vorgesehen, die aus einem Kondensator, einer Antiparallelschaltung von zwei Gleichrichterventilen und einem Widerstand besteht, wobei der Widerstand in Reihe mit dem in Betriebsstromrichlung liegenden Ventil liegt.

Aus der DT-OS 16 13 366 ist eine Schaltungsanordnung zur Filterung einer Gleichspannung bekannt, die eine zum Ausgang parallel liegende Reihenschaltung aus einer Kapazität und der Parallelschaltung eines Widerstandes mit einer Diode aufweist. Die aus Widerstand und Diode besiehende Parallelschaltung stellt eine asymmetrische Impedanz dar, die in Richtung des Ladestroms für die Kapazität einen geringeren Wert als in Richtung des Entladestroms aufweist.

Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem ist insbesondere für Sicherheitseinrichtungen eines Kraftfahrzeuges gedacht. Der Kondensator wirkt als Schutzoder Pufferkondensator, der falls erforderlich kurzzeitig die für den Betrieb einer Sicherheitseinrichtung benötigte elektrische Energie abgibt. Deshalb wird der Kondensator im allgemeinen eine hohe Kapazität besitzen und daher vorwiegend ein Elektrolytkondensator sein. Es ist bekannt, daß Elektrolytkondensatoren gegenüber Nicht-Elektrolytkondensatoren eine begrenzte Lebensdauer aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Energieversorgungssystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Kapazitätsminderung des Kondensators erkennbar ist. K)

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf dem J5 Vergleich der Ladezeit des Schutz-Kondensators mit der eines Bezugskondensators. Der Bezugskondensiator besitzt eine relativ kleine Kapazität und braucht kein Elektrolytkondensator zu sein, so daß er eine wesentlich höhere Lebensdauer als der Schutzkondensator hat. Die -in Ladezeitkonstanten des Schutzkondensalors und des Bezugskondensators sind so bemessen, daß der Schutzkondensator im normalen Zustand, d. h. also mit dem Nennwert seiner Kapazität einen bestimmten Bezugsspannungswert später erreicht als der Bezugskondensator. Diese Tatsache läßt sich mit Hilfe der Vergleicher feststellen und über die Verknüpfungsschaltung zu einem bestimmten Ausgangssignal verarbeiten. Hat der Schutzkondensator jedoch einen Kapazitätsverlust erlitten, erreicht er die Bezugsspannung eher als so der Bezugskondensator, so daß die an die Vergleicher angeschlossene Verknüpfungsschaltung ein anderes, den Störungsfall anzeigendes Ausgangssignal abgibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. «

In der Figur ist ein erfindungsgemäßes elektrisches Energieversorgungssystem gezeigt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist. Dieses Energieversorgungssystem 30 besitzt eine Gleichstromquelle 11, einen ersten Gleichrichter 14 als Diode, dessen Anode b» über einen ersten Schalter 13 beispielsweise als Schlüsselschalter mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle Il verbunden ist, einen ersten Schutzwiderstand 12, dessen einer Anschluß über eine positive Sammelleitung 21 mit der Kathode des ersten v. Gleichrichters 14 verbunden ist, und einen ersten Kondensator als Scruitzkondensutor 15, dessen einer Anschluß mit dem anderen Anschluß des ersten Schutzwiderstandes 12 verbunden ist und dessen anderer Anschluß mit einer negativen Sammelleitung 22 verbunden ist, die an den negativen Anschluß der Gleichstromquelle 11 angeschlossen ist. Als Schutzkondensator 15 wird im allgemeinen ein Elektrolytkondensator verwendet. Der erste Schutzwiderstand 12 wird durch einen zweiten Gleichrichter 23 in Form einer Diode überbrückt, der einen Entladestrom des Schutzkondensators 15 hindurchfließen läßt. Ein Ausgangsanschlußpaar 17 und 18 ist über einen zweiten Schalter 16 als Schalter für die Energiezuführung mit der positiven Sammelleitung 21 bzw. mit der negativen Sammelleitung 22 verbunden. Zwischen das Ausgangsanschlußpaar 17, 18 ist ein Lastwiderstand Rl geschaltet. Ein erster Entladewiderstand 31 ist zwischen einen Schaltungsknoten /; und die negative Sammelleitung 22 zur Überbrückung des Schutz-Kondensators 15 geschaltet. Der erste Entladewiderstand 31 hat einen relativ großen Widerstandswert, damit die in dem Schutzkondensator 16 gespeicherte elektrische Energie bzw. Ladung langsam abfließen kann. Zwischen die positive und die negative Sammelleitung 21 und 22 ist ein Spannungsteiler aus Spannungsteilerwiderständen 33, 34 geschaltet, der an einem Schaltungsknoten Ji zwischen den Spannungsteilerwiderständen 33, 34 eine Bezugsspannung erzeugt, die kleiner als die Spannung zwischen der positiven und der negativen Sammelleitung 21 und 22 ist. Eine Serienschaltung aus einem zweiten Schutzwiderstand 35 und einem zweiten Kondensator als Bezugskondensator 36 liegt zwischen der positiven und der negativen Sammelleitung 21, 22. Ein zweiter Entladewiderstand 37 ist zwischen einen Schaltungsknoten J] zwischen zweitem Schutzwiderstand 35 und Bezugskondensator 36 und die negative Sammelleitung 22 zur Überbrückung des Bezugskondensators 36 geschaltet. Der zweite Entladewiderstand 37 hat einen relativ großen Widerstandswert, so daß eine in dem Bezugskondensator 36 gespeicherte elektrische Energie bzw. Ladung langsam abfließt. Der Signalgenerator besitzt einen ersten Vergleicher 38 und einen zweiten Vergleicher 39 und ein erstes NAND-Glied 40 und ein zweites NAND-Glied 41. Die Eingangsanschlüsse des ersten Vergleichers 38 sind mit den Schaltungsknoten Ji und h verbunden und sein Ausgangsanschluß ist über eine Leitung 42 mit einem ersten Informationssignalausgangsanschluß 43 und mit einem Eingangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 verbunden. Der Ausgangsanschiuß des ersten NAND-Glieds 40 ist über eine Leitung 44 mit einem zweiten Informationssignalausgangsanschluß 45 verbunden. Die Eingangsanschlüsse des zweiten Vergleichers 39 sind mit den Schaltungsknoten I2 und Ij verbunden, und sein Ausgangsanschluß ist mit einem Eingangsanschluß des zweiten NAND-Glieds 41 verbunden. Der andere Eingangsanschluß des zweiten NAND-Glieds 41 ist über eine Leitung 46 mit dem Ausgangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 verbunden. Der Ausgangsanschluß des zweiten NAND-Glieds 41 ist mit dem anderen Eingangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 verbunden.

Wird der erste Schalter 13 geschlossen, bleibt aber der zweite Schalter 16 offen, so fließt ein Ladestrom von dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle U über den ersten Schalter 13, den ersten Gleichrichter 14, den ersten Schutzwiderstand 12 und den Schutzkondensator 15 zum negativen Anschluß der Gleichstromquelle 11, so daß in Abhängigkeit von der Kapazität des Schutzkondensators 15 elektrische Energie in diesem gespeichert wird. Wird der zweite Schalter 16 danach

geschlossen, wird die in dem Schutzkondensator 15 gespeicherte Energie bzw. Ladung über den zweiten Gleichrichter 23 und die Ausgangsanschlüsse 17,18 dem Lastwiderstand Ri. zugeführt; der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 11 wird ebenfalls über den ersten Gleichrichter 14 dem Widerstand Rl zugeführt. Aus der obigen Beschreibung ist folgendes ersichtlich: Da der größte Teil des Entladestroms von dem Schutzkondensator 15 durch den zweiten Gleichrichter 23 fließt, entlädt sich der Schutzkondensator 15 ohne Energieverlust oder Spannungsabfall am ersten Schutzwiderstand

12 durch den Lastwiderstand Rl- Ferner fließt der Strom von der Gleichstromquelle 11 nur über den ersten Gleichrichter 14 zum Lastwiderstand /?/., so daß unerwünschter Energieverlust oder Spannungsabfall vermieden werden kann.

Nach dem Schließen des ersten Schalters 13 erscheint an dem Schaltungsknoten /^die Bezugsspannung, die an die Eingangsanschlüsse des ersten und zweiten Vergleichers 38, 39 geliefert werden. Beide Vergleicher 38, 39 können ein logisches 1-Signal an ihrem Ausgangsanschluß erzeugen, wenn eine an ihren anderen Eingangsanschluß angelegte Eingangsspannung die Bezugsspannung überschreitet. Der Bezugskondensator 36 wird andererseits über den zweiten Schutzwiderstand 35 von ρ einem Ladestrom geladen, so daß an dem Schaltungsknoten /j eine exponentiell ansteigende Spannung erscheint. Der Signalgenerator erzeugt die Informationssignale durch Vergleichen der Potentiale oder Spannungen an den Schaltungsknoten /;, /2 und Jj.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Signalgenerators beschrieben.

Wird der erste Schalter 13 geschlossen und der zweite Schalter 16 offengehalten, steigen die Potentiale an den Schaltungsknoten Ji und J₂ von Potential Null exponentiell an, da der Schutzkondensator 15 und der Bezugskondensator 36 vor dem Schließen des Schalters

13 über den ersten und zweiten Entladewiderstand 31, 37 vollständig entladen sind. Dabei ist zu bemerken, daß die Zeitkonstante aus zweitem Schutzwiderstand 35 und Bezugskondensator 36 derart gewählt ist, daß das Potential am Schaltungsknoten Jj früher auftritt als das Potential am Schaltungsknoten //, solange der Schutzkondensator 15 einen normalen Zustand hat. Sind andererseits die Potentiale an den Schaltungsknoten /; und Jj niedriger als das an dem Schaltungsknoten J₂, erzeugen die Vergleicher 38, 39 jeweils logische O-Signale an ihren Ausgangsanschlüssen, so daß das erste und zweite NAND-Glied jeweils logische 1-Signale erzeugen.

Behält der Schutzkondensator 15 seinen normalen Zustand, überschreitet das Potential an dem Schaltungsknoten /jdas Bezugspotential an dem Schaltungsknoten /.. früher als das Potential an dem Schaltungsknoten //, wodurch ein logisches 1-Signal an dem Ausgangsan- v> Schluß des /weiten Vcrgleichers 39 auftritt, während an dem Alisgangsanschluß des ersten Vergleichers 38 ein logisches O-Signal besteht, wodurch an dem Ausgangsanschluß des /weiten NAND-Glieds 41 ein logisches 1-Signal erscheint und demgemäß an dem Ausgangsan- wi Schluß des ersten NAND-Glieds 40 ein logisches 1-Signal erscheint. Das logische 1-Signal an dem Alisgangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 wird gehalten, selbst wenn der erste Vcrgleicher 38 nach Ablauf einer bestimmten Zeit von dem Zeitpunkt, bei (,5 dem der zweite Vcrgleicher 39 das logische !-Signal erzeugt, ein logisches 1-Signal an seinem Ausgangsanschluß erzeugt. Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß ein logisches 1 -Signal kontinuierlich an dem zweiten lnformationssignakmsgangsanschluß 45 erscheint, solange der Schutzkondensator 15 seinen normalen Zustand behält.

Hat dagegen der Schutzkondensator 15 eine gegenüber seinem Nennwert geringere Kapazität, überschreitet das Potential an dem Schaltungsknotcn /; das Bezugspotential an dem Schaltungsknoten J₂ früher als das Potential an dem Schaltungsknoten Jj. Der erste Vergleicher 38 erzeugt dann an seinem Ausgangsanschluß ein logisches 1-Signal früher als der zweite Vergleicher 39, wodurch das erste NAND-Glied 40 ein logisches O-Signal an seinem Ausgangsanschluß erzeugt, da das zweite NAND-Glied 41 noch das logische I-Signal erzeugt. Selbst wenn das Potential an dem Schaltungsknoten Jj das Potential an dem Schaltungsknoten J₂ überschreitet und der Vergleicher 39 ein logisches 1-Signal abgibt, erzeugt danach das zweite NAND-Glied 41 weiterhin das logische 1-Signal, da das logische O-Signal an dem Ausgangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 an dem anderen EingangsanschluG oes zweiten NAND-Glieds 41 anliegt. Es ist ersichtlich daß das Ausgangssignal von dem zweiten Informations-Signalausgangsanschluß 45 auf logisch 0 gehalten wird wenn der Schutzkondensator 15 eine verschlechterte Kapazität besitzt.

Wird der Schutzkondensator 15 vollständig oder nahezu kurzgeschlossen, bleibt das Potential an dem Schaltungsknolen // auf Null, selbst wenn der erste Schalter 13 geschlossen ist. Demgemäß erzeugt der erste Vergleicher 38 weiterhin ein logisches O-Signal das über die Leitung 42 dem ersten Informationssignal· ausgangsanschluß 43 geliefert wird.

Die an den Informationssignalausgangsanschlüsseri 43, 45 gemäß den obigen Ausführungen auftretenden Ausgangssignale werden durch eine geeignete Vorrichtung aufgenommen, die eine Verschlechterurg oder einen Durchbruch des Schutzkondensators 15 zur Anzeige bringt. Verschlechtert sich der Schutzkondensator 15 in dieser Weise, wird er durch einen neuer ersetzt.

Der zweite Schutzwiderstand 35 kann einen relativ großen Widerstandswert haben, da der Spannungsabfall oder Energievcrlust in dem zweiten Schutzwiderstand 35 von geringer Bedeutung ist. Weil nicht nötig ist, als Bezugskondensator 36 einen Kondensator zu verwenden, der eine ebenso große Kapazität wie ein Elektrolytkondensator hat, kann ein Kondensator mit einer kleinen Kapazität verwendet werden, der sehr zuverlässig ist. Es haben Nicht-Elektrolytkondensatorer eine 20fache Zuverlässigkeit als Elektrolytkondensatoren.

Wie einleitend schon ausgeführt, ist das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem besonders nützlich für Sicherheitseinrichtungen eines Kraftfahrzeuges, bei spicisweise für das Luftsacksystem mit aufblasbaren' Schutzsack. Die Sicherheitsvorrichtung ist im Kraftfahr zeug für den Schutz der Fahrzeuginsassen vor ernstei Verletzung bei Unfall oder starkem Bremsen de; Kraftfahrzeuges angeordnet. Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem kann vorzugsweise als Energiequelle für das Betätigungsorgan der obigen Sicher hcitsvorrichtung verwendet werden. Wenn die Akkumulatorenbatterie des Kraftfahrzeuges oder die elektrischen Leitungen für das Betätigungsorgan der Sicher heilseinrichtung zerstört sind, versorgt der Schutzkondensator das Betätigungsorgan der Sicherheitsvorrichtung ausreichend mit der in ihm gespeicherter

elektrischen Energie.

Aus der vorhergehenden detaillierten Beschreibung ergibt sich, daß ein verbessertes Energieversorgungssystem geschaffen wurde. Das beschriebene System ist wirksam, einfach und zuverlässig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Energieversorgungssystem, bei dem eine Gleichstromquelle, ein Schalter, ein erster Gleichrichter und ein Ausgangsanschlußpaar in Reihe geschaltet sind, bei dem parallel zum Ausgangsanschlußpaar ein Schutzwiderstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind und der Schutzwiderstand mittels eines zweiten Gleichrichters überbrückt ist und bei dem die Gleichrichter derart gepolt sind, daß der zweite Gleichrichter den Schutzwiderstand für den Entladestrom des Kondensators überbrückt und der erste Gleichrichter einen Rückfluß des Entladestroms des Kondensators zur Gleichstromquelle verhindert, gekennzeichnet durch einen den Kondensator als ersten Kondensator bzw. Schutzkondensator (15) überbrückenden ersten Entladewiderstand (31) mit verhältnismäßig hohem Widerstandswert und durch einen weiteren Schutzwiderstand als zweiten Schutzwiderstand (35) mit einem zweiten Kondensator bzw. Bezugskondensator (36), die in Reihe liegend ebenfalls parallel zum Ausgangsanschlußpaar(17,18) geschaltet sind, wobei die Kapazität des Bezugskondensators (36) kleiner als die Kapazität des Schutzkondensators (15) ist und Schutzkondensator (15) und Bezugskondensator (36) und erster Schutzwiderstand (12) und zweiter Schutzwiderstand (35) so bemessen sind, daß nach dem Einschalten des Schakers als erstem Schalter (13) bei normal speicherfähigem Schutzkondensator (15) die Ladespannung am Bezugskondensator (36) schneller ansteigt als die Ladespannung am Schutzkondensator (15), ferner durch einen den Bezugskondensator

(36) überbrückenden zweiten Entladewiderstand

(37) mit verhältnismäßig hohem Widerstandswert, durch zwei Spannungsteilerwiderstände (33, 34) zwischen dem Ausgangsanschlußpaar (17, 18), die eine Bezugsspannung liefern, sowie durch einen ersten Vergleicher (38), der ein erstes Signal erzeugt, wenn die Spannung am Schutzkondensator (15) die Bezugsspannung übersteigt, sowie durch einen zweiten Vergleicher (39), der ein zweites Signal erzeugt, wenn die Spannung am Bezugskondensator (36) die Bezugsspannung übersteigt, und durch eine Verknüpfungsschaltung, die abhängig davon, ob nach dem Einschalten des ersten Schalters (13) zuerst das erste oder das zweite Signal auftritt, ein Informationssignal erzeugt.

2. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Vergleichers (38) mit einem ersten Informationssignalausgangsanschluß (43) verbunden ist, daß die Verknüpfungsschaltung zwei NAND-Glieder (40, 41) umfaßt, von denen der Ausgang des ersten NAND-Glieds (40) mit einem zweiten Informationssignalausgangsanschluß (45) und einem Eingang des zweiten NAND-Glieds (41), der andere Eingang des zweiten NAND-Glieds (41) mit dem Ausgang des zweiten Vergleichers (39), der eine Eingang des ersten NAND-Glieds (40) mit dem Ausgang des zweiten NAND-Glieds (41) und der andere Eingang des ersten NAND-Glieds (40) mit dem Ausgang des ersten Vergleichers (38) verbunden sind, und daß das erste und das zweite Signal vom ersten bzw. zweiten Vergleicher (38,39) logische »1 «-Signale sind.

3. Energieversorgungssystem nach einem der

Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsanschlußpaar (17, 18) über einen zweiten Schalter (16) mit der Reihenschaltung aus Gleichstromquelle (11), erstem Schalter (13) und erstem Gleichrichter (14) verbunden ist und daß die Reihenschaltung aus erstem Schutzwiderstand (12) und Schutzkondensator (15), die Reihenschaltung aus dem zweiten Schutzwiderstand (35) und dem Bezugskondensator (36) und die Spannungsteilerwiderstände (33, 34) parallel zur Reihenschaltung aus dem zweiten Schalter(16)unddem Ausgangsanschlußpaar(17,18)geschaltet sind.