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Schaltungsanordnung zum unterbrechungsfreien Umschalten von einem
Betriebsstromversorgungsgerät auf ein Ersatzstromversorvunvs erät Gegenstand der
Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum unterbrechungsfreien Umschalten von einem
Betriebsstromversorgungsgerät auf ein Ersatzstronversorgungsgerät, bei der das Betriebsstromversorgungsgerät
über die Emitter-Kolletor-Strecke eines Transistors angeschaltet ist und das Ersatzstromversorgungsgerät
über die Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors an den Verbraucher
anschaltbar ist, wenn die Betriebsspannung unter einen einstellbaren Wert sinkt.
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Bei elektrischen Anlagen der Datenverarbeitungs- und Vermittlungstechnik
wird in der Regel eine unterbrechungsfrele Stromversorgung verlangt. Da die Betriebsstromsersorgungsgeräte
ausfallen können, läßt sich die erf-orderliche Zuverlässigkeit nur durch unterbrechungsfreie
Anschaltung eines Ersatzversorgungsgerätes an den Verbraucher erreichen.
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Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zum unterbrechungsfreien Umschalten
von einem Betriebsstromversorgungsgerät auf ein Ersatzstromversorgungsgerät bekannt,
bei der das Be trieb s stromversorgung sgerät über eine Diode an den Verbraucher
angeschlossen ist und das Ersatzstromversorgungsgerät über die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors an den Verbraucher angeschaltet ist, wenn die Betriebsspannung
unter einen einstellbaren Wert sinkt.(DAS 1 965 315).
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Dabei ist der Transistor nur in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung
des
Betriebsstromversorgungsgerätes durch ein Pehlersignal einer Spannungsüberwachungseinrichtung
steuerbar.
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Ein Meßfühler der Spannungsregeleinrichtung des Betriebsstromversorgungsgerätes
ist direkt an den verbraucher angeschlossen und die eine Elektrode der genannten
Diode ist über einen Widerstand mit der Basis des genannten Transistors und die
andere Elektrode dieser Diode unmittelbar mit dem Kollektor des Transistors verbunden.
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Diese Schaltung hat den Nachteil, daß bei niedriger Gleich-Spannung,
beispielsweise von 5 V, ein Spannungsabfall von 1 bis 1,25 V an der Diode auftritt
und bei hohen Strömen, beispielsweise 20 bis 30 V, an der Diode eine sehr große
Verlustleistung auftritt. Für einen integrierten Auibau der Schaltungsanordnung
ist die Verlustleistung zu groß, da die dabei entwickelte Wärme nicht abgeleitet
werden kann.
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Die Umschaltung vom Betriebsstromversorgungsgerät auf das Ersatzstronversorgungsgerät
erfolgt sehr rasch. Dadurch ist das Ubergangsverhalten nicht genau definiert und
es treten beim Umschalten Uberschwingerscheinungen und kurzzeitige Spannungseinbrüche
auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Umschaltung
vom Betriebsstromversorgungsgerät auf das Ersatz stromvers o rgung sgerät beim Unterschreiten
eines bestimaten Spannungswertes aufzuzeigen, die eine unterbrechungsfrele Umschaltung
ermöglicht und die Nachteile der bekannten Schaltung vermeidet.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der zweite Transistor nur
in Abhängigkeit vom Fehlersignal einer Spannungs-Uberwachungseinrichtung innerhalb
des Betriebsstromversorgungsgerätes steuerbar ist, daß beim Unterschreiten des einstellbaren
Wertes der Betriebsspannung das Fehlersignal eine Tranststorsohaltstufe steuert,
die den zweiten Transistor ohne Ver2ögrung leitend steuert, daß das Au8gangssignal
der
Transistorschaltstufe eine Impulsstufe steuert, die einen Impuls bestimmter Dauer
abgibt, der über eine erste Abflachungsstufe den ersten Transistor in den gesperrten
Zustand steuert, daß beim Überschreiten des einstellbaren Wertes der Betriebsspannung
die Uberwachungseinrichtung anstelle des Fehlersignales ein die ausreichende Betriebsspannung
kennzeichnendes Signal abgibt und die Transistorschaltstufe ber eine zweite Abflachungsstufe
einen Sperrimpuls an die Basis des zweiten Transistors anlegt und daß die Betriebsspannung
den ersten Transistor in den leitenden Zustand steuert.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht die unterbrechungsfreie
Umschaltung des Verbrauchers vom Betriebsstromversorgungsgerät auf ein Ersatzstromversorgungsgerät
und ebenso eine unterbrechungsfreie Rückschaltung auf das Betriebsstromversorgungsgerät
sobald die Spannungsüberwachungseinrichtung wieder eine ausreichende Ausgangsspannung
am Betriebsstromversorgungsgerät feststellt. Die Umschaltung erfolgt über Transistoren,
die im leitenden Zustand einen. sehr kleinen Sparinungsabfall aufweisen; Die Umschaltung
erfolgt sehr langsam, so daß ein definierter weicher Übergang ohne Uberscharingerscheinungen
erfolgt. Dabei tritt kein Spannungseinbruch auf. Das Ersatzstromversorgungsgerät
kann für eine Mehrzahl von Betriebsstromversorgungsgeräten eingesetzt werden, wobei
durch eine Verriegelungsschaltung sichergestellt ist, daß von den mehreren gleichberechtigten
Betriebsstromversorgungsgeräten beim Ausfall immer nur eines das Ersatzgerät anfordern
kann. Damit~wird eine stromversorgungsmäßige Entkopplung der verschiedenen Vcrbraucher
erzielt und gleiehzeitig eine Ubérlastung des nur für ein StromsersorgungsgerSt
bemessenen Ersatzstromversorgungsgerätes vermieden.
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Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines vorteilhaften
Ausführungsbeispieles,
das in der Figur dargestellt ist, erläutert.
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Zur Anschaltung des Verbrauchers an das fletriebsgerät oder das Ersatzgerät
dienen die Transistoren T1 und T2. An den Emitter des Transistors T2 ist Über die
Klemme +AE die positive Ausgangsspannung des Ersatzgerätes und an den Emitter des
Transistors T1 Uber die Klemme +AB die positive Ausgangsspannung des Betriebsgerätes
zugeführt. Die Kollektoren der beiden Transistoren sind zusammengeschaltet und Über
die Klemme +A mit dem positiven Eingang des Verbrauchers verbünden. Die negativen,
geerdeten Pole der Ausgangsspannungen (OV-Potential) des Betriebs- und Ersatzgerätes
sind parallel geschaltet zum Verbraucher geführt und gleichzeitig mit der Klemme
-A der Umschalteeinrichtung verbunden. Der Verbraucher kann also Je nach Schaltzustand
der Transistoren T1 und T2 aus dem Betriebsgerät oder aus dem Ersatzgerät gespeist
werden.
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Um mit den Transistoren TI, T2 größere Ströme schalten zu können,
sind zu ihrer Ansteuerung Verstärkerstufen erforderllch. Der Transistor T1 wird
über den Transistor T3 angesteuert, der seinerseits seinen Basisstrom vom Transistor
T4 erhält. ähnlich wird der Transistor T2 Über die Transistoren T6 und T7 leitend
gesteuert. Zum sicheren Sperren der Leistungstransistoren T1 und T2 ist eine positive
Hilfspannung erforderlich, die auf das OV-Potential bezogen und größer ist als die
Ausgangsspannung des Betriebs- bzw. Ersatzgerätes. Diese Hilfsspannung wird an der
Klemme +1Jli zugeführt und liegt Über die Diode D1 und den Widerstand R3 bzw. die
Diode D2 und den Widerstand R4 als Sperrspannung an den Basen der L.istungstransistoren
T1 und T2.
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Um eine unterbrechungafreie Umschaltung zu erhalten, ß die £Üsgsngsspannung
des Betriebsgerätes Uberwacht werden.
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TLir dl. vorliegende Umschalteeinrichtung ist es erforderlich,
daß
die Spannungsüberwachung bei Ausfall des Betriebsgerätes ein Signal in Form eines
annähernd OV-Potentials abgibt, das der Klemme S zugeführt wird.
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Im normalen Betriebszustand der Umschalteeinrichtung geben das Betriebsgerät
als auch das Ersatzgerät ihre Nennspannungen ab Die Spannungsüberwachung des Betriebsgerätes
liefert kein Signal an die Klemme S. Der Transistor T7 wird nicht angesteuert, so
daß auch der Transistor T6 und folglich auch der Transistor T2 gesperrt sind. Dagegen
wird der Transistor T4 über die Dioden D6, D7 und den Widerstand R9 durch die Ausgangsspannung
des Betriebsgerätes leitend gesteuert. Sein Kollektorstrom fließt über die Widerstände
R5, R6 in die Basis des Transistors T3. Der so leitende Transistor T3 schaltet über
den Widerstand R2 den Leistungstransistor T1 durch. Damit wird der Verbraucher aüs
dem Betriebsgerät gespeist. Außerdem wird über'die Diode D3 das Relais V1 erregt,
so daß die Kontakte 2, 3 und-5, 6 geschlossen sind. Die Dioden D3 und D5 entkoppeln
die Leitungen zur Klemme +AB und zur Klemme V.
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Dieser Zustand bleibt solange bestehen, als das Betriebsgerät Spannung
abgibt. Fällt nun das Betriebsgerät aus, so wird die Klemme S über eine Spannungsüberwachung
mit der Klemme -A verbunden. Damit wird der Transistor T7 über die Dioden D1G, D11
und den Widerstand R19 leitend gesteuert.
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T7 schaltet sofort über den Widerstand R13 den Transistor T6 durch,
der seinerseits über den Widerstand R1 und die Lampe GL, die aufleuchtet, den Leistungstransistor
T2 ansteuert. T2 schaltet nun den Pluspol des Ersatzgerätes über die Klemme +A zum
Verbraucher durch.
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Der Transistor T6 steuert außerdem über den Widerstand R12 und den
Kondensator C3 vorübergehend den Transistor T5 leitend. Der Kollektorstrom von T5
verursacht am Punkt zwischen
der Diode D7 und dem Widerstand R9
eine Potentialanhebung, die eine Sperrung des Transistors T4 bewirkt. Damit erhält
der Transistor T3 und mithin auch der Transistor T1 einen kurzzeitigen Sperrimpuls,
wodurch bis zum völligen Zusammenbruch der Ausgangs spannung des Betriebsgerätes
ein inverser Stromfluß über den Transistor T1 unterbunden wird.
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Um einen weichen Übergang vom Betriebsgerät zum Ersatzgerät zu erreichen,
ist noch ein Zeitglied in Form des Kondensators C1 vorgesehen. In diesen Kondensator
fließt nach Durchschalten des Transistors T5 ein Ladestrom über die Emitter-Basisstrecke
von T4, der Diode D6, den Widerstand R6 und die Emitter-Basisstrecke des Transistors
T3. Dieser Ladestrom bewirkt ein langsames Sperren des Transistors T3 und damit
auch des Transistors T1.
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Sobald an der Klemme +AB keine Spannung mehr ansteht, fällt das Relais
V1 ab. Damit wird der Kontakt 1, 2 geschlossen und die vom Ersatzgerät gelieferte
positive Spannung gelangt zum Emitter des Transistors T8 und zur Klemme V.
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Gleichzeitig ist der Kontakt 5, 6 geöffnet. Der Emitter und die Basis
von T8 liegen auf gleichem Potential (+AE) und damit ist T8 gesperrt. Ist nun für
mehrere Betriebsgeräte nur ein Ersatzgerät vorgesehen, so muß verhindert werden,
daß bei Ausfall eines zweiten Betriebsgerätes dessen Umschalteeinrichtung das Ersatzgerät
auf einen zweiten Verbraucher schaltet. Zu diesem Zweck sind die Klemmen V sämtlicher
Umschalteeinrichtungen über eine Sammelleitung verbunden. Somit gelangt bei Ausfall
eines Betriebsgerätes die positive Ausgangsspannung des Ersatzgerätes an die Klemme
V aller angeschlossenen Betriebsgerät. Sie liegt also an den Emittern aller Transistoren
T8, die jedoch nur in den nicht gestörten Betriebsgeräten über den Widerstand R18
und den Kontakt 5, 6 leitend gesteuert werden. Die Ausgangsspannung des Ersatzgerätes
speist ferner Über die Dioden D5 und
den Kontakt 2, 3 zusätzlich
die Relais V1 aller nicht gestörten Betriebsgeräte. Bei Ausfall eines zweiten Betriebsgerätes
kann deshalb in dessen Umschaltebaugruppe das Relais V1 nicht mehr abfallen und
der Kontakt 5, 6 bleibt geschlos sen. Folglich wird der Transistor T8 über den Widerstand
R18 leitend gesteuert bleiben. Sein Kollektorstrom fließt über den Widerstand R19
zur Klemme S und da das Umschaltesignal ansteht, weiter zum gemeinsamen Minuspol.
Er hebt dabei das Potential am Punkt R19, D12 soweit an, daß mittels der Dioden
D10, Dli der Transistor T7 gesperrt bleibt. Auf diese Weise ist -sichergestellt,
daß immer nur ein ausgefallenes Betriebsgerät das Ersatzgerät anfordern kann.
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Erscheint die Spannung des Betriebsgerätes wieder an der Klemme +AB,
so werden durch diese Spannung die Transistoren T4, T3 und T7 leitend-gesteuert
und damit der Verbraucher wieder an das Betriebsgerät geschaltet. Das Relais V1
zieht an und trennt durch Öffnen des Kontaktes 1, 2 die positive Ausgangsspannung
des Ersatzgerätes von der Klemme V, wodurch die Verriegelung der Ubrigen Uuischalteeinrichtungen
aufgehoben wird. Gleichzeitig ver$chwindet das Umschaltesignal OV an der Klemme
S Die Transistoren T7, T6 und T2 sperren.
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Damit ist die RUckscha2tung des Verbrauchers vom Ersatzgerät auf das
Betriebsgerät vollzogen. Um bei dieser RUckschaltung ebenfalls einen weichen, unterbrechungafreien
Übergang zu erhalten, sind auch hier Zeitglieder vorgesehen. Uber die Aufladung
des Kondensators C2 wird ein langsames Durchschalten der Transistoren T3 und T1
erreicht, während durch den Entladestrom des Kondensators C4 über die Diode D9 und
den Widerstand R13 der Transistor T6 verzögert gesperrt wird.
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4 Patentansprüche 1 Figur