DE2428257A1

DE2428257A1 - Modular current supply for DC loads - has basic part coupled to mains whose output voltage is smoothed across storage element

Info

Publication number: DE2428257A1
Application number: DE19742428257
Authority: DE
Inventors: Werner Oestreicher
Original assignee: Frako Kondensatoren und Apparatebau GmbH
Current assignee: Technologiepark Teningen GmbH
Priority date: 1974-06-12
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1976-01-02

Abstract

The modular current supply unit is intended for mains supply of direct current appliances, one module being associated for positive and negative potentials of arbitrary height of each of the appliances. The arrangement is particularly suitable for feeding data processors. A basic mainspart (1) is connected to the mains and delivers at its output (1.7) a safety low voltage, smoothed via a storage element (1.6). All the modules, or a group of such modules, are associated with a control circuit board (2), connected together with an arbitrary number of inverter modules to the safety low voltage. Preferably the basic mains part has a magnetic constant voltage stabiliser or a transformer with series connected thyristor control unit. The storage element may be a battery.

Description

MODULARE STROMVERSORGUNG Die Erfindung betrifft eine modulare Stromversorgung zur Speisung von Gleichstromverbrauchern aus dem Netz, wobei den von den Verbrauchern geforderten positiven und negativen Potentialen beliebiger Höhe jeweils mindestens ein Modul zugeordnet ist, insbesondere für die Speisung von Datenverarbeitungsanlagen.MODULAR POWER SUPPLY The invention relates to a modular power supply for feeding direct current consumers from the network, whereby the consumers required positive and negative potentials of any height each at least a module is assigned, in particular for the supply of data processing systems.

Derartige Stromversorgungen sollen es ermöglichen, einen oder mehrere Verbraucher mit den notwendigen Gleichspannungspotentialen zu versorgen und ohne besonderen Aufwand eine Änderung auf einen anderen Leistungs- und Spannungsbedarf gestatten.Such power supplies should enable one or more To supply consumers with the necessary DC voltage potentials and without special effort a change to a different power and voltage requirement allow.

Aus der Praxis ist eine Stromversorgung bekannt, welche eine Trafokarte, eine Regelkarte und beliebig viele Leistungskarten enthält. Dabei ist die Ausgangsspannung der Trafokarte auf die Spannung abgestellt, welche an den Leistungskarten abgegriffen werden kann. - Die Regelung auf diese Spannung erfolgt in der Regelkarte mittels eines Translstorstetigreglers.A power supply is known from practice, which has a transformer card, contains a control card and any number of performance cards. Where is the output voltage the transformer card is switched to the voltage that is tapped on the power cards can be. - The regulation on this voltage takes place in the control card by means of a translator continuous controller.

Dieses Stromversorgungssystem eignet sich für Verbraucher, welche nur eine Spannung benötigen, im Stromverbrauch aber eine Anpassung erforderlich machen. Werden hingegen verschiedene Spannungen benötigt, so ist von Nachteil, daß für jede Spannung jeweils ein gesamter Block bestehend aus einer Trafokarte, einer Pegelkarte und den nachgeschalteten Leistungskarten notwendig wird. Weiter ist bei diesem System die Symmetrierung der Ströme in den Leistungskarten schwierig, welche gemeinsam einem Regler zugeordnet sind. Außerdem ist es notwendig, die Regelkarte auch dann für die größtmögliche Einheit zu dimensionieren, wenn vorerst nur eine Teilinstallierung erforderlich ist. Es ist auch nicht möglich, innerhalb eines Systems die Spannungen in Serie zu schalten. Letztlich weist diese Stromversorgung aufgrund der eingesetzten Regler auch große Verlustleistungen auf.This power supply system is suitable for consumers who only need a voltage, but an adjustment is necessary in terms of power consumption do. If, however, different voltages are required, the disadvantage is that for each voltage an entire block consisting of one transformer card, one Level map and the downstream performance cards becomes necessary. Next is with this system the balancing of the currents in the power cards difficult, which are common are assigned to a controller. It is also necessary to have the control card then To be dimensioned for the largest possible unit if initially only a partial installation is required. It is also not possible to have the tensions within a system to be connected in series. Ultimately, this power supply points due to the used Regulator also has large power losses.

Weiter ist in der Praxis ein System bekannt, das verschiedene Ausgangsspannungen liefert. Dabei ist jedem Modul ein Netztransformator, ein Gleichrichter und ein Transistorstetigregler zugeordnet. Diese Anordnung ist zwar in der Lage, verschiedene Ausgangskennlinien zur Verfügung zu stellen, aber der Kostenaufwand für Trafo, Gleichrichter und Regler ist von besonderem Nachteil, da diese Teile in jedem Modul installiert sind. Nachteilig ist auch, daß jedes Modul einen überspannungsschutz aufweisen muß, da im Falle eines Durchlegierens des Regeltransi stors die hohe Gleichrichterspannung auf den Verbraucher geschaltt wird.Furthermore, a system is known in practice, which different output voltages supplies. Each module has a power transformer, a rectifier and a Continuous transistor controller assigned. This arrangement is capable of various To make output characteristics available, but the cost of transformer, rectifier and regulator is of particular disadvantage as these parts are installed in each module are. Another disadvantage is that each module must have overvoltage protection. because in the event of a breakdown of the regulating transistor, the high rectifier voltage is switched to the consumer.

Werden beispielsweise drei Einschübe mit jeweils fünf Moduln eingesetzt, so muß an jeden Einschub die Netzleitung herangeführt werden und jede Rückwandverdrahtung der Einschübe muß mit der Netzspannung belegt sein. Letzteres ist gerade bei Kundendienstarbeiten und Fehlersuche sehr gefährlich, denn diese Arbeiten müssen insbesondere in der Datenverarbeitungstechnik im betriebsmäßigen Zustand der Anlagen durchgeführt werden.For example, if three plug-in units with five modules each are used, so the power line and all backplane wiring must be brought to each rack the plug-in unit must be connected to the mains voltage. The latter is especially true for customer service work and troubleshooting very dangerous, because this work must be carried out in particular in the Data processing technology can be carried out in the operational state of the systems.

Außerdem ist es bei störempfindlichen elektronischen Schaltkreisen von Nachteil, wenn die von Störungen behafteten Netzleitungen in den Geräten weit herumgeführt sind.It is also the case with interference-sensitive electronic circuits a disadvantage if the power lines affected by interference in the devices go far are shown around.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine modulare Stromversorgung zur Speisung von Gleichstromverbrauchern aus dem Netz zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Anordnungen nicht aufweist.The invention is based on the object of a modular power supply to the Supplying DC consumers from the network to create the disadvantages of the known arrangements does not have.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an das Netz ein Basis-Netzteil angeschlossen ist, an dessen Ausgang eine Sicherheitskleinspannung ansteht, welche über ein Speicherglied geglättet wird, daß der Gesamtheit der Moduln oder jeweils einer Gruppe von diesen eine Steuerkarte zu geordnet ist und daß diese und beliebig viele Umrichter-Moduln an die Sicherheitskleinspannung angeschlossen sind.According to the invention, this object is achieved by connecting to the network a basic power supply unit is connected, at the output of which a safety extra-low voltage is connected pending, which is smoothed over a memory element, that the entirety of the modules or a control card is assigned to each group of these and that these and any number of converter modules connected to the safety extra-low voltage are.

Tn einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Umrichter-Moduln mitTransistorsperrwandlern ausgerüstet. In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung ist der Speicherkondensator durch eine Batterie ersetzt, wodurch es möglich ist, über ein Rettungsprogramm hinaus den Betrieb eines Verbrauchers eine längere Zeit aufrecht zu erhalten.The converter modules are in a particular embodiment of the invention equipped with transistor flyback converters. In another embodiment of the invention the storage capacitor is replaced by a battery, which makes it possible to beyond a rescue program, the operation of a consumer for a longer period of time to maintain.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, ein möglichst variables Stromversorgungssystem zu erhalten, welches einfachst auf-, ab- ouer umgerüstet werden kann und wobei nur ein einziger Zwischenkreis-Speicher notwendig ist, der nach Belieben ausgetauscht werden kann. Die Energieversorgung der Moduln erfolgt über ein Potential, das als Sicherheitskleinsi2annutg keinen besonderen Berührungsschutz erforderlich macht und damit gerade bei Arbeiten im Betrieb der Anlage eine optimale Sicherheit bietet. Gleichzeitig eignet sich diese Spannung besonders zum diretten Speisen von Relais und Magneten, so daß dazu kein senarates Modul erforderlich ist.The advantages achieved with the invention are in particular: to obtain a power supply system that is as variable as possible, which is easy to install, Ab- ouer can be retrofitted and with only a single intermediate circuit memory is necessary, which can be exchanged at will. The energy supply the modules takes place via a potential that is not considered a small safety measure makes special contact protection necessary and thus especially when working in the Operation of the system offers optimal security. At the same time, this is suitable Tension especially for direct feeding of relays and magnets, so that no senarates module is required.

Weiter bietet die erfindungsgemäß eingesetzte Taktung, die jeweils einer Gruppe oder allen Modulnzugeordnet ist, die Gewähr, daß Schwebungen der einzelnen Spannungen, hervorgerufen durch frequenzunterschiedliche und nicht synchronisierte Takte, nicht auftreten können. Die Entstörung selbst ist damit ebenfalls nicht problematisch. Die gemäß einer besonderen Ausgestaltung eingesetzten Transistorsperrwandler ermöglichen es, auf ijberspannungsschutzschaltungen zu verzichten, da im Falle eines -Defektes eines Schalttransistors keine Energieübertragung in den Sekundärkreis erfolgt. Außerdem treten bei dieser Wandlerausführung keine Probleme hinsichtlich der Abmagnetisierung der Induktivität auf.Furthermore, the clocking used according to the invention offers each is assigned to a group or all modules, the guarantee that beats of the individual Tensions caused by frequency different and not synchronized clocks, cannot occur. The interference suppression itself is thus also not problematic. The transistor flyback converters used according to a particular embodiment make it possible to dispense with overvoltage protection circuits, since in the case of a -Defect of a switching transistor, no energy transfer to the secondary circuit he follows. In addition, there are no problems with this converter design the demagnetization of the inductance.

£in Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der FIGUR dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.£ in embodiment of the invention is shown in the FIGURE and is described in more detail below.

Das Basisnetzteil 1 beinhaltet im Beispiel einen magnetischpt Spannungskonstanthalter mit der Primärwicklung 1.1, der Resonanzwicklung 1.2 und der Sekundärwicklung 1.3. Der Kondensator 1. bildet mit der Resonanzwicklung den Schwingkreis. An die Sekundärwicklung 1.3 ist der Gleichrichter 1.5 angeschlossen, an dessen Gleichausgängen der Kondensator 1.6 zur Glättung und als Energiespeicher angeschlossen ist. An den Klemmen 1.7 steht die Sicherheitskleinspannung, welche der Steuerkarte 2 und den Moduln 3 bis 6 zur Energieversorgung dient. Gleichzeitig können an diese Spannung auch Verbraucher angeschlossen werden. Das Basisnetzteil kann auch mit einem einfachen Transformator oder einem Thyristorregler ausgestattet sein. Letzteres hat den Vortil, daß diese Spannung geregelt an Verbraucher direkt herangeführt werden kann und diese in der Leistungsaufnahme weitgehendst uneingeschränkt sind.In the example, the basic power supply unit 1 contains a magnetic voltage stabilizer with the primary winding 1.1, the resonance winding 1.2 and the secondary winding 1.3. The capacitor 1. forms the resonant circuit with the resonance winding. To the secondary winding 1.3, the rectifier 1.5 is connected, and the capacitor is connected to its DC outputs 1.6 is connected for smoothing and as energy storage. It says on terminals 1.7 the safety extra-low voltage, which the control card 2 and the modules 3 to 6 for Energy supply is used. At the same time, consumers can also use this voltage be connected. The basic power supply can also be used with a simple transformer or a thyristor controller. The latter has the advantage that this Voltage regulated can be brought directly to consumers and this in the Power consumption are largely unrestricted.

Die Steuerkarte 2 beinhaltet eine Hilfsspannungserzeugung, einen Taktgeber mit beispielsweise 20 kHz Taktfrequenz, eine spannungsabhängige Zuschaltung und einen Spannungswächter. Der Takt und die Hilfsspannung werden den Moduln über gemeinsame Schienen zugeführt. Von den Moduln selbst werden die Ausgangsspannungen auf die Steuerkarte zurückgeführt. Auf der Steuerkarte wird dann eine Summenspannungsüberwachung vorgenommen, d.h. bei Ausfall einer oder mehrerer Spannungen wird ein Signal abgegeben. Dies ist von besonderer Bedeutung beim Anschluß von Datenverarbeitungsanlagen. Die spannungsabhängige Zuschaltung schaltet die Moduln erst dann zu, wenn die Ausgangsspannung an den Anschlüssen 1.7 des Basisnetzteiles 1 den geforderten Wert erreicht hat.The control card 2 contains an auxiliary voltage generator, a clock generator with, for example, 20 kHz clock frequency, a voltage-dependent connection and a voltage monitor. The clock and the auxiliary voltage are shared with the modules Rails fed. The output voltages are raised by the modules themselves the Control card returned. A total voltage monitoring is then carried out on the control card made, i.e. if one or more voltages fail, a signal is emitted. This is of particular importance when connecting data processing systems. the Voltage-dependent connection only connects the modules when the output voltage at the connections 1.7 of the basic power supply 1 has reached the required value.

Im gezeigten Beispiel sind 4 Mcduln eingesetzt. Die Moduln 3 und 4 haben eine negative, die Moduln 5 und 6 eine positive Ausgangsspannung gegenüber der Nullschiene, welche als Bezugspotential dient. Die Schaltungen in den-Moduln sind gleichartig, lediglich auf die jeweils erforderlichen Ausgangswerte für Strom und Spannung und negatives oder positives Potential ausgelegt.In the example shown, 4 modules are used. Modules 3 and 4 have a negative output voltage, modules 5 and 6 have a positive output voltage the neutral rail, which serves as a reference potential. The circuits in the modules are similar, only to the required output values for current and voltage and negative or positive potential.

Das Modul 3 ist über die Anschlüsse 3.1 an die Sicherheitskleinspannung gelegt, welche vom Basisnetzteil geliefert wird. Die Regelschaltung R steuert den Schalttransistor 3.2 mit konstanter Frequenz und variablem Tastverhältnis. Grundsätzlich wäre auch eine veränderbare Frequenz möglich, was aber meist eine aufwendiese Schaltung zur Folge hat. Im Kollektorkreis des Transistors 3.2 liegt die Primärwicklung des Übertragrs 3.3. Parallel zur Sekundärwicklung des Übertragers liegt die Reihenschaltung des Siebkondensators 3.4 und der Gleichrichterdiode 3.5. Zwischen dem Kondensator und der~Diode ist der Abgriff der Modulausgangsspannung U3 angeschlossen. Die Rückkopplung dieser Ausgangsspannungen U3 auf den Regler zum Zweck des Soll-Ist-Vergleiches ist der Einfachheit wegen nicht gezeichnet.Module 3 is connected to the safety extra-low voltage via connections 3.1 which is supplied by the basic power supply. The control circuit R controls the Switching transistor 3.2 with constant frequency and variable duty cycle. Basically A variable frequency would also be possible, but this is usually a complex circuit has the consequence. The primary winding of the is in the collector circuit of the transistor 3.2 Transfer 3.3. The series connection is parallel to the secondary winding of the transformer the filter capacitor 3.4 and the rectifier diode 3.5. Between the condenser and the ~ diode is connected to the module output voltage U3. The feedback of these output voltages U3 on the regulator for the purpose of the target / actual comparison not drawn for the sake of simplicity.

Bei der gezeigten Anordnung ist ein Transistorsperrwandler eingesetzt. Dabei wird Energie vom Primärkreis in den Sekundärkreis mittels des Übertragers 3.3 dann übertragen, wenn-der Transistor 3.2 sich in der Sperrphase befindet. Vorteilhaft ist bei dieser Schaltung, daß im Falle des Durchlegierens des Transistors der Ausgang keine Spannungsüberhöhung erfährt und somit eine Überspannungsschutzschaltung nicht erforderlich wird. Die Moduln beinhalten auch Stromregelungen mit in den Ausgangsleitungen liegenden Istwertaufnehmern. Der Klarheit wegen wurde auf eine nähere Beschreibung und Darstellung dieser an sich bekannten Regelung verzichtet.In the arrangement shown, a transistor flyback converter is used. Energy is transferred from the primary circuit to the secondary circuit by means of the transformer 3.3 then transmitted when the transistor 3.2 is in the blocking phase. Advantageous is in this circuit that if the transistor breaks down, the output no Experiences excessive voltage and thus an overvoltage protection circuit is not required will. The modules also contain current controls with lying in the output lines Actual value transducers. For the sake of clarity, a more detailed description and illustration has been sought this known regulation is dispensed with.

Eine praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Stromversorgung wurde mit einem Basisnetzteileinschub und fünf Niederspannungseinschüben aufgebaut. Die Einschübe sind in 19 Zoll-Ausführung mit einer eigenen Aufnahmehöhe von loo mm für das Europakartenformat ausgelegt. Jeder Niederspannungseinschub beinhaltet eine Steuerkarte und 6 Moduln mit verschiedenen Ausgangs spannungen und Ausgangsströmen. Die Ausgangsspannungen sind größer; gleich und kleiner als die vom Basisnetzteil gelieferte Sicherheitskleinspannung, die erfindungsgemäß allen Moduln zugeführt wird. Die gesamte Ausgangsleistung dieses modularen Stromversorgungssystems beträgt hier looo Watt. Selbstverständlich können auch andere Ausgangsleistungen realisiert werden. Die hier eingesetzten 30 Moduln zeigen, wie flexibel das gezeigte System ist, ohne die Nachteile der bisher bekannten Anordnungen zu beinhalten.A practical implementation of the power supply according to the invention was built with a basic plug-in power supply unit and five low-voltage plug-in units. the 19 inch inserts are available with their own mounting height of loo mm for designed the euro card format. Each low-voltage drawer contains one Control card and 6 modules with different output voltages and output currents. The output voltages are greater; equal to and smaller than that of the basic power supply Safety extra-low voltage supplied, which according to the invention is fed to all modules will. The total output power of this modular power supply system is here looo watts. Of course, other output powers can also be implemented will. The 30 modules used here show how flexible the system shown is is without the disadvantages of the previously known arrangements.

5 Schutzansprüche5 claims for protection

Claims

PROTECTION CLAIMS modular power supplies for supplying DC consumers from the network, with the positive and negative ones demanded by the consumers Potentials of any.

Height is assigned to at least 1 module, in particular for the supply of data processing systems, characterized in that to the network a basic power supply (1) is connected, at the output (1.7) of which a safety extra-low voltage is connected is pending, which is smoothed over a storage element (1.6) that of the whole of the modules (3 to 6) or a control card (2) each assigned to a group of these is and that this and any number of converter modules (3,4,5,6) to the safety extra-low voltage are connected.

2. Modular power supply according to claim 1, characterized in that that the basic power supply (1) has a magnetic voltage stabilizer or a Includes transformer with downstream thyristor controller.

3. Modular power supply according to claim 1 and claim 2, characterized characterized in that the memory element (1.6) is a battery.

4. Modular power supply according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the converter modules (3 to 6) each have a transistor flyback converter and that each module has its own current-m-voltage characteristic is.

5, modular power supply according to claims 1 to 4, characterized characterized in that the control card (2) has an auxiliary voltage generator, a clock generator, contains a voltage-dependent connection and a total voltage monitor.

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