DE3637560A1 - Netzgeraet mit notstrombatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Netzgeräte für Digitalrechner und speziell auf ein Netzgerät mit einer Notstrombatterieschaltung, die die Stromversorgung aufrechterhält, wenn das Wechsel­ stromnetz ausfällt. Diese Art von Netzgeräten mit Not­ strombatterie ist speziell nützlich zur Vermeidung eines vorübergehenden Spannungsausfalls, der flüchtige Daten in einem MOS-Speicher eines Digitalrechners zer­ stören würde.

Auf dem Gebiete der Elektronik und speziell der Digitalrechner ist es wünschenswert, daß ein elektro­ nisches System durch vorübergehende Stromausfälle oder durch Spannungsschwankungen, die durch Netzüber­ lastung hervorgerufen werden, nicht beeinflußt wird. Es sind diesbezüglich viele Versuche gemacht worden, ein solches Stromversorgungssystem zu schaffen. Ein Beispiel dafür ist ein Notstromaggregat, das automa­ tisch anspringt, wenn das Wechselstromnetz ausfällt. Dies ist eine kostspielige Lösung und bedingt zumeist auch eine Stromunterbrechung von wenigstens einigen Sekunden, die zwar in manchen Anwendungsfällen hin­ genommen werden kann, bei anderen Anwendungsfällen aber katastrophale Folgen haben kann, wie beispielsweise bei digitalen Rechenanlagen, wo der gesamte Datenspeicher gelöscht werden kann, wenn die Stromversorgung für eini­ ge Sekunden ausfällt.

Bei Anwendungsfällen, wo eine Stromunterbrechung vermie­ den werden muß, sind Notstrombatteriekreise eingesetzt worden, die die Stromversorgung übernehmen, wenn das Wechselstromnetz ausfällt. Ein solches System hat üblicherweise eine Spannungssensorschaltung, um zu er­ mitteln, ob das Wechselstromnetz ausgefallen ist oder nicht. Das vorhandene Netzgerät wird dann elektronisch von der Stromverteilungsleitung getrennt und der Not­ strombatteriekreis wird elektronisch mit der Stromver­ teilungsleitung verbunden. Dies geht sehr viel schneller als das zuvor beschriebene Verfahren und ist auch weni­ ger aufwendig. Da man jedoch in diesem Falle ein voll­ ständiges Netzgerät und zusätzlich ein vollständiges Batterie-Notstromversorgungsgerät bereithalten muß, sind auch hier die Kosten relativ hoch. Beim Umschalten von Netzbetrieb auf Batteriebetrieb treten darüberhinaus gewisse Ausgangsspannungsschwankungen auf, und diese Spannungsschwankungen können in manchen Anwendungsfällen, wie beispielsweise bei Festkörperspeichern eines Digi­ talrechners, Probleme aufwerfen.

Im Hinblick auf die obenbeschriebenen Schwierig­ keiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein nicht unterbrechbares Netzgerät anzugeben, das zur Stromversorgung eines Festkörperspeichers geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ange­ gebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung schafft ein Netzgerät, das Spannungs­ schwankungen beim Umschalten von der Netzstromversorgung auf Batteriestromversorgung minimiert. Dabei verwendet das Steuergerät einen beachtlichen Anteil der Schaltung so­ wohl beim Netzbetrieb als auch beim Batteriebetrieb, so daß hierdurch die Gesamtkosten von Wechselstromnetzteil und Notstrombatterienetzteil vermindert werden.

Die Erfindung umfaßt ein typisches, zweifach um­ setzendes, am Wechselstromnetz betriebenes Netzgerät. Die Ausgangsspannung des Netzgerätes wird mittels einer Impulsbreitenmodulatorschaltung auf die gewünschte Spannung eingestellt. Eine Batterie-Notstromschaltung wird in Betrieb gesetzt, wenn ein Detektor ermittelt, daß die Netzspannung unter einen vorbestimmten Pegel gefallen ist. Bei dem vorbestimmten Pegel zum Umschalten vom Wechselstromnetz auf die Notstrombatterie ist das Tastverhältnis des Impulsbreitenmodulators zur Erzeugung der gewünschten Ausgangsspannung und des gewünschten Ausgangsstroms das gleiche für die Batterienotstrom­ schaltung wie für die abfallende Netzspannung. Wenn die Umschaltung erfolgt, ergibt sich daher eine minimale Auswirkung auf die Ausgangsspannung. Wenn andererseits die Netzspannung wieder erscheint, dann umgekehrt dann, wenn die Netzspannung ausreichend hoch ist, um das gleiche Tastverhältnis am Impulsbreitenmodulator zu verwenden, um die gleiche Ausgangsleistung zu erzeugen, wie sie dann von der Batterie-Notstromschaltung gelie­ fert wird, dann schaltet die Schaltung auf Netzstrom­ versorgung um und erzeugt dabei nur eine minimale Spannungsschwankung am Ausgang des Netzgeräts.

Die Erfindung und ihre Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Netzgerätes mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Schaltung zum Steuern der hohen Gleichspannung und zum Erzeugen des Betriebsartensignals, das in der Schaltung nach Fig. 1 verwendet wird.

Fig. 3 zeigt, wie die Fig. 4a bis 4d zusammen­ zusetzen sind.

Fig. 4a bis 4d zeigen eine detaillierte Schal­ tung des Netzgerätes nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 5a und 5b sind Flußdiagramme der Steuerung zum Umschalten zwischen Netzstromversorgung und Batte­ rie-Notstromversorgung.

Bezugnehmend nun auf das Blockschaltbild nach Fig. 1 erkennt man, daß das Netzgerät nach der vorlie­ genden Erfindung einen Hochspannungs-Gleichstromein­ gang 10 zur Entgegennahme einer Gleichspannung hat, die zwischen 185 und 370 Volt betragen kann. Der Hochspan­ nungseingang 10 ist nicht geregelt, so daß ein Eingangs­ filter 12 dazu vorgesehen ist, die Welligkeit der Ein­ gangsspannung zu minimieren und eine weitestgehend geglättete Spannung auf der Leitung 14 abzugeben. Das Eingangsfilter 12 kann in einer bevorzugten Ausführungs­ form einen großen Filterkondensator oder irgend ein anderes geeignetes Filternetzwerk enthalten, das dazu geeignet ist, Wechselspannungswellen in der Gleich­ spannung zu unterdrücken.

Die Ausgangsspannung des Filters auf der Leitung 14 gelangt in einen Leistungswandler 16. Der Leistungs­ wandler 16 empfängt Impulse auf einer Leitung 18, die in ihrer Breite moduliert sind. Der Leistungswandler 16 verwendet die Impulse auf der Leitung 18, um an seinem Ausgang 22 unter typischen Betriebsbedingungen eine Rechteck-Wechselspannung von 300V mit einer Fre­ quenz von 23 kHz zu erzeugen. Dieses Signal wird einem Isolations- und Abwärtstransformator 24 zugeführt, der an seinem Ausgang eine Wechselspannung von etwa 40 V der gleichen Frequenz wie an seinem Eingang abgibt.

Die Wechselspannung am Ausgang 28 des Transforma­ tors 24 wird einer Ausgangsgleichrichterschaltung 30 zugeführt, die an ihrem Ausgang 32 ein Impulssignal ab­ gibt, das eine Amplitude zwischen typischerweise 8 und 17 V hat und dessen Tastverhältnis zwischen 35 und 85% liegt. Dieses Signal wird dann einem Ausgangsfilter 34 zugeführt, das typischerweise ein übliches Filter aus einer Serieninduktivität und einem Shunt-Kondensator besteht und eine im wesentlichen konstante Gleichspan­ nung von 5 V an seinem Ausgang 20 abgibt, ohne Rücksicht auf den von dem Netzgerät zugeführten Strom oder die Eingangsspannung bei 10.

Der Leistungswandler 16 empfängt die schon erwähn­ ten Impulssignale auf der Leitung 18 von eine Steuer­ kreis 36. Die Steuerschaltung 36 empfängt impuls­ breitenmodulierte Signale von einem Impulsbreitenmodula­ tor 38 und Steuersignale über die Leitung 40, die ange­ ben, ob die Ausgangsspannung des Netzgerätes vom Wechsel­ stromnetz (von dem die hohe Gleichspannung am Eingang 10 beliefert wird) oder von einer Batterie-Notstromschaltung abgeleitet werden soll. Zum Zwecke der nachfolgenden Er­ läuterung sei angenommen, daß das Signal auf der Lei­ tung 40 angibt, daß das Wechselstromnetz in Betrieb ist und daß dementsprechend die hohe Gleichspannung am Ein­ gang 10 dazu herangezogen werden soll, die Ausgangs­ spannung am Ausgang 20 zu erzeugen.

Der Impulsbreitenmodulator 38 selbst empfängt Signale über die Leitungen 42, 44 und 46, die vom Im­ pulsbreitenmodulator 38 dazu verwendet werden, Impulse an der Leitung 48 zu erzeugen, die breit genug sind, so daß, wenn sie von dem Steuerkreis 36 an den Leistungs­ wandler 16 weitergeleitet werden, zu einer Ausgangsspan­ nung von 5 V am Ausgang 20 des Filters 34 führen.

Die Signale auf den Leitungen 42, 44 und 46 kommen von einer Steuerschaltung 50, die dazu einge­ richtet ist, die erforderlichen Signale für den Im­ pulsbreitenmodulator 38 zu erzeugen. Die Steuerschaltung 50 führt diese Funktion in Abhängigkeit von einer Mehr­ zahl von Eingangsgrößen aus, umfassend eine Bezugsspan­ nung, eine 46 kHz-Rechteck-Impulsspannung, eine codierte Steuerung an zwei Leitungen, eine Überstromanzeige an einer Leitung 52 und eine Überspannungsanzeige an einer Leitung 54. Das Überstromsignal auf der Leitung 42 wird von einer Stromsensorschaltung 56 erzeugt, die über eine Leitung 58 mit dem Ausgang 22 des Leistungswandlers 16 verbunden ist. Die Stromsensorschaltung 56 erzeugt ein Signal auf der Leitung 52, wenn der Stromausgang vom Leistungswandler 16, der selbst ein Maß für den Strom ist, der von dem Netzgerät am Punkt 20 geliefert wird, zu hoch ist.

Das Überspannungssignal auf der Leitung 54 wird durch eine Spannungssensorschaltung 60 erzeugt, die über eine Leitung 62 mit dem Ausgang des Netzgerätes ver­ bunden ist. Die Spannungssensorschaltung erzeugt ein Überspannungssignal an der Leitung 54, wenn die Span­ nung am Ausgang 20 zu hoch ist.

Die Steuerschaltung 50 spricht auf die obenerwähn­ ten Eingangsgrößen an, um die Signale an den Leitungen 42, 44 und 46 in einen Zustand zu versetzen, der zur Folge hat, daß der Impulsbreitenmodulator 38 zusammen mit einer inneren Spannungssensorschaltung, die auf die Bezugsspannung und die Ausgangsspannung über die Leitung 39 anspricht, auf der Leitung 48 Impulse erzeugt, die bewirken, daß am Ausgang 20 eine Spannung von 5 V bei dem Strom erzeugt wird, der in jedem beliebigen Moment von dem Netzgerät geliefert wird. Wenn die Sensorschal­ tung im Impulsbreitenmodulator 38 ermittelt, daß die Spannung an 20 unter dem gewünschten Pegel ist, dann steigert der Impulsbreitenmodulator die Breite der er­ zeugten Impulse, wodurch die Ausgangsspannung am Aus­ gang 20 angehoben wird. Wenn der Impulsbreitenmodulator 38 ermittelt, daß die Spannung am Ausgang 20 oberhalb des gewünschten Pegels ist, dann vermindert der Impuls­ breitenmodulator 38 die Breite der erzeugten Impulse, um damit die Ausgangsspannung am Ausgang 20 zu verrin­ gern. Die so eingerichtete Rückkopplungsschaltung ist derart eingestellt, daß das Ansprechverhalten schnell ist, aber nicht zu schnell ist, um zu Regelschwingungen zu führen.

Die Steuerschaltung 50 empfängt auch ein Betriebs­ artensignal von der Schaltung nach Fig. 2, die die Be­ triebsart für das Netzgerät errechnet. Das Betriebsarten­ signal hat zwei Pegel, ein Pegel, der bestimmt, daß die hohe Gleichspannung, die am Eingang 10 erscheint und aus dem Wechselstromnetz abgeleitet ist, dazu ver­ wendet werden soll, die Ausgangsspannung am Punkt 20 zu erzeugen. Der zweite Pegel für das Betriebsartensignal zeigt an, daß die Notstrombatterie 64 dazu herangezogen werden soll, die Ausgangsspannung am Punkt 20 zu erzeu­ gen. Die Art, auf die das Betriebsartensignal erzeugt wird, soll nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 in größerem Detail erläutert werden. Vorerst sei jedoch erwähnt, daß die Steuerschaltung 50 auf das ihr zugeführ­ te Betriebsartensignal anspricht und ein Signal an den Ausgang 40 legt, das den Betrieb der Steuerkreis 36 beeinflußt. In der Situation, in der das Betriebsarten­ signal anzeigt, daß das Wechselstromnetz dazu herangezo­ gen werden soll, die Ausgangsspannung am Ausgang 20 zu erzeugen, bewirkt das Signal auf der Leitung 40, daß die Steuerkreis 36 die Impulse auf der Leitung 48 vom Impulsbreitenmodulator 38 zur Leitung 18 und somit zum Leistungswandler 16 leitet. Wenn jedoch das der Steuerschaltung 50 zugeführte Betriebsartensignal an­ zeigt, daß die Notstrombatterie 64 als Stromquelle ge­ nutzt werden soll, dann ändert die Steuerschaltung 50 das Signal auf der Leitung 40 und bewirkt damit, daß der Steuerkreis 36 die Impulse vom Impulsbreitenmodula­ tor 38 einem Batteriezerhackerschalter 66 zuführt. Der Zweck des Batteriezerhackerschalters 66 besteht darin, ein Rechteckwellenausgangssignal auf der Lei­ tung 68 zu erzeugen, das dem Ausangsfilter 34 zugeführt wird, um am Ausgang 20 ein 5-Volt-Signal mit dem Strom zu erzeugen, der von dem an das Netzgerät angeschlosse­ nen Verbraucher gerade aus dem Netzgerät gezogen wird.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung schaltet das Betriebsartensignal von der einen Betriebs­ art auf die andere Betriebsart um, wenn die von dem Im­ pulsbreitenmodulator 38 erzeugten Impulse den Leistungs­ wandler 16 oder den Batteriezerhackerschalter 66 so steuern, daß die Ausgangsspannung vom Ausgangsfilter 34 bei dem gelieferten Strompegel genauso groß ist wie vor dem Wechsel des Betriebsartensignals. Auf diese Weise sind Übergangserscheinungen am Ausgang 20, die vom Umschalten der Betriebsart hervorgerufen werden, minimiert.

Die Leitungseingänge für codierte Steuerung an der Steuerschaltung 50 sind zwei Leitungen, auf denen die Spannungspegel einen Bedeutungsinhalt haben, der von der Steuerschaltung 50 interpretiert wird. Da zwei Spannungsstufen an jeder der zwei Eingangsleitungen für die codierte Steuerung einfach erkannt werden können, sind somit vier unterschiedliche Steuersignale der Steuerschaltung 50 von äußeren Schaltungen zuführbar. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung interpretiert die Steuerschaltung 50 hohe Spannungspegel an beiden Leitungen, daß ein Pegel an die Leitung 46 abzugeben ist, der einem Ausfall des Wechselstromnetzes entspricht. Wenn dies auftritt, dann spricht der Impulsbreitenmodulator 38 darauf entspre­ chend an und erzeugt keine weiteren Impulse an seinem Ausgang 48, wodurch die Stromversorgung vom Netz abge­ schaltet wird.

Die Steuerschaltung 50 spricht auf andere Kombi­ nationen von Steuerpegeln an den Leitungen für codierte Steuerung entsprechend an, um drei unterschiedliche Tätigkeitsabläufe in der Steuerschaltung 50 zu erzeugen. Bei einer Kombination von Eingangspegeln in den codier­ ten Steuerleitungen erzeugt die Steuerschaltung 50 ein Einschaltpegelsignal auf der Leitung 46, das den Impulsbreitenmodulator 38 veranlaßt, Impulse zu erzeu­ gen und dadurch das Netzgerät nach der vorliegenden Er­ findung einzuschalten. Die anderen beiden Pegelkombi­ nationen an den codierten Steuerleitungen für die Steuer­ schaltung 50 haben keine direkte Beziehung auf die Be­ triebsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung. Die­ se Steuersignale werden jedoch dazu verwendet, eine Fehlerverriegelungsschaltung voreinzustellen und rück­ zustellen, die zusammen mit einem Diagnosesystem für den Verbraucher verwendet wird, der von dem Netzgerät versorgt wird. Weiterhin wird eine Fehlerverriegelungs­ schaltung in Zusammenhang mit anderen Schaltkreisen ver­ wendet, die in Zusammenwirkung mit dem Netzgerät nach der vorliegenden Erfindung dazu eingesetzt werden, dieses abzuschalten, wenn entweder eine Überspannung oder ein Überstrom ermittelt wird. Diese Schaltkreise bilden jedoch nicht Teil der vorliegenden Erfindung und sollen daher auch nicht weiter erläutert werden.

In Fig. 2 ist die Schaltung zur Entwicklung der Eingangssignale für die Schaltung nach Fig. 1 darge­ stellt. Diese Schaltung enthält eine Hochspannungs- Gleichspannungsquelle mit Steuerung 100, die mit dem Wechelstromnetz verbunden ist. Diese Gleichspannungs­ quelle mit Steuerung 100 erzeugt an ihrem Ausgang 102 die hohe Gleichspannung, die dem Eingangsfilter 12 in Fig. 1 über eine Leitung 104 zugeführt ist.

Die Gleichspannungsquelle und Steuerung 100 ent­ hält eine geeignete Gleichrichteranordnung, die eine Spannung im Bereich zwischen 185 und 370 V am Aus­ gang 102 abgibt. Diese Gleichspannungsquelle und Steue­ rung 100 enthält auch eine Phasenregelbrücke, die in ihr dazu verwendet wird, die Spannung am Ausgang ein­ zustellen. Diese Phasenregelbrücke empfängt ein Phasen­ signal auf einer Leitung 106, das dazu dient, die Span­ nung am Ausgang 102 auf übliche Weise einstellbar zu machen. Das Phasensignal wird von einem Mikrocomputer 108 in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise er­ zeugt.

Ein Analog/Digital-Wandler 110 ist mit dem Aus­ gang 102 der Hochspannungsquelle und Steuerung 100 verbunden, um auf einer Leitung 112 eine digitale Dar­ stellung für die am Ausgang 102 erscheinende Gleich­ spannung abzugeben. Diese digitale Information auf der Leitung 112 wird dem Mikrocomputer 108 zugeführt.

Ein zweiter Analog/Digital-Wandler 114 ist ge­ mäß Fig. 2 mit dem positiven Pol der Batterie in Fig. 1 verbunden. Dieser A/D-Wandler 114 erzeugt eine digitale Darstellung auf der Leitung 16, die der Spannung der Batterie in Fig. 1 entspricht. Diese digitale Darstel­ lung auf der Leitung 116 wird ebenfalls dem Mikrocom­ puter 108 zugeführt.

Der Mikrocomputer 108 kann ein üblicher Mikro­ computer sein, der über einen Datenbus 118 mit einem Speicher 120 verbunden ist, der das Betriebsprogramm für den Mikrocomputer 108 enthält.

Der Mikrocomputer 108 ist über eine Leitung 122 mit dem Wechselspannungsnetz verbunden, so daß der Mikro­ computer die Nulldurchgänge der Netzspannung ermitteln kann und unter der Programmsteuerung Phasensignale auf der Leitung 106 synchron mit diesen Nulldurchgängen erzeugen kann, um die Phasenregelbrücke in der Hoch­ spannungsquelle und Steuerung 100 zu triggern. Durch Steuerung der Phasensignale relativ zu den Nulldurch­ gängen der Netzspannung kann die Spannung am Ausgang 102 genau geregelt werden.

Im normalen Betrieb des Netzgerätes nach der vor­ liegenden Erfindung ist das Wechselstromnetz aktiv und gibt eine normaler Spannung ab, die von der Hochspan­ nungsquelle und Steuerung 100 in eine hohe Gleichspan­ nung am Ausgang 102 umgewandelt wird, die den Eingang am Punkt 10 in Fig. 1 bildet. Die übrige Schaltung von Fig. 1 dient dazu, die hohe Gleichspannung in eine Aus­ gangsspannung von 5 V am Punkt 20 umzuwandeln. Der Mikro­ computer 108 überwacht fortwährend die Wechselspannung über die Leitung 122. Er überwacht auch die hohe Gleich­ spannung am Ausgang 102, indem der Ausgang 112 des A/D­ Wandlers 110 beobachtet wird. Wenn der Mikrocomputer 108 feststellt, daß die Netzspannung abfällt und wahr­ scheinlich völlig ausfällt, dann beginnt der Mikrocom­ puter, den Ausgang der Spannungsquelle und Steuerung 100 über den A/D-Wandler 110 zu beobachten. Wenn dies auftritt, dann spricht der Impulsbreitenmodulator 38 auf die fallende Spannung am Ausgang 20 in der Weise an, daß die Impulsbreite, die von ihm erzeugt wird, ge­ steigert wird, um dadurch die Ausgangsspannung an 20 auf den gewünschten 5 V zu halten. Der Mikrocomputer 108 kann aus der gemessenen Hochspannung am Punkt 102 exakt ermitteln, was der Impulsbreitenmodulator 38 tun muß, um die Spannung am Ausgang 20 auf 5 V zu halten. Gleichzeitig errechnet der Mikrocomputer 108 auf der Grundlage der über den A/D-Wandler gemessenen Batterie­ spannung die notwendige Impulsbreite, die nötig sein würde, um eine Ausgangsspannung von 5 Volt zu erzeugen, wenn die Batterie als Energiequelle für den Ausgang 20 verwendet würde. Wenn der Mikrocomputer 108 ermittelt, daß die vom Impulsbreitenmodulator 38 erzeugte Impulsbreite die gleiche ist, wie sie be­ nötigt würde, wenn die Notstrombatterie 64 in die Schaltung geschaltet würde, dann wechselt der Mikro­ computer 108 die Betriebsart auf der Betriebsarten­ signalleitung, um dadurch den Steuerkreis 36 zu ver­ anlassen, das impulsbreitenmodulierte Signal vom Aus­ gang 38 zur Leitung 70 umzuschalten, die mit dem Batteriezerhackerschalter 66 verbunden ist. Der Batterie­ zerhackerschalter 66 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 68, das identisch zu dem zuvor auf der Leitung 32 erzeugten Signal ist. Wenn dementsprechend das Wechselstromnetz ausfällt, dann überwacht der Mikrocomputer 108 den Betrieb des Netzteils und schal­ tet auf die Notstrombatterie in genau dem Augenblick um, zu welchem die Impulsbreite, die von dem Impulsbreiten­ modulator erzeugt wird, bewirkt, daß der Ausgang des Netzgerätes gleich ist, gleichgültig, ob die Notstrom­ batterie 64 verwendet wird, oder ob die hohe Gleich­ spannung am Eingang 10 als Quelle für die Erzeugung der Ausgangsspannung am Ausgang 20 verwendet wird. Man erkennt sogleich, daß dieser genaue Zeitpunkt ein fließender Zeitpunkt ist, weil, wenn ein Ausfall der Netzspannung auftritt, die Hochspannung am Punkt 10 sehr schnell abfällt.

Sobald das Gerät im Batterienotstrombetrieb ar­ beitet, überwacht der Mikrocomputer 108 weiterhin den Ausgang der Hochspannungsquelle und Steuerung 100 am Punkt 102, und wenn das Wechselstromnetz beginnt, wieder normal zu arbeiten, dann spricht der Mikrocompu­ ter 108 darauf an, indem er Phasensignale auf die Lei­ tung 106 gibt, um den Ausgang der Hochspannungsquelle und Steuerung 100 einzustellen. Auf diese Weise wird der Ausgang 102 daran gehindert, sofort seinen Maximal­ wert anzunehmen, vielmehr wird er allmählich erhöht, indem langsam die Phasensteuersignale auf der Leitung 106 geändert werden, bis der Gleichspannungsausgang an 102 derselbe ist, wie er von der Schaltung nach Fig. 1 benötigt würde, um die gewünschte Ausgangsspannung von 5 Volt zu erzeugen, wenn der Leistungswandler 16 durch identische Impulse gesteuert wird, die zu dem Zeitpunkt von dem Impulsbreitenmodulator 38 erzeugt werden. Wenn dieser Zustand eintritt, dann wechselt der Mikrocompu­ ter 108 den Pegel, auf der Betriebsartenleitung, was zur Folge hat, daß der Steuerkreis 36 die Impulse vom Impulsbreitenmodulator 38 zum Leistungswandler 16 führt und keine weiteren Impulse über die Leitung 70 zu dem Batteriezerhackerschalter 66 sendet. Sobald diese Um­ schaltung aufgetreten ist, kann der Mikrocomputer 108 damit fortfahren, die Phasensignale auf der Leitung 106 so einzustellen, daß die Hochspannungsquelle und Steuerung 100 schließlich mit ihrer maximalen Aus­ gangsspannung betrieben wird. Wenn dies auftritt, dann spricht der Impulsbreitenmodulator 38 auf die anstei­ gende Ausgangsspannung am Punkt 102 an, um anschließend die Impulsbreite der von ihm erzeugen Impulse zu ver­ mindern, um die Ausgangsspannung auf den gewünschten 5 Volt zu halten.

Wenn dementsprechend das Wechselstromnetz wieder in seinen Normalzustand zurückkehrt, dann bewirkt die Betriebsweise des Netzgerätes nach der vorliegenden Er­ findung, daß die hohe Gleichspannung allmählich auf einen Pegel angehoben wird, wie oben beschrieben, wo­ bei die dann vom Impulsbreitenmodulator 38 erzeugten Impulse verwendet werden, erzeugt dieselbe Ausgangs­ spannung beim selben Strom, den die Notstrombatterie 64, der Batteriezerhacker 66 und das Ausgangsfilter 34 augenblicklich erzeugen. Sobald dieser Pegel erreicht ist, wechselt das Betriebsartensignal und die hohe Gleichspannung beginnt, den Leistungswandler 16, den Transformator 24 und den Ausgangsgleichrichter 30 zu betreiben, um im wesentlichen das identische Signal auf der Leitung 32 vom Gleichrichter 30 zum Ausgangs­ filter 34 zu bringen, die zuvor auf der Leitung 68 zwischen dem Batteriezerhackerschalter 66 und dem Aus­ gangsfilter 34 erschienen ist. Wenn die Umschaltung auftritt, dann sind die Eingangsbedingungen am Aus­ gangsfilter 34 so weit wie möglich identisch. Dement­ sprechend erscheinen keine oder nur geringe Übergangs­ spannungen am Ausgang des Filters 34 als Folge des Umschaltens vom Batterie-Notstrombetrieb auf den Netz­ betrieb.

Es ist vorteilhaft, vom Batterie-Notstrombetrieb auf den Netzbetrieb synchron mit dem Takt auf der Lei­ tung 44 umzuschalten. Wenn dies auftritt, dann wird ein Impuls vom Batteriezerhackerschalter 66 zum Ausgangs­ filter 34 gesandt und der nächste Impuls wird vom Ausgangsgleichrichter 30 gesandt. Dieses synchrone Schalten minimiert die Übergangseffekte am Ausgang. Selbst wenn diese addierte Synchronisation nicht vor­ handen ist, dann werden Schaltübergänge weitestgehend durch das Ausgangsfilter 34 und die Tatsache, daß der Ausgang des Ausgangsgleichrichters 30 der gleiche ist, wie der Ausgang des Zerhackerschalters 66 unterdrückt.

Die allgemeine Betriebsweise des Mikrocomputers während des Umschaltens ist in den Fig. 5a und 5b dar­ gestellt. Das Flußdiagramm nach den Fig. 5a und 5b kann leicht ausgeführt werden und kann den gesamten Arbeitsablauf innerhalb des Mikroprozessors 108 um­ fassen oder kann eine von vielen sich wiederholenden Aufgaben enthalten, die dem Mikroprozessor 108 zuge­ ordnet sind.

Fig. 3 zeigt, wie das detaillierte Schaltbild nach den Fig. 4a bis 4d zusammenpassen. Die detallierte Dar­ stellung der Fig. 4a bis 4c zeigt die genaue Ausführung der Schaltung, die als Blockschaltbild in Fig. 1 darge­ stellt ist. Der Fachmann erkennt, daß das Schaltbild nach den Fig. 4a bis 4d nur eine mögliche Ausführungs­ form des Blockschaltbildes nach Fig. 4 ist, und daß Abwandlungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung mög­ lich sind, ohne deren Konzept zu verlassen.

Claims (7)

1. Stromversorgungssystem mit einer Notstrom­ batterie, die wirksam gemacht wird, wenn das Wechsel­ stromnetz ausfällt und unwirksam gemacht ist, wenn Netzspannung verfügbar ist, wobei die Umschaltung mit minimaler Auswirkung auf die Ausgangsspannung ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein Hochspannungs-Gleichspannungsmodul (100), das aus der Netzwechselspannung eine hohe Gleichspan­ nung (an 102, 10) macht;
eine Wandleranordnung (16, 24, 30), die auf ein extern erzeugtes impulsbreitenmoduliertes Steuersignal (an 48) anspricht, um die hohe Gleichspannung (an 10) in eine gepulste Niederspannung (an 32) umzuwandeln, die dasselbe Tastverhältnis hat wie das impulsbreiten­ modulierte Steuersignal (an 48);
eine Notstrombatterie (64);
eine Bezugsquelle (50) zum Erzeugen einer Bezugs­ spannung (an 42);
einen Batteriezerhacker (66), der die Batterie­ spannung (64) und ein extern erzeugtes impulsbreiten­ moduliertes Steuersignal (an 70 von 48) erhält, um eine gepulste Batterieausgangsspannung (an 68) zu lie­ fern, die dasselbe Tastverhältnis hat, wie das impuls­ breitenmodulierte Steuersignal (an 48);
ein Ausgangsfilter (34), das auf die gepulste Niederspannung (an 32) oder die gepulste Batteriespan­ nung (an 68) anspricht, um eine gefilterte Gleichspan­ nung abzugeben (an 20);
einen Impulsbreitenmodulator (38) zum Erzeugen des impulsbreitenmodulierten Steuersignals (an 48) einer gegebenen Frequenz, wobei der Impulsbreitenmodu­ lator (38) auf die Ausgangsspannung (an 20) und auf die Bezugsspannung (an 42) anspricht, um das impuls­ breitenmodulierte Steuersignal (an 48) mit größerem Tastverhältnis zu liefern, wenn die Ausgangsspannung (an 20) gegenüber der Bezugsspannung (an 42) abfällt und das impulsbreitenmodulierte Steuersignal mit klei­ nerem Tastverhältnis abzugeben, wenn die Ausgangs­ spannung (an 20) über die Bezugsspannung (an 42) an­ steigt;
einen Steuerkreis (36), der auf das impulsbreiten­ modulierte Steuersignal (an 48) und auf das extern er­ zeugte Steuersignal (an 40) anspricht, um das impuls­ breitenmodulierte Steuersignal (48) entweder dem Batte­ riezerhacker (66) oder der Wandlereinrichtung (16, 24, 30) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (an 40) zuzuführen; und
einen Mikrocomputer (108), der auf einen Ausfall der Netzwechselspannung anspricht, um das Steuersignal (an 40) so zu verändern, daß das impulsbreitenmodulier­ te Steuersignal vom Steuerkreis (36) dem Batteriezer­ hacker (66) zugeführt wird, wobei das Steuersignal (an 40) seinen Zustand zu dem Zeitpunkt ändert, zu wel­ chem das impulsbreitenmodulierte Steuersignal (an 48) bei Zuführung entweder zum Batteriezerhacker (66) oder zur Wandlereinrichtung (16, 24, 30) die gleiche gefil­ terte Ausgangsspannung (an 20) zur Folge hat.

2. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro­ computer (108) auf ein Wiedererscheinen der Netzwechsel­ spannung nach einem Ausfall anspricht, um das Steuer­ signal (an 40) so zu verändern, daß das impulsbreiten­ modulierte Signal (an 48) durch den Steuerkreis (36) der Wandlereinrichtung (16, 24, 30) zu demjenigen Zeit­ punkt zugeführt wird, zu welchem das impulsbreitenmodu­ lierte Steuersignal (48) bei Zuführung entweder zu dem Zerhacker (66) oder zu der Wandlereinrichtung (16, 24, 30) dieselbe gefilterte Ausgangsspannung (an 20) zur Folge hat.

3. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hoch­ spannungsmodul (100) eine Einrichtung zur Einstellung der Ausgangsspannung (an 102) in Abhängigkeit von Signalen (an 106), die von dem Mikrocomputer (108) empfangen werden, aufweist.

4. Stromversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro­ computer (108) auf das Wiedererscheinen der Wechsel­ netzspannung nach einem Ausfall anspricht, um Signale für das Hochspannungs-Gleichspannungsmodul (100) zu erzeugen, um dessen Ausgangsspannung (an 102) auf einem Pegel zu halten, der dieselbe gefilterte Ausgangsspan­ nung (an 20) erzeugt, wie er augenblicklich von der Batterie (64) und dem Batteriezerhacker (66) erzeugt wird, wobei der Mikrocomputer (108) anschließend das Steuersignal (an 40) so verändert, daß das impulsbreiten­ modulierte Signal (an 48) von dem Steuerkreis (36) zu der Wandlereinrichtung (16, 24, 30) zuführt und von dem Batteriezerhacker (66) abschaltet.

5. Stromversorgungssystem nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mikro­ computer (108) nach Änderung des Steuersignals (an 40) das Hochspannungs-Gleichspannungsmodul (100) auf seine maximale Ausgangsspannung einstellt.

6. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einstell­ geschwindigkeit des Impulsbreitenmodulators (38) langsam genug ist, um Schwingungen in der gefilterten Ausgangs­ spannung (an 20) zu vermeiden.

7. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wandler­ einrichtung (16, 24, 30) einen Leistungswandler (16) enthält, der auf das impulsbreitenmodulierte Signal (an 48) anspricht, um eine hohe zerhackte Gleichspannung niedrigen Stroms zu erzeugen und weiterhin eine Ein­ richtung (24, 30) aufweist, die auf diese Spannung an­ spricht, um eine zerhackte und gleichgerichtete Nieder­ spannung hohen Stroms (an 32) zu erzeugen, der dem Aus­ gangsfilter (34) zugeführt wird, um die gefilterte Aus­ gangsgleichspannung (an 20) zu erzeugen, wenn das Wech­ selstromnetz normal arbeitet.