DE3812861A1 - Intrinsically safe current supply device - Google Patents

Intrinsically safe current supply device

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Abstract

In order, in the case of an intrinsically safe current supply device of protection type EEx ia I, to improve the output power and the efficiency, the limitation of the output current (IA) takes place, according to the invention, solely through the constant inductive internal impedance of the transformer, which is constructed as a push-pull transformer (1), in conjunction with a resonant capacitor (C1) which is arranged in parallel with the push-pull transformer (1) and a changeover device (4), the input voltage (UE) being converted by a conversion device (2) into a principal DC voltage (UH) which is then applied alternately to the two primary part-windings (L11, L12) via the changeover device (4); the changeover device (4) preferably contains MOS switching transistors (T1, T2) which can be cyclically clocked using a quartz-stabilised clock pulse generator (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine eigensichere Stromversor gungseinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1; The invention relates to an intrinsically safe power sup ply device according to the preamble of claim 1; eine der artige eigensichere Stromversorgungseinrichtung ist durch die Spezifikation BS6182: Part 1:1982 der British Standards Institution bekannt. one of the type intrinsically safe power supply device is by the specification BS6182: 1982 announced the British Standards Institution: Part. 1

Bei der durch die BSI-Spezifikation bekannten eigensicheren Stromversorgungseinrichtung handelt es sich um eine eigen sichere Stromversorgungseinrichtung der Schutzart EEx ia I nach Europanorm EN 50020, die im schlagwettergefährdeten Bergbau zur Speisung von Steuer- und Übertragungssystemen eingesetzt wird und die bei Gasausbruch nicht abgeschaltet werden muß. In the known by the BSI specification intrinsically safe power supply device is an intrinsically safe power supply means of protection Ex ia I according to European standard EN 50020, which is used in potentially explosive mining for supplying control and transmission systems and which must not be switched off if gas outburst.

Bei der vorgenannten eigensicheren Stromversorgungseinrichtung wird eine Eingangs-Wechselspannung über einen Transformator auf eine konstante Sekundärspannung heruntertransformiert und gleich zeitig von der Eingangs-Wechselspannung galvanisch getrennt. In the above intrinsically safe power supply means comprises AC input voltage is stepped down by a transformer to a constant secondary voltage and at the same time electrically isolated from the input AC voltage. Die Sekundärspannung wird anschließend mittels eines Brücken gleichrichters gleichgerichtet und mittels einer parallel in den Sekundärkreis geschalteten, aus einem Kondensator und dem zugehörigen Entladewiderstand bestehenden Glättungseinrichtung geglättet. The secondary voltage is then rectified by a rectifier bridge and smoothed by means of a switched into the secondary circuit in parallel of a capacitor and the corresponding discharge resistor existing smoothing means. Die gleichgerichtete und geglättete Sekundärspannung wird über zumindest drei, jeweils parallel in den Sekundärkreis geschaltete Zener-Dioden stabilisiert. The rectified and smoothed secondary voltage is stabilized over at least three, connected in the secondary circuit in parallel Zener diodes. Zur Begrenzung des Aus gangsstroms ist dem Brückengleichrichter ein zwischen der Glät tungseinrichtung und der Stabilisierungsschaltung angeordneter ohmscher Begrenzungswiderstand nachgeschaltet. To limit the transient current from the bridge rectifier is a processing device between the downstream be smoothed and arranged the stabilizing circuit resistive limiting resistor. Ein Stromfluß von mehr als 500 mA bei einer Ausgangs-Gleichspannung von 12 V führt bei dem ohmschen Begrenzungswiderstand zu einem Spannungs abfall, der zur Folge hat, daß die Ausgangs-Gleichspannung zusammenbricht. A current of more than 500 mA at a DC output voltage of 12 V results in the ohmic resistance to limit a voltage drop, which has the result that the DC output voltage to collapse. Dadurch ist die Ausgangsleistung der bekannten eigensicheren Stromversorgungseinrichtung in unerwünschter Weise auf relativ niedrige Werte begrenzt. Thus, the output power of the known intrinsically safe power supply device is undesirably limited to relatively low values. Wegen des ohmschen Begrenzungswiderstandes ist außerdem der Wirkungsgrad noch nicht optimal. Because of the resistive limiting resistor also the efficiency is still not optimal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine eigensichere Stromversorgungseinrichtung der Schutzart EEx ia I nach Europa norm EN 50020 für den schlagwettergefährdeten Bergbau zu schaffen, die gegenüber den bisherigen eigensicheren Stromver sorgungseinrichtungen der Schutzart EEx ia I eine höhere Aus gangsleistung bei gleichzeitig verbessertem Wirkungsgrad aufweist. The object of the present invention to provide an intrinsically safe power supply device of the EEx ia I according to European standard EN 50020 for the gassy mining, pension organizations over previous intrinsically safe Stromver is the EEx ia I a higher out output power at the same time improved efficiency has.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einer eigensicheren Stromver sorgungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspruchs 1 möglich; The solution of the object is at an intrinsically safe Stromver of the type mentioned sorgungseinrichtung according to the invention by the teaching of claim 1 is possible; vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unter ansprüche. Substituted advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen eigensicheren Stromversorgungsein richtung wird durch den als Gegentaktübertrager ausgebildeten Übertrager bei gleichzeitiger galvanischer Trennung der Ein gangsspannung von der Ausgangs-Gleichspannung der Ausgangsstrom auf einen vorgegebenen nicht zündfähigen Grenzwert begrenzt. In the inventive intrinsically safe Stromversorgungsein direction is formed by a push-pull transformer exchanger with simultaneous galvanic separation of the A output voltage of the DC output voltage of the output current to a predetermined limit non-ignitable limited. Bei der Eingangsspannung kann es sich hierbei sowohl um eine Gleichspannung als auch um eine Wechselspannung handeln. When the input voltage can be either a DC voltage and an AC voltage is here. Die Begrenzung des Ausgangsstromes erfolgt erfindungsgemäß aus schließlich durch den konstanten induktiven Innenwiderstand des Gegentaktübertragers in Verbindung mit einem parallel zum Gegen taktübertrager angeordneten Resonanz-Kondensator und der zyk lisch getakteten Umschalteinrichtung, wobei der konstante induktive Innenwiderstand des Gegentaktübertragers durch den Aufbau und die gegenseitige Anordnung von Primär- und Sekundär wicklung bestimmt wird. The limitation of the output current is carried out according to the invention made finally by the constant inductive internal resistance of the Gegentaktübertragers in conjunction with a parallel to the mounted push-pull transformer resonant capacitor and the zyk lisch clocked switching device, wherein the constant inductive internal resistance of the Gegentaktübertragers by the structure and mutual arrangement of the primary - and the secondary winding is determined. Durch die erfindungsgemäße Begrenzung des nicht zündfähigen Ausgangsstromes kann der bisher not wendige ohmsche Begrenzungswiderstand entfallen, so daß sich bei einer Ausgangs-Gleichspannung von zB 12 V eine ca. drei fach höhere Ausgangsleistung ergibt, wobei die Ausgangs- Gleichspannung stromunabhängig ist und auf 2 bis 3% konstant gehalten werden kann. The inventive limitation of the non-ignitable output current of the previously not manoeuvrable resistive limiting resistor can be dispensed with, so that an approximately three-fold results in higher output power at a DC output voltage of, for example 12 V, the DC output voltage is independent of power supplies and to 2 to 3 % can be maintained constant. Gleichzeitig erhält man einen erheblich besseren Wirkungsgrad, da aufgrund des nicht notwendigen ohmschen Begrenzungswiderstandes die ohmschen Wirkverluste relativ klein gehalten werden können. At the same time you get a much better efficiency, since the ohmic resistive losses can be kept relatively small due to the unnecessary ohmic limiting resistor.

Die Umwandlungsvorrichtung kann eine Vorregelung nach dem Linearregler-Prinzip umfassen, über welche eine im wesentlichen bis auf ± 15% stabilisierte Eingangsspannung nach ihrer Gleichrichtung geglättet und vorstabilisiert wird, so daß man eine geglättete und vorstabilisierte Haupt-Gleichspannung erhält. The conversion device may comprise a pre-regulation after the linear regulator principle, over which a substantially up to ± 15% stabilized input voltage is smoothed after its rectification and pre-stabilized, so as to obtain a smoothed and prestabilized main DC voltage.

Vorzugsweise umfaßt die Umwandlungsvorrichtung jedoch eine getaktete Vorregelung, zB gemäß Anspruch 3. Damit können in vorteilhafter Weise sogar Eingangsspannungen, die lediglich auf zB ± 30% stabilisiert sind, an die eigensichere Stromver sorgungseinrichtung angelegt werden. Preferably, however, the conversion device includes a clocked pre-regulation, for example, according to Claim 3. This allows, in an advantageous manner even input voltages which are stabilized only to eg ± 30% are applied to the intrinsically safe sorgungseinrichtung Stromver.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Umschalteinrichtung zyklisch getaktete MOS-Schalt transistoren umfaßt, wobei die MOS-Schalttransistoren vorzugs weise über einen quarzstabilen Taktgeber taktbar sind. Particularly advantageous is an embodiment of the invention, wherein the switching means cyclically clocked MOS switching transistors comprises, wherein the MOS switching transistors preference, via a crystal controlled clock are be clocked. Bei Verwendung von MOS-Schalttransistoren, die über einen quarz stabilen Taktgeber taktbar sind, können Taktfrequenzen bis zu 400 kHz gewählt werden. When using MOS switching transistors can be pulsed through a crystal controlled clock, clock frequencies can be selected up to 400 kHz.

Dadurch, daß die MOS-Schalttransistoren in einem überlappenden, gleichgroßen Tastverhältnis taktbar sind, wird bei einem Gegen taktübertrager mit einer symmetrisch geteilten Primärwicklung und einer symmetrisch geteilten Sekundärwicklung der Ober wellengehalt der rechteckförmigen Wechselspannung verringert. Characterized in that the MOS switching transistors can be pulsed in an overlapping, equal large duty ratio is reduced in a distortion in a push-pull transformer having a symmetrical split primary winding and a symmetrically split secondary winding of the top of the rectangular alternating voltage.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention is explained below with reference to a schematically illustrated in the drawing, the embodiment in more detail. Darin zeigen: in which:

Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild der eigensicheren Stromversor gungseinrichtung der Schutzart EEx ia I nach Euronorm EN 50020, Fig. 1 is a basic circuit diagram of the intrinsically safe power sup ply means of protection EEx ia I according to Euro standard EN 50020,

Fig. 2 das physikalische Ersatz-Schaltbild des Gegentaktüber tragers der eigensicheren Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 1, Fig. 2 shows the physical equivalent circuit diagram of the counter clock wearer of the intrinsically safe power supply device according to Fig. 1,

Fig. 3 die Ansteuerung der in einem überlappenden, im wesent lichen gleichgroßen Tastverhältnis getakteten Umschalt einrichtung der eigensicheren Stromversorgungseinrich tung nach Fig. 1, Fig. 3, the control of the clocked in an overlapping, equal-sized in Wesent union duty cycle switching device of the intrinsically safe Stromversorgungseinrich processing according to FIG. 1,

Fig. 4 ein Prinzip-Schaltbild einer Umwandlungsvorrichtung der eigensicheren Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 1. Fig. 4 is a basic circuit diagram of a conversion device of the intrinsically safe power supply device of FIG. 1.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der eigensicheren Stromversorgungs einrichtung nach Schutzart EEx ia I mit einem Übertrager, der als Gegentaktübertrager 1 mit einer symmetrisch geteilten Primärwicklung L 1 und einer symmetrisch geteilten Sekundär wicklung L 2 ausgebildet ist. Fig. 1 shows a circuit diagram of the intrinsically safe power supply device according to EEx ia I with a transformer, which is a push-pull transformer 1 with a symmetrical split primary winding L 1 and a symmetrical split secondary winding L 2 is formed. Die Primär-Teilwicklungen L 11 , L 12 sind jeweils mit einem MOS-Schalttransistor T 1 bzw.T2 über seine Drain-Source-Strecke in Reihe geschaltet, wobei der Bulk-Anschluß jedes MOS-Schalttransistors T 1 , T 2 mit der zuge hörigen Source-Elektrode verbunden ist und die Gates beider MOS-Schalttransistoren T 1 , T 2 mit den Steuerausgängen eines quarzstabilen Taktgebers 3 verbunden sind. The primary winding portions L 11, L 12 are each connected with a switching MOS transistor T 1 bzw.T2 over its drain-source path in series, the bulk terminal of each MOS switching transistor T 1, T 2 with the assigned hearing source electrode is connected, and the gates of both MOS switching transistors T 1, T 2 are connected to the control outputs of a crystal controlled clock. 3 In den Primärkreis des Gegentaktübertragers 1 ist eine Umwandlungsvorrichtung 2 zur Umwandlung einer Eingangsspannung U E in eine Haupt- Gleichspannung U H geschaltet, wobei an die Umwandlungs vorrichtung 2 sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechsel spannung angelegt werden kann. In the primary circuit of Gegentaktübertragers 1, a conversion device 2 for converting an input voltage U E to a main DC voltage U H is connected, wherein the conversion device 2, both a DC voltage and an AC voltage can be applied. Parallel zu der Reihenschaltung aus der jeweiligen Primär-Teilwickung L 11 bzw. L 12 und dem zu gehörigen MOS-Schalttransistor T 1 bzw. T 2 ist ein gemeinsamer Resonanz-Kondensator C 1 geschaltet. Connected in parallel with the series circuit of the respective primary Teilwickung L 11 or L 12 and to corresponding switching MOS transistor T 1 and T 2 is a common resonant capacitor C. 1 Zwischen der Umwandlungs vorrichtung 2 und dem Resonanz-Kondensator C 1 ist eine Zener- Diode D 1 parallel in den Primärkreis geschaltet. Device between the conversion 2 and the resonance capacitor C 1 is a Zener diode D 1 connected in the primary circuit in parallel.

Auf der Sekundärseite des Gegentaktübertragers 1 ist zunächst jeweils eine Gleichrichter-Diode D 2 bzw. D 3 in Reihe zu jeder Sekundär-Teilwicklung L 21 bzw. L 22 geschaltet. On the secondary side of the Gegentaktübertragers 1, a rectifier diode D 2 and D 3 is connected in series with each secondary winding part L 21 and L 22 each initially. Der aus den beiden Gleichrichter-Dioden D 2, D 3 bestehenden Doppelweg-Gleich richterschaltung ist ein parallel in den Sekundärkreis ge schalteter Ladekondensator C 2 nachgeordnet. Formed by the two rectifier diodes D 2, D 3 existing full-wave rectifier circuit is a ge into the secondary circuit in parallel switched charging capacitor C 2 downstream. Parallel zu dem Ladekondensator C 2 sind - entsprechend den Forderungen nach Schutzart EEx ia I - wenigstens drei, zueinander ebenfalls parallele Stabilisierungs-Dioden D 4 , D 5 , D 6 geschaltet. Are parallel to the charging capacitor C 2 - in accordance with the demands for protection EEx ia I - at least three mutually parallel also stabilization diode D 4, D 5, D connected. 6

Bei Anlegen einer Eingangsspannung U E an die erfindungsgemäße eigensichere Stromversorgungseinrichtung wird die Eingangs spannung U E , falls es sich um eine Wechselspannung handelt, durch die eine Vorregelung umfassende Umwandlungsvorrichtung 2 gleichgerichtet. When applying an input voltage U E to the invention intrinsically safe power source, the input voltage U E, if it is an AC voltage, rectified by a precontrol comprehensive conversion device. 2 Anschließend wird die Eingangsspannung U E , unabhängig davon ob Gleichspannung oder Wechselspannung, durch die Umwandlungsvorrichtung geglättet und vorstabilisiert, so daß am Ausgang der Umwandlungsvorrichtung 2 eine auf etwa ± 10% stabilisierte Haupt-Gleichspannung U H anliegt, die mittels der nachgeordneten Z-Diode D 1 begrenzt und auf etwa ± 5% stabili siert wird. Subsequently, the input voltage U E is, regardless of whether DC or AC voltage smoothed independently by the conversion device and pre-stabilized, so that at the output of the conversion device 2 a stabilized to about ± 10% main DC voltage U H is applied, by means of the downstream Zener diode D 1 and is limited stabili Siert to about ± 5%. Die so erhaltene Haupt-Gleichspannung U H wird auf den Gegentaktübertrager 1 gegeben, dessen beide Primär-Teil wicklungen L 11 , L 12 über ihre zugeordneten MOS-Schalttransi storen T 1 , T 2 zyklisch an die Haupt-Gleichspannung U H schaltbar sind. The thus obtained main DC voltage U H is applied to the push-pull transformer 1, the two primary winding elements L 11, L 12 via their associated MOS Schalttransi interfere with T 1, T 2 cyclically to the main DC voltage U H are switchable. Die Steuerung der beiden MOS-Schalttransistoren T 1 , T 2 erfolgt hierbei in vorteilhafter Weise über einen quarzstabilen Taktgeber 3 bei einer konstant zu wählenden Taktfrequenz im Bereich von 200 kHz bis 400 kHz. The control of the two MOS switching transistors T 1, T 2 takes place here in an advantageous manner for a crystal controlled clock generator 3 at a constant clock frequency to be selected in the range of 200 kHz to 400 kHz. Durch das zyklische Takten der MOS-Schalttransistoren T 1 , T 2 wird die Haupt-Gleichspannung U H alternierend an jeweils eine der beiden Primär-Teilwicklungen L 11 , L 12 geschaltet, so daß eine gedämpfte Schwingung zwischen dem Gegentaktübertrager 1 und dem parallel zu der Primärwick lung L 1 geschalteten Resonanz-Kondensator C 1 entsteht. By the cyclic clocking the switching MOS transistors T 1, T 2, the main DC voltage U H is alternately connected to one of the two primary winding elements L 11, L 12, so that a damped oscillation between the push-pull transformer 1 and parallel to the Wick primary lung L 1 connected resonance capacitor C 1 is formed. Der Gegentaktübertrager 1 transformiert die an der Primärwicklung L 1 anliegende zerhackte Haupt-Gleichspannung U H auf den ge wünschten wert herunter und trennt die an der Sekundärwicklung L 2 anliegende rechteckförmige Wechselspannung U S galvanisch von der Haupt-Gleichspannung U H und damit von der Eingangsspannung U E . The push-pull transformer 1 transforms the voltage applied to the primary winding L 1 chopped main DC voltage U H to the ge wished down value and separates the voltage across the secondary winding L 2 rectangular alternating voltage U S galvanically isolated from the main DC voltage U H and therefore from the input voltage U e. Anschließend wird die rechteckförmige Wechselspannung U S mittels der aus den Gleichrichter-Dioden D 2 , D 3 bestehenden Doppelweg-Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, mittels des nachgeordneten, parallel in den Sekundärkreis geschalteten Ladekondensators C 2 geglättet und mittels der drei parallel zu dem Ladekondensator C 2 angeordneten Stabilisierungs-Dioden D 4 , D 5 , D 6 stabilisiert. Subsequently, the AC rectangular wave voltage U S by means of the from the rectifier diodes D 2, D 3 existing full-wave rectifier circuit is rectified, smoothed by means of the downstream connected in the secondary circuit in parallel with the charging capacitor C 2 and arranged parallel to the charging capacitor C 2 by means of the three Stabilization diodes D 4, D 5, D 6 stabilized. Man erhält auf diese Weise eine auf ± 2% stabile Ausgangs-Gleichspannung U A , die aufgrund des nicht notwendigen ohmschen Begrenzungswiderstandes im Sekundärkreis des Gegentaktübertragers 1 konstant ist. Obtained in this way, a stable within ± 2% DC output voltage U A, which is constant due to the unnecessary ohmic limiting resistor in the secondary circuit of the Gegentaktübertragers. 1 Bis zum Erreichen eines vorgegebenen, nicht zündfähigen Grenzwertes bei dem sekundärseitig fließenden Ausgangsstrom I A ist die Ausgangs- Gleichspannung U A also unabhängig von dem durch einen anliegen den Verbraucher gezogenen Ausgangsstrom I A . Until reaching a predetermined limit non-ignitable at the secondary side output current flowing I A DC output voltage U A is therefore independent of the current drawn by a consumer abut the output current I A.

Die Eigensicherheit der Stromversorgungseinrichtung wird erfindungsgemäß ausschließlich durch den induktiven Innen widerstand des Gegentaktübertragers 1 in Verbindung mit dem parallel zu dem Gegentaktübertrager 1 angeordneten Resonanz- Kondensator C 1 und der Umschalteinrichtung 4 gewährleistet. The intrinsic safety of the power supply device according to the invention exclusively by the internal resistance of the inductive Gegentaktübertragers 1 in connection with the arranged parallel to the push-pull transformer 1 resonance capacitor C 1 and the switching device 4 ensured.

Der konstante induktive Innenwiderstand des Gegentaktüber tragers 1 wird hierbei durch den Aufbau und die gegenseitige Anordnung der Primär-Teilwicklungen L 11 , L 12 zu den Sekundär- Teilwicklungen L 21 , L 22 im Sinne der in Fig. 2 gezeigten hohen Streuinduktivitäten LS 11 , LS 12 ; The constant inductive internal resistance of the counter clock wearer 1 is in this case by the structure and mutual arrangement of the primary winding portions L 11, L 12 to the secondary part windings L 21, L 22 in terms of the high leakage inductances shown in Fig. 2 LS 11, LS 12; LS 21 , LS 22 erreicht. LS 21, LS reaches 22nd Der kon stante induktive Innenwiderstand des Gegentaktübertragers 1 führt in Verbindung mit der vorher beschriebenen Ansteuerung dazu, daß erst bei Überschreiten des vorgegebenen nicht zünd fähigen Grenzwertes bei dem sekundärseitig fließenden Ausgangs strom I A das Magnetfeld im Gegentaktübertrager 1 zusammenbricht und damit die Ausgangs-Gleichspannung U A noch vor Erreichen der Zündfähigkeit eines explosiven Gasgemisches fast schlagartig zusammenbricht und den Ausgangsstrom I A begrenzt. The kon stante inductive internal resistance of the Gegentaktübertragers 1 results in connection with the previously described drive that not only upon exceeding the predetermined ignitable limit value at the secondary side flowing output current I A, the magnetic field in the push-pull transformer 1 collapses, and thus the DC output voltage U A almost abruptly collapses before reaching the ignition of an explosive gas mixture and the output current I a limited.

Durch die parallel in den Primärkreis geschalteten, zwischen der Umwandlungsvorrichtung 2 und dem Resonanz-Kondensator C 1 angeordneten Zener-Diode D 1 wird in vorteilhafter Weise eine ungewollte Erhöhung der Haupt-Gleichspannung U H verhindert, so daß damit schon ein mögliches Ansteigen des Ausgangstromes I A aufgrund einer Erhöhung der Haupt-Gleichspannung U H von vorn herein zuverlässig verhindert wird. Due to the connected in the primary circuit in parallel, between the conversion device 2 and the resonance capacitor C 1 arranged Zener diode D 1 is prevented from an undesired increase of the main DC voltage U H in an advantageous manner so that so that already a possible increase of the output current I a is reliably prevented due to an increase of the main DC voltage U H in advance.

Bei der in Fig. 1 gezeigten eigensicheren Stromversorgungsein richtung wird bei einem Ausfall eines der beiden MOS-Schalt transistoren T 1 , T 2 die Eigensicherheit nicht beeinträchtigt. In the embodiment shown in Fig. 1 intrinsically safe Stromversorgungsein direction is in a failure of one of the two MOS switching transistors T 1, T 2 does not affect the intrinsic safety. Wird zum Beispiel der MOS-Schalttransistor T 1 hochohmig, so fließt kein zerhackter Gleichstrom mehr durch die Primär- Teilwicklung L 11 , so daß sich bei funktionsfähigem MOS-Schalt transistor T 2 eine Leistungshalbierung ergibt. For example, when the switching MOS transistor T 1 high impedance, so no chopped direct current flows more through the primary winding part L 11 so that at functional MOS switching transistor T 2 results in a halving of power. Wird zum Beispiel der MOS-Schalttransistor T 1 jedoch niederohmig, so fließt durch die Primär-Teilwicklung L 11 , aufgrund der fehlenden Sperrwirkung beim MOS-Schalttransistor T 1 , kein zerhackter Gleichstrom, sondern nur Gleichstrom, so daß keine Transformierung der Spannung stattfinden kann und am Ausgang der eigensicheren Stromversorgungseinrichtung keine Ausgangs- Gleichspannung U A anliegt. However, if for example, the switching MOS transistor T 1 low impedance, so flows through the primary winding element L 11, due to the lack of barrier action when switching MOS transistor T 1, no chopped direct current, but only DC current, so that no transformation of the voltage can take place and at the output of the intrinsically safe power supply means no output is applied DC voltage U A. Die Primär-Teilwicklung L 11 wirkt bei niederohmigem MOS-Schalttransisotor T 1 als reiner ohmscher Widerstand, der zum Kurzschluß und zum Ansprechen der Sicherung in der Umwandlungsvorrichtung 2 führt. The primary winding part L 11 acts at low impedance MOS Schalttransisotor T 1 as a pure ohmic resistance, which leads to short-circuit and the response of the fuse in the conversion apparatus. 2

In Fig. 3 ist die Ansteuerung der beiden MOS-Schalttransistoren T 1 , T 2 der eigensicheren Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 1 schematisch dargestellt. In Fig. 3, the driving of the two switching MOS transistors T 1, T 2 of the intrinsically safe power supply device of FIG. 1 is shown schematically. Der obere Teil der Fig. 3 zeigt den Verlauf der an dem MOS-Schalttransistor T 1 angelegten Steuer spannung U T 1 , der untere Teil zeigt den Verlauf der an dem MOS-Schalttransistor T 2 angelegten Steuerspannung U T 2 . The upper part of Fig. 3 shows the profile of the voltage applied to the MOS switching transistor T 1 control voltage U T 1, the lower part shows the course of the voltage applied to the MOS switching transistor T 2 control voltage U T 2. Durch die Wahl eines überlappenden, im wesentlichen gleichgroßen Tastverhältnisses wird bei einem Gegentaktübertrager 1 mit einer symmetrisch geteilten Primärwicklung L 1 und einer symmetrisch geteilten Sekundärwicklung L 2 der Oberwellengehalt der rechteckförmigen Wechselspannung U S in vorteilhafter Weise verringert. By choosing an overlapping, equal-sized substantially duty cycle is reduced by a push-pull transformer 1 with a symmetrical split primary winding L 1 and a symmetrical split secondary winding L 2 of the harmonic content of the AC rectangular wave voltage U S in an advantageous manner.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Umwandlungsvorrichtung 2 der eigensicheren Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 1. Die Um wandlungsvorrichtung 2 besteht aus einem Gleichrichter 5 und einer nachgeschalteten getakteten Vorregelung 7 . Fig. 4 shows a circuit diagram of a conversion device 2 of the intrinsically safe power supply device according to Fig. 1. In order conversion device 2 is composed of a rectifier 5 and a downstream clocked precontrol. 7 Zwischen dem Gleichrichter 5 und der getakteten Vorregelung 7 ist eine Batterie B im Stand-By-Modus zwischengeschaltet, die bei Aus fall der Eingangsspannung U E kurzzeitig eine Gleichspannung von ca. 50 V zur Verfügung stellen kann. Between the rectifier 5 and the clocked Precontrol 7, a battery B is connected between the stand-by mode, which can provide for brief periods from falling of the input voltage U E is a DC voltage of about 50 V is available. Die getaktete Vorregelung 7 besteht aus einem parallel zwischen den aus gangsseitigen Anschlüssen des Gleichrichters 5 geschalteten Glättungskondensator C 3 , einem nachgeordneten Schalttransistor T 3 , der über seine Kollektor-Emitter-Strecke in den strom führenden Leiter geschaltet ist, und einer dem Schalttransistor T 3 nachfolgenden Speicherinduktivität L 3 , die ebenfalls in den stromführenden Leiter geschaltet ist. The clocked Precontrol 7 consists of a between the switched from aisle-side terminals of the rectifier 5 smoothing capacitor C3 in parallel, a downstream switching transistor T 3 which is connected via its collector-emitter path in the current-carrying conductor, and subsequent to the switching transistor T 3 storage inductance L 3 which is also connected in the current-carrying conductor. Die Basis des Schalt transistors T 3 ist mit dem Steuerausgang eines Taktgebers 6 verbunden, der sein Steuersignal über eine der Speicherinduk tivität L 3 nachgeordnete, parallel zu dem Glättungskondensator C 3 geschaltete Spannungsteiler-Schaltung R 1 , R 2 erhält. The base of the switching transistor T 3 is connected to the control output of a clock generator 6 which tivity its control signal over one of the L receives Speicherinduk 3 downstream, connected in parallel with the smoothing capacitor C 3 voltage dividing circuit R1, R.sub.2.

Bei Anlegen einer Eingangsspannung U E , bei der es sich sowohl um eine Gleichspannung im Bereich von 45 bis 300 V als auch um eine Wechselspannung im Bereich von 42 bis 220 V handeln kann, wird diese zunächst im Gleichrichter 5 gleichgerichtet. When applying an input voltage U E, which may both be a DC voltage in the range of 45 to 300 V and an AC voltage in the range of 42 to 220 V, this is first rectified in the rectifier. 5 Die Eingangsspannung U E braucht hierbei in vorteilhafter Weise, unabhängig vom Spannungswert, nur auf zB ± 30% stabilisiert zu sein, da durch die nachgeschaltete, getaktete Vorregelung 7 bei einem Ansteigen der Eingangsspannung U E die Einschaltdauer des Schalttransistors T 3 verkürzt und seine Ausschaltdauer verlängert wird bzw. bei einem Absinken der Eingangsspannung U E die Einschaltdauer des Schalttransistors T 3 verlängert und seine Ausschaltdauer verkürzt wird. The input voltage U E needs here in an advantageous manner, regardless of the voltage value to be stabilized only to, for example ± 30%, as reduced by the downstream clocked Precontrol 7 with an increase in the input voltage U E is the duty cycle of the switching transistor T 3 and extends its off- or is in a decrease in the input voltage U e increases the duty cycle of the switching transistor T 3 and its OFF time is shortened.

Diese Veränderung des Puls-Pausen-Verhältnisses in Abhängig keit von der Eingangsspannung U E erfolgt hierbei nicht spannungsgesteuert, sondern stromgesteuert, da das Steuersignal für den Taktgeber 6 erst nach der Integration des Eingangs stromes I E in der Speicherinduktivität L 3 , also nach der Bildung eines Strommittelwertes, abgegriffen wird. This change in the mark-space ratio in Dependent speed of the input voltage U E is this is not voltage-controlled, but current-controlled, since the control signal for the clock 6 after the integration of the input current i E in the storage inductor L 3, ie after the formation a current average value is taken. Durch diese vorteilhafte stromgesteuerte Taktung des Schalttransistors T 3 liegt am Ausgang der Umwandlungsvorrichtung 2 eine auf ± 10% stabilisierte Haupt-Gleichspannung U H an, die mittels der nachgeordneten Z-Diode D 1 begrenzt und auf etwa ± 5% stabi lisiert wird. This advantageous current-controlled timing of the switching transistor T 3 is a stabilized to within ± 10% of the main DC voltage U H is present at the output of the conversion device 2, which is limited by means of the downstream Zener diode D 1 and stable lisiert to about ± 5%. Die so erhaltene Haupt-Gleichspannung U H wird auf den in Fig. 1 beschriebenen Gegentaktübertrager 1 gegeben. The thus obtained main DC voltage U H is given to the one described in Fig. 1 push-pull transformer 1.

Claims (10)

  1. 1. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung mit einem Über trager, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, mit einer der Sekundärwicklung nachgeschalteten Gleichrichterschaltung und mit einer dieser folgenden Glät tungseinrichtung, sowie mit einer für die Absicherung erfor derlichen Anzahl von Stabilisierungs-Dioden, die der Glät tungseinrichtung nachgeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1. Intrinsically safe power supply device having a transformer having a primary winding and a secondary winding, processing device with one of the secondary winding connected downstream of the rectifier circuit and to one of these following be smoothed, as well as with a erfor sary for securing number of stabilizing diodes arranged downstream of be smoothed processing device are characterized by the following features:
    • a) Als Übertrager ist ein Gegentaktübertrager ( 1 ) vorgesehen, dessen Primärwicklung ( L 1 ) und Sekundärwicklung ( L 2 ) im Sinne hoher Streuinduktivitäten ( LS 11 , LS 12 ; LS 21 , LS 22 ) zuein ander angeordnet sind und der einen konstanten induktiven Innenwiderstand aufweist, über den ein Ausgangsstrom ( I A ) begrenzbar ist; a) As exchanger a push-pull transformer (1) is provided, whose primary winding (L 1) and secondary winding (L 2) (meaning high leakage inductance LS 11 LS 12; LS 21, LS 22) are arranged zuein other and a constant inductive has internal resistance, over which an output current (I a) can be limited;
    • b) auf der Primärseite des Gegentaktübertragers ( 1 ) ist eine Umwandlungsvorrichtung ( 2 ) zur Umwandlung der Eingangs spannung ( U E ) in eine Haupt-Gleichspannung ( U H ) vorgesehen; b) (on the primary side of Gegentaktübertragers 1) is provided a conversion device (2) for converting the input voltage (U E) (in a main DC voltage U H);
    • c) den Primär-Teilwicklungen ( L 11 , L 12 ) und der Umwandlungsvor richtung ( 2 ) ist eine zyklisch getaktete Umschalteinrichtung ( 4 ) zugeordnet, durch die die Haupt-Gleichspannung ( U H ) alternierend an die Primär-Teilwicklungen ( L 11 , L 12 ) schalt bar ist. c) the primary part windings (L 11, L 12) and the Umwandlungsvor device (2) is associated with a cyclically clocked switching means (4) through which the main DC voltage (U H) (alternately to the primary winding portions L 11, L 12) is switching bar.
    • d) zwischen der Umwandlungsvorrichtung ( 2 ) und der Primärwick lung ( L 1 ) ist über die Umschalteinrichtung ( 4 ) zumindest ein Resonanz-Kondensator ( C 1 ) parallel zu der jeweiligen Primär- Teilwickung ( L 1 bzw. L 2 ) schaltbar; d) averaging between the conversion device (2) and the primary Wick (L 1) via the switching device (4) at least one resonant capacitor (C 1) in parallel with the respective primary Teilwickung (L 1 and L 2) switchable;
  2. 2. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsvorrichtung ( 2 ) eine Vorregelung nach dem Linear regler-Prinzip umfaßt, über welche die Eingangsspannung ( U E ) in eine geglättete und vorstabilisierte Haupt-Gleichspannung ( U H ) umwandelbar ist. 2. Intrinsically safe power supply device according to claim 1, characterized in that the conversion device (2) comprises a pre-regulation after the linear regulator principle, by which the input voltage (U E) in a smoothed and prestabilized main DC voltage (U H) is convertible.
  3. 3. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwand lungsvorrichtung ( 2 ) eine getaktete Vorregelung ( 7 ) umfaßt, die einem Gleichrichter ( 5 ) nachgeschaltet ist und die aus einem parallel zwischen den ausgangsseitigen Anschlüssen des Gleich richters ( 5 ) geschalteten Glättungskondensator ( C 3 ), einer nachgeordneten, in den stromführenden Leiter geschalteten Reihenschaltung aus einem Schalttransistor ( T 3 ) und einer die sem folgenden Speicherinduktivität ( L 3 ) besteht, wobei der Schalttransistor ( T 3 ) in Abhängigkeit von der Eingangsspannung ( U E ) über einen Taktgeber ( 6 ) taktbar ist, dessen Steuersignal über eine der Speicherinduktivität ( L 3 ) nachgeordnete, paral lel zum Glättungskondensator ( C 3 ) geschaltete Spannungs teiler-Schaltung ( R 1 , R 2 ) abgreifbar ist. 3. switched Intrinsically safe power supply device according to claim 1, characterized in that the Encrypt averaging device (2) a clocked pre-control (7) which is connected downstream of a rectifier (5) and consisting of an output-side parallel between the terminals of the rectifier (5) smoothing capacitor (C 3), a downstream connected in the current-carrying conductor series circuit of a switching transistor (T 3) and a SEM following storage inductance (L 3), wherein the switching transistor (T 3) in response to the input voltage (U e) a clock generator (6) is be clocked, the control signal via the storage inductance (L 3) downstream, paral lel to the smoothing capacitor (C 3) connected voltage divider circuit (R 1, R 2) can be tapped.
  4. 4. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die ausgangsseitigen Anschlüsse des Gleichrichters ( 5 ) eine Batterie ( B ) geschaltet ist. 4. Intrinsically safe power supply device according to claim 3, characterized in that the output-side terminals of the rectifier (5) is connected to a battery (B).
  5. 5. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Haupt-Gleichspannung ( U H ) stabilisierende und begrenzende Zener-Diode ( D 1 ) der Umwandlungsvorrichtung ( 2 ) nachgeschaltet ist. 5. Intrinsically safe power supply device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a (U H) stabilizing and limiting Zener diode (D 1), the main DC voltage is connected downstream of the conversion device (2).
  6. 6. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung ( 4 ) zyklisch getaktete MOS-Schalt transistoren ( T 1 , T 2 ) umfaßt. 6. Intrinsically safe power supply device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the switching means (4) cyclically clocked MOS switching transistors (T 1, T 2).
  7. 7. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS-Schalttransistoren ( T 1 , T 2 ) über einen quarzstabilen Taktgeber ( 3 ) taktbar sind. 7. Intrinsically safe power supply device according to claim 6, characterized in that the MOS switching transistors (T 1, T 2) are be clocked by a crystal controlled clock (3).
  8. 8. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS-Schalttransistoren ( T 1 , T 2 ) in einem überlappenden, im wesentlichen gleichgroßen, Tastverhältnis taktbar sind. 8. Intrinsically safe power supply device according to claim 6 or 7, characterized in that the MOS switching transistors (T 1, T 2) can be pulsed in an overlapping, equal-sized substantially duty cycle.
  9. 9. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung als Doppelweg-Gleichrichter schaltung ausgebildet ist, wobei jeweils zumindest eine in Reihe zu den Sekundär-Teilwicklungen ( L 21 , L 22 ) geschaltete Gleichrichter-Diode ( D 2 bzw. D 3 ) vorgesehen ist. 9. Intrinsically safe power supply device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the rectifier circuit is designed as a full-wave rectifier circuit, wherein in each case at least one in series with the secondary part windings (L 21, L 22) connected rectifier diode (D 2 or D 3) is provided.
  10. 10. Eigensichere Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungseinrichtung aus zumindest einem parallel in den Sekundärkreis geschalteten Ladekondensator ( C 2 ) besteht. 10. Intrinsically safe power supply device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the smoothing means is composed of at least one connected into the secondary circuit in parallel with the charging capacitor (C 2).
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