DE3926351A1 - Speisevorrichtung mit wenigstens einer ersatzspeisequelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1 angegebene Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Ersatzspeisequelle.

Eine derartige Speisevorrichtung ist zum Beispiel aus der US 38 90 559 bekannt.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird ein elektrischer Verbraucher aus zwei Speisequellen versorgt. Beide Speisequel­ len sind über je eine Diode mit dem gemeinsamen Verbraucher verbunden. Fällt eine der beiden Speisequellen aus, so über­ nimmt die andere Speisequelle die volle Versorgung des Verbrau­ chers. Auf diese Weise kann bei wichtigen elektronischen Systemen erreicht werden, daß ein Ausfall von Speisequellen nicht die von diesen Speisequellen versorgten wichtigen elektronischen Systeme außer Betrieb setzt. Dabei sind allerdings je Verbraucher zwei Speisequellen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speisevorrichtung, bei der mehrere elektrische Verbraucher aus je einer eigenen Speisequel­ le mit Versorgungsspannung versorgt werden, so auszubilden, daß sich mit vergleichsweise geringem Aufwand eine redundante Spei­ sung der Verbraucher ergibt.

Gemäß der Erfindung wird die Speiseeinrichtung zur Lösung dieser Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 an­ gegebenen Weise ausgebildet. Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Speisevorrichtung, bei der mehrere elektri­ sche Verbraucher aus je einer eigenen Betriebsspeisequelle ge­ speist werden, bei redundanter Speisung aller Verbraucher mit einer einzigen Ersatzspeisequelle auskommt. Bei besonders hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit kann die Ersatzspeisequelle ihrerseits durch eine an sich redundante Stromversorgungsvor­ richtung gebildet sein.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9.

Ein besonders geringer Grundaufwand ergibt sich, wenn nach Anspruch 2 die Verbraucher jeweils unmittelbar an den Ausgang der zugeordneten Betriebsspeisequelle angeschlossen sind. In diesem Fall brauchen übliche Anordnungen mit Betriebsspeise­ quelle und zugeordnetem Verbraucher lediglich einen zusätzli­ chen Anschluß, um eine eventuelle Ergänzung durch die Ersatz­ speisequelle zu ermöglichen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei den Betriebsspeisequellen um Teile von Stromversorgungseinrichtungen handelt, die zusammen mit dem Verbraucher in ein und derselben Baueinheit untergebracht sind und gegebenenfalls auch ohne Ersatzspeisequelle bei möglichst hohem Wirkungsgrad der Speisung Verwendungen finden sollen.

Soll bei besonders hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit die Speisung der Verbraucher auch für den Fall aufrechterhalten werden, daß am Ausgang einer der Betriebsspeisequellen ein Kurzschluß auftritt, so wird die Speisevorrichtung zweckmäßi­ gerweise entsprechend Anspruch 3 ausgebildet.

Die Betriebsspannungsquellen und die Verbraucher können jeweils eigene Baueinheiten, insbesondere eigene Steckbaugruppen sein, wobei die Betriebsspannungsquellen vorzugsweise geregelte Span­ nungsumrichter und die Verbraucher elektronische Einrichtungen der Nachrichten-, Meß-, Datentechnik oder dergleichen sind.

Vorzugsweise werden nach Anspruch 4 Betriebsspannungsquelle und Verbraucher in einer gemeinsamen Baueinheit untergebracht. Die Maßnahmen nach Anspruch 5 haben den Vorteil, daß Baueinheiten mit elektronischen Einrichtungen bei besonders geringem Grund­ aufwand wahlweise mit oder ohne redundante Speisung Verwendung finden können.

Man kann die Leistung der Ersatzspeisequelle im Hinblick auf die Gesamtleistung aller Verbraucher oder mehrerer der Verbrau­ cher bemessen, die in die redundante Stromversorgung einbezogen sind. Ist ein gleichzeitiger Ausfall mehrerer Betriebsspeise­ quellen sehr unwahrscheinlich, so wird die maximal abgebbare Leistung der Ersatzspeisequelle zweckmäßigerweise entsprechend Anspruch 6 bemessen.

Die Maßnahmen nach Anspruch 7 haben den Vorteil, daß beim Kurz­ schluß eines der Verbraucher die Ersatzspeisequelle nicht über­ lastet wird.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 gestattet es, Störungen von Betriebsspeisequellen auf besonders einfache Weise festzustellen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 10 ist auch im Hinblick auf die vorgesehene Überwachung mit einem besonders geringen Grundauf­ wand verbunden.

Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Speisevorrichtung zur Speisung mehrerer elektrischer Verbraucher.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Speisevorrichtung sind mehrere Bau­ einheiten 11...1 n und 5 vorgesehen, die sich in eine in der Figur nicht dargestellte Aufnahmevorrichtung einsetzen lassen. Die Baueinheiten 11...1 n enthalten jeweils eine Betriebsspeise­ quelle 21...2 n und einen daran angeschlossenen elektrischen Verbraucher 41...4 n, dessen Speiseeingang 410...4 n 0 an den Ausgang der zugeordneten Betriebsspeisequelle 21...2 n ange­ schlossen ist.

Der Verbraucher 41...4 n ist mit seinem Speiseeingang 410...4 n 0 vorzugsweise unmittelbar an den Ausgang der zugeordneten Be­ triebsspeisequelle 21...2 n angeschlossen. Gegebenenfalls kann zwischen Betriebsspeisequelle 21...2 n und dem Speiseeingang 410...4 n 0 des zugeordneten Verbrauchers 41...4 n jeweils eine für den Betriebsspeisestrom in Durchlaßrichtung gepolte Diode 31...3 n eingefügt sein. Dieser Sachverhalt wird durch strich­ lierte Darstellung der Dioden 31...3 n zum Ausdruck gebracht.

Die Baueinheiten 11...1 n enthalten als Verbraucher 41...4 n vorzugsweise wichtige elektronische Systeme, deren Versorgung mit Versorgungsspannung eine große Verfügbarkeit aufweisen soll. Die Betriebsspeisequellen 21...2 n sind jeweils zusammen mit einem elektronischen System als elektrischem Verbraucher in derselben Baueinheit 11...1 n untergebracht sind. Die Speiseein­ gänge 410...4 n 0 der Verbraucher 41...4 n sind unmittelbar mit den äußeren Anschlüssen b 1...bn der Baueinheiten 11...1 n ver­ bunden.

Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel können die Betriebsspannungsquellen 21...2 n und die Verbraucher 41...41 n gegebenenfalls in getrennten Baueinheiten untergebracht sein.

Die Baueinheit 5 enthält die Ersatzspeisequelle 50 und die an deren Speiseausgang angeschlossene Vorrichtung 50 a zur Span­ nungsüberwachung. Der Ausgang der Ersatzspeisequelle 50 ist über je eine Diode 51...5 n an die äußeren Anschlüsse b 1...bn der Baueinheiten 11...1 n geführt.

Die Betriebsspeisequellen 21...1 n und die Ersatzspeisequelle 50 werden jeweils an ihrem Speiseeingang a 0...an mit Versorgungs­ spannung, vorzugsweise aus einer zentralen Stromversorgungs­ einrichtung gespeist. Die Betriebsspeisequellen 21...2 n und die Ersatzspeisequelle 50 sind vorzugsweise dezentrale Teile einer Stromversorgungseinrichtung, insbesondere getaktete Schalt­ regler bzw. Gleichspannungsumrichter mit geregelter Ausgangs­ spannung.

Die Verbraucher 41...4 n sind insbesondere durch die Zweipole gebildet, die an den Speiseeingängen von elektronischen Ein­ richtungen wirksam sind, wie sie insbesondere in Einrichtungen der Nachrichten-, Daten-, Meßtechnik oder dergleichen Verwen­ dung finden.

Die Vorrichtung 50 a zur Spannungsüberwachung ist mit ihrem Eingang c 0 an den im Speiseausgang der Ersatzspeisequelle 50 und mit ihren weiteren Eingängen c 1...cn an die Überwachungs­ ausgänge d 1...dn der Baueinheiten 11...1 n angeschlossen. Sie ist zusammen mit der Ersatzspeisequelle 50 in der Baueinheit 5 untergebracht, kann jedoch gegebenenfalls als eigene Bauein­ heit, insbesondere als eigene Leiterplattenbaugruppe ausgebil­ det sein.

Gegebenenfalls können eine oder mehrere weitere Baueinheiten 5 vorgesehen werden, die dann zur Baueinheit 5 parallel zu schal­ ten sind. In diesem Fall genügt es, in einer der Ersatzspeise­ einrichtungen eine Überwachungsvorrichtung vorzusehen.

Die in der Figur gezeigte Speisevorrichtung ermöglicht eine redundante Speisung mehrerer, aus je einer eigenen Speisequelle gespeisten Verbraucher mit besonders geringem Grund- und Zu­ satzaufwand. Insbesondere bei wichtigen elektronischen Systemen kann so sichergestellt werden, daß ein Ausfall von Betriebs­ spannungsquellen nicht auch die von diesen Betriebsspannungs­ quellen versorgten wichtigen elektronischen Systeme außer Betrieb gesetzt werden.

Die Speisevorrichtung gestattet es, einer praktisch unbegrenz­ ten Anzahl von wichtigen elektronischen Systemen nur eine einzige Vorrichtung zur Ersatz-Stromversorgung zuzuordnen. Die Leistung dieser Vorrichtung braucht nur so groß wie der Bedarf eines einzigen elektronischen Systems bzw. des elektronischen Systems mit der größten Leistungsaufnahme zu sein. Beim Ausfall einer der Betriebsspannungsquellen speist die Ersatzspeisequel­ le 50 das ansonsten mangels Betriebsspannung gestörte elektro­ nische System weiter.

Die der Betriebsspannungsquelle zugeordneten, zur Entkopplung dienenden Dioden 31...3 n verhindern, daß beim Auftreten eines Kurzschlusses am Ausgang einer der Betriebsspeisequellen 21...2 n auch die Ersatzspeisequelle 50 an ihrem Ausgang kurzge­ schlossen wird. Diese Dioden 31...3 n können jeweils durch eine elektrische Verbindung ersetzt werden, insbesondere dann, wenn ein Kurzschluß am Ausgang einer der Betriebsspeisequellen 21...2 n sehr unwahrscheinlich ist und die Ersatzspeisequelle 50 mit einer Vorrichtung zur Strombegrenzung, einer insbesondere elektronischen Sicherung oder dergleichen versehen ist.

Die Ersatzspeisequelle 50 geht oberhalb ihres Nennlastberei­ ches in den Zustand der Strombegrenzung über. Bei intakten Betriebsspeisequellen kann die Ersatzspeisequelle 50 etwas zur Versorgung der Verbraucher 41...4 n mit Strom beitragen. Fällt eine der Betriebsspeisequellen aus, so übernimmt die Ersatz­ speisequelle 50 die Speisung des betreffenden Verbrauchers und gelangt dabei an die Grenze ihres Nennlastbereiches. Die Aus­ gangsspannung der Ersatzspeisequelle 50 sinkt daher etwas ab. Die Dioden 51...5 n bewirken in diesem Fall, daß die Ersatz­ speisequelle nur noch den einen Verbraucher speist, dessen Betriebsspannungsquelle ausgefallen ist. Die Überwachungsvor­ richtung 50 a stellt den Ausfall des für die Funktion der Be­ triebsspeisequelle charakteristischen Kriteriums an d 1...dn oder den Abfall der Speisespannung fest und meldet den Fehler. Diese Fehlermeldung ist mit der Aufforderung verbunden, die defekte Betriebsspannungsquelle oder die Baueinheit mit der defekten Be­ triebsspannungsquelle durch eine intakte zu ersetzen. Danach steht die Ersatzspeisequelle 50 wieder allen Verbrauchern zur Verfügung.

Um auch Betriebsspannungsausfälle ohne den Einsatz der Entkop­ peldioden 31...3 n feststellen zu können, haben die Betriebsspan­ nungsquellen 21...2 n jeweils einen Überwachungsausgang d 1...dn, an dem eine den Betriebszustand der Betriebsspeisequelle charak­ terisierende Spannung liegt. Dieser Überwachungsausgang ist ins­ besondere der Ausgang eines zusätzlichen Ausgangskreises. Ist die Betriebsspeisequelle ein Umrichter mit Transformator, so ist der zusätzliche Ausgangskreis insbesondere an eine Hilfswicklung des Transformators angeschlossen und mit einem Gleichrichter versehen.

Anstelle der Hilfswicklung kann zweckmäßigerweise jeweils eine Hilfsgleichrichterschaltung Verwendung finden, deren Eingang pa­ rallel zum Eingang des betreffenden Betriebsgleichrichters liegt und deren Ausgang den Überwachungsausgang d 1...dn bildet. Diese Hilfsgleichrichterschaltung besteht vorzugsweise aus einer T-Schaltung mit einer Diode und einem Widerstand in den Längs­ zweigen und einem Kondensator im Querzweig, wobei die Diode an der Wicklung und der dazu in Serie angeordnete Widerstand am Ausgang d 1...dn liegt. Der Widerstand dient als Schutzwiderstand f- für die Betriebsspeisequelle und gewährleistet, daß die Be­ triebsspeisequelle nicht durch einen unbeabsichtigten Kurzschluß am Überwachungsausgang gestört werden kann. Die Schaltelemente der Hilfsgleichrichterschaltung können insbesondere oberflächen­ montierte Bauelemente sein und lassen sich daher auf sehr klei­ nem Raum unterbringen.

Claims (7)

1. Speisevorrichtung zur Speisung mehrerer elektrischer Verbrau­ cher (41...4 n) aus je einer eigenen Betriebsspeisequelle (21...2 n), wobei für wenigstens einen der elektrischen Verbrau­ cher (41...4 n) eine Ersatzspeisequelle vorgesehen ist, die die­ sen Verbraucher bei Ausfall der ihm zugeordneten Betriebsspeise­ quelle mit einem Ersatzspeisestrom speist und wobei zwischen dem Ausgang der Ersatzspeisequelle und dem Verbraucher eine für den Ersatzspeisestrom in Durchlaßrichtung gepolte Diode angeordnet ist, wobei wenigstens eine Ersatzspeisevorrichtung vorgesehen ist, bei der die Verbraucher (41...4 n) über je eine eigene Dio­ de (51...5 n) an eine gemeinsame Ersatzspeisequelle (50) ange­ schlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher (41...4 n) jeweils unmittelbar an den Ausgang der zugeordneten Betriebsspeisequelle (21...2 n) angeschlossen sind, daß die Ersatzspeisequelle (50) eine Konstantspannungsquel­ le mit einer Vorrichtung zur Strombegrenzung enthält.

2. Speisevorrichtung nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher (41...4 n) jeweils zusammen mit der ihr zugeordneten Betriebsspeisequelle (21...2 n) als eigene Bauein­ heiten (11...1 n) ausgebildet sind und daß diese Baueinheiten (11...1 n) zusammen mit einer zusätzlichen, die Ersatzspeise­ quelle (50) enthaltenden Baueinheit (5) in eine gemeinsame Aufnahmevorrichtung einsetzbar sind.

3. Speisevorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (41...4 n) jeweils der am Speiseeingang einer elektronischen Einrichtung wirksame Widerstand ist.

4. Speisevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Ersatzspeisequelle (50) nur in bezug auf den Verbraucher (41..4 n) mit dem größten Leistungsbedarf bemessen ist.

5. Speisevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Überwachungsvorrichtung (50 a) zur Überwachung der Aus­ gangsspannung der Ersatzspeisequelle (50) und/oder eines für die Funktion charakteristischen Kriteriums je vorgesehener Betriebsspeisequelle (21...2 n) enthält.

6. Speisevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Betriebsspeisequellen (21...2 n) als Umrichter jeweils die an einer Hilfsgleichrichterschaltung lie­ gende Spannung überwacht wird.

7. Speisevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatzspannungsquelle (50) und die Überwachungsvorrich­ tung (50 a) gemeinsam in ein und derselben Baueinheit (5) unter­ gebracht sind.