DE4015672C2 - - Google Patents
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B3/00—Line transmission systems
- H04B3/02—Details
- H04B3/44—Arrangements for feeding power to a repeater along the transmission line
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung des
Anlaufverhaltens eines Schaltreglers, welcher über einen
Widerstand an einer Gleichspannungsquelle betrieben wird.
Wenn Schaltregler über einen Widerstand, insbesondere den
Leitungswiderstand eines Kommunikationsnetzes betrieben
werden, kann der Schaltregler in einen Reglerarbeitspunkt
gelangen, aus dem er selbständig nicht mehr herauskommen kann.
Dieser Fall tritt beispielsweise dann ein, wenn die Belastung
des Schaltreglers so groß wird, daß die Eingangsspannung des
Schaltreglers kleiner wird als die minimal notwendige und
damit ein Hochlaufen des Schaltreglers nicht mehr möglich ist.
Als Speisespannung sei hier jene Spannung definiert, die am
leitungsfernen Ende des Schaltreglers beispielsweise zwischen
den Klemmen der Amtsbatterie auftritt. Um einen solchen
unerwünschten Reglerarbeitspunkt zu vermeiden, ist es
prinzipiell möglich, einen Komparator zu verwenden, der eine
Freigabe des Schalttransistors nur dann zuläßt, wenn eine
Eingangsspannungsschwelle größer als die Hälfte der
Speisespannung überschritten wird.
Aus der GB-PS 15 91 072 ist ein Schaltregler bekannt, bei dem
das Schaltregler-Stellglied vom Ausgangssignal eines
Komparators leitend steuerbar ist. Der Komparator vergleicht
ein zum Strom durch das Schaltregler-Stellglied proportionales
Signal, welches direkt von einem Strommeßwiderstand über eine
Diode zum Vergleichseingang des Komparators geführt ist, mit
einem Referenzsignal.
Aus der DE 37 01 395 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines
Schaltreglers bekannt, bei dem ein derartiger
Reglerarbeitspunkt nicht angenommen werden kann, indem der
Schaltregler so lange blockiert wird bis sein
Eingangskondensator geladen ist. Sollte der Spannungsabfall am
Schaltreglerstellglied kleiner als die Eingangsspannung
werden, wird der Schaltregler blockiert, bis ein Wiederanlauf
möglich ist. Beim Verfahren gemäß der DE 37 01 395A1 wird der
Energieaufnahmestrom des Schaltreglers gemessen und bei
Erreichen eines vorgegebenen Wertes das Schaltreglerstellglied
abgeschaltet. Aus der DE 35 13 625 A1 ist ebenfalls ein
Schaltregler bekannt, der über einen Leitungswiderstand eines
Kommunikationsnetzes betrieben wird. Zur Vermeidung
unkontrollierter Betriebszustände sind auch dort
Schutzmaßnahmen getroffen: Verzögerung des Einsatzes der
Regelung des Pulsbreitenmodulators, Begrenzung des
Energieaufnahmestroms des Schaltreglers, Pufferung durch einen
Energiespeicher am Eingang des Schaltreglers.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es ausgehend von DE 37 01 395 A1 ein Verfahren zur
Beeinflussung des Anlaufverhaltens eines Schaltreglers
anzugeben, welches insbesondere in einem Fernspeisenetz ein
sicheres Anlaufen ohne nachteilige Auswirkung auf die
Regelmöglichkeiten gewährleistet, d. h. insbesondere
sicherstellt, daß der Schaltregler nicht einen Arbeitspunkt
annehmen kann, aus dem er selbsttätig nicht mehr herauskommen
kann. Außerdem soll ein Schaltregler insbesondere zum
Durchführen dieses Verfahrens und eine Anwendung aufgezeigt
werden. Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die
Schritte des Patentanspruchs 1, bezüglich des Schaltreglers
durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 und bezüglich der
Anwendung durch den Patentanspruch 4 gelöst. Der
Patentanspruch 2 betrifft eine Weiterbildung des Verfahrens
nach Patentanspruch 1.
Durch die Maßnahmen der Erfindung stellen sich folgende
Vorteile ein: Beim Anlauf des Schaltreglers ist eine
definierte Eingangskennlinie vorgegeben, die unerwünschte
Betriebszustände verhindert. Auch bei Kaskadierung von
mehreren Schaltreglern in einem Gleichspannungs-Fernspeisesystem
ist ein sicherer Anlauf gewährleistet. Es
treten keine Arbeitspunkte eines Schaltreglers auf von denen
aus ein selbsttätiger Anlauf nicht möglich ist. Anhand der
Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nun
näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines
Schaltreglers mit dem das
Verfahren nach der Erfindung
ausgeführt werden kann,
Fig. 2 in Kette geschaltete Schaltregler,
Fig. 3 eine Anlaufkennlinie eines
Schaltreglers,
Fig. 4 die Ableitung der Steuerimpulse
für das Schaltreglerstellglied,
Fig. 5 einen Stromlaufplan zur Steuerung
des Stellgliedes eines Schaltreglers
gemäß dem Verfahren nach der Erfindung.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein Schaltregler SR über einen
Widerstand RL, z. B. der ohmsche Widerstand eines
Fernspeiseabschnitts, an einer Gleichspannungsquelle QU
betrieben.
Als Eingangsspannung UE des Schaltreglers steht nicht die volle
Quellenspannung der Gleichspannungsquelle QU zur Verfügung,
sondern die um den Spannungsabfall am Widerstand RL verminderte
Spannung. Die Eingangsspannung UE liegt an der Serienschaltung
bestehend aus der Primärwicklung W1 der Schaltregler-
Induktivität LS und dem Schaltreglerstellglied, hier als
Feldeffekttransistor F1 ausgebildet. Parallel zu dieser
Serienschaltung liegt ein Kondensator CE. Die Sekundärwicklung
W2 der Schaltregler-Induktivität LS ist in üblicher Weise mit
einem Gleichrichter GR und einem ausgangsseitigen
Glättungskondensator CA beschaltet, an welchem die
Ausgangsspannung UA des Schaltreglers abnehmbar ist. Die
Steuerung des Feldeffekttransistors F1 erfolgt beim
Ausführungsbeispiel über eine Steuerschaltung PBM, die einen
Pulsbreitenmodulator enthält und in üblicher Weise (vgl.
beispielsweise Valvo Techn. Informationen für die Industrie
76 10 27, Schaltnetzteile mit Transistoren der Reihe BUX 80,
Oktober 1976; Siemens Components 18, Heft 2, 1980, Seite 82
bis 88) aufgebaut ist. Im Normalbetrieb wird die Pulsbreite
der Steuerimpulse für den Feldeffekttransistor F1 in
Abhängigkeit der Höhe der Ausgangsspannung UA verändert.
Hierzu ist zur Überwachung der Ausgangsspannung UA ein
Regelverstärker RV im Ausgangskreis des Schaltreglers
vorgesehen. Über einen Optokoppler OK wird das Ausgangssignal
des Regelverstärkers RV zum Pulsbreitenmodulator PBM
übertragen. Zur Beeinflussung des Anlaufverhaltens des
Schaltreglers ist ein Fehlerverstärker OP1 vorgesehen, dessen
Ausgang mit einem weiteren Steuereingang der Steuerschaltung
PBM verbunden ist. Dieser Fehlerverstärker OP1 ist
eingangsseitig folgendermaßen beschaltet:
- - der erste Eingang ist einerseits über einen ersten Widerstand R1 mit einer Referenzspannungsquelle QR und andererseits über einen zweiten Widerstand R2 mit einer gesteuerten Stromquelle QI verbunden,
- - der zweite Eingang ist über den aus den Widerständen R3 und R4 bestehenden Spannungsteiler mit der Eingangsspannung UE beaufschlagt.
Der erste Eingang des Fehlerverstärkers OP1 ist somit mit
einer Differenzspannung Uref, beaufschlagt, die aus der
Differenz der an der Referenzspannungsquelle QR anstehenden
Referenzspannung Uref und einer Hilfsspannung UH besteht. Die
Hilfsspannung UH entspricht dem Spannungsabfall am Widerstand
R1 : UH = R1 · IQ, wobei IQ den von der Stromquelle QI
getriebenen Strom darstellt. Die Stromquelle QI wird in
Abhähgigkeit der augenblicklichen Höhe des
Energieaufnahmestromes IE des Schaltreglers gesteuert. Zur
Erfassung des Energieaufnahmestromes IE ist hierzu ein
Stromsensor SI vorgesehen, z. B. ein Stromwandler oder ein
Strommeßwiderstand, der mit dem Steuereingang der Stromquelle
QI verbunden ist. Die Hilfsspannung UH und der
Energieaufnahmestrom IE sind durch diese Beschaltung
zueinander proportional. Der Proportionalitätsfaktor wird so
gewählt wie die Steigung jener Kennlinie, die sich aus einer
Mehrzahl von in Kette geschalteten und gleich aufgebauten
Schaltreglern SR1, SR2, . . . SRn ergibt, die von der
Gleichspannungsquelle QU gemeinsam gespeist werden und jeweils
durch einen Leitungswiderstand R voneinander getrennt sind
(Fig. 2). Die Arbeitspunkte AP der Schaltregler liegen knapp
über dieser Kennlinie (Fig. 3).
Die Eingangskennlinie eines Schaltreglers nach der Erfindung
setzt sich gemäß Fig. 3 aus folgenden Stücken zusammen:
Im Teilstück I bewegt sich UE zwischen 0 und Umax; es gilt dort: Energieaufnahmestrom IE = 0,
Im Teilstück I bewegt sich UE zwischen 0 und Umax; es gilt dort: Energieaufnahmestrom IE = 0,
Im Teilstück II bewegt sich UE zwischen Umax und Umin; es
gilt: UE = Umax-K · IE.
Dieses Kennlinienstück wird durch die Beziehung:
Uref′ - R1 · IQ
nachgebildet. Der Proportionalitätsfaktor K ist, wie der
Vergleich zeigt, durch den Widerstand R1 vorgebbar.
Im dritten Teilstück III gilt: UE = Umin.
Die Spannung Umin entspricht z. B. der halben Quellenspannung
der Gleichspannungsquelle QU. Die Spannung Umax ist die
maximal auftretende Spannung am Eingang eines Schaltreglers.
Je nach Belastung geht die Schaltregler-Kennlinie nach dem
Anlaufvorgang von der Anlaufkennlinie ausgehend in eine der in
Fig. 3 dargestellten Leistungshyperbeln über.
Wie die Fig. 4 zeigt, werden die Steuerimpulse bezüglich ihrer
Impulslängen te (Einschaltung des Schaltreglerstellgliedes) im
Gegensatz zu den Impulslängen ta (Ausschaltung des
Schaltreglerstellgliedes) im Falle 1:
UE′ < Uref′ verkleinert mit UE′=UE · R4/(R3+R4)
und im Falle 2:
UE′ < Uref′ vergrößert.
Ein Unterschreiten der durch die Kennlinienstücke I bis III
vorgegebenen Linie ist somit ausgeschlossen - undefinierte und
unerwünschte Betriebszustände können somit nicht auftreten.
In Fig. 5 ist ein Stromlaufplan zur Steuerung des
Schaltreglerstellgliedes F1 dargestellt. Der Stromsensor SI
für den Eingangsstrom IE besteht aus dem Stromwandler SW. Der
vom Stromwandler erfaßte Eingangsstrom IE wird integriert
(R5, C1) und der aus dem Operationsverstärker Op2 und dem
Feldeffekttransistor F2 gebildeten Stromquelle QI als
Steuersignal zugeführt. Als Steuerschaltung PBM mit
integriertem Pulsbreitenmodulator ist hier der Baustein 3843
von Unitrode verwendet. Die Referenzspannung Uref am Pin 8
dieses Bausteins ist erst dann verfügbar, wenn die
Versorgungsspannung UV, zugeführt am Pin 7, einen Schwellwert
überschritten hat. Für einen langsamen Anlauf ist hier eine
zusätzliche Beschaltung vorgesehen, bestehend aus den
Feldeffekttransistoren F3 und F4 und dem Bipolartransistors
T1. Wenn die Referenzspannung Uref erscheint, wird der
Feldeffekttransistor F3 leitend. Dies führt zum Sperren des
Feldeffekttransistors F4. Über den nun freigegebenen
Bipolartransistor T1, der über Pin1 auf den
Pulsbreitenmodulator einwirkt, wird letzterer freigegeben und
die Steuerung erfolgt nun über das Ausgangssignal des
Optokopplers OK und das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers OP1.
Claims (4)
1. Verfahren zur Beeinflussung des Anlaufverhaltens eines
Schaltreglers, welcher über einen Widerstand (RL) an einer
Gleichspannungsquelle (QU) betrieben wird mit folgenden
Schritten:
- - Erfassen eines Signals proportional zur Eingangsspannung (UE) des Schaltreglers,
- - Erfassen eines Signals proportional zum Energieaufnahmestrom (IE) des Schaltreglers,
- - Steuern einer Stromquelle (QI) in Abhängigkeit des Energieaufnahmestroms (IE),
- - Beaufschlagen eines auf die Steuerschaltung (PBM) des Schaltreglerstellgliedes (F1) wirkenden Fehlerverstärkers (OP1) mit dem eingangsspannungsproportionalen Signal des Schaltreglers einerseits und einer Differenzspannung (Uref′) andererseits, die aus der Differenz einer vorgegebenen Referenzspannung (Uref) und einer Hilfsspannung (UH) gebildet wird, wobei die Hilfspannung (UH) jeweils proportional zur augenblicklichen Höhe des von der Stromquelle (QI) getriebenen Stromes (IQ) gewählt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung
(UH) und der Energieaufnahmestrom (IE) des Schaltreglers
proportional zueinander gewählt werden und daß der
Proportionalitätsfaktor so gewählt wird, wie die Steigung jener
Kennlinie, die sich aus den Arbeitspunkten einer Mehrzahl von in
Kette geschalteten und gleich aufgebauten Schaltreglern (SR1,
SR2, . . . SRn) ergibt, die von der Gleichspannungsquelle (QU)
gemeinsam gespeist werden und jeweils durch einen
Leitungswiderstand (R) voneinander getrennt sind.
3. Schaltregler, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens
nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
- - einem Stromsensor (SI) zur Messung des Energieaufnahmestroms (IE) des Schaltreglers,
- - einem Spannungssensor (R3, R4) zum Erfassen der Eingangsspannung (UE) des Schaltreglers,
- - einer gesteuerten Stromquelle (QI), deren Steuereingang an den Stromsensor (SI) angeschlossen ist,
- - einer Referenzspannungsquelle (QR),
- - einem Fehlerverstärker (OP1), dessen erster Eingang sowohl über einen ersten Widerstand (R1) mit der Referenzspannungsquelle (QR) als auch über einen zweiten Widerstand (R2) mit der Stromquelle (QI) verbunden ist und dessen zweiter Eingang an den Spannungssensor (R3, R4) angeschlossen ist,
- - einer Steuerschaltung (PBM) über welche der Ausgang des Fehlerverstärkers (OP1) mit dem Stelleingang des Schaltreglerstellgliedes (F1) verbunden ist.
4. Anwendung mehrerer nach Anspruch 3 aufgebauter und in Kette
geschalteter Schaltregler in einem Fernspeisesystem.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3513625A1 (de) * | 1985-04-16 | 1986-10-23 | Nixdorf Computer Ag, 4790 Paderborn | Schaltungsanordnung fuer die fernspeisung von teilnehmeranschluss-endgeraeten in fernmeldeanlagen |
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-
1990
- 1990-05-16 DE DE19904015672 patent/DE4015672A1/de active Granted
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DE4015672A1 (de) | 1991-11-21 |
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