DE4203829C2 - Gleichspannungs-Speiseschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichspannungs-Speise­ schaltung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Anordnung ist aus der DE 37 42 188 A1 bekannt.

Eine Speiseschaltung ist beispielsweise aus der GB 20 13 048 A bekannt. Das dort verwendete Koppel­ glied besteht aus einer Diode, die ebenso wie die Kop­ peldiode zur Stromspeisung in Durchlaßrichtung betrie­ ben wird. Die Diode mit höherer Anodenspannung arbeitet im Durchlaßbetrieb, während die andere Diode sperrt. Der Gleichspannungsausgang wird also aus der Gleich­ spannungsquelle gespeist, die den jeweils höheren Span­ nungspegel hat.

Eine solche Speiseschaltung hat zwar einen sehr einfa­ chen Aufbau, besitzt jedoch erhebliche Nachteile, was am Beispiel einer Gleichspannungsversorgung für einen tragbaren Personalcomputer erläutert werden soll. Bei einem derartigen Personalcomputer ist an den Gleich­ spannungsausgang normalerweise ein verlustarmer Schalt­ regler angeschlossen, der die Elektronikkomponenten und die Speicherlaufwerke mit elektrischer Energie ver­ sorgt. Als erste Gleichspannungsquelle ist in den Per­ sonalcomputer eine Gerätebatterie fest eingebaut, die die Stromversorgung bei nicht verfügbarer Netzspannung übernimmt. Diese Gerätebatterie hat im allgemeinen eine geringe Kapazität und soll möglichst wenig belastet werden.

Je nach Ladezustand kann die Gerätebatterie eine nied­ rige Spannung, entsprechend einem nahezu entladenen Zustand, bzw. eine hohe Spannung abgeben, die einem voll geladenen Zustand entspricht. Wenn ein Netzan­ schluß zur Verfügung steht, wird der Personalcomputer zur Schonung der Gerätebatterie vorrangig über ein Netzgerät mit Strom versorgt. Dieses Netzgerät muß eine höhere Betriebs- oder Nennspannung als die Gerätebatte­ rie besitzen, damit, wie oben ausgeführt ist, die vor­ rangige Stromspeisung erreicht wird. Die Differenz zwi­ schen der niedrigsten Betriebsspannung der Gerätebatte­ rie und der Nennspannung des Netzgeräts kann relativ groß sein - bei praktischen Anwendungsfällen kann sie 50% der Nennspannung des Netzgerätes betragen.

Ein Verbraucher, beim vorliegenden Beispiel die Gesamt­ heit der Elektronikkomponenten des Personalcomputers, benötigt im allgemeinen eine Versorgung mit konstanter elektrischer Leistung. Dies bedeutet, daß der Schalt­ regler des Personalcomputers der Gerätebatterie bzw. dem Netzgerät je nach angebotener Spannung einen Strom unterschiedlicher Stärke entnimmt, d. h. bei Stromspei­ sung aus der Gerätebatterie im entladenen Zustand einen deutlich höheren Strom als im voll geladenen Zustand. Dies hat bei bekannten Speiseschaltungen zur Folge, daß die zweite Gleichspannungsquelle für einen störungs­ freien Betrieb der Speiseschaltung ebenfalls für diesen hohen Strombetrag ausgelegt sein muß, was anhand des folgenden Beispiels näher erläutert wird.

Bei diesem Beispiel wird der Schaltregler über den Gleichspannungsausgang zunächst aus dem Netzgerät ver­ sorgt. Wenn ein Netzausfall auftritt, übernimmt die in­ terne Gerätebatterie die Stromversorgung und entlädt sich in der Folgezeit. Mit zunehmender Betriebsdauer sinkt die Spannung der Gerätebatterie ab, wobei der Strom wegen der konstanten Leistungsaufnahme des Schaltreglers zunimmt. Bei Wiederkehr der Netzspannung steigt die Spannung am Ausgang des Netzgerätes in­ nerhalb einer anfänglichen Hochlaufphase bis zur fest­ gelegten Nennspannung an. So lange die Spannung des Netzgeräts in dieser Hochlaufphase unterhalb der Span­ nung der Gerätebatterie liegt, speist die Gerätebatte­ rie allein den Schaltregler und der gesamte Strom fließt weiterhin über die Koppeldiode.

Übersteigt die Spannung des Netzgeräts die Spannung der Gerätebatterie, so wird die Koppeldiode in Sperrichtung und die Diode in Durchlaßrichtung vorgespannt. Demzu­ folge schaltet die Koppeldiode in den Sperrzustand und die Diode übernimmt nunmehr den gesamten Strom. Bei diesem Umschaltvorgang muß das Netzgerät den hohen Strom aufrechterhalten, der zuvor von der Gerätebatte­ rie bei niedriger Spannung abgegeben worden ist. Dies bedeutet, daß das Netzgerät für eine hohe Strombela­ stung ausgelegt sein muß. In der weiteren Hochlaufphase nimmt die Spannung des Netzgeräts zu und folglich der Strom ab, bis er bei Erreichen der Nennspannung einen der geforderten Leistung entsprechenden kleinen Betrag hat, der den Normalbetrieb des Netzgeräts kennzeichnet.

Aus der DE 37 42 188 A1 ist eine Gleichspannungs-Speiseschaltung mit einem Gleichspannungsausgang bekannt, bei der nach Ausfall der Versorgungsspannung, die bei Normalbetrieb den Gleichspannungsausgang speist, mit möglichst geringem Energieverlust der Betrieb der Speiseschaltung aufrechterhalten wird. Die bei dieser bekannten Speiseschaltung eingesetzte elektronische Schalteranordnung wird leitend gesteuert, sobald die Spannung am Gleichspannungsausgang kleiner ist als die kleinste Spannung, die bei einem ungestörten Betrieb der Versorgungsspannungsquelle auftreten kann. Es wird also die vom Gleichspannungsausgang abgegebene Spannung überwacht und bei deren Absinken auf eine zweite Gleichspannungsquelle umgeschaltet. Dieses Umschalten erfolgt ohne zeitliche Steuerung. Dadurch wird die zweite Gleichspannungsquelle zum Zeitpunkt des Umschaltens mit einem hohen Strom belastet.

Aus der DE 38 16 944 C2 ist ein Gleichspannungsversorgungssystem mit mehreren Gleichspannungsquellen bekannt, die mehrere Gleichspannungsausgänge speisen. Zum Umschalten von einer Gleichspannungsquelle auf eine andere ist jeder Gleichspannungsquelle eine elektronische Schalteranordnung zugeordnet. Die Schalteranordnungen werden so gesteuert, daß die jeweiligen Schaltvorgänge, d. h. das Einschalten bzw. das Ausschalten der Gleichspannungsquellen, einander überlappen. Hierbei wird die Umschaltzeit auf eine vorbestimmte Zeit eingestellt. Dadurch wird erreicht, daß eine Spannungsquelle durch die ihr zugeordnete Schalteranordnung erst dann abgeschaltet wird, wenn die andere Spannungsquelle über die dieser zugeordnete Schalteranordnung eingeschaltet worden ist und umgekehrt.

Aus der DE 39 21 305 A1 ist ferner eine Gleichspannungs-Speiseschaltung bekannt, bei der ein Gleichspannungsausgang alternativ aus einer ersten oder zweiten Gleichspannungsquelle gespeist werden kann. Die Speiseschaltung dient dem Zweck, eine Sicherheitseinrichtung auch bei Ausfall einer Hauptspannungsquelle weiter mit Strom zu versorgen. Zur Überprüfung der Energiereserve einer Hilfsspannungsquelle wird dieser linear Strom entnommen, wodurch deren Spannung um ein bestimmtes Maß absinkt. Aus der Größe des Stroms und der zeitlichen Änderung der Spannung wird der Energieinhalt der Hilfsspannungsquelle ermittelt. Das Umschalten zwischen der Hauptspannungsquelle und der Hilfsspannungsquelle erfolgt durch eine elektronische Schalteranordnung, die neben ihrer Schalterfunktion auch Überprüfungsfunktionen erfüllt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gleichspannungs-Speiseschaltung anzugeben, bei der die Strombelastung der als Netzgerät ausgebildeten zweiten Gleichspannungsquelle beim Umschalten von der ersten Gleichspannungsquelle auf die zweite Gleichspannungsquelle verringert ist und eine Überdimensionierung des Netzgeräts vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird für eine Gleichspannungs-Speise­ schaltung eingangs genannter Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer konventionellen Gleichspannungs-Speiseschaltung die höchste Strombelastung in der Phase des Umschaltens von der ersten Gleichspannungsquelle auf die zweite Gleich­ spannungsquelle entsteht. Demzufolge läßt sich eine Überlastung vermeiden, wenn in dieser Phase stromsteu­ ernd eingegriffen wird. Hierzu sieht die Erfindung eine steuerbare elektronische Schalteranordnung vor, bei der das Umschalten vom sperrenden in den leitenden Zustand gezielt verzögert wird, d. h. mit einer vorgegebenen Schaltgeschwindigkeit erfolgt. Der durch diese Schal­ teranordnung fließende Strom kann so auf einen Wert be­ grenzt werden, der im Normalbereich der zweiten Gleich­ spannungsquelle liegt und bei Nennspannung definiert ist. Diese Nennspannung liegt wie erwähnt höher als die Spannung der ersten Gleichspannungsquelle beim Umschal­ ten. Durch die Verzögerung wird erreicht, daß die Span­ nung der zweiten Gleichspannungsquelle ohne Stromüber­ lastung auf ihren hohen Nennspannungswert ansteigen kann. Die zweite Gleichspannungsquelle kann somit hin­ sichtlich ihrer Strombeanspruchung kleiner dimensio­ niert werden als bei der Verwendung der bekannten Spei­ seschaltung.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfin­ dung ist an die Verbindungsstelle zwischen der Schal­ teranordnung und der zweiten Gleichspannungsquelle ein Kondensator geschaltet. Dieser Kondensator speichert elektrische Energie, die er als Stromimpuls beim Um­ schalten der Schalteranordnung aus dem sperrenden in den leitenden Zustand an den Gleichspannungsausgang ab­ gibt. Die zweite Gleichspannungsquelle wird dadurch in der Umschaltphase weiter entlastet und am Gleichspan­ nungsausgang steht auch während des Umschaltens eine gleichbleibende elektrische Leistung zur Verfügung.

Eine weitere Weiterbildung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schalteranordnung nach dem Erreichen einer vorgegebenen Spannung der zweiten Gleichspan­ nungsquelle voll leitend geschaltet wird. Dadurch wird erreicht, daß die zweite Gleichspannungsquelle erst ab der vorgegebenen Spannung voll belastet wird, bei der die Gleichspannungsquelle eine hohe Leistung ohne Stromüberlastung abgeben kann.

Bei einer Weiterbildung des vorgenannten Beispiels ist als zweite Gleichspannungsquelle ein Netzgerät vorgese­ hen, dessen niedrigste Nennspannung der vorgegebenen Spannung entspricht. Netzgeräte haben üblicherweise eine rückgezogene Strom-Spannungskennlinie, d. h. bei Netzgeräten mit einem mehrere Volt überdeckenden Nenn­ spannungsbereich ist einer niedrigen Nennspannung auch ein niedriger Nennstromwert zugeordnet. Bei solchen Netzgeräten ist die Gefahr einer Stromüberlastung be­ sonders groß. Durch die vorgenannten Maßnahmen wird eine Überlastung des Netzgeräts vermieden, da die Schalteranordnung erst nach dem Erreichen des Nennspan­ nungsbereichs voll durchschaltet und das Netzgerät erst bei hoher Spannung und damit niedrigem Strom die gefor­ derte Leistung abgeben muß.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung ist da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen die Schalteranord­ nung und die zweite Gleichspannungsquelle eine Diode in Durchlaßrichtung geschaltet ist und der Kondensator an die Verbindung zwischen Schalteranordnung und Diode ge­ schaltet ist.

Dadurch wird erreicht, daß die zweite Gleichspannungs­ quelle nicht aus der ersten Gleichspannungsquelle rück­ gespeist wird, wenn ihre Spannung unter die der ersten Gleichspannungsquelle absinkt. Ein solcher Fall kann z. B. vorkommen, wenn die zweite Gleichspannungsquelle ein Netzgerät ist und die Netzspannung ausfällt, wäh­ rend das Netzgerät noch an die Gleichspannungs-Speise­ schaltung angeschlossen ist.

Bei einer weiteren Weiterbildung ist der ein­ gangsseitige Anschluß der Schalteranordnung bzw. der eingangsseitige Anschluß der Diode mit einer weiteren Diode verbunden, über die eine weitere Gleichspannungs­ quelle mit gegenüber der ersten Gleichspannungsquelle höherer Nennspannung anschließbar ist.

Als weitere Gleichspannungsquelle kann z. B. eine Auto­ batterie vorgesehen sein, die beim Betrieb eines mit Strom zu versorgenden Geräts in einem Kraftfahrzeug die elektrische Versorgungsleistung liefert. Durch die vor­ genannten Maßnahmen wird erreicht, daß auch die Strom­ belastung der weiteren Gleichspannungsquelle durch die­ selbe Schalteranordnung in der Phase des Umschaltens von der ersten Gleichspannungsquelle auf die weitere Gleichspannungsquelle in der vorher beschriebenen Weise verringert ist.

Ausführungsbeispiele von Gleichspannungs- Speiseschaltungen werden unter Bezugnahme auf den Stand der Technik im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Speiseschaltung mit drei über Koppeldioden speisenden Gleichspannungsquellen,

Fig. 2 eine Speiseschaltung nach der Erfin­ dung mit drei Gleichspannungsquellen,

Fig. 3 Kennlinienverläufe beim Umschalten der Schalteranordnung nach Fig. 2 über der Zeit, und

Fig. 4 eine durch MOS-Feldeffekt- Transistoren gebildete Schalteranord­ nung.

Eine in Fig. 1 dargestellte aus dem Stand der Technik bekannte Gleichspannungs- Speiseschaltung für einen tragbaren Personalcomputer hat als Gleichspannungsquellen zum alternativen Speisen eine interne Gerätebatterie 10, ein extern anschließba­ res Netzgerät 12 sowie eine externe Autobatterie 14. Die Gerätebatterie 10 besteht aus 6 NiCd-Zellen, die zusammen je nach Ladezustand eine Spannung zwischen 6 und 12 V abgeben. Das Netzgerät 12 hat eine Nennspan­ nung von 12 V und die Autobatterie je nach Ladezustand eine Betriebsspannung zwischen 12 und 15 V.

Die Gleichspannungsquellen 10, 12, 14 sind über Steck­ verbindungen 16, 18, 20 jeweils mit einem Anodenan­ schluß von Koppeldioden 22, 24, 26 verbindbar, deren jeweiligen Kathodenanschlüsse miteinander verbunden und zu einem Gleichspannungsausgang 28 geführt sind. An diesen Gleichspannungsausgang 28 ist ein Schaltregler 30 angeschlossen, der die empfindlichen elektronischen Bauelemente 50 des Personalcomputers mit der erforderli­ chen präzisen Gleichspannung versorgt.

Wenn kein Wechselspannungsnetz oder keine Autobatterie 14 zur Verfügung steht, wird der Gleichspannungsausgang 28 aus der Gerätebatterie 10 gespeist, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Bei Netzbetrieb wird die Steckverbin­ dung 18 geschlossen. Wegen der höheren Spannung des Netzgeräts 12 gegenüber der Spannung der Gerätebatterie 10 schaltet die Koppeldiode 24 in den leitenden Zu­ stand, während die Koppeldiode 22 sperrt. Analoges gilt für ein Zuschalten der Autobatterie 14. Der Gleichspan­ nungsausgang 28 wird somit jeweils aus der Gleichspan­ nungsquelle 10, 12, 14 gespeist, die den höheren Span­ nungspegel hat. Obwohl das Netzgerät 12 und auch die Autobatterie 14 eine höhere Nennspannung haben als die Gerätebatterie 10 müssen sie bei gleicher abzugebender Leistung für eine höhere Strombelastung ausgelegt sein, als es der jeweiligen Nennspannung bei der geforderten Leistung entspricht. Dies soll an einem praxisnahen Beispiel erläutert werden.

Der Gleichspannungsausgang 28 wird bei diesem Beispiel zunächst aus dem Netzgerät 12 gespeist. Der Schaltregler 30 arbeitet so, daß er unabhängig von der ihm angebote­ nen Spannung im allgemeinen eine konstante Leistung aufnimmt. Bei einer Leistung von 30 Watt bedeutet dies, daß das Netzgerät 12 bei einer Nennspannung von 12 V einen Strom von 2,5 A abgibt. Wenn die Netzspannung ausfällt, sinkt die Spannung des Netzgerätes 12 auf einen Pegel unterhalb der Spannung der Gerätebatterie 10 ab, woraufhin die Koppeldiode 22 den Strom führt und die Koppeldiode 24 sperrt.

Der gesamte Strom zur Speisung des Schaltreglers 30 wird nun der Gerätebatterie 10 entnommen, die sich dabei entlädt. Wenn die Spannung auf einen Wert von beispielsweise 6 Volt abgesunken ist, muß die Geräte­ batterie 10 zur Aufrechterhaltung der Leistung von 30 W einen Strom von 5 A liefern. Bei Wiederkehr der Netz­ spannung steigt die Ausgangsspannung des Netzgerätes 12 an. Bei Erreichen eines Wertes von ca. 6 V wird die Koppeldiode 24 leitend, während die Koppeldiode 22 in den Sperrzustand schaltet. Um bei diesem Betriebszu­ stand an den Schaltregler 30 die geforderte Leistung von 30 Watt zu liefern, muß der gleiche Strom wie zuvor fließen, d. h. 5 A. Dieser Strom ist doppelt so hoch wie der oben genannte Nennstromwert von 2,5 A des Netzgerä­ tes 12 bei Nennspannung. Um einen solchen Betriebszu­ stand sicher zu beherrschen, muß das Netzgerät 12 also für die doppelte Strombelastung ausgelegt werden, wie es für einen normalen Betriebszustand unter Nennspan­ nung erforderlich wäre. Ein konventionelles Netzgerät muß demzufolge überdimensioniert werden, was hohen Raumbedarf, hohes Gewicht und hohe Kosten zur Folge hat.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem eine hohe Strombelastung des Netz­ gerätes 12 vermieden wird. In der Fig. 2 sind Teile, die mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, gleich be­ zeichnet.

Das Netzgerät 12 ist über eine Diode 32 mit dem Drain­ anschluß D eines n-Kanal MOS-Feldeffekt-Transistors 34 verbunden, dessen Sourceanschluß S mit dem Kathodenan­ schluß der Koppeldiode 22 verbunden ist und den Gleich­ spannungsausgang 28 bildet. Der Kathodenanschluß der Koppeldiode 26 ist an den Anodenanschluß der Diode 32 geführt. An die Verbindungsstelle zwischen der Diode 32 und dem Transistor 34 ist ein Pufferkondensator C1 gegen Masse geschaltet. Ein weiterer Kondensator C2 ist zum Abblocken von hochfrequenten Störsignalen an den Gleichspannungsausgang 28 geschaltet.

Zwischen die Anodenanschlüsse der Diode 32 und der Kop­ peldiode 22 ist ein Ladegerät 36 geschaltet. Es dient zum Laden der wiederaufladbaren Akkumulatoren der Gerä­ tebatterie 10, während das Netzgerät 12 oder die Auto­ batterie 14 den Speisestrom liefern.

Der Gateanschluß G des Transistors 34 ist mit einem Kondensator C3 und einem Widerstand R1 verbunden. Der Widerstand R1 und der Kondensator C3 bilden ein Verzö­ gerungsglied, das von einem Komparator K1 angesteuert wird. Der invertierende Eingang des Komparators K1 ist an den Mittelabgriff eines aus Widerständen R4 und R5 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen, der an einem Ende mit dem Kathodenanschluß der Koppeldiode 26 verbunden ist. Die Spannung am Mittelabgriff des Span­ nungsteilers R4, R5 ist proportional der Spannung des Netzgeräts 12 bzw. der Autobatterie 14.

Der nicht invertierende Eingang des Komparators K1 ist mit der Kathode einer Zenerdiode 38 verbunden, die zu­ sammen mit einem in Reihe geschalteten Widerstand R6 eine Referenzspannung Ur erzeugt. Der Ausgang des Kom­ parators K1 ist über einen Widerstand R3 mit seinem nicht invertierenden Eingang verbunden und über einen Widerstand R2 an einen Verbindungspunkt 44 geschaltet, der mit je einem Kathodenanschluß einer Diode 40 bzw. einer Diode 42 verbunden ist. Der Widerstand R3 legt das Hystereseverhalten des Komparators K1 fest und verhindert ein Schwingen im Übergangsbereich der Schaltschwelle des Komparators K1. Die Diode 42 ist mit der Kathode der Koppeldiode 26 verbunden. An den An­ odenanschluß der Diode 40 ist eine Hilfsspannung Uh ge­ führt, die vom Schaltregler 30 (in Fig. 2 nicht darge­ stellt) erzeugt wird.

Dem Komparator K1 wird eine positive Versorgungsspan­ nung über einen Schalter 46 zugeführt, der in der Stel­ lung a entweder annähernd das Potential der Hilfsspan­ nung Uh oder das des Netzgeräts 12 hat. In der in Fig. 2 eingezeichneten anderen Stellung wird dem Schalter 46 die Spannung des Netzgeräts 12 bzw. der Autobatterie 14 zugeführt.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Speiseschal­ tung nach Fig. 2 erläutert. Wenn die Steckverbindungen 18 und 20 nicht geschlossen sind, wird der Gleich­ spannungsausgang 28 allein aus der internen Gerätebat­ terie 10 versorgt. Der Transistor 34 sperrt, da seinem Gateanschluß über die Widerstände R₁/R₃/R₅ oder dem Komparator K1 annähernd Massepotential zugeführt wird.

Wird das Netzgerät 12 zugeschaltet, so wird über die Diode 42 dem Komparator K1 die erforderliche Versor­ gungsspannung von U<12V zugeführt. Dieser schaltet seinen Ausgang nach 0 V. Der Transistor 34 bleibt zu­ nächst gesperrt, da sein Gateschwellspannungswert U_s=U₂₈+U_GS oberhalb der Ausgangsspannung U₂₈ von U_min=6V liegt. U_GS beträgt 2V bis 4V.

Steigt die Spannung des Netzgeräts 12 weiter an und übersteigt die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Komparators K1 schließlich die Referenzspannung Ur, so schaltet der Komparator K1 in seinen anderen Schalt­ zustand um, in dem sein Ausgang hohes Spannungspotenti­ al führt. Die Spannung am Kondensator C3 steigt darauf­ hin exponentiell mit einer Geschwindigkeit an, die durch die Dimensionierung des aus Widerstand R1 und Kondensator C3 gebildeten Verzögerungsgliedes definiert ist.

Entsprechend der Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung am Kondensator C3 wird der Transistor 34 leitend ge­ steuert. In dieser Phase wird dem Pufferkondensator C1 Strom entnommen, der das Netzgerät 12 entlastet. Nach Ablauf der Verzögerungszeit ist der Transistor 34 voll leitend. Das Netzgerät 12 hat seine Nennspannung er­ reicht und liefert einen der geforderten Leistung ent­ sprechenden relativ niedrigen Strom.

Wenn der Betriebsfall eintritt, bei dem die Netzspan­ nung am Netzgerät 12 nach Netzausfall wiederkehrt, so arbeitet die Speiseschaltung in gleicher Weise wie vor­ her beschrieben, d. h. der Transistor 34 schaltet erst dann voll durch, wenn sichergestellt ist, daß das Netz­ gerät 12 seine Nennspannung erreicht hat. Das Netzgerät 12 wird daher in allen Betriebszuständen vor einer Stromüberlastung geschützt. Es kann somit hinsichtlich seiner Strombeanspruchung für Nennspannungsbedingungen dimensioniert werden - eine Überdimensionierung ist nicht erforderlich.

Der Transistor 34 ist ein selbstsperrender n-Kanal-MOS- Feldeffekt-Transistor, der nur in Drain-Source-Richtung sperren kann. In der Gegenrichtung ist dieser Transi­ stor 34 über seine gestrichelt eingezeichnete Inversdi­ ode 48 leitend. Die in den Strompfad des Transistors 34 geschaltete Diode 32 verhindert, daß bei betriebsbereit geschaltetem Netzgerät 12 die Gerätebatterie 10 bela­ stet wird, falls das Netzgerät 12 eine kleinere Span­ nung als die Gerätebatterie 10 hat.

Wenn der Personalcomputer in einem Kraftfahrzeug einge­ setzt wird und die Autobatterie 14 angeschlossen ist, wird dem Gleichspannungsausgang 28 Strom über die Kop­ peldiode 26, die Diode 32 und dem Transistor 34 zu­ geführt. Das verzögerte Durchschalten des Transistors beim Zuschalten der Autobatterie bzw. bei Spannungswie­ derkehr nach Unterbrechung der Verbindung zwischen Autobatterie 14 und Koppeldiode 26 funktioniert in der gleichen bereits beschriebenen Weise.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der vom Netzgerät 12 abgebenen Spannung U sowie die Spannung U₂₈ über der Zeit t während des Umschaltens. Zum Zeitpunkt t0 wird das Netzgerät 12 zugeschaltet. Wenn die Spannung U zum Zeitpunkt t1 den Schwellwert Ur erreicht, schaltet der Komparator K1 um, und der Transistor 34 wird nach und nach mit einer vor­ gegebenen Schaltgeschwindigkeit leitend gesteuert. Die Schaltgeschwindigkeit ist durch das Verzögerungsglied bestehend aus Widerstand R1 und Kondensator C3 be­ stimmt. Zum Zeitpunkt t2 hat der Transistor 34 seine maximale Leitfähigkeit erreicht - das Netzgerät 12 be­ findet sich im Normalbetrieb.

In Fig. 4 ist eine Schalteranordnung dargestellt, die an Stelle des Transistors 34 in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet werden kann. Bei dieser Anordnung sind zwei Transistoren Ta und Tb mit ihren jeweiligen Source- Elektroden zusammengeschaltet. Die zu den Transistoren Ta und Tb gehörenden Inversdioden 50 bzw. 52 sind in Fig. 4 zwischen den Drain-Source-Anschlüssen der Tran­ sistoren Ta und Tb gestrichelt eingezeichnet. Durch diese Art der Zusammenschaltung wird einer der Transi­ storen Ta bzw. Tb invers betrieben. Im spannungslosen Zustand sperrt mindestens eine Drain-Source-Strombahn, so daß auf die Diode 32 in Fig. 2 verzichtet werden kann.

Claims (12)

1. Gleichspannungs-Speiseschaltung mit einem Gleichspannungsausgang (28), der aus einer ersten Gleichspannungsquelle (10) über eine Koppeldiode (22) und aus mindestens einer zweiten Gleichspannungsquelle (12) mit gegenüber der ersten Gleichspannungsquelle (10) höherer Nennspannung über eine steuerbare elektronische Schalteranordnung (34) alternativ gespeist werden kann, die zum Speisen leitend geschaltet wird und die in den Sperrzustand geschaltet wird, wenn der Gleichspannungsausgang (28) nur aus der ersten Gleichspannungsquelle (10) gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Gleichspannungsquelle ein Netzgerät (12) vorgesehen ist und daß die Schalteranordnung (34) mit einer vorbestimmten Schaltgeschwindigkeit während der Hochlaufphase des Netzgerätes (12) leitend geschaltet wird derart, daß der vom Netzgerät (12) abgegebene Strom auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.

2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Verbindungsstelle zwischen der Schalteranordnung (34) und der zweiten Gleich­ spannungsquelle (12) ein Kondensator (C1) geschal­ tet ist.

3. Speiseschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteranordnung (34) nach dem Erreichen einer vorgegebenen Spannung (Un) der zweiten Gleichspannungsquelle (12) voll leitend geschaltet wird.

4. Speiseschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als zweite Gleichspannungsquelle (12) ein Netzgerät (12) vorgesehen ist, dessen niedrigste Nennspannung (Un) der vorgegebenen Spannung entspricht.

5. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen die Schalteranordnung (34) und die zweite Gleichspannungsquelle (12) eine Diode (32) in Durchlaßrichtung geschaltet ist und der Kondensa­ tor (C1) an die Verbindung zwischen der Schalter­ anordnung (34) und Diode (32) geschaltet ist.

6. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter­ anordnung (34) aus einem oder mehreren parallelge­ schalteten Transistoren besteht.

7. Speiseschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schalteranordnung (34) aus einem oder mehreren parallelgeschalteten Paaren von n- Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren (Ta, Tb) besteht, deren Source-Elektroden miteinander verbunden sind.

8. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter­ anordnung (34) durch einen Komparatorbaustein (K1) angesteuert wird, der wahlweise aus einer Hilfs­ spannung (Uh) oder aus mindestens einer zweiten Gleichspannungsquelle (12) gespeist wird.

9. Speiseschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hilfsspannung (Uh) von einem Schaltregler (30) erzeugt wird, der mit dem Gleichspannungsausgang (28) der Speiseschaltung verbunden ist.

10. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Steuereingang (G) der Schalteranordnung (34) ein RC-Glied (R1, C3) geschaltet ist.

11. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Gleichspannungsquelle (10) ein Akkumulator vorge­ sehen ist, und daß zwischen den eingangsseitigen Anschluß der Koppeldiode (22) und dem eingangssei­ tigen Anschluß der Schalteranordnung (34) bzw. der Diode (32) ein Ladegerät (36) geschaltet ist.

12. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eingangs­ seitige Anschluß der Schalteranordnung (34) bzw. der eingangsseitige Anschluß der Diode (32) mit einer weiteren Diode (26) verbunden ist, über die eine weitere Gleichspannungsquelle (14) mit gegen­ über der ersten Gleichspannungsquelle (10) höherer Nennspannung anschließbar ist.