DE4435005A1 - Circuit arrangement for supplying DC load, such as personal computer, from AC mains - Google Patents
Circuit arrangement for supplying DC load, such as personal computer, from AC mainsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stromversorgung eines mit Gleichspannung betriebenen Verbrauchers aus einem Wechsel stromnetz, dessen Wechselstromphasen mittels Gleichrichtern als Gleichstrom zum Verbraucher geführt werden, wobei parallel zu den Eingangsklemmen des Verbrauchers eine Pufferbatterie liegt.The invention relates to a circuit for power supply with a DC operated consumer from a change power grid, the alternating current phases using rectifiers as Direct current to the consumer, being parallel to there is a backup battery at the input terminals of the consumer.
Derartige elektrische Schaltungen sind bekannt.Such electrical circuits are known.
Sie dienen beispielsweise bei Personal-Computern zur Stromver sorgung bei Netzausfall, um beispielsweise ein interne Uhr weiterlaufen zu lassen.They are used, for example, for power computers in personal computers Supply in the event of a power failure, for example at an internal clock to keep running.
Derartige Schaltungen können aufgrund der geringen Verbraucher ströme sehr einfach aufgebaut werden.Such circuits can due to the low consumer currents can be set up very easily.
Dabei wird davon ausgegangen, daß die Verbraucherströme im wesentlichen in der Größenordnung der Ladeströme liegen.It is assumed that the consumer flows in are essentially in the order of magnitude of the charging currents.
Schwieriger hingegen gestaltet sich eine derartige Schaltung, wenn die Ladeströme und die Verbraucherströme stark voneinander differieren.However, such a circuit is more difficult when the charging currents and the consumer currents differ greatly differ.
Insbesondere kann hierbei die Forderung auftreten, die Puffer batterie durch jahrelangen Ladebetrieb zu beanspruchen, während sie auch dann noch mit sehr hohem Entladestrom arbeiten muß. In particular, the requirement may arise here, the buffers to charge battery through years of charging while it must then still work with a very high discharge current.
Diese ansich widersprüchlichen Forderungen sollen durch die Erfindung realisierbar sein.These contradictory claims are supposed to Invention can be realized.
Es ist demnach Aufgabe dieser Erfindung, die Schaltung zur Stromversorgung so weiterzubilden, daß bei geringster Belastung, geringster Alterung und geringstem Verschleiß der Pufferbatterie deren langjährige Funktion sichergestellt und trotzdem und im wesentlichen unabhängig vom Alter der Pufferbatterie ein hoher Verbraucherbedarf befriedigt werden kann.It is therefore an object of this invention, the circuit for To further develop the power supply in such a way that, lowest aging and lowest wear of the backup battery their long-term function ensured and nevertheless and in a high one regardless of the age of the backup battery Consumer needs can be met.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei der eingangs genannten Schaltung dadurch, daß im Parallelkreis der Pufferbatterie eine Steuerschaltung sitzt, die einen Ladestrombegrenzer aufweist, und daß parallel zu dem Ladestrombegrenzer ein Entladestromkreis liegt.The invention solves this problem in the case of the aforementioned Circuit in that in the parallel circuit of the backup battery Control circuit sits, which has a charging current limiter, and that a discharge circuit is connected in parallel with the charge current limiter lies.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß der Batterielade strom im wesentlichen auf die üblichen ca. 10% der Nennkapazi tät begrenzt werden kann, während der Entladestrom hiervon unbeeinflußt bleibt.The advantage of the invention is that the battery charger current essentially to the usual approx. 10% of the nominal capacity can be limited while the discharge current thereof remains unaffected.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Entladestromkreis parallel zu dem Ladestrombegrenzer liegt.This is achieved in that the discharge circuit is in parallel to the charging current limiter.
Bevorzugt ist dabei der Widerstand des Entladestromkreises so gering, daß der Entladestrom im wesentlichen unbegrenzt bleibt.The resistance of the discharge circuit is preferred low that the discharge current remains essentially unlimited.
In diesem Fall weist der Entladestrom einen sehr geringen Wider stand auf, der z. B. weniger als 10 Ohm beträgt, so daß der vom Verbraucher aus der Pufferbatterie entnommene Strom nur noch vom Verbraucher bestimmt wird.In this case, the discharge current has a very low resistance got up, the z. B. is less than 10 ohms, so that from Current drawn from the backup battery only from Consumer is determined.
Dabei wird eine dynamische Anpassung des Ladestroms an den jeweiligen Batterieladezustand bevorzugt. Hierzu empfiehlt es sich, ein elektrisch angesteuertes Poti vorzusehen, dessen Potentiometerstellung in Abhängigkeit von dem Ladezustand von der Pufferbatterie verstellbar ist.A dynamic adaptation of the charging current to the preferred battery charge level. It is recommended for this to provide an electrically controlled potentiometer, the Potentiometer position depending on the state of charge of the backup battery is adjustable.
Es soll also bei abnehmendem Ladestrom das Potentiometer öffnen und umgekehrt.It should open the potentiometer when the charging current decreases and vice versa.
Um nach Möglichkeit mechanischen Verschleiß auszuschalten, wird weiterhin vorgeschlagen, als Ladestrombegrenzer einen Halblei ter-Leistungsschalter einzusetzen. In diesem Fall soll die Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters überwacht werden durch einen separaten Kühlventilator-Steuerkreis, der von einem Temperaturfühler gesteuert wird.In order to switch off mechanical wear, if possible further proposed a half lead as a charge current limiter ter circuit breakers. In this case, the Temperature of the semiconductor circuit breaker are monitored through a separate cooling fan control circuit operated by a Temperature sensor is controlled.
Zusätzlich kann aus Sicherheitsgründen im Parallelkreis der Steuerschaltung ein temperaturabhängig geschalteter Öffner sitzen, der allerdings dem temperaturabhängig geschalteten Steuerkreis des Kühlventilators nachgeordnet ist.For security reasons, the Control circuit a temperature-dependent opener sit, but the temperature-dependent switched Control circuit of the cooling fan is subordinate.
Damit schaltet der Öffner im Parallelkreis erst oberhalb einer Temperatur, die von dem vorgesehenen Kühlventilator nicht mehr gekühlt werden kann.The normally closed contact only switches above one in the parallel circuit Temperature no longer provided by the cooling fan provided can be cooled.
Für den Entladestromkreis kann vorzugsweise eine in Laderichtung sperrende Diode vorgesehen sein. Alternativ hierzu läßt sich von der Pufferbatterie zum Verbraucher eine Kurzschlußdiode legen, die allerdings in Verbindung mit einer Schutzdiode für den Ladestrombegrenzer zu kombinieren wäre.For the discharge circuit, preferably one in the charging direction blocking diode may be provided. Alternatively, place a short-circuit diode in the buffer battery to the consumer, which, however, in connection with a protective diode for the Charging current limiters would be combined.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den maximalen Ladestrom über eine Brückenschaltung in vorbestimmten Schritten einstellbar zu machen. Dies findet insbesondere Anwendung bei einem Wechsel stromnetz, wo wahlweise nur eine oder zwei oder drei der Wech selstromphasen abgegriffen werden können. Sofern also der Lei stungsbedarf des Verbrauchers nur mit drei Wechselstromphasen erfüllt werden kann, muß auch der Ladestrom für die Pufferbatte rie entsprechend angehoben werden.Furthermore, it can be advantageous to exceed the maximum charging current a bridge circuit adjustable in predetermined steps do. This applies in particular to a change power grid, where only one or two or three of the altern Selstromphasen can be tapped. So if the lei power requirement of the consumer with only three AC phases The charging current for the buffer battery must also be met rie be raised accordingly.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following, the invention is illustrated by means of exemplary embodiments explained in more detail.
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen prinzipiellen Schaltplan zur Stromversorgung eines mit Gleichspannung betriebenen Verbrauchers; Fig. 1 shows a basic circuit diagram for power supply of a DC-operated consumer;
Fig. 2 einen prinzipiellen Schaltplan für eine erfindungs gemäße Steuerschaltung. Fig. 2 shows a basic circuit diagram for an inventive control circuit.
Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für beide Figuren.Unless otherwise stated below, the following applies Description always for both figures.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Stromversorgung eines mit Gleichspannung betriebenen Verbrauchers. Die Schaltung hat Anschluß an ein Wechselstromnetz 1. Von dem Wechselstromnetz 1 wird eine entsprechende Anzahl Wechselstromphasen 2 abgegriffen. Jede dieser Wechselstromphasen 2 wird einem Gleichrichter 3.1, 3.2, 3.3 zugeführt. Im vorliegenden Fall werden drei Wechsel stromphasen aus dem Netz entnommen. Folglich sind auch drei Gleichrichter vorgesehen. Fig. 1 shows a circuit for the power supply of a consumer operated with DC voltage. The circuit is connected to an AC network 1 . A corresponding number of alternating current phases 2 is tapped from the alternating current network 1 . Each of these AC phases 2 is fed to a rectifier 3.1 , 3.2 , 3.3 . In the present case, three AC phases are taken from the network. As a result, three rectifiers are also provided.
Die jeweils gleichpoligen Ausgänge der Gleichrichter 3.1-3.3 sind auf ein Potential geschaltet. Der hierdurch gebildete Stromkreis 4 führt folglich einen Gleichstrom vorbestimmter maximaler Höhe. In dem Stromkreis 4 sitzt der durch Ersatzwider stand 5 repräsentierte Verbraucher, der z. B. das mit Gleich strom betriebene Netz eines Funktelefon-Netzbetreibers sein kann.The respective equipolar outputs of the rectifiers 3.1-3.3 are switched to a potential. The circuit 4 formed in this way consequently carries a direct current of a predetermined maximum level. In the circuit 4 sits the 5 represented by equivalent resistor consumer, the z. B. can be operated with direct current network of a radio telephone network operator.
Parallel zu den Eingangsklemmen 6, 7 des Verbrauchers liegt nun eine Pufferbatterie 8, die eine der erforderlichen Verbraucher spannung angepaßte Anzahl einzelner Zellen aufweist. Parallel to the input terminals 6 , 7 of the consumer is now a backup battery 8 , which has a voltage adapted to the required consumer number of individual cells.
Die Pufferbatterie 8 liegt in einem sogenannten Parallelkreis 9 zu dem Verbraucherkreis 4.The backup battery 8 is located in a so-called parallel circuit 9 to the consumer circuit 4 .
Wesentlich ist nun, daß im Parallelkreis 9 der Pufferbatterie 8 eine Steuerschaltung 10 sitzt. Die Steuerschaltung 10 weist einen Ladestrombegrenzer 11 auf. Hierauf wird anhand von Fig. 2 noch eingegangen werden. Parallel zu dem Ladestrombegrenzer 11 liegt ein Entladestromkreis 12, welcher die Voraussetzung dafür ist, daß der Entladestrom im wesentlichen unabhängig vom Lade strom werden kann.It is now essential that a control circuit 10 is located in the parallel circuit 9 of the buffer battery 8 . The control circuit 10 has a charging current limiter 11 . This will be discussed with reference to FIG. 2. In parallel with the charging current limiter 11 is a discharge circuit 12 , which is the prerequisite for the discharge current to be able to be essentially independent of the charging current.
Zu diesem Zweck ist im vorliegenden Fall der Entladestromkreis 12 eine in Laderichtung sperrende Diode 13, die allerdings in Entladerichtung im wesentlichen einen elektrischen Widerstand in der Größenordnung von bis zu etwa 10 Ohm aufweist. Bevorzugt weist die Diode 13 jedoch einen Widerstand in Durchlaßrichtung auf von weniger als einem Ohm.For this purpose, in the present case the discharge circuit 12 is a diode 13 which blocks in the charging direction, but which essentially has an electrical resistance in the order of up to about 10 ohms in the discharging direction. However, diode 13 preferably has a forward resistance of less than one ohm.
Wie Fig. 1 bereits andeutet, wie jedoch anhand Fig. 2 besser zu sehen ist, handelt es sich bei dem Ladestrombegrenzer 11 um ein elektrisch angesteuertes Potentiometer. Die Verstellung des Potentiometers erfolgt also elektrisch. Dabei ist vorgesehen, daß das Poti mit zunehmendem Ladestrom schließt und mit abneh mendem Ladestrom in die Pufferbatterie 8 öffnet.As already indicated in FIG. 1, but as can be seen better in FIG. 2, the charging current limiter 11 is an electrically controlled potentiometer. The potentiometer is therefore adjusted electrically. It is provided that the potentiometer closes with increasing charging current and opens with decreasing charging current in the buffer battery 8 .
Alle diese Voraussetzungen erfüllt ein Halbleiter-Leistungs schalter 14, wie anhand von Fig. 2 ersichtlich. Ein derartiger Halbleiter-Leistungsschalter kann durch einen sogenannten Power- MOSFET realisiert werden. Ein derartiger Power-MOSFET dient als ein Begrenzer des Ladestroms, indem er nach dem Prinzip eines elektrisch angesteuerten Potentiometers die zum Laden der Puf ferbatterie 8 nicht notwendige Leistung in Wärme umsetzt. Dies erfolgt durch einen Spannungsvergleich am Fühlwiderstand 30. Hierauf wird noch eingegangen. A semiconductor power switch 14 fulfills all of these requirements, as can be seen from FIG. 2. Such a semiconductor power switch can be implemented by a so-called power MOSFET. Such a power MOSFET serves as a limiter of the charging current by converting the power not required for charging the buffer battery 8 into heat according to the principle of an electrically controlled potentiometer. This is done by comparing the voltage across the sensing resistor 30 . This will be discussed later.
Wesentlich ist nun, daß der Power-MOSFET eine Steuerschaltung 15 erfordert, die von einem Temperaturfühler 16 angesteuert wird. Der Temperaturfühler 16 greift auf geeignete Weise die Tempera tur des Power MOSFET ab. Überschreitet die Temperatur einen vorgegebenen Wert, z. B. 45 Grad Celsius, schließt der Tempera turfühler den Relaiskreis, in welchem sich das Relais 17 befin det. Das Relais zieht an und der Relaisschalter 18 schließt den Kühlventilatorsteuerkreis 19. Demnach läuft der Motor 20 des Kühlventilators 21 an, so daß der Halbleiter-Leistungsschalter gekühlt werden kann.It is now essential that the power MOSFET requires a control circuit 15 which is controlled by a temperature sensor 16 . The temperature sensor 16 appropriately taps the temperature of the power MOSFET. If the temperature exceeds a predetermined value, e.g. B. 45 degrees Celsius, the temperature sensor closes the relay circuit in which the relay 17 is located. The relay picks up and the relay switch 18 closes the cooling fan control circuit 19 . Accordingly, the motor 20 of the cooling fan 21 starts, so that the semiconductor circuit breaker can be cooled.
Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dem Kühlventilator- Steuerkreis um einen mit Schließer betätigten Stromkreis han delt. Der Schließer 18 wird von einem entsprechenden Relaiskreis betätigt.It should be noted that the cooling fan control circuit is a normally open circuit. The normally open contact 18 is actuated by a corresponding relay circuit.
Weiterhin ist im Parallelkreis 9 der Steuerschaltung 10 ein temperaturabhängig geschalteter Öffner 22 vorzusehen.Furthermore, in the parallel circuit 9 of the control circuit 10 a temperature-dependent opener 22 is to be provided.
Hierbei handelt es sich um einen Öffner 22, der die Stromzufuhr zu der Pufferbatterie 8 unterbricht, sobald der zum Öffner 22 gehörige Temperaturfühler 23 eine Temperatur oberhalb einer vorgegebenen Maximaltemperatur mißt. Die vorgegebene Maximaltem peratur kann z. B. 110 Grad Celsius betragen. Sie liegt jeden falls unterhalb der Zerstörungstemperatur für den Halbleiter- Leistungsschalter 14. In diesem Fall würde die Stromzufuhr unterbrochen, und die Steuerschaltung 10 kann abkühlen.This is an opener 22 which interrupts the power supply to the buffer battery 8 as soon as the temperature sensor 23 associated with the opener 22 measures a temperature above a predetermined maximum temperature. The predetermined maximum temperature can, for. B. 110 degrees Celsius. In any case, it is below the destruction temperature for the semiconductor power switch 14 . In this case the power supply would be interrupted and the control circuit 10 can cool down.
Wie man anhand Fig. 2 erkennen kann, liegt parallel zu dem Power MOSFET eine Diode 13, die als Freilaufdiode im Entlade stromkreis bezeichnet werden kann.As can be seen from FIG. 2, there is a diode 13 in parallel with the power MOSFET, which can be referred to as a freewheeling diode in the discharge circuit.
Alternativ hierzu kann auch zwischen der Pufferbatterie 8 und dem Verbraucher eine sogenannte Kurzschlußdiode 24 vorgesehen sein, dies jedoch bevorzugt in Verbindung mit einer Schutzdiode 25, um den Halbleiter-Leistungsschalter nicht zu zerstören.As an alternative to this, a so-called short-circuit diode 24 can also be provided between the buffer battery 8 and the consumer, but this is preferably in conjunction with a protective diode 25 in order not to destroy the semiconductor power switch.
Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, daß gemäß Fig. 1 nicht alle drei Wechselstromphasen abgegriffen werden müssen. Die Anzahl der abgegriffenen Wechselstromphasen ist abhängig von dem Leistungsbedarf des Verbrauchers.In addition, it should be pointed out that, according to FIG. 1, not all three AC phases have to be tapped. The number of AC phases tapped depends on the power requirement of the consumer.
Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, sieht die vorliegende Schaltung eine Brückenschaltung 26 vor.In order to take this fact into account, the present circuit provides a bridge circuit 26 .
Hierfür sind drei verschiedene Eingangswiderstände parallel geschaltet. Jeder Eingangswiderstand dient als Strombegrenzungs widerstand. Der Strom wird auf vorgegebene Werte begrenzt. Im Fall des oberen Strombegrenzungswiderstands 27 wird der Strom beispielsweise auf 10 Ampere begrenzt, während er im Fall des mittleren Begrenzungswiderstands 28 z. B. auf 20 Ampere und im Fall des unteren Begrenzungswiderstands auf 30 Ampere begrenzt sein kann.For this, three different input resistors are connected in parallel. Each input resistor serves as a current limiting resistor. The current is limited to specified values. In the case of the upper current limiting resistor 27 , the current is limited, for example, to 10 amperes, while in the case of the middle limiting resistor 28 it is, for. B. may be limited to 20 amps and in the case of the lower limiting resistance to 30 amps.
Die prinzipielle Ansteuerung des Power-MOSFET erfolgt allerdings über den Fühlwiderstand 30, der in der Zuleitung zur Pufferbat terie 8 sitzt. Über die dort vorgesehene Abzweigleitung wird ein Teil des zur Pufferbatterie 8 geführten Stroms eingangsseitig auf den Operationsverstärker 31 gegeben, der seinerseits über den temperaturgesteuerten Öffner 22 den Halbleiter-Leistungs schalter 14 ansteuert. Die Ansteuerung erfolgt damit in Abhän gigkeit von dem Spannungsabfall am Fühlwiderstand 30, der ein Maß für den jeweils vorhandenen Ladestrom ist.The basic control of the power MOSFET takes place, however, via the sensing resistor 30 , which is located in the feed line to the buffer battery 8 . Via the branch line provided there, part of the current led to the buffer battery 8 is given on the input side to the operational amplifier 31 , which in turn controls the semiconductor power switch 14 via the temperature-controlled opener 22 . The control is thus dependent on the voltage drop across the sensing resistor 30 , which is a measure of the charging current present.
Auf diese Weise wird mit abnehmendem Batteriestrom der Power-MOSFET automatisch geöffnet, so daß eine Ladestromsteue rung erfolgt, die abhängig vom aktuellen Ladezustand der Puffer batterie 8 ist. In this way, the power MOSFET is opened automatically with decreasing battery current, so that a charging current control takes place, which is dependent on the current state of charge of the buffer battery 8 .
Andererseits wird über den nur äußerst geringen elektrischen Widerstand des Entladekreises, namentlich der Diode 13, der Entladestrom praktisch nur vom Verbraucher 5 bestimmt.On the other hand, the discharge current is determined practically only by the consumer 5 via the extremely low electrical resistance of the discharge circuit, in particular the diode 13 .
BezugszeichenlisteReference list
1 Wechselstromnetz
2 Wechselstromphase
3.1-3.3 Gleichrichter
4 Stromkreis
5 Ersatzwiderstand, Verbraucher
6 Eingangsklemme
7 Eingangsklemme
8 Pufferbatterie
9 Parallelkreis
10 Steuerschaltung
11 Ladestrombegrenzer
12 Entladestromkreis
13 Diode
14 Halbleiter-Leistungsschalter, Power MOSFET
15 Steuerschaltung
16 Temperaturfühler
17 Relais
18 Relaisschalter
19 Kühlventilator, Steuerkreis
20 Motor
21 Kühlventilator
22 Öffner
23 Temperaturfühler
24 Kurzschlußdiode
25 Schutzdiode
26 Brückenschaltung
27-29 Begrenzungswiderstand
30 Fühlwiderstand
31 Operationsverstärker 1 AC network
2 AC phase
3.1-3.3 Rectifiers
4 circuit
5 equivalent resistor, consumer
6 input terminal
7 input terminal
8 backup battery
9 parallel circle
10 control circuit
11 charging current limiters
12 discharge circuit
13 diode
14 semiconductor power switch, power mosfet
15 control circuit
16 temperature sensors
17 relays
18 relay switches
19 Cooling fan, control circuit
20 engine
21 cooling fan
22 NC contacts
23 temperature sensors
24 short-circuit diode
25 protection diode
26 Bridge circuit
27-29 Limiting resistance
30 sensing resistance
31 operational amplifiers
Claims (8)
- 1.1 im Parallelkreis (9) der Pufferbatterie (8) eine Steuer schaltung (10) sitzt,
- 1.2 die Steuerschaltung (10) einen Ladestrombegrenzer (11) aufweist,
- 1.3 parallel zu dem Ladestrombegrenzer (11) ein Entladestrom kreis (12) liegt.
- 1.1 in the parallel circuit ( 9 ) of the backup battery ( 8 ) is a control circuit ( 10 ),
- 1.2 the control circuit ( 10 ) has a charging current limiter ( 11 ),
- 1.3 parallel to the charging current limiter ( 11 ) is a discharge circuit ( 12 ).
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944435005 DE4435005A1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Circuit arrangement for supplying DC load, such as personal computer, from AC mains |
AU38032/95A AU3803295A (en) | 1994-09-30 | 1995-10-02 | Electrical switching and control arrangement |
PCT/EP1995/003893 WO1996010859A1 (en) | 1994-09-30 | 1995-10-02 | Electrical switching and control arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944435005 DE4435005A1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Circuit arrangement for supplying DC load, such as personal computer, from AC mains |
Publications (1)
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DE4435005A1 true DE4435005A1 (en) | 1996-04-11 |
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ID=6529633
Family Applications (1)
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