EP0535763A2 - Power supply unit - Google Patents

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EP0535763A2
EP0535763A2 EP92250211A EP92250211A EP0535763A2 EP 0535763 A2 EP0535763 A2 EP 0535763A2 EP 92250211 A EP92250211 A EP 92250211A EP 92250211 A EP92250211 A EP 92250211A EP 0535763 A2 EP0535763 A2 EP 0535763A2
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EP
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power supply
supply unit
voltage
transformer
unit according
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EP0535763A3 (en
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Helfried Schurz
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Siemens AG
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    • B61L3/02Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L5/00Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12Visible signals
    • B61L5/18Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809Daylight signals
    • B61L5/1881Wiring diagrams for power supply, control or testing

Definitions

  • the invention relates to a power supply unit for data processing systems, in particular evaluation and coding circuits of punctiform train control devices.
  • the signal term indicated on the light signal is transmitted in coded form to the receiving coil of passing rail vehicles via a fixed track coupling coil.
  • the information about the type of signal term displayed is taken from evaluation and coding circuits which are either remotely powered or supplied with energy induced by the vehicle driving past when the power consumption is low.
  • the object of the present invention is to provide a power supply unit of the type mentioned at the outset which allows the supply voltage for the evaluation and coding circuits arranged at the location of the track coupling coil to be taken from the signal circuits.
  • the additionally connected circuits When realizing such a power supply unit, care must be taken to ensure that the additionally connected circuits are decoupled well from the signal circuits. Furthermore, the effects of the additionally connected circuits on the signal circuits (deformation of the signal current) should be as small as possible and largely independent of their power consumption and the size of the signal current. In addition, a uniform supply of the additionally connected circuits is necessary both with different values of the signal current (day / night switching) as well as with clocked current (flashing signal term). In addition, the supply voltages to be provided must meet certain quality requirements because they are used to operate data processing systems. The voltage level is therefore closely tolerated (approx. ⁇ 5%).
  • a transformer operating according to the current transformer principle is inserted into the signal circuit.
  • An alternating current flowing in the signal circuit creates an alternating voltage on the secondary winding of the transformer, which charges an energy storage device to a constant intermediate voltage via a rectifier arrangement and a decoupling device. From this intermediate voltage, the tightly tolerated and galvanically isolated supply voltages for operating the data-processing evaluation and coding circuits are obtained via a voltage converter device.
  • the controllable rectifier arrangement keeps the intermediate voltage constant within predetermined limits.
  • the rectifier arrangement is short-circuited at its output connections whenever the intermediate voltage exceeds a predetermined upper limit value - because the current supplied by the transmitter and predetermined by the signal circuit is generally greater than that drawn by the consumers. All of the electricity offered by the transformer can now flow freely. If this current flow were hindered, there would be saturation phenomena in the current transformer with undesired deformations of the signal current. As long as the output connections of the rectifier arrangement are short-circuited the decoupling device separates the subsequent part of the power supply device from the energy source and the intermediate voltage gradually drops during this time.
  • the rectifier arrangement is again connected to the subsequent part of the power supply device.
  • the output connections of the controllable rectifier arrangement are no longer short-circuited and the energy storage device is recharged.
  • the frequency of short-circuiting the output connections of the rectifier arrangement is determined by the limit values of the intermediate voltage, by the time constant of the load and by the current supply of the signal circuit.
  • the rectifier arrangement of the power supply unit according to the invention is preferably designed as a full-wave rectifier circuit. It is then particularly advantageous to choose a rectifier bridge (claim 6) instead of a center connection of rectifier diodes. Compared to the center circuit, on the one hand only half the transformer voltage is required, on the other hand the maximum reverse voltage at a rectifier diode is only half as large as with a center circuit.
  • the power supply unit can have voltage-limiting circuits (claims 9 to 11).
  • the secondary AC voltage occurring at the transformer is limited by series-connected zener diodes arranged parallel to the secondary winding of the transformer.
  • the voltage limiter circuits arranged in the power supply units respond to open outputs or defective rectifier arrangements.
  • Fig. 1 denotes a signal circuit, in which a feed transformer 2 is connected with its tapped secondary winding 22.
  • the feed transformer 2 lies here with the connections of its primary winding 21 on an AC network of the signal box.
  • a signal lamp 3 located on the line, a variable series resistor 4 for fine adjustment of the lamp current and a current monitoring relay 5 are also connected in series.
  • the transformer 6 is connected with its primary winding 61 in series with the other components arranged in the signal circuit 1.
  • the transformer 6 is followed by a rectifier arrangement 7 with a subsequent control device 8, the exemplary embodiment shown in FIG. 1 as a rectifier bridge is executed.
  • the control device 8 essentially consists of a control element 81 and a switching element 82.
  • the control device shown in FIG. 1 is a two-point controller, in which a power field-effect transistor can be provided as the switching element 82 (FIG. 5).
  • an operational amplifier is provided as the control element 81, which switches the power field-effect transistor 82 via a driver circuit 83.
  • the rectifier bridge 7 is connected with its input connections to the connection terminals of the secondary winding 62 of the transformer 6. Furthermore, the rectifier bridge 7 is connected via its output connections to inputs of a voltage converter device 9. The voltage converter device 9 is finally led with its outputs to a data processing evaluation and coding circuit 10.
  • a decoupling diode 11 is connected to the output of the rectifier bridge 7. Furthermore, an energy storage device 12 is arranged parallel to the rectifier bridge 7 and to the voltage converter device 9, which in the embodiment shown in FIG. 1 consists of two storage capacitors.
  • An alternating current (signal current I S ) flowing in the signal circuit 1 produces an alternating voltage on the secondary winding 62 of the transformer 6, which charges the storage capacitors 12 to a constant intermediate voltage U Z via the rectifier bridge 7 and the decoupling diode 11. From this intermediate voltage U Z , the narrow-tolerance and galvanically separated supply voltages for operating the data-processing evaluation and coding circuit 10 are obtained via the voltage converter device 9.
  • the intermediate voltage U Z kept constant within specified limits. Whenever the intermediate voltage U Z exceeds a predetermined upper limit value, because the current supplied by the transmitter 6 and predetermined by the signal circuit 1 is generally greater than that drawn by the evaluation and coding circuit 10, the switching element 82 closes the rectifier bridge 7 at its Output connections short. The entire current offered by the transformer 6 can now continue to flow unhindered. If this current flow were hindered, there would be saturation phenomena in the current transformer (in the converter 6) with undesirable deformations of the signal current I S. As long as the switching element 82 is closed, the decoupling diode 11 separates the subsequent part of the power supply device from the energy source, the intermediate voltage U Z gradually drops during this time.
  • the decoupling diode 11 prevents the storage capacitors 12 from discharging via the closed switching element 82. If the intermediate voltage U Z falls below a predetermined lower limit value, the control element 81 of the control device 8 opens the switching element 82 and the storage capacitors 12 are recharged.
  • the frequency of switching is determined by the distance between the specified upper and lower limit of the intermediate voltage U Z , by the time constant of the load and by the current supply from the current source.
  • edges in the area of the zero crossings represent start and end pieces of sine half-waves with very large ones Represents the amplitude that would occur with the secondary winding open; that applies only as long as U2 (t) ⁇ - so if the rectifier diodes of the rectifier bridge 7 block.
  • the control device 8 can be designed as a generally customary parallel controller or as a periodically short-circuiting two-point controller.
  • the current is controlled by a regulating device through a load resistor arranged in parallel in front of the voltage converters on the output side in such a way that the intermediate voltage U Z remains constant.
  • the excess power is used uselessly.
  • the control device 8 can advantageously be designed as a periodically short-circuiting two-point controller.
  • the load circuit of the parallel regulator is then replaced by a low-loss, periodically closing switching element 82 (e.g. transistor, preferably a power field-effect transistor), the duty cycle of which is controlled by a control element 81 so that the intermediate voltage U Z remains constant.
  • switching element 82 e.g. transistor, preferably a power field-effect transistor
  • the two-point controller 8 thus alternately loads or shorts the transformer 6 with the input resistance of the consumer.
  • this two-point controller offers two major advantages.
  • the voltage drop U 1 arising on the primary winding 61 of the decoupling transformer 6 is essentially determined by the resistance of the consumer on the output side and not by additional losses caused by a high-performance parallel regulator.
  • the voltage drop U 1 does not also increase with increasing signal current I S , but remains constant or drops slightly - depending on the losses occurring in the transformer 6. These important property ensures constant conditions in the signal circuit 1 even with different currents (day / night switching).
  • a measured voltage curve U1 f (I S ) is shown in Fig. 6.
  • the operating points at night current (N) and at day current (T) are designated by N and T, respectively.
  • the voltage converter device 9 is designed for an input voltage U E of 14 to 25 V, so that constant output voltages can be provided even with a flashing signal term and consequently intermittent signal current I S.
  • the prerequisite for this is that the storage capacitors 12 have a sufficiently large capacitance.
  • the transformer windings additionally shown in FIGS. 1 and 5, each not provided with reference numerals, each with a subsequent rectifier bridge indicate that the power supply unit according to the invention is also suitable for extracting energy from a plurality of signal circuits.
  • the two-point controller 8 comprises an operational amplifier 81 which acts as a comparator and which switches the power field-effect transistor 82 via a driver circuit.
  • the frequency and duration of the switch-on is determined by the position of the switching thresholds (comparator hysteresis), the time constant of the load and the current supply of the power source.
  • the power supply units according to FIGS. 1 and 5 are also protected against harmful overvoltages by voltage-limiting circuits.
  • the voltage limiter circuit 14 connected in parallel to the storage capacitors 12 and the voltage converter device 9 is provided.
  • the voltage limiter circuit 14 comprises a transistor 141, the collector of which is connected via a resistor 142 to the “+” connection of the storage capacitors 12.
  • the emitter of transistor 141 is connected to the "-" terminal of the storage capacitors 12.
  • the transistor 141 is controlled via a zener diode 143 and the tap of a voltage divider 144 connected in series therewith.
  • the same transformer 6 as for the energy coupling can be used for the information coupling not explained here, if an additional coupling winding is applied for this.
  • Another possibility for coupling out information is to insert a low-resistance measuring resistor (for example 1 ohm) into the “-” line of the rectifier bridge 7 in order to be able to tap a voltage drop that is proportional to the current.

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Abstract

In a power supply unit for data-processing systems, in particular evaluation and encoding circuits (10) of intermittent train control devices, the supply voltage for the evaluation and encoding circuits (10) arranged at the site of the track coupling coil is to be tapped from the signal circuits (1). In order to extract power from the signal circuit (1), a transformer (6) which operates according to the current transformer principle is connected with its primary winding (61) into the signal circuit (1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinheit für datenverarbeitende Anlagen, insbesondere Auswerte- und Codierschaltungen von punktförmigen Zugbeeinflussungseinrichtungen.The invention relates to a power supply unit for data processing systems, in particular evaluation and coding circuits of punctiform train control devices.

Am Standort der mit einer punktförmigen Zugbeeinflussungseinrichtung ausgerüsteten Lichtsignale wird über eine ortsfeste Gleiskoppelspule der am Lichtsignal angezeigte Signalbegriff in codierter Form zur Empfangsspule vorüberfahrender Schienenfahrzeuge übertragen. Die Information über die Art des angezeigten Signalbegriffes wird hierbei Auswerte- und Codierschaltungen entnommen, die entweder ferngespeist oder bei geringer Leistungsaufnahme durch vom vorüberfahrenden Fahrzeug induzierte Energie versorgt werden.At the location of the light signals equipped with a punctiform train control device, the signal term indicated on the light signal is transmitted in coded form to the receiving coil of passing rail vehicles via a fixed track coupling coil. The information about the type of signal term displayed is taken from evaluation and coding circuits which are either remotely powered or supplied with energy induced by the vehicle driving past when the power consumption is low.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromversorgungseinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die es erlaubt, die Versorgungsspannung für die am Ort der Gleiskoppelspule angeordneten Auswerte- und Codierschaltungen aus den Signalstromkreisen zu entnehmen.The object of the present invention is to provide a power supply unit of the type mentioned at the outset which allows the supply voltage for the evaluation and coding circuits arranged at the location of the track coupling coil to be taken from the signal circuits.

Bei der Realisierung einer derartigen Stromversorgungseinheit ist darauf zu achten, daß eine gute Entkopplung der zusätzlich angeschlossenen Schaltungen von den Signalstromkreisen erreicht wird. Ferner sollen die Rückwirkungen der zusätzlich angeschlossenen Schaltungen auf die Signalstromkreise (Verformung des Signalstromes) möglichst gering und weitgehend unabhängig von deren Leistungsaufnahme und von der Größe des Signalstromes sein. Außerdem ist eine gleichmäßige Speisung der zusätzlich angeschlossenen Schaltungen sowohl bei unterschiedlichen Werten des Signalstromes (Tag/Nacht-Umschaltung) als auch bei getaktetem Strom (blinkender Signalbegriff) zu gewährleisten. Darüber hinaus müssen die bereitzustellenden Versorgungsspannungen bestimmten Qualitätsanforderungen genügen, weil mit ihnen datenverarbeitende Anlagen betrieben werden. Die Spannungshöhe ist deshalb eng toleriert (ca. ± 5 %).When realizing such a power supply unit, care must be taken to ensure that the additionally connected circuits are decoupled well from the signal circuits. Furthermore, the effects of the additionally connected circuits on the signal circuits (deformation of the signal current) should be as small as possible and largely independent of their power consumption and the size of the signal current. In addition, a uniform supply of the additionally connected circuits is necessary both with different values of the signal current (day / night switching) as well as with clocked current (flashing signal term). In addition, the supply voltages to be provided must meet certain quality requirements because they are used to operate data processing systems. The voltage level is therefore closely tolerated (approx. ± 5%).

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 beschrieben.The object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in claims 2 to 12.

Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinheit ist in den Signalstromkreis ein nach dem Stromwandlerprinzip arbeitender Übertrager eingefügt. Ein im Signalstromkreis fließender Wechselstrom läßt an der Sekundärwicklung des Übertragers eine Wechselspannung entstehen, die über eine Gleichrichteranordnung und eine Entkopplungseinrichtung eine Energiespeichereinrichtung auf eine konstante Zwischenspannung auflädt. Aus dieser Zwischenspannung werden über eine Spannungswandlereinrichtung die engtolerierten und galvanisch voneinander getrennten Versorgungsspannungen zum Betrieb der datenverarbeitenden Auswerte- und Codierschaltungen gewonnen.In the power supply unit according to the invention, a transformer operating according to the current transformer principle is inserted into the signal circuit. An alternating current flowing in the signal circuit creates an alternating voltage on the secondary winding of the transformer, which charges an energy storage device to a constant intermediate voltage via a rectifier arrangement and a decoupling device. From this intermediate voltage, the tightly tolerated and galvanically isolated supply voltages for operating the data-processing evaluation and coding circuits are obtained via a voltage converter device.

Durch die regelbare Gleichrichteranordnung wird die Zwischenspannung innerhalb vorgegebener Grenzen konstant gehalten. Bei einer Stromversorgungseinheit gemäß Anspruch 2 wird dazu immer dann, wenn die Zwischenspannung einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet - weil der vom Übertrager gelieferte, vom Signalstromkreis her vorgegebene Strom im allgemeinen größer ist als der von den Verbrauchern entnommene - die Gleichrichteranordnung an ihren Ausgangsanschlüssen kurzgeschlossen. Der gesamte vom Übertrager angebotene Strom kann nun ungehindert weiterfließen. Würde man diesen Stromfluß behindern, käme es zu Sättigungserscheinungen im Stromwandler mit unerwünschten Verformungen des Signalstromes. Solange die Ausgangsanschlüsse der Gleichrichteranordnung kurzgeschlossen sind, trennt die Entkopplungseinrichtung den nachfolgenden Teil der Stromversorgungseinrichtung von der Energiequelle und die Zwischenspannung sinkt während dieser Zeit allmählich ab. Unterschreitet die Zwischenspannung einen vorgegebenen unteren Grenzwert, dann wird die Gleichrichteranordnung wieder an den nachfolgenden Teil der Stromversorgungseinrichtung geschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der regelbaren Gleichrichteranordnung sind nunmehr nicht mehr kurzgeschlossen und die Energiespeichereinrichtung wird nachgeladen. Die Häufigkeit des Kurzschließens der Ausgangsanschlüsse der Gleichrichteranordnung wird bestimmt von den Grenzwerten der Zwischenspannung, von der Zeitkonstante der Last und vom Stromangebot des Signalstromkreises.The controllable rectifier arrangement keeps the intermediate voltage constant within predetermined limits. In a power supply unit according to claim 2, the rectifier arrangement is short-circuited at its output connections whenever the intermediate voltage exceeds a predetermined upper limit value - because the current supplied by the transmitter and predetermined by the signal circuit is generally greater than that drawn by the consumers. All of the electricity offered by the transformer can now flow freely. If this current flow were hindered, there would be saturation phenomena in the current transformer with undesired deformations of the signal current. As long as the output connections of the rectifier arrangement are short-circuited the decoupling device separates the subsequent part of the power supply device from the energy source and the intermediate voltage gradually drops during this time. If the intermediate voltage falls below a predetermined lower limit value, the rectifier arrangement is again connected to the subsequent part of the power supply device. The output connections of the controllable rectifier arrangement are no longer short-circuited and the energy storage device is recharged. The frequency of short-circuiting the output connections of the rectifier arrangement is determined by the limit values of the intermediate voltage, by the time constant of the load and by the current supply of the signal circuit.

Als Regeleinrichtung für die Gleichrichteranordnung sind außer diesem oben beschriebenen, periodisch kurzschließenden Zweipunktregler auch allgemein übliche Parallelregler denkbar. Bei Verwendung eines Parallelreglers als Regeleinrichtung für die Gleichrichteranordnung wird der Strom durch einen vor dem ausgangsseitigen Spannungswandler parallel angeordneten Lastwiderstand von einem Regelglied so gesteuert, daß die Zwischenspannung konstant bleibt. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der nutzlose Verbrauch überschüssiger Leistung. Eine bessere, oben beschriebene Lösung bietet sich an, wenn man berücksichtigt, daß ein Stromwandler (Übertrager mit primärseitig eingeprägtem Strom) sekundärseitig kurzgeschlossen werden darf. Der Belastungskreis des Parallelreglers läßt sich deshalb ersetzen durch einen verlustarmen, periodisch schließenden Schalter (z. B. Transistor, vorzugsweise Leistungs-Feldeffekt-Transistor), dessen Tastverhältnis von einem Regel-Glied so gesteuert wird, daß die Zwischenspannung konstant bleibt. Man erhält dann einen Zweipunktregler, der wechselweise die speisende Stromquelle mit einem Eingangswiderstand des Verbrauchers belastet oder sie kurzschließt. Bei der im Anspruch 3 beschriebenen Stromversorgungseinheit ergeben sich somit zwei wesentliche Vorteile gegenüber der Verwendung eines Parallelreglers: Der an der Primärwicklung des auskoppelnden Übertragers entstehende Spannungsabfall wird im wesentlichen bestimmt vom Widerstand des ausgangsseitigen Verbrauchers und nicht von zusätzlichen, durch einen leistungsbehafteten Parallelregler verursachte Verluste. Ferner nimmt der Spannungsabfall mit zunehmendem Signalstrom nicht ebenfalls zu, sondern bleibt konstant oder sinkt leicht ab, je nach den im Auskoppelübertrager auftretenden Verlusten. Diese wichtige Eigenschaft sorgt für konstante Verhältnisse im Signalstromkreis auch bei unterschiedlichen Strömen (Tag/Nachtumschaltung).In addition to this periodically short-circuiting two-point regulator described above, generally customary parallel regulators are also conceivable as regulating devices for the rectifier arrangement. When using a parallel regulator as a regulating device for the rectifier arrangement, the current is controlled by a regulating element through a load resistor arranged in parallel in front of the voltage converter on the output side in such a way that the intermediate voltage remains constant. A disadvantage of this method is the useless consumption of excess power. A better solution described above is available if one takes into account that a current transformer (transformer with current impressed on the primary side) may be short-circuited on the secondary side. The load circuit of the parallel regulator can therefore be replaced by a low-loss, periodically closing switch (e.g. transistor, preferably power field-effect transistor), whose duty cycle is controlled by a control element so that the intermediate voltage remains constant. A two-point controller is then obtained, which alternately loads the supplying current source with an input resistance of the consumer or short-circuits it. In the power supply unit described in claim 3, there are thus two major advantages over the Use of a parallel regulator: The voltage drop occurring at the primary winding of the decoupling transformer is essentially determined by the resistance of the consumer on the output side and not by additional losses caused by a high-performance parallel regulator. Furthermore, the voltage drop does not increase with increasing signal current, but remains constant or decreases slightly, depending on the losses occurring in the decoupling transformer. This important property ensures constant conditions in the signal circuit even with different currents (day / night switching).

Die Gleichrichteranordnung der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinheit ist vorzugsweise als Vollweggleichrichterschaltung ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es dann anstelle einer Mittelpunktschaltung von Gleichrichterdioden eine Gleichrichterbrücke (Anspruch 6) zu wählen. Im Vergleich zur Mittelpunktschaltung wird einerseits nur die halbe Transformatorspannung benötigt, andererseits ist die maximale Sperrspannung an einer Gleichrichterdiode nur halb so groß wie bei einer Mittelpunktschaltung.The rectifier arrangement of the power supply unit according to the invention is preferably designed as a full-wave rectifier circuit. It is then particularly advantageous to choose a rectifier bridge (claim 6) instead of a center connection of rectifier diodes. Compared to the center circuit, on the one hand only half the transformer voltage is required, on the other hand the maximum reverse voltage at a rectifier diode is only half as large as with a center circuit.

Zum Schutz vor schädlichen Überspannungen kann die Stromversorgungseinheit spannungsbegrenzende Schaltungen (Ansprüche 9 bis 11) aufweisen. Bei einer Stromversorgungseinheit nach Anspruch 9 wird durch in Reihe geschaltete, parallel zur Sekundärwicklung des Übertragers angeordnete Zenerdioden die am Übertrager auftretende Sekundär-Wechselspannung begrenzt. Die in den Stromversorgungseinheiten gemäß Anspruch 10 und 11 angeordneten Spannungsbegrenzerschaltungen sprechen bei offenen Ausgängen oder bei fehlerhaften Gleichrichteranordnungen an.To protect against harmful overvoltages, the power supply unit can have voltage-limiting circuits (claims 9 to 11). In a power supply unit according to claim 9, the secondary AC voltage occurring at the transformer is limited by series-connected zener diodes arranged parallel to the secondary winding of the transformer. The voltage limiter circuits arranged in the power supply units respond to open outputs or defective rectifier arrangements.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Ansprüchen 2 bis 12. Es zeigen:

  • Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinheit,
  • Fig. 2 den Verlauf des Signalstroms und der am Übertrager auftretenden Senkundär-Wechselspannung, wobei das an den Ausgangsanschlüssen angeordnete Schaltelement geöffnet ist,
  • Fig. 3 den Verlauf gemäß Fig. 2, jedoch mit periodisch betätigtem Schaltelement,
  • Fig. 4 die Eingangskennlinie eines Spannungswandlers, der einen konstanten Lastwiderstand mit einer konstanten Ausgangsspannung speist,
  • Fig. 5 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinheit,
  • Fig. 6 einen an der im Signalstromkreis angeordneten Primärwicklung des Übertragers gemessenen Spannungsverlauf.
Further advantages and details of the invention result from the following description of two exemplary embodiments with reference to the drawing and in connection with the Claims 2 to 12. It shows:
  • 1 shows a basic circuit diagram of an embodiment of the power supply unit according to the invention,
  • 2 shows the profile of the signal current and the secondary AC voltage occurring at the transformer, the switching element arranged at the output connections being open,
  • 3 shows the course according to FIG. 2, but with a periodically actuated switching element,
  • 4 shows the input characteristic of a voltage converter which feeds a constant load resistance with a constant output voltage,
  • 5 shows a circuit diagram of a further embodiment of the power supply unit according to the invention,
  • 6 shows a voltage curve measured on the primary winding of the transformer arranged in the signal circuit.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Signalstromkreis bezeichnet, in den ein Speisetransformator 2 mit seiner mit Abgriffen versehenen Sekundärwicklung 22 geschaltet ist. Der Speisetransformator 2 liegt hierbei mit den Anschlüssen seiner Primärwicklung 21 an einem Wechselstromnetz des Stellwerks an. In den Signalstromkreis 1 ist weiterhin eine an der Strecke befindliche Signallampe 3, ein veränderbarer Vorwiderstand 4 zum Feinabgleichen des Lampenstromes und ein Stromüberwachungsrelais 5 in Reihe geschaltet.In Fig. 1, 1 denotes a signal circuit, in which a feed transformer 2 is connected with its tapped secondary winding 22. The feed transformer 2 lies here with the connections of its primary winding 21 on an AC network of the signal box. In the signal circuit 1, a signal lamp 3 located on the line, a variable series resistor 4 for fine adjustment of the lamp current and a current monitoring relay 5 are also connected in series.

In den Signalstromkreis 1 ist ferner ein nach dem Stromwandlerprinzip arbeitender Übertrager 6 zur Energieauskopplung eingefügt. Der Übertrager 6 ist hierzu mit seiner Primärwicklung 61 in Reihe zu den anderen im Signalstromkreis 1 angeordneten Bauelementen geschaltet.In the signal circuit 1, a transformer 6, which operates according to the current transformer principle, is also inserted for energy extraction. For this purpose, the transformer 6 is connected with its primary winding 61 in series with the other components arranged in the signal circuit 1.

Dem Übertrager 6 ist eine Gleichrichteranordnung 7 mit nachfolgender Regeleinrichtung 8 nachgeschaltet, die in dem Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Gleichrichterbrücke ausgeführt ist. Die Regeleinrichtung 8 besteht im wesentlichen aus einem Regelglied 81 sowie einem Schaltelement 82. Bei der in Fig. 1 gezeigten Regeleinrichtung handelt es sich um einen Zweipunktregler, bei dem als Schaltelement 82 ein Leistungs-Feldeffekt-Transistor vorgesehen sein kann (Fig. 5). Bei dem in Fig. 5 dargestellten Zweipunktregler 8 ist als Regelglied 81 ein Operationsverstärker vorgesehen, der über eine Treiberschaltung 83 den Leistungs-Feldeffekt-Transistor 82 schaltet.The transformer 6 is followed by a rectifier arrangement 7 with a subsequent control device 8, the exemplary embodiment shown in FIG. 1 as a rectifier bridge is executed. The control device 8 essentially consists of a control element 81 and a switching element 82. The control device shown in FIG. 1 is a two-point controller, in which a power field-effect transistor can be provided as the switching element 82 (FIG. 5). In the two-point controller 8 shown in FIG. 5, an operational amplifier is provided as the control element 81, which switches the power field-effect transistor 82 via a driver circuit 83.

Die Gleichrichterbrücke 7 ist mit ihren Eingangsanschlüssen an die Anschlußklemmen der Sekundärwicklung 62 des Übertragers 6 geschaltet. Weiterhin ist die Gleichrichterbrücke 7 über ihre Ausgangsanschlüsse mit Eingängen einer Spannungswandlereinrichtung 9 verbunden. Die Spannungswandlereinrichtung 9 ist schließlich mit ihren Ausgängen an eine datenverarbeitende Auswerte- und Codierschaltung 10 geführt.The rectifier bridge 7 is connected with its input connections to the connection terminals of the secondary winding 62 of the transformer 6. Furthermore, the rectifier bridge 7 is connected via its output connections to inputs of a voltage converter device 9. The voltage converter device 9 is finally led with its outputs to a data processing evaluation and coding circuit 10.

An den Ausgang der Gleichrichterbrücke 7 ist eine Entkopplungsdiode 11 geschaltet. Weiterhin ist parallel zu der Gleichrichterbrücke 7 sowie zu der Spannungswandlereinrichtung 9 eine Energiespeichereinrichtung 12 angeordnet, die in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Speicherkondensatoren besteht.A decoupling diode 11 is connected to the output of the rectifier bridge 7. Furthermore, an energy storage device 12 is arranged parallel to the rectifier bridge 7 and to the voltage converter device 9, which in the embodiment shown in FIG. 1 consists of two storage capacitors.

Ein im Signalstromkreis 1 fließender Wechselstrom (Signalstrom IS) läßt an der Sekundärwicklung 62 des Übertragers 6 eine Wechselspannung entstehen, die über die Gleichrichterbrücke 7 und über die Entkopplungsdiode 11 die Speicherkondensatoren 12 auf eine konstante Zwischenspannung UZ auflädt. Aus dieser Zwischenspannung UZ werden über die Spannungswandlereinrichtung 9 die engtolerierten und galvanisch voneinander getrennten Versorgungsspannungen zum Betrieb der datenverarbeitenden Auswerte- und Codierschaltung 10 gewonnen.An alternating current (signal current I S ) flowing in the signal circuit 1 produces an alternating voltage on the secondary winding 62 of the transformer 6, which charges the storage capacitors 12 to a constant intermediate voltage U Z via the rectifier bridge 7 and the decoupling diode 11. From this intermediate voltage U Z , the narrow-tolerance and galvanically separated supply voltages for operating the data-processing evaluation and coding circuit 10 are obtained via the voltage converter device 9.

Durch die Regeleinrichtung 8 wird die Zwischenspannung UZ innerhalb vorgegebener Grenzen konstant gehalten. Immer dann, wenn die Zwischenspannung UZ einen vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet, weil der vom Übertrager 6 gelieferte und vom Signalstromkreis 1 vorgegebene Strom im allgemeinen größer ist als der von der Auswerte- und Codierschaltung 10 entnommene, schließt das Schaltelement 82 die Gleichrichterbrücke 7 an ihren Ausgangsanschlüssen kurz. Der gesamte vom Übertrager 6 angebotene Strom kann nun ungehindert weiterfließen. Würde man diesen Stromfluß behindern, käme es zu Sättigungserscheinungen im Stromwandler (im Umrichter 6) mit unerwünschten Verformungen des Signalstromes IS. Solange das Schaltelement 82 geschlossen ist, trennt die Entkopplungsdiode 11 den nachfolgenden Teil der Stromversorgungseinrichtung von der Energiequelle, die Zwischenspannung UZ sinkt während dieser Zeit allmählich ab. Die Entkopplungsdiode 11 verhindert, daß sich die Speicherkondensatoren 12 über das geschlossene Schaltelement 82 entladen. Unterschreitet die Zwischenspannung UZ einen vorgegebenen unteren Grenzwert, dann öffnet das Regelglied 81 der Regeleinrichtung 8 das Schaltelement 82 und die Speicherkondensatoren 12 werden nachgeladen. Die Häufigkeit des Umschaltens wird vom Abstand zwischen der vorgegebenen Ober- und Untergrenze der Zwischenspannung UZ, von der Zeitkonstanten der Last und vom Stromangebot der Stromquelle bestimmt.The intermediate voltage U Z kept constant within specified limits. Whenever the intermediate voltage U Z exceeds a predetermined upper limit value, because the current supplied by the transmitter 6 and predetermined by the signal circuit 1 is generally greater than that drawn by the evaluation and coding circuit 10, the switching element 82 closes the rectifier bridge 7 at its Output connections short. The entire current offered by the transformer 6 can now continue to flow unhindered. If this current flow were hindered, there would be saturation phenomena in the current transformer (in the converter 6) with undesirable deformations of the signal current I S. As long as the switching element 82 is closed, the decoupling diode 11 separates the subsequent part of the power supply device from the energy source, the intermediate voltage U Z gradually drops during this time. The decoupling diode 11 prevents the storage capacitors 12 from discharging via the closed switching element 82. If the intermediate voltage U Z falls below a predetermined lower limit value, the control element 81 of the control device 8 opens the switching element 82 and the storage capacitors 12 are recharged. The frequency of switching is determined by the distance between the specified upper and lower limit of the intermediate voltage U Z , by the time constant of the load and by the current supply from the current source.

In Fig. 2 und 3 ist die Wirkungsweise der in der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinheit bevorzugt eingesetzten Zweipunktregelung erläutert. Dargestellt ist jeweils der sinusförmige Signalstrom IS und der an der Sekundärwicklung 62 des Übertragers 6 auftretende Spannungsverlauf U₂(t). Bei ständig geöffnetem Schaltelement 82 entsteht nahezu phasengleich zum Signalstrom IS an der Sekundärwicklung 62 des Übertragers 6 eine rechteckähnliche Spannung U₂(t) mit dem Scheitelwert Û = U Z + (3xU D )

Figure imgb0001
, wobei mit UD die Diodendurchlaßspannung bezeichnet ist. Die Flanken im Bereich der Nulldurchgänge stellen Anfangs- und Endstücke von Sinushalbwellen mit sehr großer Amplitude dar, die sich bei offener Sekundärwicklung einstellen würden; das gilt jeweils immer nur solange, wie U₂(t) < Û ist - wenn also die Gleichrichterdioden der Gleichrichterbrücke 7 sperren.2 and 3 explain the mode of operation of the two-point control which is preferably used in the power supply unit according to the invention. The sinusoidal signal current I S and the voltage curve U.sub.2 (t) occurring on the secondary winding 62 of the transformer 6 are shown in each case. When the switching element 82 is continuously open, a square-wave voltage U₂ (t) with the peak value arises at the secondary winding 62 of the transformer 6 almost in phase with the signal current I S Û = U Z + (3xU D )
Figure imgb0001
, where U D is the diode forward voltage. The edges in the area of the zero crossings represent start and end pieces of sine half-waves with very large ones Represents the amplitude that would occur with the secondary winding open; that applies only as long as U₂ (t) <Û - so if the rectifier diodes of the rectifier bridge 7 block.

In Fig. 3 ist wiederum der Signalstrom IS und die an der Sekundärwicklung 62 des Übertragers 6 entstehende Spannung U₂(t) gezeigt, jedoch ist hierbei das Schaltelement 82 durch das Regelglied 81 periodisch betätigt. Bei geschlossenem Schaltelement 82 verringert sich U₂(t) auf Uk. Der Signalstrom IS verändert sich dabei nur geringfügig, weil seine Amplitude nahezu völlig von den übrigen Signalkreis-Elementen bestimmt wird.In Fig. 3, the signal current I S and the voltage generated on the secondary winding 62 of the transformer 6 U₂ (t) is shown, however, the switching element 82 is actuated periodically by the control element 81. When the switching element 82 is closed, U₂ (t) decreases to U k . The signal current I S changes only slightly because its amplitude is determined almost entirely by the other signal circuit elements.

Die Notwendigkeit einer Regelung bei der Spannungswandlereinrichtung 9 soll anhand von Fig. 4 erläutert werden. Bei der in Fig. 4 gezeigte Eingangskennlinie eines Gleichspannungswandlers, der einen konstanten Lastwiderstand mit konstanter Ausgangsspannung speist, lassen sich die mit Ab, Nb bzw. Ün bezeichneten Teilbereiche Anlaufbereich, Nutzbereich und Überspannungsbereich unterscheiden. Im Anlaufbereich (Ab) hat die Ausgangsspannung noch nicht ihren Nennwert erreicht; im Nutzbereich (Nb) liegt eine nahezu konstante Leistungsaufnahme des Gleichspannungswandlers vor; im Überspannungsbereich (Üb) nimmt der Eingangsstrom mit größer werdender Eingangsspannung wegen des dort schlechteren Wirkungsgrades und wegen spannungsbegrenzender Maßnahmen wieder zu. Beim Betrieb mit einem vorgegebenen Konstantstrom Iconst, den ein Stromwandler mit nachgeschaltetem Gleichrichter ohne zusätzliche Einrichtungen liefern würde, erhält man im interessierenden Strombereich drei mögliche, mit A,B,C bezeichnete Arbeitspunkte, von denen sich allein der Arbeitspunkt C im ungünstigen Überspannungsbereich als stabil erweist. Um im Nutzbereich einen stabilen Arbeitspunkt B zu erhalten, ist der Gleichspannungswandler statt mit vorgegebem Strom Iconst mit konstanter Eingangsspannung UEconst zu betrieben. Der zu diesem neuen Arbeitspunkt B gehörende Wandlereingangsstrom IEB ist im allgemeinen kleiner als der von der Stromquelle her angebotene Strom. Eine zwischen der Gleichrichteranordnung 7 und der Spannungswandlereinrichtung 9 einzufügende Regeleinrichtung 8 muß deshalb die Zwischenspannung UZ konstant halten und den überschüssigen, von der Stromquelle angebotenen Strom aufnehmen. Die Regeleinrichtung 8 kann hierzu als allgemein üblicher Parallelregler oder als periodisch kurzschließender Zweipunktregler ausgebildet sein. Bei einem Parallelregler wird der Strom durch einen vor den ausgangsseitigen Spannungswandlern parallel angeordneten Lastwiderstand von einer Regeleinrichtung so gesteuert, daß die Zwischenspannung UZ konstant bleibt. Hierbei wird allerdings die überschüssige Leistung nutzlos verbraucht. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein Stromwandler (im vorliegenden Fall ist dies der Übertrager 6 mit primärseitig eingeprägtem Strom) sekundärseitig kurzgeschlossen werden darf, kann die Regeleinrichtung 8 in vorteilhafter Weise als periodisch kurzschließender Zweipunktregler ausgebildet sein. Der Belastungskreis des Parallelreglers ist dann durch ein verlustarmes, periodisch schließendes Schaltelement 82 (z. B. Transistor vorzugsweise ein Leistungs-Feldeffekt-Transistor) ersetzt, dessen Tastverhältnis von einem Regelglied 81 so gesteuert wird, daß die Zwischenspannung UZ konstant bleibt. Durch den Zweipunktregler 8 wird also der Übertrager 6 wechselweise mit dem Eingangswiderstand des Verbrauchers belastet oder kurzgeschlossen. Gegenüber einem Parallelregler bietet dieser Zweipunktregler zwei wesentliche Vorteile. Zum einen wird der an der Primärwicklung 61 des auskoppelnden Übertragers 6 entstehende Spannungsabfall U₁ im wesentlichen bestimmt vom Widerstand des ausgangsseitigen Verbrauchers und nicht durch zusätzliche, durch einen leistungsbehafteten Parallelregler verursachte Verluste. Zum anderen nimmt der Spannungsabfall U₁ mit zunehmendem Signalstrom IS nicht ebenfalls zu, sondern bleibt konstant oder sinkt leicht ab - Je nach den im Übertrager 6 auftretenden Verlusten. Diese wichtige Eigenschaft sorgt auch bei unterschiedlichen Strömen (Tag/Nachtumschaltung) für konstante Verhältnisse im Signalstromkreis 1. Ein gemessener Spannungsverlauf U₁ = f(I S )

Figure imgb0002
ist in Fig. 6 dargestellt. Mit N bzw. T sind hierbei die Betriebspunkte bei Nachtstrom (N) bzw. bei Tagstrom (T) bezeichnet.The need for regulation in the voltage converter device 9 will be explained with reference to FIG. 4. In the case of the input characteristic shown in FIG. 4 of a DC voltage converter that feeds a constant load resistance with a constant output voltage, the sub-areas designated Ab, Nb and Ün can be distinguished from the start-up area, useful area and overvoltage area. In the start-up range (Ab) the output voltage has not yet reached its nominal value; in the useful area (Nb) there is an almost constant power consumption of the DC-DC converter; In the overvoltage range (Ü), the input current increases again with increasing input voltage because of the poorer efficiency there and because of voltage-limiting measures. When operating with a predetermined constant current I const , which a current transformer with a downstream rectifier would supply without additional devices, three possible operating points, labeled A, B, C, are obtained in the current range of interest, of which only the operating point C is stable in the unfavorable overvoltage range turns out. In order to obtain a stable operating point B in the useful range, the DC-DC converter must be operated with a constant input voltage U Econst instead of with the given current I const . The one for this new working point B belonging converter input current I EB is generally smaller than the current offered by the current source. A control device 8 to be inserted between the rectifier arrangement 7 and the voltage converter device 9 must therefore keep the intermediate voltage U Z constant and absorb the excess current offered by the current source. For this purpose, the control device 8 can be designed as a generally customary parallel controller or as a periodically short-circuiting two-point controller. In the case of a parallel regulator, the current is controlled by a regulating device through a load resistor arranged in parallel in front of the voltage converters on the output side in such a way that the intermediate voltage U Z remains constant. Here, however, the excess power is used uselessly. Taking into account the fact that a current transformer (in the present case this is the transformer 6 with current impressed on the primary side) may be short-circuited on the secondary side, the control device 8 can advantageously be designed as a periodically short-circuiting two-point controller. The load circuit of the parallel regulator is then replaced by a low-loss, periodically closing switching element 82 (e.g. transistor, preferably a power field-effect transistor), the duty cycle of which is controlled by a control element 81 so that the intermediate voltage U Z remains constant. The two-point controller 8 thus alternately loads or shorts the transformer 6 with the input resistance of the consumer. Compared to a parallel controller, this two-point controller offers two major advantages. On the one hand, the voltage drop U 1 arising on the primary winding 61 of the decoupling transformer 6 is essentially determined by the resistance of the consumer on the output side and not by additional losses caused by a high-performance parallel regulator. On the other hand, the voltage drop U 1 does not also increase with increasing signal current I S , but remains constant or drops slightly - depending on the losses occurring in the transformer 6. These important property ensures constant conditions in the signal circuit 1 even with different currents (day / night switching). A measured voltage curve U₁ = f (I S )
Figure imgb0002
is shown in Fig. 6. The operating points at night current (N) and at day current (T) are designated by N and T, respectively.

Die Spannungswandlereinrichtung 9 ist bei dem in den Fig. 1 und 5 dargestellten Anwendungsfall für eine Eingangsspannung UE von 14 bis 25 V ausgelegt, damit auch bei blinkendem Signalbegriff und demzufolge intermittierendem Signalstrom IS gleichbleibende Ausgangsspannungen bereitgestellt werden können. Voraussetzung hierfür ist, daß die Speicherkondensatoren 12 über eine hinreichend große Kapazität verfügen. Die in Fig. 1 und 5 zusätzlich eingezeichneten, nicht mit Bezugszeichen versehenen Übertragerwicklungen mit jeweils einer nachfolgenden Gleichrichterbrücke deuten an, daß die erfindungsgemäße Stromversorgungseinheit auch für die Energieauskopplung aus mehreren Signalstromkreisen geeignet ist.In the application shown in FIGS. 1 and 5, the voltage converter device 9 is designed for an input voltage U E of 14 to 25 V, so that constant output voltages can be provided even with a flashing signal term and consequently intermittent signal current I S. The prerequisite for this is that the storage capacitors 12 have a sufficiently large capacitance. The transformer windings additionally shown in FIGS. 1 and 5, each not provided with reference numerals, each with a subsequent rectifier bridge indicate that the power supply unit according to the invention is also suitable for extracting energy from a plurality of signal circuits.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Zweipunktregler 8 einen als Komparator wirkenden Operationsverstärker 81, der über eine Treiberschaltung den Leistungs-Feldeffekt-Transistor 82 schaltet. Die Häufigkeit und Dauer des Einschaltens wird bestimmt von der Lage der Schaltschwellen (Komparator-Hysterese), von der Zeitkonstanten der Last und vom Stromangebot der Stromquelle.In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the two-point controller 8 comprises an operational amplifier 81 which acts as a comparator and which switches the power field-effect transistor 82 via a driver circuit. The frequency and duration of the switch-on is determined by the position of the switching thresholds (comparator hysteresis), the time constant of the load and the current supply of the power source.

Die Stromversorgungseinheiten gemäß Fig. 1 und 5 sind weiterhin durch spannungsbegrenzende Schaltungen vor schädlichen Überspannungen geschützt. Zur Begrenzung der am Übertrager 6 auftretenden Sekundär-Wechselspannung sind parallel zur Sekundärwicklung 62 des Übertragers 6 zwei Dioden vorgesehen. Diese Zenerdioden 13 sind an ihren anodenseitigen Anschlüssen in Reihe geschaltet.The power supply units according to FIGS. 1 and 5 are also protected against harmful overvoltages by voltage-limiting circuits. To limit the secondary AC voltage occurring at the transformer 6, two diodes are provided in parallel with the secondary winding 62 of the transformer 6. These Zener diodes 13 are connected in series at their anode-side connections.

Ferner ist zwischen den Speicherkondensatoren 12 und der Spannungswandlereinrichtung 9 eine zu diesen parallel geschaltete Spannungsbegrenzerschaltung 14 vorgesehen. Die Spannungsbegrenzerschaltung 14 umfaßt einen Transistor 141, dessen Kollektor über einen Widerstand 142 an den "+"-Anschluß der Speicherkondensatoren 12 geschaltet ist. Der Emitter des Transistors 141 ist mit dem "-"-Anschluß der Speicherkondensatoren 12 verbunden. Die Steuerung des Transistors 141 erfolgt über eine Zenerdiode 143 und den Abgriff eines mit dieser in Reihe liegenden Spannungsteilers 144.Furthermore, a voltage limiter circuit 14 connected in parallel to the storage capacitors 12 and the voltage converter device 9 is provided. The voltage limiter circuit 14 comprises a transistor 141, the collector of which is connected via a resistor 142 to the “+” connection of the storage capacitors 12. The emitter of transistor 141 is connected to the "-" terminal of the storage capacitors 12. The transistor 141 is controlled via a zener diode 143 and the tap of a voltage divider 144 connected in series therewith.

Für die hier nicht erläuterte Informationsauskopplung kann der gleiche Übertrager 6 wie für die Energieauskopplung benutzt werden, wenn hierfür eine zusätzliche Auskoppelwicklung aufgebracht wird. Eine andere Möglichkeit der Informationsauskopplung besteht darin, in die "-"-Leitung der Gleichrichterbrücke 7 einen niederohmigen Meßwiderstand (beispielsweise 1 Ohm) einzufügen, um dort einen stromproportionalen Spannungsabfall abgreifen zu können.The same transformer 6 as for the energy coupling can be used for the information coupling not explained here, if an additional coupling winding is applied for this. Another possibility for coupling out information is to insert a low-resistance measuring resistor (for example 1 ohm) into the “-” line of the rectifier bridge 7 in order to be able to tap a voltage drop that is proportional to the current.

Claims (12)

Stromversorgungseinheit für datenverarbeitende Anlagen, insbesondere Auswerte- und Codierschaltungen von punktförmi gen Zugbeeinflussungseinrichtungen, wobei die Einheit folgende Merkmale umfaßt: a) wenigstens einen Signalstromkreis (1), in dem mindestens eine Sekundärwicklung (22) eines vom Wechselstromkreis mit Spannung versorgten Speisetransformators (2), eine Signallampe (3) sowie ein Stromüberwacher (5) in Reihe geschaltet sind, b) zur Energieauskopplung aus dem Signalstromkreis (1) ist ein nach dem Stromwandlerprinzip arbeitender Übertrager (6) mit seiner Primärwicklung (61) in den Signalstromkreis (1) geschaltet, c) dem Übertrager (6) ist eine regelbare Gleichrichteranordnung (7) nachgeschaltet, die die an der Sekundärwicklung (62) des Übertragers (6) anliegende Wechselspannung (U₂) in eine innerhalb vorgebbarer Grenzen konstante Zwischenspannung (UZ) gleichrichtet, d) eine Spannungswandlereinrichtung (9) ist mit ihren Eingängen an die Ausgangsanschlüsse der Gleichrichteranordnung (7) und mit ihren Ausgängen an die datenverarbeitende Anlage (10) geschaltet, e) an den Ausgang der Gleichrichteranordnung (7) ist eine Entkopplungseinrichtung (11) geschaltet, f) parallel zu der Gleichrichteranordnung (7) und zu der Spannungswandlereinrichtung (9) ist eine Energiespeichereinrichtung (12) angeordnet.
Power supply unit for data processing systems, in particular evaluation and coding circuits of punctiform train control devices, the unit comprising the following features: a) at least one signal circuit (1), in which at least one secondary winding (22) of a supply transformer (2) supplied with voltage by the AC circuit, a signal lamp (3) and a current monitor (5) are connected in series, b) to extract energy from the signal circuit (1), a transformer (6) operating according to the current transformer principle is connected with its primary winding (61) into the signal circuit (1), c) the transformer (6) is followed by a controllable rectifier arrangement (7) which rectifies the AC voltage (U₂) applied to the secondary winding (62) of the transformer (6) into an intermediate voltage (U Z ) which is constant within predefinable limits, d) a voltage converter device (9) is connected with its inputs to the output connections of the rectifier arrangement (7) and with its outputs to the data processing system (10), e) a decoupling device (11) is connected to the output of the rectifier arrangement (7), f) an energy storage device (12) is arranged parallel to the rectifier arrangement (7) and to the voltage converter device (9).
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleichrichteranordnung (7) mittels einer Regeleinrichtung (8) regelbar ist, wobei die Regeleinrichtung (8) im wesentlichen ein parallel zu den Ausgangsanschlüssen der Gleichrichteranordnung (7) angeordnetes Regelglied (81) sowie ein von diesem geschaltetes Schaltelement (82) umfaßt, durch das die Gleichrichteranordnung (7) an ihren Ausgangsanschlüssen kurzschließbar ist.
Power supply unit according to claim 1, characterized in that
the rectifier arrangement (7) can be regulated by means of a regulating device (8), the regulating device (8) essentially comprising a regulating element (81) arranged parallel to the output connections of the rectifier arrangement (7) and a switching element (82) connected by the latter, through which the rectifier arrangement (7) can be short-circuited at its output connections.
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Regeleinrichtung als Zweipunktregler (8) ausgebildet ist.
Power supply unit according to claim 2,
characterized in that
the control device is designed as a two-point controller (8).
Stromversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Schaltelement ein Leistungs-Feldeffekt-Transistor (82) vorgesehen ist.
Power supply unit according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
a power field-effect transistor (82) is provided as the switching element.
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Regelglied des Zweipunktreglers (8) ein als Komparator wirkender Operationsverstärker (81) vorgesehen ist, der über eine Treiberschaltung (83) den Leistungs-Feldeffekt-Transistor (82) schaltet.
Power supply unit according to claim 3 and 4,
characterized in that
the control element of the two-point controller (8) is an operational amplifier (81) which acts as a comparator and which switches the power field-effect transistor (82) via a driver circuit (83).
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleichrichteranordnung eine Gleichrichterbrücke (7) umfaßt, die mit ihren Eingangsanschlüssen an die Anschlußklemmen der Sekundärwicklung (62) des Übertragers (6) geschaltet ist.
Power supply unit according to claim 1,
characterized in that
the rectifier arrangement comprises a rectifier bridge (7) which is connected with its input connections to the connection terminals of the secondary winding (62) of the transformer (6).
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Entkopplungseinrichtung wenigstens eine Entkopplungsdiode (11) umfaßt, die in Reihe zu wenigstens einem der Ausgangsanschlüsse der Gleichrichteranordnung (7) angeordnet ist.
Power supply unit according to claim 1,
characterized in that
the decoupling device comprises at least one decoupling diode (11) which is arranged in series with at least one of the output connections of the rectifier arrangement (7).
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Energiespeichereinrichtung wenigstens ein Speicherkondensator (12) vorgesehen ist, der parallel zur Gleichrichteranordnung (7) und zur Spannungswandlereinrichtung (9) liegt.
Power supply unit according to claim 1,
characterized in that
at least one storage capacitor (12) is provided as the energy storage device, which is parallel to the rectifier arrangement (7) and to the voltage converter device (9).
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Spannungsbegrenzung wenigstens zwei parallel zur Sekundärwicklung (62) des Übertragers (6) angeordnete, in Reihe geschaltete Zenerdioden (13) vorgesehen sind.
Power supply unit according to claim 1,
characterized in that
at least two Zener diodes (13) connected in series and arranged parallel to the secondary winding (62) of the transformer (6) are provided for voltage limitation.
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Energiespeichereinrichtung (12) und der Spannungswandlereinrichtung (9) eine zu diesen parallel geschaltete Spannungsbegrenzerschaltung (14) vorgesehen ist.
Power supply unit according to claim 1,
characterized in that
between the energy storage device (12) and the voltage converter device (9) there is a voltage limiter circuit (14) connected in parallel to the latter.
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsbegrenzerschaltung (14) einen Transistor (141) umfaßt, dessen Kollektor über einen Widerstand (142) an den einen Eingang und dessen Emitter an den anderen Eingang der datenverarbeitenden Anlage (10) geschaltet ist, und daß die Steuerung des Transistors (141) über eine Zenerdiode (143) und den Abgriff eines mit dieser in Reihe liegenden Spannungsteilers (144) erfolgt.
Power supply unit according to claim 10,
characterized in that
the voltage limiter circuit (14) comprises a transistor (141), the collector of which is connected via a resistor (142) to one input and the emitter of which is connected to the other input of the data processing system (10), and in that the transistor (141) is controlled via a Zener diode (143) and the tapping of a voltage divider (144) connected in series therewith.
Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Sekundärwicklung (22) des Speisetransformators (2) mit Abgriffen versehen ist zur Anpassung der an ihr anliegenden Wechselspannung an unterschiedliche Stellentfernungen.
Power supply unit according to claim 1,
characterized in that
the secondary winding (22) of the feed transformer (2) is provided with taps to adapt the AC voltage applied to it to different position distances.
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