EP2193534A1 - Vorrichtung und verfahren zur spannungsversorgung eines spannungs- oder stromauslösenden schaltgeräts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur spannungsversorgung eines spannungs- oder stromauslösenden schaltgeräts

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Publication number
EP2193534A1
EP2193534A1 EP08801657A EP08801657A EP2193534A1 EP 2193534 A1 EP2193534 A1 EP 2193534A1 EP 08801657 A EP08801657 A EP 08801657A EP 08801657 A EP08801657 A EP 08801657A EP 2193534 A1 EP2193534 A1 EP 2193534A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
coil
current
supply
switching device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08801657A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Meid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Eaton Industries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Industries GmbH filed Critical Eaton Industries GmbH
Publication of EP2193534A1 publication Critical patent/EP2193534A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H01H47/325—Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for powering a voltage or current-triggering switching device with a voltage and current release with at least one coil, with a first supply voltage whose value is determined by a predetermined comparison value, a rectifier diode and a storage capacity for providing a DC voltage and a voltage regulating device for providing at least one further supply voltage.
  • EP 1 009 003 B1 it is already known to provide an arrangement with a control device with an electromagnet, the at least one holding coil in series with an electronic switch connected to the terminals of a supply voltage of the coil, measuring means for measuring the flowing in the holding coil Holding current, control means for actuating the electromagnet and means for supplying power to the control means.
  • the means for powering the control means are connected in series with the holding coil and the electronic switch so that they are fed with the holding current.
  • the holding current measuring means comprise a measuring circuit connected in parallel with the power supply means of the control means with an additional electronic switch and a series-connected measuring resistor.
  • the control means are connected to the terminals of the resistor and to a control electrode of the additional electronic switch, wherein the additional electronic switch is switched to the on-state at regular intervals.
  • the power supply means comprise a Zener diode connected in series with the coil and the electronic switch, and another diode connected in series with a capacitor to the terminals of the Zener diode. Furthermore, they comprise a diode connected in series with the zener diode or a voltage regulator circuit connected in parallel with the capacitor.
  • An auxiliary voltage supply control circuit is connected in parallel with a capacitor.
  • the auxiliary supply voltage is a microprocessor given up. A second auxiliary supply voltage that is not regulated is the voltage of this capacitor. The passage of a regulated holding current through the coil is controlled by the microprocessor.
  • the microprocessor Periodically, the microprocessor simultaneously supplies two of its outputs, each of which leads to a transistor which is once connected on the source side and once on the gate side to the supply circuit.
  • the microprocessor sends control commands to the two transistors during the time required to measure the voltage across the resistor, which connects to one of the two transistors on the source side.
  • the other transistor is connected on the gate side with a voltage adjustment circuit, which in turn is located at the one signal output of the microprocessor.
  • an electronic drive control for a contactor drive emerges, which contains a drive coil and an armature.
  • an average actuation voltage of optimum size is made available over a respective pulse width of the drive coil within a wide static and dynamic range of a supply voltage provided by a rectifier circuit with high dynamics. This is done during both tightening and holding. High dynamics result from the pulse width control derived from the supply voltage alone, bypassing a query of the coil current.
  • the average actuation voltage should be almost independent of the supply voltage and dimensioned so that the armature is attracted with optimal turn-on dynamics and kept safe with minimal power.
  • a microprocessor controls compliance with a permitted voltage range for the input voltage, and if this range is undershot or exceeded, activation of the protective drive is blocked or activated when this range is reached.
  • the present invention is based on the object to provide a device and a method for supplying voltage to a voltage or current-triggering switching device with a coil of a voltage or current release, wherein the structure of a separate Switching power supply can be omitted and in particular to the provision of a linear regulator, and in which a simpler structure than in the prior art, in particular EP 1 009 003 B1 is provided.
  • the object is achieved for a device according to the preamble of claim 1, characterized in that a means for pulse width modulation is provided for holding a pull-in current and a holding current of the voltage or current release actuated coil and the coil serves as an impedance of acting as a power supply device, wherein a measuring resistance free current regulation is provided.
  • the object is achieved by a voltage or current-triggering switching device with such a device according to the preamble of claim 7, characterized in that a coil of the voltage or current release as an impedance of acting as a power supply device and means for pulse width modulation for holding a tightening or holding current the coil are provided.
  • the object is achieved in that the coil is used as an impedance acting as a power supply voltage supply device and the current flowing through the coil used to build the supply voltage of the switching device and is maintained over the supply voltage range by pulse width modulation.
  • a device and a method for power supply or a switching device with such a device for power supply are provided, in which no separate power supply needs to be built more to ensure the power supply for a control unit.
  • a plunger is attracted after application of a supply voltage and held in this new position.
  • the switching device which is in particular a circuit breaker, can be subsequently switched on.
  • the plunger in the tightened position leads to no blocking here.
  • the switching device in particular the circuit breaker, tripped when the supply voltage and a prevents restarting.
  • the device for power supply which uses the coil, which serves to actuate the voltage or current release, as impedance. It can only be provided a coil which serves as a tightening or holding coil. Furthermore, at least two coils may be provided, one of which is a tightening coil and another is a holding coil. In the following, only the term "coil” is used, of which, however, both above variants are intended to be encompassed.
  • the current flowing through the coil is used to supply power to the control unit.
  • a voltage can build up by this current, which can be used to advantage for power supply for the control unit or the device for pulse width modulation when a predeterminable threshold value is exceeded.
  • the control unit may comprise the means for pulse width modulation or this upstream or downstream.
  • the pulse width modulation device As is known, a larger current flows through the coil of a voltage or current release in the tightening process than in the holding state.
  • the pulse width modulation device by providing the pulse width modulation device, the attracting current and the holding current can be maintained at a constant value regardless of the level of the supply voltage.
  • the device for power supply can be supplied with a constant over the entire supply voltage range current.
  • EP 1 009 003 B1 the clocked transistor is switched on or off as a function of the measured current. To regulate the suit Holding current, an increased circuit complexity is required, due to the measuring resistor.
  • only one switching device is provided between a source for the supply input voltage and the device for supplying voltage.
  • a switching device is designed as a switching transistor, in particular as a self-locking field effect transistor, for. B. as n-channel MOSFET.
  • This is advantageous gate side with the means for pulse width modulation, the drain side with the coil (s), which actuates the voltage or current release / actuate and at the same time serves as an impedance of acting as a power supply device for power supply / serve, and the source side with the other components the device for supplying voltage, in particular connected to a reverse current blocking current diode.
  • the device for power supply comprises at least one reverse-biased zener diode.
  • a reverse-biased zener diode is provided for generating a maximum value of the supply voltage, so that the first supply voltage can build up via the rectifier diode to a capacitor of the device for power supply.
  • This first supply voltage can be supplied to the control unit and / or the device for pulse width modulation.
  • At least one further storage capacity be provided.
  • This is advantageous parallel or downstream of the voltage control device for providing a further supply voltage.
  • the at least one further supply voltage can be provided as a rectified voltage whose magnitude can be adjusted by the voltage regulation device.
  • This at least one further supply voltage can be supplied to the control unit of the switching device or the device for pulse width modulation.
  • the height of the first and further supply voltage is advantageously selected as a function of the required level of the supply voltage, in particular for the control unit of the switching device or the means for pulse width modulation.
  • one of the two supply voltages can be set to be variable in an application-specific manner and adapted to the application-specific requirements.
  • the supply input voltage is applied to the device for supplying power or the part of the switching device comprising this device.
  • the switching device in particular the switching transistor already mentioned above, is switched through in the direction of the device.
  • the supply voltage which builds up in the device is compared with a predefinable or predetermined threshold value and, when the threshold value is reached, a control unit controlling the pulse width modulation and / or the pulse width modulation device is activated by this supply voltage.
  • this supply voltage is fed to the control unit or the pulse width modulation device, which subsequently begin to operate.
  • the supplied to the control unit or the pulse width modulation in a predeterminable or predetermined time interval the supplied
  • the supply input voltage supplied to the control unit or the pulse width modulation device is the current on-time Pulse width modulation is determined so that the coil voltage is kept constant and thus the current flowing through the coil current is kept constant. The current flowing through the coil or coils is thus kept constant over the entire supply input voltage range. This constant current is in turn by the acting as a power supply device for
  • Supply input voltage range supplies constant current and generated from this constant supply voltages of specifiable height.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a device according to the invention for
  • Power supply in combination with a control unit, a pulse width modulation device and a coil for actuating a voltage or current release of a switching device, and
  • Figure 2 is a schematic diagram of the detail of the device for
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a circuit arrangement of a part of a switching device which comprises a device 1 for voltage supply, a control unit 2 with three voltage terminals 20, 21, 22, a voltage measuring device 3 and a filtering and rectifying device 4.
  • the control unit On the output side, the control unit is connected to a switching device in the form of a self-locking field effect transistor 5. This is formed in Figure 1 and Figure 2 as n-channel MOSFET.
  • the field effect transistor 5 is connected to a coil 6.
  • the coil as well as the voltage measuring device 3 is further with the filtering and Rectifying device 4 connected.
  • the filtering and rectifying device 4 is connected to a supply input voltage U.
  • Both the voltage measuring device 3 and the coil 6, which may be a tightening or holding coil or as two coils, namely as a tightening and a holding coil may be formed or in two parts as a suit and holding coil can be formed, a filtered and rectified pulsating (AC) supply input voltage is provided.
  • the voltage measuring device 3 measures this filtered and rectified supply input voltage before it is supplied to the control unit 2 via the first voltage connection 20.
  • other supply voltages such as a 15V voltage and a 3.3V voltage can be provided as supply voltages of the control unit 2.
  • a pulse width modulation device 7 is provided in this embodiment. Furthermore, a device 8 for scanning the supply input voltage U is provided. With the aid of the respectively currently sampled supply input voltage value, a new switch-on time of the pulse width modulation is calculated.
  • the control unit comprises, for example, a microcontroller, which is the device for
  • Pulse width modulation accordingly controls or performs the pulse width modulation.
  • the implementation of such pulse width modulation is described in DE 10 2007 031 995, to which reference is made here.
  • Field effect transistor 5 is turned on, so that can build up a voltage within the device 1 for power supply. This can be better taken from the detail view according to FIG.
  • the power supply device 1 further comprises two outputs 15, 16 to which two different supply voltages Ui and U 2 are made available.
  • the zener diode 10 is operated in the reverse direction and serves to generate a maximum value of the supply voltage.
  • the first supply voltage Ui which is determined from the predefinable Z value, ie the value of the Z voltage, rectified to a DC voltage and provided at the first output 15.
  • a DC voltage is likewise provided as the second supply voltage U 2 at the second output 16 of the device 1.
  • the means 8 for sensing the supply input voltage scans it and calculates, with the aid of the instantaneously sampled voltage value U, a new switch-on time of the means 7 for pulse width modulation.
  • the current flowing through the coil 6 (pull-in and / or holding coil) is kept constant over the entire permitted supply voltage range.
  • the device 1 for supplying power is supplied with a constant current over the complete permitted supply input voltage range, since the current flowing through the coil is also used at the same time, as already explained, for the voltage supply of the device 1 for the voltage supply.
  • the coil 6 thus acts here as an impedance for the device 1 for the construction of the power supply and for the operation of a voltage or current release, not shown, of the switching device.
  • a pulse width modulation for Maintaining a tightening and holding current of a tightening or holding coil is also used as an impedance for the device for supplying voltage within a voltage or current-triggering switching device ,
  • PWM Pulse Width Modulation

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  • Relay Circuits (AREA)

Abstract

Um auf ein teures Schaltnetzteil zur Spannungsversorgung vor allem einer Steuereinheit eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts mit einer Spule zur Betätigung des Spannungs- oder Stromauslösers verzichten zu können, wird eine Vorrichtung (1) zur Spannungsversorgung des spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts mit einer ersten Versorgungsspannung (U1), deren Wert durch einen vorgebbaren Vergleichswert bestimmt wird, einer Gleichrichterdiode (11) sowie einer Speicherkapazität (12) zum Bereitstellen einer Gleichspannung und einer Spannungsregelungseinrichtung (13) zum Bereitstellen zumindest einer weiteren Versorgungsspannung (U2) vorgeschlagen, bei der eine Einrichtung (7) zur Pulsweitenmodulation zum Halten eines Anzugsstroms und/oder eines Haltestroms der den Spannungs- oder Stromauslöser betätigenden Spule (6) vorgesehen ist und die Spule (6) als Impedanz der als Netzteil wirkenden Vorrichtung (1) dient, wobei eine messwiderstandsfreie Stromregelung vorgesehen ist. Bei einem Verfahren zur Spannungsversorgung eines solchen spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts mit zumindest einem Spannungs- oder Stromauslöser mit zumindest einer Spule (6), wobei eine erste Versorgungsspannung (U1) durch Vergleichen mit einem vorgebbaren Vergleichswert bestimmt und zumindest eine weitere Versorgungsspannung (U2) durch eine Spannungsregelungseinrichtung (13) eingestellt wird, wird die Spule (6) als Impedanz einer als Netzteil wirkenden Spannungsversorgungsvorrichtung (1) und der durch die Spule (6) fließende Strom zum Aufbau der Versorgungsspannung des Schaltgeräts verwendet und über den Bereich der Versorgungseingangsspannung (U) durch Pulsweitenmodulation aufrecht gehalten.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Spannungsversorgung eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgerätes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Spannungsversorgung eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgerätes mit einem Spannungs- und Stromauslöser mit zumindest einer Spule, mit einer ersten Versorgungsspannung, deren Wert durch einen vorgebbaren Vergleichswert bestimmt wird, einer Gleichrichterdiode sowie einer Speicherkapazität zum Bereitstellen einer Gleichspannung und einer Spannungsregelungseinrichtung zum Bereitstellen zumindest einer weiteren Versorgungsspannung.
Aus der EP 1 009 003 B1 ist es bereits bekannt, eine Anordnung mit einer Steuereinrichtung mit einem Elektromagneten vorzusehen, die mindestens eine Haltespule in Reihe mit einem elektronischen Schalter, angeschlossen an die Klemmen einer Versorgungsspannung der Spule, Messmittel zur Messung des in der Haltespule fließenden Haltestroms, Steuermittel zur Betätigung des Elektromagneten sowie Mittel zur Stromversorgung der Steuermittel umfasst. Die Mittel zur Stromversorgung der Steuermittel sind mit der Haltespule und dem elektronischen Schalter in Reihe geschaltet, so dass sie mit dem Haltestrom gespeist werden. Die Haltestrommessmittel umfassen eine parallel zu den Stromversorgungsmitteln der Steuermittel geschaltete Messschaltung mit einem zusätzlichen elektronischen Schalter und einen in Reihe dazu geschalteten Messwiderstand. Die Steuermittel sind an die Klemmen des Widerstandes und an eine Steuerelektrode des zusätzlichen elektronischen Schalters angeschlossen, wobei der zusätzliche elektronische Schalter in regelmäßigen Zeitabständen in den Durchlasszustand geschaltet wird. Die Stromversorgungsmittel umfassen eine mit der Spule und dem elektronischen Schalter in Reihe geschalte Zenerdiode und eine weitere Diode, die in Reihe mit einem Kondensator an die Klemmen der Zehnerdiode geschaltet ist. Ferner umfassen sie eine in Reihe mit der Zenerdiode geschaltete Diode beziehungsweise eine parallel zum Kondensator geschaltete Spannungsreglerschaltung. Ein Hilfsspannungsversorgungsregelkreis ist parallel zu einem Kondensator geschaltet. Die Hilfsversorgungsspannung wird einem Mikroprozessor aufgegeben. Eine zweite Hilfsversorgungsspannung, die nicht geregelt wird, ist die Spannung dieses Kondensators. Der Durchtritt eines regulierten Haltestroms durch die Spule wird durch den Mikroprozessor gesteuert. Periodisch beaufschlagt der Mikroprozessor gleichzeitig zwei seiner Ausgänge, die jeweils auf einen Transistor führen, die einmal sourceseitig und einmal gateseitig mit dem Versorgungskreis verbunden sind. Der Mikroprozessor sendet Steuerungsbefehle an die beiden Transistoren während der erforderlichen Zeit zum Messen der Spannung an dem Widerstand, der sich sourceseitig an den einen der beiden Transistoren anschließt. Der andere Transistor ist gateseitig mit einer Spannungsanpassungsschaltung verbunden, die ihrerseits an dem einen Signalausgang des Mikroprozessors liegt.
Aus der DE 299 09 901 IM geht eine elektronische Antriebssteuerung für einen Schützantrieb hervor, der eine Antriebsspule und einen Anker enthält. Um eine Antriebssteuerung ohne Kontrolle des Spulenstroms zu realisieren, wird über eine jeweilige Pulsbreite der Antriebsspule innerhalb eines weiten statischen und dynamischen Bereichs einer von einer Gleichrichterschaltung zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung mit hoher Dynamik eine mittlere Betätigungsspannung optimaler Größe zur Verfügung gestellt. Dies erfolgt sowohl beim Anzieh- als auch beim Haltevorgang. Eine hohe Dynamik resultiert aus der unter Umgehung einer Abfrage des Spulenstroms allein aus der Speisespannung abgeleiteten Pulsbreitensteuerung. Die mittlere Betätigungsspannung soll nahezu unabhängig von der Versorgungsspannung und so bemessen sein, dass der Anker mit optimaler Einschaltdynamik angezogen und mit minimaler Leistung sicher gehalten wird. Über einen Mikroprozessor wird die Einhaltung eines zulässigen Spannungsbereichs für die Eingangsspannung kontrolliert und bei Unter- bzw. Überschreiten dieses Bereichs wird das Einschalten des Schutzantriebs blockiert beziehungsweise bei Erreichen dieses Bereiches aktiviert.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Spannungsversorgung eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgerätes mit einer Spule eines Spannungs- oder Strömauslösers vorzusehen, wobei auf den Aufbau eines getrennten Schaltnetzteils verzichtet werden kann und insbesondere auf das Vorsehen eines Linearreglers, und bei der ein einfacherer Aufbau als im Stand der Technik insbesondere der EP 1 009 003 B1 vorgesehen ist.
Die Aufgabe wird für eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass eine Einrichtung zur Pulsweitenmodulation vorgesehen ist, zum Halten eines Anzugsstroms und eines Haltestroms der den Spannungs- oder Stromauslöser betätigenden Spule und die Spule als Impedanz der als Netzteil wirkenden Vorrichtung dient, wobei eine messwiderstandsfreie Stromregelung vorgesehen ist. Die Aufgabe wird durch ein spannungs- oder stromauslösendes Schaltgerät mit einer solchen Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 dadurch gelöst, dass eine Spule des Spannungs- oder Stromauslösers als Impedanz der als Netzteil wirkenden Vorrichtung und eine Einrichtung zur Pulsweitenmodulation zum Halten eines Anzugs- oder Haltestroms der Spule vorgesehen sind. Für ein Verfahren zur Spannungsversorgung eines solchen spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spule als Impedanz einer als Netzteil wirkenden Spannungsversorgungsvorrichtung verwendet wird und der durch die Spule fließende Strom zum Aufbau der Versorgungsspannung des Schaltgerätes verwendet und über den Versorgungsspannungsbereich durch Pulsweitenmodulation aufrecht erhalten wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Dadurch werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Spannungsversorgung bzw. ein Schaltgerät mit einer solchen Vorrichtung zur Spannungsversorgung geschaffen, bei denen kein gesondertes Netzteil mehr aufgebaut zu werden braucht, um die Spannungsversorgung für eine Steuereinheit sicherzustellen. Im Bereich des zumindest einen Spannungs- oder Stromauslösers wird nach Anlegen einer Versorgungsspannung ein Stößel angezogen und in dieser neuen Position gehalten. Bei einem Spannungsauslöser kann das Schaltgerät, das insbesondere ein Leistungsschalter ist, nachfolgend weiter eingeschaltet werden. Der Stößel in der angezogenen Position führt hier zu keiner Blockierung. Hingegen wird bei einem Stromauslöser das Schaltgerät, insbesondere der Leistungsschalter, bei Anlegen der Versorgungsspannung ausgelöst und ein erneutes Einschalten verhindert. Zur Versorgung der die Ansteuerung hier vornehmenden Steuereinheit wird kein gesondertes Netzteil vorgesehen, sondern die Vorrichtung zur Spannungsversorgung, die die Spule, die zur Betätigung des Spannungs- oder Stromauslösers dient, als Impedanz nutzt. Es kann nur eine Spule vorgesehen sein, die als Anzugs- oder Haltespule dient. Ferner können zumindest zwei Spulen vorgesehen werden, von denen eine eine Anzugsspule und eine andere eine Haltespule ist. Im Folgenden wird lediglich der Begriff der „Spule" verwendet, von dem jedoch beide vorstehenden Varianten umfasst sein sollen.
Der durch die Spule fließende Strom wird zur Spannungsversorgung für die Steuereinheit genutzt. Innerhalb der Vorrichtung zur Spannungsversorgung kann sich durch diesen Strom eine Spannung aufbauen, die bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwertes vorteilhaft zur Spannungsversorgung für die Steuereinheit bzw. die Einrichtung zur Pulsweitenmodulation genutzt werden kann. Die Steuereinheit kann die Einrichtung zur Pulsweitenmodulation umfassen oder dieser vor- oder nachgeschaltet sein.
Bekanntermaßen fließt im Anzugsvorgang durch die Spule eines Spannungs- oder Stromauslösers ein größerer Strom als im Haltezustand. Durch Vorsehen der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation können jedoch der Anzugsstrom und der Haltestrom auf einem konstanten Wert gehalten werden, unabhängig von der Höhe der Versorgungsspannung. Somit kann auch die Einrichtung zur Spannungsversorgung mit einem über den gesamten Versorgungsspannungsbereich konstanten Strom versorgt werden.
Daher wird für die Messung des durch die zumindest eine Spule fließenden Stroms kein Shunt bzw. Messwiderstand benötigt, so dass der Schaltungsaufwand hier erheblich gegenüber dem Stand der Technik minimiert werden kann. Da durch die Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit von der anliegenden Versorgungsspannung der Anzugs- und/oder Haltestrom durch die Spule des Spannungs- oder Stromauslösers gehalten bzw. auf einem konstanten Wert gehalten wird, kann eine solche Strommessung unter Verwendung eines Shunts entfallen. Die Spannung über der Halte- bzw. Anzugsspule wird also konstant gehalten, so dass der Halte- bzw. Anzugsstrom konstant ist. Im Gegensatz zur EP 1 009 003 B1 werden also keine Messeinrichtungen zum Bestimmen des Stroms benötigt.
Bei der EP 1 009 003 B1 erfolgt eine Zu- bzw. Abschaltung des getakteten Transistors in Abhängigkeit vom gemessenen Strom. Zur Regelung des Anzugsbzw. Haltestroms wird ein erhöhter Schaltungsaufwand erforderlich, aufgrund des Messwiderstands.
Vorteilhaft ist erfindungsgemäß lediglich eine Schalteinrichtung zwischen einer Quelle für die Versorgungseingangsspannung und der Vorrichtung zur Spannungsversorgung vorgesehen. Insbesondere ist eine solche Schalteinrichtung als Schalttransistor ausgebildet, insbesondere als selbstsperrender Feldeffekttransistor, z. B. als n-Kanal MOSFET. Dieser ist vorteilhaft gateseitig mit der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation, drainseitig mit der oder den Spule(n), die den Spannungs- oder Stromauslöser betätigt/betätigen und zugleich als Impedanz der als Netzteil wirkenden Vorrichtung zur Spannungsversorgung dient/dienen, und sourceseitig mit den weiteren Komponenten der Vorrichtung zur Spannungsversorgung, insbesondere der einen rückwärts gerichteten Stromfluss abblockenden Diode verbunden.
Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung zur Spannungsversorgung zumindest eine in Sperrrichtung betriebene Zenerdiode. Eine solche in Sperrrichtung betriebene Zenerdiode ist zum Erzeugen eines Maximalwertes der Versorgungsspannung vorgesehen, so dass die erste Versorgungsspannung sich über die Gleichrichterdiode an einem Kondensator der Vorrichtung zur Spannungsversorgung aufbauen kann. Diese erste Versorgungsspannung kann der Steuereinheit und/oder der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation zugeleitet werden.
Neben der einen Speicherkapazität der Vorrichtung zur Spannungsversorgung, die vorteilhaft der Zenerdiode parallel geschaltet ist, und die zusammen mit der Gleichrichterdiode zum Bereitstellen einer Gleichspannung als erster Versorgungsspannung dient, kann zumindest eine weitere Speicherkapazität vorgesehen sein. Diese ist vorteilhaft der Spannungsregelungseinrichtung zum Bereitstellen einer weiteren Versorgungsspannung parallel- bzw. nachgeschaltet. Hierdurch lässt sich die zumindest eine weitere Versorgungsspannung als gleichgerichtete Spannung bereitstellen, deren Höhe durch die Spannungsregelungseinrichtung eingestellt werden kann. Auch diese zumindest eine weitere Versorgungsspannung kann der Steuereinheit des Schaltgerätes bzw. der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation zugeleitet werden. Die Höhe der ersten und weiteren Versorgungsspannung wird vorteilhaft in Abhängigkeit von der erforderlichen Höhe der Versorgungsspannung insbesondere für die Steuereinheit des Schaltgeräts bzw. die Einrichtung zur Pulsweitenmodulation gewählt. Insbesondere über die Spannungsregelungseinrichtung kann eine der beiden Versorgungsspannungen anwendungsspezifisch veränderlich eingestellt und an die anwendungsspezifischen Erfordernisse angepasst werden.
Zunächst wird die Versorgungseingangsspannung auf die Vorrichtung zur Spannungsversorgung bzw. den diese Vorrichtung umfassenden Teil des Schaltgeräts aufgeschaltet. Hierdurch wird die Schalteinrichtung, insbesondere der vorstehend bereits erwähnte Schalttransistor, in Richtung der Vorrichtung durchgeschaltet. In dieser Vorrichtung können sich nun zumindest zwei Versorgungsspannungen zum Versorgen des Schaltgerätes aufbauen. Vorteilhaft wird die sich in der Vorrichtung aufbauende Versorgungsspannung mit einem vorgebbaren oder vorbestimmten Schwellwert verglichen und bei Erreichen des Schwellwerts eine die Pulsweitenmodulation ansteuernde Steuereinheit und/oder die Einrichtung zur Pulsweitenmodulation durch diese Versorgungsspannung aktiviert. Erreicht also die Spannung innerhalb der Vorrichtung einen ersten vorgebbaren Schwellwert der Versorgungsspannung, wird diese Versorgungsspannung der Steuereinheit bzw. der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation zugeleitet, die nachfolgend zu arbeiten beginnen. Hierbei wird im Bereich der Steuereinheit bzw. der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation in einem vorgebbaren oder vorbestimmten Zeitintervall die zugeführte
Versorgungseingangsspannung abgetastet und hieraus eine aktuelle Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation bestimmt. Somit wird basierend auf dem abgetasteten Wert der der Steuereinheit bzw. der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation zugeführten Versorgungseingangsspannung die aktuelle Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation so bestimmt, dass die Spulenspannung konstant gehalten wird und somit auch der durch die Spule fließende Strom konstant gehalten wird. Der durch die Spule bzw. Spulen fließende Strom wird somit über den kompletten Versorgungseingangsspannungsbereich konstant gehalten. Dieser konstante Strom wird wiederum von der als Netzteil wirkenden Vorrichtung zur
Spannungsversorgung genutzt, d.h. die Vorrichtung zur Spannungsversorgung wird wiederum mit diesem über den kompletten
Versorgungseingangsspannungsbereich konstanten Strom versorgt und erzeugt hieraus weiter konstante Versorgungsspannungen vorgebbarer Höhe.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
Figur 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Spannungsversorgung, in Kombination mit einer Steuereinheit, einer Einrichtung zur Pulsweitenmodulation sowie einer Spule zur Betätigung eines Spannungs- oder Stromauslösers eines Schaltgerätes, und
Figur 2 eine Prinzipskizze des Details der Vorrichtung zur
Spannungsversorgung, der Spule und der Einrichtung zur Pulsweitenmodulation gemäß Figur 1.
In Figur 1 ist eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung eines Teils eines Schaltgeräts gezeigt, das eine Vorrichtung 1 zur Spannungsversorgung, eine Steuereinheit 2 mit drei Spannungsanschlüssen 20, 21 , 22, eine Spannungsmesseinrichtung 3 sowie eine Filterungs- und Gleichrichteinrichtung 4 umfasst. Ausgangsseitig ist die Steuereinheit mit einer Schalteinrichtung in Form eines selbstsperrenden Feldeffekttransistors 5 verbunden. Dieser ist in Figur 1 und Figur 2 als n-Kanal MOSFET ausgebildet.
Drainseitig ist der Feldeffekttransistor 5 mit einer Spule 6 verbunden. Die Spule ebenso wie die Spannungsmesseinrichtung 3 ist ferner mit der Filterungs- und Gleichrichteinrichtung 4 verbunden. Die Filterungs- und Gleichrichteinrichtung 4 liegt an einer Versorgungseingangsspannung U. Sowohl der Spannungsmesseinrichtung 3 als auch der Spule 6, die eine Anzugs- oder Haltespule sein kann oder als zwei Spulen, nämlich als eine Anzugs- und eine Haltespule ausgebildet sein kann oder zweiteilig als Anzugs- und Haltespule ausgebildet sein kann, wird eine gefilterte und gleichgerichtete pulsierende (AC-) Versorgungseingangsspannung zur Verfügung gestellt. Die Spannungsmesseinrichtung 3 misst diese gefilterte und gleichgerichtete Versorgungseingangsspannung, bevor diese der Steuereinheit 2 über den ersten Spannungsanschluss 20 zugeführt wird. Über den zweiten und dritten Spannungsanschluss 21 , 22 können andere Versorgungsspannungen, wie beispielsweise eine 15V-Spannung und eine 3,3 V-Spannung als Versorgungsspannungen der Steuereinheit 2 zur Verfügung gestellt werden.
Innerhalb der Steuereinheit ist in dieser Ausführungsform eine Einrichtung 7 zur Pulsweitenmodulation vorgesehen. Ferner ist eine Einrichtung 8 zum Abtasten der Versorgungseingangsspannung U vorgesehen. Mit Hilfe des jeweils aktuell abgetasteten Versorgungseingangsspannungswerts wird eine neue Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation errechnet. Hierfür umfasst die Steuereinheit beispielsweise einen Mikrocontroller, der die Einrichtung zur
Pulsweitenmodulation entsprechend ansteuert bzw. die Pulsweitenmodulation vornimmt. Die Durchführung einer solchen Pulsweitenmodulation ist in der DE 10 2007 031 995 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.
Nach Zuschaltung dieser Versorgungseingangsspannung U ist der
Feldeffekttransistor 5 durchgeschaltet, so dass sich innerhalb der Vorrichtung 1 zur Spannungsversorgung eine Spannung aufbauen kann. Dies kann besser der Detailansicht gemäß Figur 2 entnommen werden.
In dieser ist lediglich die Spule 6, der selbstsperrende Feldeffekttransistor 5, die Einrichtung 7 zur Pulsweitenmodulation sowie eine Zenerdiode 10, eine Gleichrichterdiode 11 , eine erste Speicherkapazität 12, eine Spannungsregelungseinrichtung 13 sowie eine zweite Speicherkapazität 14 gezeigt. Die letztgenannten Komponenten sind zueinander parallel geschaltet und die Zenerdiode 10, die erste und zweite Speicherkapazität 12, 14 und die Spannungsregelungseinrichtung 13 auf Masse gelegt. Die Vorrichtung 1 zur Spannungsversorgung umfasst ferner zwei Ausgänge 15,16, an denen zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen Ui und U2 zur Verfügung gestellt werden.
Die Zenerdiode 10 wird in Sperrrichtung betrieben und dient dem Erzeugen eines Maximalwerts der Versorgungsspannung. Über die Gleichrichtdiode 11 und die erste Speicherkapazität 12 wird die erste Versorgungsspannung Ui, die sich aus dem vorgebbaren Z-Wert, d.h. dem Wert der Z-Spannung bestimmt, zu einer Gleichspannung gleichgerichtet und am ersten Ausgang 15 zur Verfügung gestellt. Über die Spannungsregelungseinrichtung 13 und die zweite Speicherkapazität 14 wird ebenfalls eine Gleichspannung als zweite Versorgungsspannung U2 am zweiten Ausgang 16 der Vorrichtung 1 zur Verfügung gestellt.
In einem festgelegten oder vorbestimmbaren Zeitintervall wird durch die Einrichtung 8 zum Abtasten der Versorgungseingangsspannung diese abgetastet und mit Hilfe des momentan abgetasteten Spannungswert U eine neue Einschaltzeit der Einrichtung 7 zur Pulsweitenmodulation errechnet. Hierbei wird der durch die Spule 6 (Anzugs- und/oder Haltespule) fließende Strom über den kompletten zugelassenen Versorgungsspannungsbereich konstant gehalten. Zugleich wird die Vorrichtung 1 zur Spannungsversorgung mit einen über den kompletten zugelassenen Versorgungseingangsspannungsbereich konstanten Strom versorgt, da der durch die Spule fließende Strom zugleich auch, wie bereits erläutert, für die Spannungsversorgung der Vorrichtung 1 zur Spannungsversorgung genutzt wird. Die Spule 6 fungiert hier somit als Impedanz für die Vorrichtung 1 zum Aufbau der Spannungsversorgung und für die Betätigung eines nicht gezeigten Spannungs- oder Stromauslösers des Schaltgeräts.
Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Spannungsversorgung lassen sich auch zahlreiche weitere realisieren, bei denen eine Pulsweitenmodulation zum Aufrechterhalten eines Anzugs- und Haltestroms einer Anzugs- bzw. Haltespule unabhängig von einer anliegenden Versorgungsspannung vorgesehen ist und die Spule, durch die der Anzugs- bzw. Haltestrom fließt, zugleich als Impedanz für die Vorrichtung zur Spannungsversorgung innerhalb eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts genutzt wird.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Spannungsversorgung
2 Steuereinheit 3 Spannungsmesseinrichtung
4 Filterungs- und Gleichrichteinrichtung
5 Selbstsperrender Feldeffekttransistor
6 Spule
7 Einrichtung zur Pulsweitenmodulation (PWM) 8 Einrichtung zum Abtasten der Versorgungsspannung
10 Zenerdiode
11 Gleichrichterdiode
12 Erste Speicherkapazität
13 Spannungsregelungseinrichtung 14 Zweite Speicherkapazität
15 Erster Ausgang
16 Zweiter Ausgang
20 Erster Spannungsanschluss
21 Zweiter Spannungsanschluss 22 Dritter Spannungsanschluss
U Versorgungseingangsspannung
U1 erste Versorgungsspannung
U2 zweite Versorgungsspannung

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur Spannungsversorgung eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts mit zumindest einer Spule (6) eines Spannungs- oder Stromauslösers mit einer ersten Versorgungsspannung
(Ui), deren Wert durch einen vorgebbaren Vergleichswert bestimmt wird, einer Gleichrichterdiode (11 ) sowie einer Speicherkapazität (12) zum Bereitstellen einer Gleichspannung und einer Spannungsregelungseinrichtung (13) zum Bereitstellen zumindest einer weiteren Versorgungsspannung (L^), dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (7) zur Pulsweitenmodulation zum Halten eines Anzugsstroms und/oder eines Haltestroms der den Spannungs- oder Stromauslöser betätigenden Spule (6) vorgesehen ist und die Spule (6) als Impedanz der als Netzteil wirkenden Vorrichtung (1 ) dient, wobei eine messwiderstandsfreie Stromregelung vorgesehen ist.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (7) zur Pulsweitenmodulation Anzugsstrom und Haltestrom der Spule (6) auf einem konstanten Wert hält.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (6) eine Anzugsspule und eine Haltespule umfasst.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein spannungsbegrenzendes Bauelement (10) zum Erzeugen der Versorgungsspannung vorgesehen ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsbegrenzende Bauelement eine in Sperrrichtung betriebene Zenerdiode (10) ist.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Speicherkapazität (14) vorgesehen und der Spannungsregelungseinrichtung (13) zum Bereitstellen der weiteren Versorgungsspannung (U2) nachgeschaltet ist.
7. Spannungs- und/oder stromauslösendes Schaltgerät mit einer Vorrichtung
(1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Spule (6) eines Spannungs- oder Stromauslösers als
Impedanz der als Netzteil wirkenden Vorrichtung (1 ) und eine Einrichtung (7) zur Pulsweitenmodulation zum Halten des Anzugs- oder Haltestroms der Spule (6) vorgesehen sind.
8. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (6) als eine Anzugsspule und eine Haltespule zum Betätigen eines Spannungs- oder Stromauslösers vorgesehen ist.
9. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (6) eine Anzugs- oder Haltespule zum Betätigen eines
Spannungs- oder Stromauslösers ist.
10. Schaltgerät nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (5) zwischen einer Quelle für die
Versorgungseingangsspannung (U) und der Vorrichtung (1 ) zur Spannungsversorgung vorgesehen ist.
11. Schaltgerät nach Anspruch 101 dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein Schaltransistor ist, insbesondere ein selbstsperrender Feldeffekttransistor (5).
12. Verfahren zur Spannungsversorgung eines spannungs- oder stromauslösenden Schaltgeräts mit zumindest einem Spannungs- oder Stromauslöser mit zumindest einer Spule (6), wobei eine erste Versorgungsspannung (U-i) durch Vergleichen mit einem vorgebbaren
Vergleichswert bestimmt und zumindest eine weitere
Versorgungsspannung (U2) durch eine Spannungsregelungseinrichtung
(13) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (6) als Impedanz einer als Netzteil wirkenden
Spannungsversorgungsvorrichtung (1) verwendet wird und der durch die
Spule (6) fließende Strom zum Aufbau der Versorgungsspannung des
Schaltgeräts verwendet und über den Bereich der
Versorgungseingangsspannung (U) durch Pulsweitenmodulation aufrecht gehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseingangsspannung (U) aufgeschaltet, eine mit der Spule (6) verbundene Schalteinrichtung (5) in Richtung der
Spannungsversorgungsvorrichtung (1 ) durchgeschaltet wird und zumindest zwei Versorgungsspannungen (Ui, U2) zum Versorgen des Schaltgeräts in der Spannungsversorgungsvorrichtung (1 ) aufgebaut werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorgebbaren oder vorbestimmten Zeitintervall die zugeführte Versorgungseingangsspannung (U) abgetastet und hieraus eine aktuelle Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation bestimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem abgetasteten Wert der der Steuereinheit (2) bzw. der Einrichtung (7) zur Pulsweitenmodulation zugeführten Versorgungseingangsspannung (U) die aktuelle Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation so bestimmt wird, dass der durch die Spule (6) fließende Strom konstant gehalten wird.
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