EP3539213A1 - Verstärkerschaltung und verfahren zum betrieb einer verstärkerschaltung - Google Patents

Verstärkerschaltung und verfahren zum betrieb einer verstärkerschaltung

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EP3539213A1
EP3539213A1 EP17798123.0A EP17798123A EP3539213A1 EP 3539213 A1 EP3539213 A1 EP 3539213A1 EP 17798123 A EP17798123 A EP 17798123A EP 3539213 A1 EP3539213 A1 EP 3539213A1
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EP
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amplifier circuit
power stage
generated
voltage
converter
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Application number
EP17798123.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Waldmeier
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Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Filing date
Publication date
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the invention relates to an amplifier circuit and a method for operating an amplifier circuit.
  • Amplifier circuits and methods for their operation are known per se.
  • Switching stages can be controlled by means of a logic block comprising a PWM modulator.
  • Disadvantages of known amplifier circuits include, for example, unfavorable power losses and not always exact amplification ratios.
  • Fire detectors and other combined in a network addressed Nottechnischsuer such as Rauchdetek- factors, signaling devices, alarm devices, such as flash lamps and so-called sounders (horns), input / output devices (I / O devices), a repeater, terminals, floor indicators and derglei ⁇ chen - hereinafter individually and collectively referred to briefly as field device or field devices - are operated via a detector line with a communication protocol, usually the so-called FDnet protocol, and supplied with electrical energy via the detector line and within the scope of the communication protocol.
  • the communication protocol provides a high tension ⁇ nungshub. Normally, such a detector line is galvanically separated from a remaining fire alarm system.
  • An object of the present invention is to provide a still further improved amplifier circuit and a method for their operation. This object is achieved by means of a functioning as lines ⁇ driver amplifier circuit having the features of claim 1.
  • the amplifier circuit comprises a DC / DC converter, which is integrated as a power stage in the amplifier scarf ⁇ tion.
  • a galvanic isolation of the input-side supply voltage Vi n is achieved by the output voltage V out generated by the amplifier circuit in such a way that the desired output voltage Voltage V out and the desired output signal directly and oh ⁇ ne generating a DC intermediate voltage arise.
  • the advantage of this aspect of the invention is mainly in the simplified embodiment of the first switching stage of the voltage converter.
  • the first switching stage includes input and output side, inductive transformer and two opposite driven Brü ⁇ CKEN.
  • a much simpler power stage takes the place of such a power stage.
  • the DC / DC converter integrated into the amplifier circuit functions as a DC / pulse converter and comprises two galvanically isolated switching stages.
  • a DC / pulse converter upstream logic block are from a PWM signal drive signals for switches of
  • Generatable DC / pulse converter and can be fed into the DC / pulse converter galvanically isolated by means of drivers.
  • the amplifier circuit comprises a priority block and a first controller and a second controller, and the above-mentioned PWM signal can be generated based on an output of the priority block.
  • This is routable by the Priori ⁇ tuschsblocks either an output signal of the first controller or an output signal of the second controller.
  • the first regulator is a first error signal based on a predetermined or predefinable voltage limit and one within the amplifier circuit via a
  • a second error signal is based on a predetermined or specifiable current limit value. as one within the amplifier circuit via a
  • the amplifier circuit each comprises a control loop for current and voltage, which control a primary end term actuator (first switching stage) are electrically insulated on ⁇ .
  • This actuator chops (PWM) the input voltage Vi n and leads it via a controlled rectifier to a filter, which filters out the switching frequency.
  • a central aspect of the proposed innovation here is to combine the converter and the amplifier into a single switched stage ,
  • a printed circuit board with the circuit proposed here increases the efficiency of a detector line driver from 65% to almost 90%.
  • the circuit with an output current of 1.5 A is only slightly more expensive than the existing linear solution with 0.5 A output current.
  • the space requirement was reduced by about 30% compared to the existing solution.
  • the current limitation is now lossless, the Behhal ⁇ th is significantly improved in case of failure. Due to the possibility of using different switching topologies, the solution is very well scalable in terms of performance.
  • the invention is also an apparatus for controlling field devices functioning as alarm devices of the type mentioned above with an amplifier circuit as described here and below and / or an amplifier circuit with means for carrying out the operating method.
  • FIG 1 shows a known amplifier circuit with an upstream DC / DC converter for generating the supply voltage of the amplifier
  • FIG 2 further details of the circuit of FIG 1,
  • FIG 5 details the function of one of the circuit according to
  • FIG. 4 comprise logic block
  • 6 shows a symbolic representation of the function of the logic block according to FIG. 5 and FIG. 7 a chronological progression of individual essential signals during operation of the amplifier circuit proposed here.
  • Line driver 1 shows a known, acting as a line driver (line driver) amplifier circuit. This includes for generating the supply voltage of the amplifier circuit on the input side a galvanically isolated DC / DC converter 1 and a downstream linear amplifier 2. To the linear amplifier 2, a multiplexer circuit 3 is connected, which generates the output voltage generated by the linear amplifier 2
  • Vout + / V ou t switched to individual branches of a network with consumers in the form of field devices 4, in particular smoke detectors, annunciators, alarm devices such as flashing lights and sounder (horns), input / output devices (I / O devices) and floor displays, passes.
  • field devices 4 in particular smoke detectors, annunciators, alarm devices such as flashing lights and sounder (horns), input / output devices (I / O devices) and floor displays, passes.
  • Multiplexer circuit 3 for example, individual branches of the network can be switched off, for example, branches with a short circuit due to a defective field device 4.
  • a line driver is basically in a known manner to ensure and / or improve the quality of the respective transmission line (reporting line ) to be transmitted electrical signals.
  • the amplifier circuit proposed here is provided as a line driver in a transmission line extending between a control center (not shown) and the field devices 4.
  • the control center generates the data transmitted via the transmission line for the connected field devices 4, for example for their control, in particular for a control, which a respective field device 4 for outputting signals or for transmitting fire alarms and status messages via the respective line and thus in the Field device network causes the a measured value of the field device 4 or the like encode.
  • These data are output from the control panel as setpoints to the voltage set and current set inputs.
  • a constant output voltage ( DC output voltage) V DC is generated galvanically isolated from the input voltage Vi n .
  • different topologies may be considered for the DC / DC converter, namely for example a so-called flyback topology (German: flyback converter) or a so-called forward topology (German: Flußwand ⁇ ler).
  • the communication with the field devices 4 takes place according to a predetermined protocol, for example the FDnet protocol.
  • a predetermined protocol for example the FDnet protocol.
  • one charging phase each without communication and a communication phase follow each other.
  • the communica ⁇ tion phase are transmitted over the network information for the field devices. 4
  • the linear amplifier 2 By means of the linear amplifier 2 is carried out a modulation of the linear amplifier 2 on the input side supplied DC output voltage V DC of the DC / DC converter 1 and the linear amplifier 2 limits the current in the transmission line during a transmission cycle.
  • the resulting modulated voltage (output voltage, V out) enables communication with the field devices 4, wherein the data is transferred bi-directionally during the Kom ⁇ munikationsphase. Also during the communication phase, the field devices 4 during the
  • an upper limit for the current and during the low phase of the transmission cycle another limit can be set, as shown schematically simplified in the illustration in Figure 1 top right.
  • the limits V set and I set for limiting the output output voltage V out and the current I out are 2 (voltage set and current set) predetermined by means of two gears A ⁇ of the linear amplifier and dynamically determined during operation by means of these inputs.
  • FIG. 2 shows the line amplifier according to FIG. 1 with further details.
  • the DC / DC converter 1 comprises a first switching stage 11 and a second switching stage 13.
  • the two switching stages 11, 13 are in the way of an inductive coupling by means of a transformer 12, in particular a power transformer, on the one hand and by means of a
  • the first switching circuit 11 includes a pulse width modulator 110 and a power stage 111.
  • ⁇ approximately form a half-bridge acts as a power stage 111.
  • Other embodiments of a power stage 111 are flat ⁇ if possible, for example, all known embodiments of flow transducers or flyback converters in different versions such as for example push-pull or full-bridge.
  • the first power stage 111 to be amplified and transmis ⁇ ing usually battery-backed input signal Vi n is supplied.
  • the second switching stage 13 includes a rectifier circuit 131 which transmitted through the transformer 12, ent ⁇ speaking rectifies the PWM signal chopped voltage generated by the pulse width modulator 110th
  • a circuit with diodes acts as
  • Rectifier circuit 131 (asynchronous rectification). A synchronous rectification is also possible, but not necessary.
  • a filter 132 output filter
  • the Output voltage V DC is supplied to the pulse width modulator 110 via the feedback branch 133 and the optocoupler 14 for the controlled stabilization of the output voltage V DC .
  • the linear amplifier 2 modulates the DC output voltage V DC obtained from the DC / DC converter 1 in accordance with the values for the maximum voltage and the maximum current given via the inputs voltage set and current set.
  • a first and a second D / A converter 21, 21a are provided.
  • the output signals of both controllers 22, 22a are first supplied to a priority block 23. Because of the priority ⁇ blocks 23 of one of the output signals of the controller 22, 22a supplied at the output of the priority block 23 a pre-amplifier 24 is. By means of the priority block 23, a priority (priority) of the current limit value is given in the case of an output current (I 0ut ) exceeding the current limit value (I set )
  • second controller 22a (second controller 22a). Until the current limit, the output voltage is maintained, the maximum current is reached, it is reduced and the maximum current held.
  • a power stage 25 is controlled ⁇ , which generates the output voltage V out + as an actual output signal of the Lei ⁇ tion amplifier. This is output via the multiplexer circuit 3 to the field devices 4.
  • FIG. 3 shows a schematically simplified overview of the amplifier circuit 2a proposed here and functioning as line driver (switched modem line driver).
  • line driver switched modem line driver
  • FIG. 4 shows a DC / DC converter 1 with two galvanically isolated from each other switching stages 11, 13 (FIG 4), which acts as a final stage in the amplifier circuit 2a.
  • no linear amplifier 2 is connected downstream of the DC / DC converter 1.
  • a modified DC / DC converter 1 is integrated into the amplifier circuit 2a and replaces the analog power stage 25.
  • the modifi ⁇ ed DC / DC converter 1 generates - unlike the DC / DC converter 1 in FIG 1, FIG.
  • FIG 2 No DC output voltage V DC , but rather voltage pulses and is therefore referred to below to distinguish from the embodiment of FIG 1, FIG 2 as a DC / pulse converter 1.
  • the PWM signal is no longer using egg nes separate pulse width modulator 110 (FIG 2), but un generated ⁇ indirectly by means of the line driver 2a, with the new PWM signal of the desired output voltage corresponds, while in the situation according to FIG. 2 the PWM signal generated there by means of the separate pulse width modulator 110 corresponds to a fixed DC voltage.
  • the PWM signal has to be transmitted over the realized by means of the DC / pulse converter 1 galvanic Tren ⁇ voltage between the input and output sides of the line amplifier.
  • the DC / pulse converter 1 can be realized with any type of forward topology and synchronous rectification. A synchronous rectification is necessary for a return supply of electrical energy to the input voltage Vi n , because within the circuit no more energy consumption takes place, as is the case with known linear amplifiers.
  • FIG. 4 shows the line driver 2 a from FIG. 3 and the DC / pulse converter 1 integrated therein with further details.
  • the line driver 2 a according to FIG. 4 also comprises two D / A converters 21, 21 a for setting limiting values (voltage set, current set) for the output voltage and the output current.
  • One of the output signals of the two regulators 22, 22a is supplied to a pulse width modulator 24, depending on a processing by a priority block 23 as in the embodiment according to FIG.
  • a comparator acts as a pulse width modulator 24 and this generates a PWM signal based on a comparison of the forwarded from the priority block 23 error signal with a triangular signal.
  • the triangular signal is generated by means of a triangular signal generator 28 on the basis of a clock signal generated by a clock generator 29.
  • the PWM signal is forwarded according to the respective switching topology of the converter 1 and its first and second switching stages 11, 13.
  • the switching topology in this context is the construction of the transformer 12 together with switches 27a, 27b, 131a, 131b included in the converter 1 Understood.
  • a DC / pulse converter 1 can be realized with different drives and different transformer configurations. The number of switches 27a, 27b, 131a, 131b used and the way in which the PWM signal drives them
  • Switch 27a, 27b, 131a, 131b is generated may vary and is mainly dependent on the output power.
  • the first switching stage 11 includes a first power stage 111 and the second switching stage 13, a second power stage 131 and the forwarding of the PWM signal by means of a logic block 27.
  • the Leis ⁇ , levels 111, 131 are as a half-bridge forward converter with synchronous rectification (half bridge forward converter).
  • the PWM signal is generated by means of the block 24 by comparing the error signal (output of block 23) with the triangular signal originating from the triangular signal generator 28.
  • the logic block 27 decrypts the PWM signal to generate the topology-specific switching patterns for the individual switches 27a, 27b, 131a and 131b. From the logic block 27, the drive signal for the switches 27a, 27b by means of two drivers 27c, 27d fed galvanically isolated into the converter 1 and that first in the first power stage 111.
  • the input voltage according to the de ⁇ key from the PWM signal Switching pattern chops and reaches the primary winding of the transformer 12.
  • the turns ratio of the transformer 12 is designed so that depending on the pulse / Pau- sen ratio of the PWM signal, the voltage at the output can be set to the desired value, which of the
  • the control circuit 26, 21a, 22a with the second controller 22a reduces over the priority ⁇ block 23, the output voltage V out / when the output current threatens to exceed the set value to current set.
  • the transformer 12 takes the electrically insulating ⁇ th transmission to the second output stage 131.
  • the chopped signal by means of the two from the second Leis ⁇ processing stage 131 is comprised electronic switches 131a, 131b, in particular an electronic switch in the form of MOSFETs, rectified and assembled.
  • the two electronic ⁇ rule switches 131a, 131b permit (as opposed to the DC / DC converter 1 in FIG 1, where this is not necessary) an Ener ⁇ gieübertragung Vi n to V out or alternatively from V out to V n, in the event that the capacity of the transmission line must be discharged during a negative edge.
  • the rectified after the chopping (first power level 111) (second power level 131) signal is filtered by a filter 132 (output filter), in particular acting as a low-pass filter filter 132 in the form of an LC element, and at the output of the converter 1 and thus at the output the Lei ⁇ tung amplifier total out is obtained as the output voltage V a pulsed voltage for the electrical supply of the field devices 4.
  • the diagram in Figure 5 shows the function of the logic block 27.
  • the output of the pulse width modulator 24 is in the logic ⁇ block 27 to the reset input of an RS Member (the clocking generator 29 is connected to the setting input) and the output of the RS component is used as a PWM signal (PWM) by means of subsequent AND gates for generating drive signals SWA, SWB for driving the drivers 27c, 27d and the subsequent switch 27a, 27b of the first power stage 111 and for the generation of drive signals SRA, SRB for AnSteueru ng the electronic switch 131a, 131b of the second power stage 131 further processed.
  • PWM PWM
  • FIG 6 shows the pulse ⁇ chart for the functionality of the logic block 27, and FIG 7 is a graph showing signals of significant individual over time, where the signal shown in FIG 7 at the bottom of the rake represents the voltage across the primary winding (on the side of the first power stage 111) of the transformer 12.

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Abstract

Die Erfindung ist eine als Linientreiber fungierende Verstärkerschaltung (2a) und ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei in die Verstärkerschaltung (2a) als Leistungsstufe ein DC/DC-Wandler (1) integriert ist.

Description

Beschreibung
Verstärkerschaltung und Verfahren zum Betrieb einer Verstär- kerschaltung
Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerschaltung. Verstärkerschaltungen und Verfahren zur deren Betrieb sind an sich bekannt.
Aus der US 2014/0313784 AI ist eine Verstärkerschaltung bekannt, welche einen Gleichspannungswandler und zwei galva- nisch getrennte Schaltstufen umfasst. Schalter der beiden
Schaltstufen sind mittels eines einen PWM-Modulator umfassenden Logikblocks ansteuerbar.
Nachteilig bei bekannten Verstärkerschaltungen sind zum Bei- spiel ungünstige Verlustleistungen und nicht immer exakte Verstärkungsverhältnisse .
Brandmelder und andere in einem Netzwerk zusammengefasste adressierte Notifikationsgeräte wie zum Beispiel Rauchdetek- toren, Meldegeräte, Alarmierungsgeräte wie Blitzleuchten und sogenannte Sounder (Hörner), Ein-/Ausgabegeräte (I/O- Devices) , Repeater, Terminals, Stockwerkanzeigen und derglei¬ chen - im Folgenden einzeln und zusammen kurz als Feldgerät bzw. Feldgeräte bezeichnet - werden über eine Melderlinie mit einem Kommunikationsprotokoll, üblicherweise dem sogenannten FDnet-Protokoll , betrieben und über die Melderlinie und im Rahmen des Kommunikationsprotokolls mit elektrischer Energie versorgt. Das Kommunikationsprotokoll sieht einen hohen Span¬ nungshub vor. Üblicherweise ist eine solche Melderlinie gal- vanisch von einem restlichen Brandmeldesystem getrennt. Der Trend, immer mehr Feldgeräte, wie adressierte sogenannte Loopsounder und Blitzleuchten, zu installieren, führt zu einem erhöhten Strombedarf auf den Meldelinien des Netzwerks. Der Treiber der Linie soll den benötigten Strom zu den Feldgeräten liefern. Die Steigerung der installierten Leistung auf der Linie verlangt nach stärkeren Linientreibern. Der gesteigerte Leistungsbedarf verursacht mit der bestehenden Lö- sung erhöhte Verlustleistung sowie Probleme mit der Strombe¬ grenzung .
In der älteren, nicht vorveröffentlichen europäischen Patentanmeldung 15 170 028.3 mit dem Titel „Verstärkerschaltung und Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerschaltung" (Anmeldetag: 01.06.2015) ist eine Verstärkerschaltung und ein Verfahren zu deren Betrieb beschrieben, wobei die Verstärkerschaltung einen beidseitig galvanisch isolierten und als Verstärker fungierenden Gleichspannungswandler umfasst, wobei ein Ausgangs- signal der Verstärkerschaltung mittels eines Rückführzweigs auf einen eingangsseitigen Summationspunkt zurückgeführt ist und wobei der Gleichspannungswandler zwischen den Summationspunkt und einen ausgangsseitigen Ausgangsfilter geschaltet ist. Die bei einem getrennten Aufbau des Spannungsversor- gungsteils und des Verstärkungsteils redundanten Schaltungs¬ teile, nämlich der Pulsweitenmodulator, die erste und die zweite Schaltstufe und der Ausgangsfilter des DC/DC- Konverters, werden zur Verstärkung des Eingangssignals und zur direkten Erzeugung des Ausgangssignals genutzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine demgegenüber noch weiter verbesserte Verstärkerschaltung und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer als Linien¬ treiber fungierenden Verstärkerschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Verstärkerschaltung umfasst einen DC/DC-Wandler, der als Leistungsstufe in die Verstärkerschal¬ tung integriert ist. Mittels des DC/DC-Wandlers und dessen Integration in die Verstärkerschaltung wird eine galvanische Trennung der eingangsseitigen Versorgungsspannung Vin von der mittels der Verstärkerschaltung erzeugten Ausgangsspannung Vout in einer Weise erreicht, dass die gewünschte Ausgangs- Spannung Vout und das gewünschte Ausgangssignal direkt und oh¬ ne das Erzeugen einer DC-Zwischenspannung entstehen.
Der Vorteil dieses Aspekts der Erfindung besteht vor allem in der vereinfachten Ausführung der ersten Schaltstufe des Spannungswandlers. Bei der Schaltung gemäß der älteren Anmeldung umfasst die erste Schaltstufe eingangs- und ausgangsseitige induktive Übertrager sowie zwei gegenläufig angesteuerte Brü¬ cken. Bei der hier vorgeschlagenen Schaltung tritt an die Stelle einer solchen Leistungsstufe eine deutlich einfachere Leistungsstufe. Mittels der Leistungsstufe wird die Eingangs¬ spannung Vin in einer Art und Weise zerhackt, dass gerade die gewünschte Ausgangsspannung entsteht und zwar mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal) , dessen Tastver- hältnis (Einschaltzeit/Periodendauer) gleich der gewünschten Ausgangsspannung im Verhältnis zur mit der Transformerübersetzung multiplizierten Eingangsspannung Vin ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der in die Verstärkerschal- tung integrierte DC/DC-Wandler als DC/Puls-Wandler fungiert und zwei galvanisch getrennte Schaltstufen umfasst. Mittels eines dem DC/Puls-Wandler vorgeschalteten Logikblocks sind aus einem PWM-Signal Ansteuersignale für Schalter des
DC/Puls-Wandlers generierbar und mittels Treibern galvanisch isoliert in den DC/Puls-Wandler einspeisbar.
Schließlich umfasst die Verstärkerschaltung einen Prioritätsblock sowie einen ersten Regler und einen zweiten Regler und das oben genannte PWM-Signal ist anhand eines Ausgangs des Prioritätsblocks generierbar. Dafür ist mittels des Priori¬ tätsblocks entweder ein Ausgangssignal des ersten Reglers oder ein Ausgangssignal des zweiten Reglers weiterleitbar. Mittels des ersten Reglers ist ein erstes Fehlersignal auf Basis eines vorgegebenen oder vorgebbaren Spannungsgrenzwerts sowie einer innerhalb der Verstärkerschaltung über einen
Rückführzweig zurückgeführten Ausgangsspannung generierbar. Mittels des zweiten Reglers ist ein zweites Fehlersignal auf Basis eines vorgegebenen oder vorgebbaren Stromgrenzwerts so- wie eines innerhalb der Verstärkerschaltung über einen
Rückführzweig zurückgeführten Ausgangsstroms generierbar. In Form der beiden Regler umfasst die Verstärkerschaltung je einen Regelkreis für Strom und Spannung, welche ein primärsei- tiges Stellglied (erste Schaltstufe) galvanisch getrennt an¬ steuern .
Dieses Stellglied zerhackt (PWM) die Eingangsspannung Vin und führt sie über einen gesteuerten Gleichrichter auf ein Fil- ter, welches die Schaltfrequenz herausfiltert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspru- ches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin.
Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selb¬ ständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte nachgeordneter Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen .
Mit der durch das Einbinden von Blitzleuchten nötigen Steigerung der Ausgangsleistung wird eine analoge (lineare) Lösung zunehmend schwierig, ineffizient und kosten- und platzaufwendiger. Bei der linearen Lösung geht immer ein gewisser Teil der Leistung im linearen Treiber verloren. Zusammen mit den Verlusten des vorgeschalteten DC/DC-Wandlers beträgt die Verlustleistung 30-40%. Bei einer Ausgangsleistung von etwa 50W sind dies fast 20W. Eine solche Verlustleistung ist nicht mehr mit einer einfachen, kostengünstigen Kühlung handhabbar. Im Falle eines Fehlers muss sogar für eine gewisse Zeit die gesamte Ausgangsleistung als Verlustleistung abgeführt wer- den, was große Probleme schafft. Eine geschaltete Lösung kann die Ausgangsspannung (Feldgerätespannung, Melderspannung) mit hoher Effizienz erzeugen, wobei im Fehlerfall die Energie nicht als Verlustleistung verbraucht, sondern gar nicht erst bezogen wird.
Ausgehend von dem Umstand, dass bereits bisher ein DC/DC- Wandler zur Stabilisierung und galvanischen Trennung der DC- Eingangsspannung eines linearen Verstärkers verwendet wird, besteht ein zentraler Aspekt der hier vorgeschlagenen Neuerung darin, den Wandler und den Verstärker zu einer einzigen geschalteten Stufe zusammenzufassen.
Eine Leiterplatte mit der hier vorgeschlagenen Schaltung er- höht die Effizienz eines Melderlinien-Treibers von 65% auf fast 90%. Trotz der aufwendigeren Schaltung ist die Schaltung mit einem Ausgangsstrom von 1,5 A nur wenig teurer als die bestehende lineare Lösung mit 0,5 A Ausgangsstrom. Der Platzbedarf konnte gegenüber der bestehenden Lösung um ca. 30% re- duziert werden. Weil bei der hier vorgeschlagenen Schaltung die Strombegrenzung nun verlustfrei ist, ist auch das Verhal¬ ten bei Fehlerfällen deutlich verbessert. Durch die Möglichkeit der Verwendung unterschiedlicher Schalttopologien ist die Lösung leistungsmäßig sehr gut skalierbar.
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer solchen Verstärkerschaltung werden die übliche, galvanisch getrennte Erzeugung der Versorgungspannung des Verstärkers und der Verstärker selbst in einer Schaltung kombiniert.
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Verstärkerschaltung und eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit einem Verfahren und einzelner Ausgestaltungen eines solchen Verfahrens zum Betrieb einer Verstärkerschaltung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Für die weitere Beschreibung gilt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen, dass das Verfahren auch mittels einzelner oder mehrerer Verfahrensmerkmale fortgebildet sein kann, die sich auf von der Verstärkerschaltung und davon umfassten Mitteln ausgeführte Verfahrensschritte beziehen und die Verstär¬ kerschaltung entsprechend mittels einzelner oder mehrerer Vorrichtungsmerkmale fortgebildet sein kann, die sich auf Mittel zur Ausführung von im Rahmen des Verfahrens ausgeführ- ten Verfahrensschritten beziehen.
Insgesamt ist die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Ansteuern von als Alarmierungs-Einrichtungen fungierenden Feldgeräten der eingangs genannten Art mit einer Verstärkerschaltung wie hier und im Folgenden beschrieben und/oder einer Verstärkerschaltung mit Mitteln zur Ausführung des Betriebsverfahrens .
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen
FIG 1 eine bekannte Verstärkerschaltung mit einem vorgeschalteten DC/DC-Wandler zur Erzeugung der Versorgungsspannung des Verstärkers, FIG 2 weitere Einzelheiten der Schaltung gemäß FIG 1,
FIG 3 eine Ausführungsform einer hier vorgeschlagenen VerstärkerSchaltung,
FIG 4 Einzelheiten der Schaltung gemäß FIG 3,
FIG 5 Details zur Funktion eines von der Schaltung gemäß
FIG 3, FIG 4 umfassten Logikblocks, FIG 6 eine symbolische Darstellung der Funktion des Logikblocks gemäß FIG 5 und FIG 7 einen zeitlichen Verlauf einzelner wesentlicher Signale beim Betrieb der hier vorgeschlagenen Verstärkerschaltung .
FIG 1 zeigt eine bekannte, als Lininentreiber (line driver) fungierende Verstärkerschaltung. Diese umfasst zur Erzeugung der Versorgungsspannung der Verstärkerschaltung eingangssei- tig einen galvanisch isolierten DC/DC-Wandler 1 und einen nachgeschalteten Linearverstärker 2. An den Linearverstärker 2 ist eine Multiplexerschaltung 3 angeschlossen, welche die mittels des Linearverstärkers 2 erzeugte Ausgangsspannung
Vout+ / Vout- geschaltet an einzelne Zweige eines Netzwerks mit Verbrauchern in Form von Feldgeräten 4, insbesondere Rauchdetektoren, Meldegeräte, Alarmierungsgeräte wie Blitzleuchten und Sounder (Hörner), Ein-/Ausgabegeräte ( I /O-Devices ) und Stockwerksanzeigen, weitergibt. Mittels der
Multiplexerschaltung 3 sind zum Beispiel auch einzelne Zweige des Netzwerks abschaltbar, zum Beispiel Zweige mit einem Kurzschluss aufgrund eines defekten Feldgeräts 4. Ein Linientreiber ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zur Gewährleistung und/oder Verbesserung der Qualität der über die jeweilige Übertragungsleitung (Meldelinie) zu übertragenden elektrischen Signale bestimmt. Die hier vorgeschlagene Verstärkerschaltung ist als Linientreiber in ei- ner zwischen einer nicht gezeigten Zentrale und den Feldgeräten 4 verlaufenden Übertragungsleitung vorgesehen. Die Zentrale erzeugt die über die Übertragungsleitung übermittelten Daten für die angeschlossenen Feldgeräte 4, zum Beispiel zu deren Ansteuerung, insbesondere zu einer Ansteuerung, welche ein jeweiliges Feldgerät 4 zur Ausgabe von Signalen oder zum Übermitteln von Feueralarmen sowie Statusmeldungen über die jeweilige Leitung und damit in dem Feldgerätenetzwerk veranlasst, die einen Messwert des Feldgeräts 4 oder dergleichen kodieren. Diese Daten werden von der Zentrale als Sollwerte an die Eingänge voltage set und current set ausgegeben.
Mittels des DC/DC-Wandlers 1 wird aus der Eingangsspannung Vin galvanisch isoliert eine konstante Ausgangsspannung (Ausgangsgleichspannung) VDC erzeugt. Für den DC/DC-Wandler kommen abhängig von einer jeweils gewünschten Ausgangsleistung unterschiedliche Topologien in Betracht, nämlich zum Beispiel eine sogenannte Flyback-Topologie (deutsch: Sperrwandler) oder eine sogenannte Forward-Topologie (deutsch: Flusswand¬ ler) .
Die Kommunikation mit den Feldgeräten 4 erfolgt nach einem vorgegebenen Protokoll, zum Beispiel dem FDnet-Protokoll . Da- bei folgen in äquidistanten Übertragungszyklen jeweils eine Ladephase ohne Kommunikation und eine Kommunikationsphase aufeinander. Während der Ladephase erfolgt die Energieversorgung der angeschlossenen Feldgeräte 4. Während der Kommunika¬ tionsphase werden Informationen für die Feldgeräte 4 über das Netzwerk übertragen.
Mittels des Linearverstärkers 2 erfolgt eine Modulation der dem Linearverstärker 2 eingangsseitig zugeführten Ausgangsgleichspannung VDC des DC/DC-Wandlers 1 und der Linearver- stärker 2 begrenzt den Strom in der Übertragungsleitung während eines Übertragungszyklus. Die resultierende modulierte Spannung (Ausgangsspannung, Vout ) ermöglicht während der Kom¬ munikationsphase eine Kommunikation mit den Feldgeräten 4, wobei die Daten bidirektional übertragen werden. Auch während der Kommunikationsphase werden die Feldgeräte 4 während der
High-Pegel der Ausgangsspannung Vout mittels der Ausgangsspan¬ nung Vout mit elektrischer Energie versorgt.
Während einer Ladephase gilt ein oberer Grenzwert für den Strom und während der Low-Phase des Übertragungszyklus kann ein anderer Grenzwert gesetzt werden, wie dies in der Darstellung in FIG 1 oben rechts schematisch vereinfacht gezeigt ist. Die Grenzwerte Vset und Iset für die Begrenzung der Aus- gangsspannung Vout und des Stroms Iout sind mittels zweier Ein¬ gänge des Linearverstärkers 2 (voltage set bzw. current set) vorgebbar und werden beim Betrieb dynamisch mittels dieser Eingänge vorgegeben.
Die Darstellung in FIG 2 zeigt den Leitungsverstärker gemäß FIG 1 mit weiteren Details. Danach umfasst der DC/DC-Wandler 1 eine erste Schaltstufe 11 und eine zweite Schaltstufe 13. Die beiden Schaltstufen 11, 13 sind im Wege einer induktiven Kopplung mittels eines Transformators 12, insbesondere eines Leistungstransformators, einerseits sowie mittels eines
Rückführzweigs 133 mit einem anschließenden Optokoppler 14 andererseits galvanisch voneinander getrennt. Die erste Schaltstufe 11 umfasst einen Pulsweitenmodulator 110 und eine Leistungsstufe 111. Bei der gezeigten Ausfüh¬ rungsform fungiert eine Halbbrücke als Leistungsstufe 111. Andere Ausführungsformen einer Leistungsstufe 111 sind eben¬ falls möglich, zum Beispiel alle bekannten Ausführungen von Flusswandlern oder Sperrwandlern in verschiedenen Ausführungen wie zum Beispiel Push-Pull oder Vollbrücke. In der ersten Leistungsstufe 111 wird das zu verstärkende und zu übertra¬ gende, üblicherweise batteriegepufferte Eingangssignal Vin zugeführt .
Die zweite Schaltstufe 13 umfasst eine Gleichrichterschaltung 131, welche die über den Transformator 12 übertragene, ent¬ sprechend dem vom Pulsweitenmodulator 110 erzeugten PWM- Signal zerhackte Spannung gleichrichtet. Bei der gezeigten Ausführungsform fungiert eine Schaltung mit Dioden als
Gleichrichterschaltung 131 (asynchrone Gleichrichtung) . Eine Synchrongleichrichtung ist ebenfalls möglich, aber nicht notwendig . Mittels eines Filters 132 (Ausgangsfilter) , insbesondere ei¬ nes als Tiefpassfilter fungierenden Filters 132 in Form eines LC-Glieds, erfolgt eine Filterung der zerhackten und gleichgerichteten Spannung zum Erhalt der Ausgangsspannung VDC . Die Ausgangsspannung VDC wird dem Pulsweitenmodulator 110 über den Rückführzweig 133 und den Optokoppler 14 zur geregelten Stabilisierung der Ausgangsspannung VDC zugeführt. Der Linearverstärker 2 moduliert die vom DC/DC-Wandler 1 erhaltene Ausgangsgleichspannung VDC gemäß den über die Eingänge voltage set und current set vorgegebenen Werten für die maximale Spannung und den maximalen Strom. Dafür sind ein erster und ein zweiter D/A-Wandler 21, 21a (digital analog Converter; DAC) vorgesehen.
Von dem aufgrund des über den Eingang voltage set vorgegebe¬ nen Spannungsgrenzwerts Vset resultierenden Wert am Ausgang des ersten D/A-Wandlers 21 wird die über einen Rückführzweig 20 mit inverser Systemverstärkung (1/G) zurückgeführte Aus¬ gangsspannung Vout+ abgezogen und das resultierende Signal ei¬ nem ersten Regler 22 zugeführt. Ähnlich wird von dem aufgrund des über den Eingang current set vorgegebenen Stromgrenzwerts I set resultierenden Wert am Ausgang des zweiten D/A-Wandlers 21a der über einen Rückführzweig 26 zurückgeführte jeweilige Ausgangsstrom abgezogen und das resultierende Signal einem zweiten Regler 22a zugeführt.
Die Ausgangssignale beider Regler 22, 22a werden zunächst ei- nem Prioritätsblock 23 zugeführt. Aufgrund des Prioritäts¬ blocks 23 wird eines der Ausgangssignale der Regler 22, 22a am Ausgang des Prioritätsblocks 23 einem Vorverstärker 24 zugeführt. Mittels des Prioritätsblocks 23 wird für den Fall eines den Stromgrenzwert ( I set ) überschreitenden Ausgangs- Stroms ( I 0ut ) ein Vorrang (Priorität) des Stromgrenzwerts
( I set ) gegenüber dem Spannungsgrenzwert (Vset ) realisiert. Je nachdem, ob die Spannung gehalten oder aufgrund eines Überstroms reduziert werden muss, arbeitet entweder die Span¬ nungsregelung (erster Regler 22) oder die Stromregelung
(zweiter Regler 22a) . Bis zur Strombegrenzung wird die Ausgangsspannung gehalten, ist der Maximalstrom erreicht, wird sie reduziert und der Maximalstrom gehalten. Mittels des Vorverstärkers 24 wird eine Leistungsstufe 25 an¬ gesteuert, welche als tatsächliches Ausgangssignal des Lei¬ tungsverstärkers die Ausgangsspannung Vout+ erzeugt. Diese wird über die Multiplexerschaltung 3 an die Feldgeräte 4 aus- gegeben.
Die Darstellung in FIG 3 zeigt in der Form wie in FIG 1 eine schematisch vereinfachte Übersichtsdarstellung der hier vorgeschlagenen und als Linientreiber (line driver; switched mo- de line driver) fungierenden Verstärkerschaltung 2a. Diese umfasst - siehe auch FIG 1 und die zugehörige Beschreibung - einen DC/DC-Wandler 1 mit zwei galvanisch voneinander isolierten Schaltstufen 11, 13 (FIG 4), welcher als Endstufe in der Verstärkerschaltung 2a fungiert. Im Unterschied zur Situ- ation gemäß FIG 1 und FIG 2 ist dem DC/DC-Wandler 1 kein Linearverstärker 2 nachgeschaltet. Vielmehr ist ein modifizierter DC/DC-Wandler 1 in die Verstärkerschaltung 2a integriert und ersetzt dort die analoge Leistungsstufe 25. Der modifi¬ zierte DC/DC-Wandler 1 generiert - anders als der DC/DC- Wandler 1 in FIG 1, FIG 2 - keine Ausgangsgleichspannung VDC, sondern vielmehr Spannungspulse und wird deshalb im Folgenden zur Unterscheidung von der Ausführungsform gemäß FIG 1, FIG 2 als DC/Puls-Wandler 1 bezeichnet. Durch das Wegfallen des DC/DC-Wandlers wird nun das PWM-Signal nicht mehr mittels ei- nes separaten Pulsweitenmodulators 110 (FIG 2), sondern un¬ mittelbar mittels des Linientreibers 2a erzeugt, wobei das neue PWM-Signal der gewünschten Ausgangsspannung entspricht, während bei der Situation gemäß FIG 2 das dort mittels des separaten Pulsweitenmodulators 110 erzeugte PWM-Signal einer festen DC-Spannung entspricht. Das PWM-Signal muss über die mittels des DC/Puls-Wandlers 1 realisierte galvanische Tren¬ nung zwischen der Ein- und Ausgangsseite des Leitungsverstärkers übertragen werden. Dies erfolgt mittels eines Transfor¬ mers oder einer Halbleiter-Schaltung ( semiconductor isola- tor/driver) . Die Anzahl der Leistungsstufen ist damit gegenüber der Schaltung gemäß FIG 2 um eine Leistungsstufe redu¬ ziert. Dies führt zu einer Kostenersparnis und zu einem redu¬ zierten Platzbedarf. Der DC/Puls-Wandler 1 kann mit jeder Art von Forward- Topologie und synchroner Gleichrichtung realisiert werden. Eine synchrone Gleichrichtung ist notwendig für eine Rück- Speisung elektrischer Energie zur Eingangsspannung Vin , denn innerhalb der Schaltung findet kein Energieverbrauch mehr statt, wie dies bei bekannten Linearverstärkern der Fall ist.
Die Darstellung in FIG 4 zeigt den Linientreiber 2a aus FIG 3 und den darin integrierten DC/Puls-Wandler 1 mit weiteren Einzelheiten. Genau wie bei der in FIG 2 gezeigten Ausführungsform umfasst auch der Linientreiber 2a gemäß FIG 4 zwei D/A-Wandler 21, 21a zur Vorgabe von Grenzwerten (voltage set, current set) für die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom.
Von dem aufgrund des vorgegebenen Spannungsgrenzwerts
(voltage set) resultierenden Wert am Ausgang des ersten D/AWandlers 21 wird - genau wie bei der Ausführungsform gemäß FIG 2 - die über einen Rückführzweig 20 mit inverser System- Verstärkung (1/G) zurückgeführte Ausgangsspannung Vout+ abge¬ zogen und das resultierende Signal (erstes Fehlersignal) ei¬ nem ersten Regler 22 zugeführt. Ähnlich wird - ebenfalls ge¬ nau wie bei der Ausführungsform gemäß FIG 2 - von dem aufgrund des vorgegebenen Stromgrenzwerts (current set) resul- tierenden Wert am Ausgang des zweiten D/A-Wandlers 21 der über einen Rückführzweig 26 zurückgeführte jeweilige Aus¬ gangsstrom abgezogen und das resultierende Signal (zweites Fehlersignal) einem zweiten Regler 22a zugeführt. Eines der Ausgangssignale der beiden Regler 22, 22a wird - abhängig von einer Verarbeitung durch einen Prioritätsblock 23 wie bei der Ausführungsform gemäß FIG 2 - einem Pulsweitenmodulator 24 zugeführt. Bei der gezeigten Ausführungsform fungiert ein Komparator als Pulsweitenmodulator 24 und dieser erzeugt ein PWM-Signal auf Basis eines Vergleichs des vom Prioritätsblock 23 weitergeleiteten Fehlersignals mit einem Dreiecksignal.
Das Dreiecksignal wird mittels eines Dreiecksignalgenerators 28 auf Basis eines von einem Taktgenerator 29 generierten Taktsignals generiert. Die Weiterleitung des PWM-Signals erfolgt entsprechend der jeweiligen Schalttopologie des Wandlers 1 und dessen erster und zweiter Schaltstufe 11, 13. Als Schalttopologie wird da- bei der Aufbau des Transformators 12 zusammen mit von dem Wandler 1 umfassten Schaltern 27a, 27b, 131a, 131b verstanden. Ein DC/Puls-Wandler 1 kann mit verschiedenen Ansteuerun- gen und verschiedener Transformatoraufbauten realisiert werden. Die Anzahl der verwendeten Schalter 27a, 27b, 131a, 131b und die Art, wie aus dem PWM-Signal die Ansteuerung dieser
Schalter 27a, 27b, 131a, 131b generiert wird, kann variieren und ist hauptsächlich abhängig von der Ausgangsleistung. Bei der Ausführungsform gemäß FIG 4 umfasst die erste Schaltstufe 11 eine erste Leistungsstufe 111 und die zweite Schaltstufe 13 eine zweite Leistungsstufe 131 und die Weiterleitung des PWM-Signals erfolgt mittels eines Logikblocks 27. Die Leis¬ tungsstufen 111, 131 sind als Halbbrücken-Durchflusswandler mit synchroner Gleichrichtung (half bridge forward Converter with synchronous rectification) ausgeführt.
Das PWM-Signal wird mittels des Blocks 24 durch den Vergleich des Fehlersignals (Ausgang von Block 23) mit dem vom Dreiecksignalgenerator 28 stammenden Dreieckssignal erzeugt. Der Logikblock 27 entschlüsselt das PWM-Signal zur Generierung der topologiespezifischen Schaltmuster für die einzelnen Schalter 27a, 27b, 131a und 131b. Vom Logikblock 27 wird das Ansteuer- signal für die Schalter 27a, 27b mittels zweier Treiber 27c, 27d galvanisch isoliert in den Wandler 1 eingespeist und zwar zunächst in dessen erste Leistungsstufe 111. Hier wird die Eingangsspannung entsprechend dem aus dem PWM-Signal ent¬ schlüsselten Schaltmuster zerhackt und gelangt zur Primärwicklung des Transformators 12. Das Windungsverhältnis des Transformators 12 ist so ausgelegt, dass je nach Puls-/Pau- senverhältnis des PWM-Signals die Spannung am Ausgang auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann, welcher von der
Zentrale am Eingang voltage set vorgegeben und durch den Regelkreis 20, 21, 22 mit dem ersten Regler 22 (erster Regelkreis 20, 21, 22) mit der Systemverstärkung G verstärkt wird. Der Regelkreis 26, 21a, 22a mit dem zweiten Regler 22a (zwei¬ ter Regelkreis 26, 21a, 22a) reduziert über den Prioritäts¬ block 23 die Ausgangsspannung Vout / wenn der Ausgangsstrom den an current set eingestellten Wert zu überschreiten droht. Mittels des Transformators 12 erfolgt die galvanisch isolier¬ te Übertragung zur zweiten Leistungsstufe 131. Hier wird das zerhackte Signal mittels der beiden von der zweiten Leis¬ tungsstufe 131 umfassten elektronischen Schalter 131a, 131b, insbesondere elektronischer Schalter in Form von MOSFETs, gleichgerichtet und zusammengesetzt. Die beiden elektroni¬ schen Schalter 131a, 131b erlauben (im Unterschied zu dem DC/DC-Wandler 1 in FIG 1, wo dies nicht nötig ist) eine Ener¬ gieübertragung von Vin zu Vout oder alternativ von Vout zu Vin , für den Fall, dass die Kapazität der Übertragungsleitung wäh- rend einer negativen Flanke entladen werden muss. Das nach dem Zerhacken (erste Leistungsstufe 111) gleichgerichtete (zweite Leistungsstufe 131) Signal wird mittels eines Filters 132 (Ausgangsfilter) , insbesondere eines als Tiefpassfilter fungierenden Filters 132 in Form eines LC-Glieds, gefiltert und am Ausgang des Wandlers 1 und damit am Ausgangs des Lei¬ tungsverstärkers insgesamt ergibt sich als Ausgangsspannung Vout eine gepulste Spannung zur elektrischen Versorgung der Feldgeräte 4. Die Darstellung in FIG 5 zeigt die Funktion des Logikblocks 27. Der Ausgang des Pulsweitenmodulators 24 geht im Logik¬ block 27 auf den rücksetzenden Eingang eines RS-Glieds (an den setzenden Eingang ist der Taktgenerator 29 angeschlossen) und der Ausgang des RS-Glieds wird als PWM-Signal (PWM) mit- tels nachfolgender UND-Gatter zur Erzeugung von Ansteuersig- nalen SWA, SWB zur Ansteuerung der Treiber 27c, 27d und der nachfolgenden Schalter 27a, 27b der ersten Leistungsstufe 111 sowie zur Erzeugung von Ansteuersignalen SRA, SRB zur AnSteuerung der elektronischen Schalter 131a, 131b der zweiten Leistungsstufe 131 weiterverarbeitet. FIG 6 zeigt das Impuls¬ diagramm für die Funktionalität des Logikblocks 27 und FIG 7 zeigt einen Verlauf einzelner wesentlicher Signale über der Zeit, wobei das in FIG 7 ganz unten gezeigte Signal die Span- nung über der Primärwicklung (auf der Seite der ersten Leistungsstufe 111) des Transformators 12 darstellt.
Im Vergleich zu der Schaltung gemäß der eingangs genannten, älteren, nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem Titel „Verstärkerschaltung und Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerschaltung" (Anmeldetag: 01.06.2015) ergibt sich eine Schaltung, die einen Verzicht auf eine der in der älteren Anmeldung gezeigten Halbbrücken (dort in der Darstellung in FIG 4 mit den Bezugsziffern 60, 62 bezeichnet) ermöglicht. Die oben genannte ältere Anmeldung umfasst we¬ sentliche Erläuterungen zu einzelnen grundsätzlichen Funktionen der Schaltungsteile der in dieser Anmeldung vorgeschlage¬ nen Verstärkerschaltung und soll demgemäß mit diesem Hinweis in vollem Umfang als in die hier vorgelegte Beschreibung einbezogen gelten.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereich- ten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden eine als Linientreiber fungierende Verstärkerschaltung und ein Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerschaltung, wobei die Besonderheit darin besteht, dass ein DC/DC-Wandler als Leistungsstufe in die Verstärkerschal- tung integriert ist. 1 g
Bezugs zeichenliste
1 DC/DC-Wandler, Wandler, DC/Puls-Wandler
2 Linearverstärker
2a VerstärkerSchaltung
3 Mu1tip1exerSchaltung
4 Feldgerät
11 erste Schaltstufe
12 Transformator
13 zweite Schaltstufe
14 Optokoppler
20 Rückführzweig
21 D/A-Wandler
21a D/A-Wandler
22 Regler
22a Regler
23 Prioritätsblock
24 Vorverstärker / Pulsweitenmodulator
25 Leistungsstufe
26 Rückführzweig
27 Logikblock
27a, b Schalter
27c, d Treiber
28 Dreiecksignalgenerator
29 Taktgenerator
110 Pulsweitenmodulator
111 erste Leistungsstufe
131 zweite Leistungsstufe
131a, b elektronischer Schalter
132 Filter
133 Rückführzweig

Claims

Patentansprüche
1. Verstärkerschaltung (2a) mit einem als Leistungsstufe in die Verstärkerschaltung (2a) integrierten DC/DC-Wandler (1), - wobei die Verstärkerschaltung (2a) als Linientreiber in einer Übertragungsleitung zwischen einer Zentrale und an die Übertragungsleitung angeschlossenen Feldgeräten (4) fungiert,
- wobei der integrierte DC/DC-Wandler (1) als DC/Puls-Wandler (1) fungiert,
- wobei der DC/Puls-Wandler (1) zwei galvanisch getrennte
Schaltstufen (11, 13) umfasst,
- wobei dem DC/Puls-Wandler (1) ein Logikblock (27) vorgeschaltet ist, und
- wobei mittels des Logikblocks (27) aus einem PWM-Signal
Ansteuersignale für Schalter (27a, 27b) des DC/Puls-Wand- lers (1) generierbar und mittels Treibern (27c, 27d) galva¬ nisch isoliert in den DC/Puls-Wandler (1) einspeisbar sind, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Verstärkerschaltung (2a) einen Prioritätsblock
(23) sowie einen ersten Regler (22) und einen zweiten Regler (22a) umfasst,
- dass das PWM-Signal anhand eines Ausgangs des Prioritäts¬ blocks (23) generierbar ist,
- dass mittels des Prioritätsblocks (23) entweder ein Aus¬ gangssignal des ersten Reglers (22) oder ein Ausgangssignal des zweiten Reglers (22a) weiterleitbar ist,
- dass mittels des ersten Reglers (22) ein erstes Fehlersig¬ nal auf Basis eines vorgegebenen oder vorgebbaren Span- nungsgrenzwerts sowie einer innerhalb der Verstärkerschal¬ tung (2a) über einen Rückführzweig (20) zurückgeführten Ausgangsspannung generierbar ist und
- dass mittels des zweiten Reglers (22a) ein zweites Fehler¬ signal auf Basis eines vorgegebenen oder vorgebbaren Strom- grenzwerts sowie eines innerhalb der Verstärkerschaltung
(2a) über einen Rückführzweig (26) zurückgeführten Aus¬ gangsstroms generierbar ist, wobei an einem ersten Eingang (current set) und einem zweiten Eingang (voltage set) der Stromgrenzwert bzw. der Spannungsgrenzwert durch die Zen¬ trale vorgebbar sind.
2. Verstärkerschaltung (2a) nach Anspruch 1,
- wobei der integrierte DC/DC-Wandler (1) als DC/Puls-Wandler (1) fungiert,
- wobei der DC/Puls-Wandler (1) zwei galvanisch getrennte und mittels eines Transformators (12) induktiv gekoppelte
Schaltstufen (11, 13) umfasst,
- wobei die erste Schaltstufe (11) und die zweite Schaltstufe (13) jeweils eine Leistungsstufe (111, 113) - erste Leis¬ tungsstufe (111), zweite Leistungsstufe (113) - umfassen,
- wobei mittels der ersten Leistungsstufe (111) aus einer der ersten Leistungsstufe (111) zugeführten Eingangsspannung eine über den Transformator (12) übertragbare, entsprechend einem mittels der Verstärkerschaltung (2a) generierbaren PWM-Signal zerhackte Spannung generierbar ist und
- wobei mittels der zweiten Leistungsstufe (113) die mittels des Transformators (12) übertragene zerhackte Spannung pha- senrichtig zusammensetzbar ist.
3. Verstärkerschaltung (2a) nach Anspruch 2,
- wobei die erste Leistungsstufe (111) zwei Schalter (27a, 27b) und die zweite Leistungsstufe (113) zwei Schalter (131a, 131b) umfasst und
- wobei Ansteuersignale für die Schalter (27a, 27b, 131a, 131b) mittels eines Logikblocks (27) aus einem PWM-Signal generierbar sind. 4. Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerschaltung (2a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- wobei mittels des Logikblocks (27) aus einem PWM-Signal An¬ steuersignale für Schalter (27a, 27b) des DC/Puls-Wandlers (1) generiert und mittels Treibern (27c, 27d) galvanisch isoliert in den DC/Puls-Wandler (1) eingespeist werden,
- wobei das PWM-Signal anhand eines Ausgangs eines von der Verstärkerschaltung (2a) umfassten Prioritätsblocks (23) generiert wird, - wobei mittels des Prioritätsblocks (23) ein Ausgangssignal eines ersten oder eines zweiten von der Verstärkerschaltung (2a) umfassten Reglers (22, 22a) weitergeleitet wird,
- wobei mittels des ersten Reglers (22) ein erstes Fehlersig- nal auf Basis eines vorgegebenen Spannungsgrenzwerts sowie einer innerhalb der Verstärkerschaltung (2a) über einen Rückführzweig (20) zurückgeführten Ausgangsspannung generiert wird und
- wobei mittels des zweiten Reglers (22a) ein zweites Fehler- signal auf Basis eines vorgegebenen Stromgrenzwerts sowie eines innerhalb der Verstärkerschaltung (2a) über einen Rückführzweig (26) zurückgeführten Ausgangsstroms generiert wird . 5. Verfahren nach Anspruch 4,
- wobei der integrierte DC/DC-Wandler (1) als DC/Puls-Wandler (1) fungiert und zwei galvanisch getrennte sowie mittels eines Transformators (12) induktive gekoppelte Schaltstufen (11, 13) umfasst,
- wobei die erste Schaltstufe (11) und die zweite Schaltstufe (13) jeweils eine Leistungsstufe (111, 113) - erste Leis¬ tungsstufe (111), zweite Leistungsstufe (113) - umfassen,
- wobei mittels der ersten Leistungsstufe (111) aus einer der ersten Leistungsstufe (111) zugeführten Eingangsspannung eine über den Transformator (12) übertragbare, entsprechend einem mittels der Verstärkerschaltung (2a) generierbaren PWM-Signal zerhackte Spannung generiert wird und
- wobei mittels der zweiten Leistungsstufe (113) die mittels des Transformators (12) übertragene zerhackte Spannung pha- senrichtig zusammengesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
- wobei die erste Leistungsstufe (111) zwei Schalter (27a, 27b) und die zweite Leistungsstufe (113) zwei Schalter (131a, 131b) umfasst und
- wobei Ansteuersignale für die Schalter (27a, 27b, 131a, 131b) mittels eines Logikblocks (27) aus einem PWM-Signal generiert werden.
7. Vorrichtung zum Ansteuern von als Alarmierungs- Einrichtungen fungierenden Feldgeräten (4) mit einer kerschaltung (2a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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