DE10017902C2 - Anordnung zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen zwei Spannungsquellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft und geht aus von einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Anordnungen dieser Art sind bekannt. Sie werden zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung eines Verbrauchers, beispielsweise eines Senders, entweder aus einer Haupt-Spannungsquelle, beispielsweise aus einem Versorgungsnetz, bzw. aus einer Notversorgungs-Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie, benutzt. Über die Entkopplungsdioden sind die beiden Spannungsquellen zwar gegeneinander entkoppelt und es wird immer diejenige Spannungsquelle wirksam, die im Moment die höhere Spannung liefert, diese einfache Anordnung ist jedoch für manche Anwendungszwecke nicht ausreichend.

Es ist aus der DE 39 08 324 A1 bekannt, zwischen Hilfsbatterie und Last einen Sperrschicht-FET-Transistor als Schalter anzuordnen, der über einen Spannungskomparator gesteuert wird. Zum Komparator wird die Spannung der Hauptbatterie mit einer Referenzspannung verglichen. Wenn die Spannung der Hauptbatterie unter den Wert der Referenzspannung sinkt wird der Transistor- Schalter geschlossen und die Hilfsbatterie angeschaltet. Der Schalter bleibt solange geschlossen, bis die Hauptbatterie ausgewechselt wird, erst dann wird der Spannungskomparator zurückgesetzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung dieser Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß die Last erst dann von der Hilfsquelle versorgt wird, wenn die Spannung der Hauptquelle unter einen vorbestimmten Minimalwert absinkt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergehen sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ist gewährleistet, daß der Verbraucher zunächst ausschließlich aus der Hauptquelle gespeist wird, auch wenn die Hilfsquelle eine höhere Spannung aufweist. Damit wird vermieden, daß die beispielsweise als Batterie ausgebildete Hilfsquelle sich entlädt, solange noch Netzbetrieb oberhalb einer vorbestimmten Minimalspannung gewährleistet ist, auch wenn die Spannung der Hilfsquelle größer als die vorbestimmte Minimalspannung sein sollte. Erst wenn die Spannung der Hauptversorgung unter diesen vorbestimmten Minimalwert absinkt, wird der Transistor durchgeschaltet und mit weichem Übergang die Last über die Hilfsquelle gespeist. Über die zusätzliche Gate-Spannungsbegrenzung des Transistors wird außerdem die Lastspannung begrenzt, der Transistor wirkt also gleichzeitig als Überspannungsschutz. Über die zwischengeschalteten Entkopplungsdioden ist die Schaltung rückstromfrei und die Last ist auch vor Verpolung geschützt. Wenn die Gate-Spannung des Transistors zu Null gesetzt wird, ist die Hilfsquelle vollständig abgeschaltet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Bei der dargestellte Schaltung zum unterbrechungsfreien Umschalten von einer Hauptspannungsquelle 1, beispielsweise dem Netz, auf eine Hilfsspannungsquelle 2, beispielsweise einer Batterie 2 zum Speisen eines Verbrauchers 3, beispielsweise eines Senders, sind diese beiden Spannungsquellen 1 und 2 über entgegengesetzt gepolte Entkopplungsdioden 4 und 5 mit der Last 3 verbunden. Zwischen der Entkopplungsdiode 5 und der Hilfsspannungsquelle 2 ist ein MOSFET-Transistor 6 angeordnet, der mit seiner Souce-Draine-Strecke s-d in Serie zwischen Verbraucher 3 und Spannungsquelle 2 geschaltet ist und dessen Gate-Anschluß g mit dem Ausgang eines invertierenden Regelverstärkers 7 verbunden ist, dem eingangsseitig die Spannung V1 der Hauptspannungsquelle 1 zugeführt wird. Am Ausgang dieses Regelverstärkers 7 ist eine Spannungsbegrenzerdiode 8 angeschaltet.

Der Verbraucher 3 wird zunächst ausschließlich aus der Hauptspannungsquelle 1 gespeist, auch wenn die Hilfsspannungsquelle 2 eine höhere Spannung V2 aufweist. Erst wenn die Spannung der Hauptquelle 1 unter einen Minimalwert V_min sinkt, wird die Last von der Hilfsspannungsquelle 2 gespeist. Wenn dabei die Spannung V2 größer als eine vorgegebene Maximalspannung V_max wird, wird die Spannung am Verbraucher 3 automatisch über die Begrenzung der Gate-Spannung des Transistors 6 (Spannungsbegrenzer 8) begrenzt.

Solange die Spannung V1 größer als V_min ist, wird die Last 3 nur aus der Hauptquelle 1 versorgt. Die vom Regelverstärker 7 gelieferte Gate-Spannung V_g ist dabei konstant und wird bestimmt durch die Größe der vorgegebenen Minimalspannung V_min zuzüglich der Schwellenspannung des MOSFET-Transistors 6. Wird die Spannung V1 gleich oder kleiner V_min, so wird über den Regelverstärker 7 automatisch mit fließendem Übergang die Last 3 aus der Hilfsquelle 2 versorgt. Der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 7 bestimmt dabei, wie abrupt der Wechsel von der Quelle 1 auf die Quelle 2 stattfindet. Die Souce-Draine-Strecke des MOSFET-Transistors 6 wirkt dabei als regelbarer Widerstand, der Übergang erfolgt also nicht wie bei einem Schalter abrupt, sondern weich bis zum völligen Durchschalten. Durch die Begrenzung der Gate-Spannung V_g auf einen vorgegebenen Maximalwert mittels des Spannungsbegrenzers 8 wirkt der Transistor außerdem als Serienbegrenzer für die Hilfsquelle 2, d. h. es wird verhindert, daß der Last 3 eine Überspannung zugeführt wird. Der Regelverstärker 7 wird über einen Aufwärtswandler bekannter Schaltungstechnik aus den Spannungsquellen 1 und 2 gespeist.

In die Verbindung zwischen Hauptquelle 1 und Entkopplungsdiode 4 könnte ebenfalls ein zusätzlicher MOSFET-Transistor als Schalttransistor zwischengeschaltet werden, der über eine feste Gate-Spannung angesteuert ist und somit als elektronischer Schalter und Überspannungsschutz auch für die Hauptquelle 1 wirkt.

Claims (3)

1. Anordnung zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen zwei Spannungsquellen (1, 2), die jeweils über entgegengesetzt gepolte Entkopplungsdioden (4, 5) mit einer Last (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung der zweiten Spannungsquelle (2) und der Last (3) die Souce-Draine-Strecke (s-d) eines MOSFET-Transistors (6) geschaltet ist, dessen Gate-Anschluß (g) über einen invertierenden Regelverstärker (7) mit der ersten Spannungsquelle (1) verbunden und über den Regelverstärker (7) in Abhängigkeit von der Spannung (V1) der ersten Spannungsquelle (1) direkt so gesteuert ist, daß der Transistor (6) nichtleitend ist und die Last durch die erste Spannungsquelle (1) gespeist wird, solange die Spannung der ersten Spannungsquelle (1) größer als ein vorgegebener Minimalspannungswert (V_min) ist, und erst bei Unterschreiten des vorgegebenen Spannungs-Minimalwertes (V_min) der Transistor (6) allmählich leitend und damit die zweite Spannungsquelle (2) mit weichem Übergang an die Last angeschaltet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Gate-Anschluß (g) des MOSFET-Transistors (6) ein Spannungsbegrenzer (8) angeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch in der Verbindung zwischen erster Spannungsquelle (1) und Last (3) die Souce-Draine-Strecke eines MOSFET-Transistors geschaltet ist, an dessen Gate- Anschluß eine feste Spannung und ein Spannungsbegrenzer angeschaltet ist.