SE524959C2 - Strömförsörjningsanordning med flera parallellkopplade, switchade nätaggregat - Google Patents

Description

25 30 , n . . . I _ x nu , n [If\@ O _ - - - - -' . - -_, = l- _ . .u , av. up. i ,,. av.. , 1:. . :1',, ß " .n " .<-'°" ' , av no , guø'°',n U ' . 0 ' i : -- - Vid passiv strömfördelning genom inställning av en ”mjuk utgångskaraktäristik” hos det switchade nätaggregatet, såsom exempelvis visas i fig. l, kan en så jämn strömfördelning som möjligt åstadkommas. Fördelaktigt är de ringa kopplings- tekniska utgifterna och de nära nog obegränsade antalet switchade nätaggregat som kan parallellkopplas. En nackdel vid några tillämpningar är den något mindre exakta strömför- delningen.

Fig. 2 visar ett blockdiagram av ett exempel för N parallell- kopplade, switchade nätaggregat 10, ll, 12, vilka försörjer en förbrukare 13. Ytterligare detaljer av den i fig. 2 visade kopplingen visas och förklaras i den ovan nämnda publikationen i Elektronik 13/2000, vartill hänvisas.

För att efter önskan inställa utgångskaraktäristiken hos enskilda, parallellkopplade nätaggregat, läggs vid passiv strömfördelning, enligt teknikens ståndpunkt, ett eller flera shuntmotstånd till vid utgångsledningen hos det aktuella, switchade nätaggregatet, så att utgångsspänningen hos det aktuella, switchade nätaggregatet ställs in i beroende av belastningen, inom vissa toleranser, enligt specificerad karaktäristik. Fig. 3 visar ett exempel på en sådan utgångskaraktäristik hos ett enskilt, switchat nätaggregat, vilken uppvisar tre områden, som är inställbara medelst tre shuntmotstånd inkopplade vid nätaggregatets utgångsledning.

Den i fig. 3 visade utgångskaraktäristiken löper relativt flackt i ett första område I, vilket utmärker det switchade nätaggregatets normaldrift, med endast ett ringa spänningsfall med tilltagande utgångslast och alltså med tilltagande utgångsström. I detta område I är ett första shuntmotstånd RW aktivt, vilket också kan bildas genom ledningsmotståndet. När 72574a.dOC; 200404-05-26 10 15 20 25 30 -f- \O Oj \D n ^ . « I K' , , e ~ n ' UJ utgàngsströmmen IQ stiger över ett första tröskelvärde Iow kopplas ett andra shuntmotstånd RP till, vilket möjliggör att spänningen vid det switchade nätaggregatets utgång faller brantare. Detta andra område, som betecknas med II, kan exempelvis vara ett driftsomràde för laddning, i vilket nätdelen inte bara försörjer en förbrukare utan också laddar ytterligare batterier eller andra energilagringsenheter, vilka vid ett strömbortfall tillhandahålls som nödenergiförsörjning för försörjning av förbrukaren.

När utgàngsströmmen IQ hos det aktuella, switchade nät- aggregatet överskrider ett ytterligare tröskelvärde I09 aktiveras ett tredje shuntmotstånd, vilket är dimensionerat så, att spänningsutgàngskaraktäristiken hos det switchade nätaggregatet faller abrupt. Detta område, som betecknas med III, kan också betraktas som ett skyddsbortkopplingsomràde, i vilket det switchade nätaggregatet, när en bestämd gränsström IW överskrids, kortsluts och stängs av. Det tredje shuntmot- ståndet betecknas med RS. Även om den beskrivna lösningen enligt teknikens ståndpunkt för inställning av utgångskaraktäristiken hos det switchade nätaggregatet beroende av utgàngsströmmen är kopplingstekniskt enkel och olika driftsområden för utgångskaraktäristiken är möjliga, alstrar shuntmotstànden, vilka kan ligga i ström- försörjningen eller utanför denna i det switchade nätaggre- gatets utgångsledning (s. RL i fig. 2), väsentliga förluster och reducerar därmed den totala verkningsgraden för ström- försörjningen respektive systemet.

Uppfinningen har som syfte att tillhandahålla en strömför- sörjningsanordning med flera parallellkopplade, switchade nätaggregat för försörjning av åtminstone en förbrukare, 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 , , a | nu C "V1 f 3 \.O ( fl \.Ö »ß vilken arbetar med passiv strömfördelning och medger inställning av utgångskaraktäristiken för varje switchat nätaggregat för olika driftsområden. Detta syfte uppnås med en strömförsörjningsanordning med kännetecknen enligt krav l.

Uppfinningen föreslår en strömförsörjningsanordning med flera, parallellkopplade, switchade nätaggregat för försörjning av åtminstone en förbrukare, i vilken varje switchat nätaggregat alstrar en utgångsström I0 och en utgångsspänning U0(I0, RL), vilken är beroende av utgângsströmmen IQ och ett därtill hörande belastningsmotstånd RL. För varje switchat nätaggregat finns en styranordning anordnad. I enlighet med uppfinningen är styranordningen uppdelad i tre steg, för att alstra en utgångsspänningskaraktäristik för varje switchat nätaggregat med tre driftsområden. Dessa tre driftsområden utmärkes företrädesvis av en utgångskaraktäristik hos det switchade nätaggregatet som med tilltagande belastning, och därmed tilltagande utgångsström, faller brantare, såsom exempelvis fig. 3 visar.

Det första steget uppvisar ett P-element (p-regulator eller proportionell regulator), vilket mottager en P-element- ingångsspänning, vilken är härledd från utgångs-spänningen U0(I0, RL), och alstrar en P-element-styrspänning Uvs, vilken tjänar till styrning av ifrågavarande, switchade nätaggregat.

P-elementet alstrar en obetydligt fallande ut- gångskaraktäristik, vilken företrädesvis är inställbar till sin höjd. Det första steget är aktivt i ett normaldriftsområde t.o.m. ett första gränsvärde IOP för utgàngsströmmen I0 och kan vid ett underskridande av det första gränsvärdet IOP inaktiveras. 72574a.doc; 200404-05-26 lO 15 20 25 30 . » - z s» a; u.- | ~ - | ; . | | - n Det andra steget uppvisar en strömavbildningskoppling, vilken avbildar utgångsströmmen I0 hos ifrågavarande switchade nät- aggregat och alstrar en utgångsströmstyrspänning Up, som tjänar till styrning av detta switchade nätaggregat. Utgàngsström- styrspänningen UP är direkt proportionell mot utgångsströmmen IQ och inställes företrädesvis sà, att en starkare fallande utgàngskaraktäristik erhålles hos det switchade nätaggregatet.

Det andra steget är aktivt när utgångsströmmen I0 överskrider det första gränsvärdet IW, vilket exempelvis väljs så att det utmärks av en övergång från normaldrift till laddningsdrift av det switchade nätaggregatet, såsom beskrivs ovan, med hänvis- ning till fig. 3.

Det tredje steget uppvisar en förstärkarkoppling vilken för- stärker en mot utgångsströmmen IQ proportionell signal och alstrar en förstärkt utgångsströmstyrspänning US, vilken tjänar till styrning av ifrågavarande switchade nätaggregat. Före- trädesvis är det tredje steget inkopplat efter det andra steget och använder utgángsströmstyrspänningen UP såsom ingångssignal. Förstärkningen hos det tredje steget är företrädesvis inställd så, att den alstrar en brant fallande utgångskaraktäristik hos det switchade nätaggregatet. Det tredje steget är aktivt när utgångsströmmen IQ överstiger ett andra gränsvärde IW, vilket exempelvis indikerar ett över- belastningsvillkor, vilket gör det nödvändigt att stänga av det switchade nätaggregatet.

Med strömförsörjningsanordningen enligt uppfinningen är det möjligt att förinställa utgàngskaraktäristiken hos ett switchat nätaggregat i flera olika driftsområden, varvid inställningen genom användning av P-elementet, strömavbild- ningskopplingen och förstärkarkopplingen i stor utsträckning är förlustfri och ändå medför en mindre kostnadskrävande kopp- 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 LN ha $> \9 tm vâ « v » - v: - | n . . : . . » .f ling än en aktiv strömfördelning, vilken förutsätter att utgångsströmmen hos alla switchade nätaggregat mäts och styrs i beroende av mätningarna av alla switchade nätaggregat.

Enligt uppfinningen styrs arbetsområdena, i vilka det första, andra respektive tredje steget är aktiva, i beroende av utgångsströmmen I0. Områdena betecknas i fig. 3 med I, II, III.

Om I0 ligger i området I så är endast det första steget aktivt; om I0 ligger i område II, så är det andra steget aktivt, varvid P-elementet hos det första steget trycker utgångsspänningen hos detta första steg mot O, såsom noggrannare beskrivs nedan, så att det första steget inte längre har någon påverkan.

Ligger utgångsströmmen I0 i området III, förblir det andra steget visserligen aktivt, men kommer dock att domineras av den väsentligt högre förstärkningsfaktorn hos det tredje steget, så att bidraget från det andra steget till styr- spänningen i stor utsträckning kan försummas, såsom nog- grannare beskrivs nedan.

Styranordningen omfattar företrädesvis en pulsbreddsmodulator- komponent med integrerad kopplingsförstärkare, vilken mottar P-elementets styrspänning UW, utgångsströmstyrspänningen UP och den förstärkta utgångsströmstyrspänningen mUS och alstrar en styrsignal VT för ifrågavarande, switchade nätaggregat i beroende av dessa styrspänningar. Pulsbreddsmodulator- komponenten mottar, i beroende av vilka steg som är aktive- rade, P-element-styrspänningen Uvs, utgångsströmsstyrspänningen Up och/eller den förstärkta utgångsströmstyrspänningen mUs.

Vid en föredragen utföringsform innefattar det första steget en spänningsdelare, vilken fastställer storleken på utgångs- spänningen U0 och alstrar en mot utgångsspänningen U0 propor- tionell P-element-ingångsspänning. Som komplettering kan en 72574a.doc: 200404-05-26 10 15 20 25 30 »o (fl u: n . » n .u _$> . - ~ . . | . . n .- \l styrd strömskälla, som är förbunden med spänningsdelaren, förskjuta utgàngskaraktäristiken hos det switchade nät- aggregatet, vilket förklaras närmare nedan.

Företrädesvis uppvisar P-elementet hos det första steget en operationsförstärkare, vars ena ingång mottar P-element- ingångsspänningen och vars andra ingång mottar en första referensspänning [hen och vars utgång avger P-element- styrspänningen Uß. Operationsförstärkaren är med fördel förbunden via en spärrdiod med pulsbreddsmodulatorkomponenten.

Strömavbildningskopplingen hos det andra steget uppvisar företrädesvis ett transformatorelement, vilket är paral- lellkopplat med ett huvudtransformatorelement hos det aktuella switchade nätaggregatet och alstrar en -utgångssignal, vilken är proportionell mot utgångsströmmen IQ hos det switchade nätaggregatet. Detta förklaras närmare med hänvisning till figurerna.

Förstärkarkopplingen vid det tredje steget åstadkoms före- trädesvis med en operationsförstärkare, vars ena ingång är förbunden med strömavbildningskretsen hos det andra steget och vars andra ingång är förbunden med en referensspänning och vars utgång avger den förstärkta utgångsströmstyrspänningen.

Från DE 100 19 329 är en strömförsörjning med flera paral- lellkopplade, switchade nätaggregat tidigare känd, vilken styrs för att alstra en utgångskaraktäristik i flera områden.

Ett första delområde av karaktäristiken uppvisar en konstant utgångsspänning, ett andra delområde motsvarar en rät linje med fallande stigning, och ett tredje delområde tillhanda- håller en kortslutningsströmbegränsning. I det första steget använder DE 100 19 329 ett I-element för styrningen av 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 n. . u o | - n» I - : - - . . « | | - 1- strömmen för alstring av en konstant utgàngsspänning - till skillnad från driftsområdet I enligt uppfinningen. Kopplingen enligt teknikens ståndpunkt skulle dock inte fungera med ett rent P-element. En orsak är att strömregistreringen i DE 100 19 329 avgörande beror på användningen av en optokopplare.

Optokopplarförstärkningen respektive -dämpningen griper avgörande in i kretsförstärkningen, vilken bestämmer karak- täristiken. Optokopplarförstärkningen är emellertid inte linjär och starkt temperaturberoende; den är också beroende av de aktuella toleranserna hos de faktiskt använda komponen- terna. Vid flera parallellkopplade, switchade nätaggregat är därför lösningen hos DE 100 19 329 inte ägnad att alstra en jämn, reproducerbar karaktäristik, eftersom varje switchat nätaggregat genom användning av olika optokopplare alstrar en avvikande, icke förutsägbar karaktäristik och därför omöjlig- gör en definierad strömfördelning. Vidare alstrar optokoppla- ren icke-linjäriteter, vilka genom en motsvarande hög för- stärkning måste utjämnas.

En fördel med användningen av ett P-element enligt uppfin- ningen är att den strömberoende karaktäristiken kan alstras, till skillnad från delområdet 1 i DE 100 19 329, och att de räta linjernas lutning enklare kan ställas in. Detta är viktigt för lastuppdelningen på flera, parallellt drivna nätdelar.

En ytterligare mycket viktig skillnad mellan uppfinningen och DE 100 19 329 består däri att DE 100 19 329, liksom den ovan beskrivna teknikens ståndpunkt, arbetar med en motstàndsshunt i utgångsgrenen. Utgångskaraktäristiken inställs väsentligen med motståndsshunten, och den totala utgångsströmmen går via denna shunt. Därigenom uppstår avsevärda förluster. Dessutom 72574a .doci 200404-05-26 10 15 20 25 30 * ' Efwfl om 1 QÄ-'T QJ7 \D u . ~ | »o n :n :nu a a KO är inställningen av karaktäristiken mindre flexibel än vid uppfinningen.

Uppfinningen uppvisar däremot inga ohmska förbrukare för inställning av karaktäristiken i utgångsgrenen, varvid godtyckliga kurvlutningar kan ställas in. Likväl kan uppfinningen utföra en kortslutningsströmbegränsning.

Uppfinningen skall nedan förklaras med hjälp av föredragna utföringsformer, vilka förklaras närmre med hänvisning till ritningarna. På ritningarna visar: Fig. l ett diagram med tre utgångskaraktäristiker från tre parallellkopplade, switchade nätaggregat enligt teknikens ståndpunkt; Fig. 2 visar, i form av ett blockdiagram, parallellkoppling av flera, switchade nätaggregat, för försörjning av en förbrukare enligt teknikens ståndpunkt; Fig. 3 visar ett diagram av utgångskaraktäristiken hos ett switchat nätaggregat, som skall ställas in enligt upp- finningen; Fig. 4 visar ett kopplingsschema av en strömförsörj- ningsanordning med en styranordning enligt uppfinningen, varvid utgàngssteget hos ett switchat nätaggregat i fig. 4 endast visas schematiskt; Fig. 5 visar ett kopplingsschema av ingångssteget hos ett switchat nätaggregat enligt teknikens ståndpunkt, vilket kan användas i samband med uppfinningen; 72574a.d0c; 200404-05-26 10 15 20 25 30 O' (7 TD -ï> Ö a' M0 n . u o u: . . v . ; v ~ a v .n 10 Fig. 6 visar ett schematiskt blockdiagram av en strömförsörj- ningsanordning enligt uppfinningen för försörjning av flera förbrukare.

Fig. 1, som nu skall beskrivas, visar ett diagram med tre s.k. mjuka karaktäristiker hos tre parallellkopplade, switchade nätaggregat med passiv strömfördelning enligt teknikens stånd- punkt. Ett exempel på tre respektive n parallellkopplade, switchade nätaggregat enligt teknikens ståndpunkt visas i fig. 2. Fig. 2 visar ett första switchat nätaggregat 10, ett andra switchat nätaggregat ll, och ett n-te switchat nätaggregat 12, vilka är parallellkopplade och symmetriskt förbundna, via kabel, med en förbrukare 13. Ledningsmotstånden hos kabeln visas schematiskt med motstànden RL. Vid den i fig. 2 visade anordningen motsvarar ledningsmotstånden RL det första shunt- motståndet för inställning av utgàngskaraktäristiken hos varje switchat nätaggregat 10, ll, 12, varvid vid teknikens stånd- punkt ett ytterligare shuntmotstånd måste tillhandahållas, för att uppnå en exakt strömfördelning. Denna lösning är emeller- tid oflexibel och leder till ytterligare förluster i shunt- motståndet.

Fig. 3, som nu skall beskrivas, visar en utgångskaraktäristik hos ett switchat nätaggregat med tre driftsområden, vilka skall alstras av strömalstringsanordningar enligt uppfinning- en. Överfört till den schematiska framställningen i fig. 2 är uppfinningens uppgift, att varje switchat nätaggregat 10, ll, 12, alstrar exempelvis en utgångskaraktäristik enligt fig. 3 eller en andra inställbar utgàngskaraktäristik, utan att förlustbehäftade shuntmotstånd behövs. Fig. 3 visar ett fösta driftsområde I, som kännetecknar normaldrift för strömförsörj- ningsanordningen och vilket slutar vid en första gränsström LM, ett andra driftsområde II, vilket kännetecknar laddrift 72574a.dOC; 200404-05-26 10 15 20 25 30 hos strömförsörjningsanordningen enligt uppfinningen och vilket slutar vid en andra gränsström IN, och ett tredje driftsområde III, vilket kännetecknar avstängningsomràdet hos strömförsörjningsanordningen enligt uppfinningen, varvid strömförsörjningsanordningen vid en kortslutningsström IK fullständigt stängs av.

Fig. 4 visar ett schematiskt kretsschema av strömförsörj- ningsanordningen enligt uppfinningen, varvid utgångssteget hos ett switchat nätaggregat och den därtill hörande styranord- ningen endast visas schematiskt i fig. 4.

Fig. 4 visar schematiskt utgångssteget hos ett switchat nätaggregat 20, med en styrbar elektronisk strömställare 22, vilken vid den visade utföringsformen innefattar en MOS-FET, vilken emellertid också kan utföras med en IGBT eller någon annan lämplig transistorströmställare, och en lagrings- kondensator 24 samt en utgångstransformator 26. Utgångs- transformatorn 26 är inkopplad efter en utgångs-/frilägesdiod 28 och en LC-krets 30, som likriktar den hackade utgångs- spänningen från transistorströmställaren 22 och transformatorn 26. Utgàngsströmmen hos det switchade nätaggregatet 20, vilken endast visas schematiskt i fig. 4, betecknas med I0, och utgångsspänningen betecknas med UD. Vid det switchade nätaggre- gatets 20 utgång visas i fig. 4 ett belastningsmotstånd RL 32, som representerar en eller flera förbrukare. Utgàngssteget hos det switchade nätaggregatet 20 omfattar vid utföringsformen i fig. 4 dessutom en andra styrbar, elektronisk strömställare 61, som styrs i samma takt som den första strömställaren 22.

Fig. 5 visar som förklaring ett exempel på ett ingàngssteg för det switchade nätaggregatet enligt teknikens ståndpunkt, vilket kan kopplas in före det i fig. 4 visade utgångssteget. 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 C\f\A ~=;.“T n > e o av Û _ / C31 vfi 12 Detta ingångssteg hos ett switchat nätaggregat tjänar emeller- tid endast som ett exempel, eftersom uppfinningen kan utformas med alla typer av switchade nätaggregat. Det switchade nät- aggregatet i fig. 5 innefattar särskilt en ingångslikriktare med fyra likriktardioder 34, 35, 36, 37, vilka är anordnade i form av en bryggkoppling. Likriktarbryggan erhåller sin ingångsväxelspänning, i synnerhet en nätspänning, vid anslut- ningarna X1, X2 och avger sin likriktade utgångsspänning över en lagrings- och glättningsdrossel 38, vilken endast genom- flytes i en riktning av en ström, till en styrbar, elektronisk strömställare 40, vilken är ansluten över utgången hos brygg- likriktaren. Transistorströmställaren 40 mottager en styr- spänning Ui, som i fig. 5 inte är närmare specificerad och bestämmer utgångsspänningen hos det switchade nätaggregatet.

Transistorströmställaren 40 har en tillhörande utgångs- /frigångsdiod 42, vilken likriktar den hackade utgångs- spänningen från transistorströmställaren. Vid utgången hos det switchade nätaggregatet är en unipolär lagringskondensator 44 ansluten för lagring och glättning av utgångsspänningen.

Enligt ett känt styrförfarande styrs den styrbara elektroniska strömställaren 40, respektive 22, 61 i fig. 4, med en i för- hållande till nätfrekvensen hos växelspänningsförsörjningen (vid anslutningarna Xl, X2) hög switchfrekvens UT. Genom förändringen av den relativa inkopplingstiden för den elekt- roniska strömställaren 40 respektive 22, 61 är det möjligt att ställa in utgångsspänningen UC med kondensatorn 44 respektive 24 och alltså ställa in utgångsspänningen Uohos det switchade nätaggregatet. Återigen med hänvisning till fig. 4 skall nu beskrivas, hur styrspänningen UT bestäms genom styranordningen i tre steg, enligt uppfinningen. Styranordningens första steg, enligt 72574a.dOC; 200404-05-26 10 15 20 25 30 n n» 13 uppfinningen, visas i fig. 4 som ett med 50 betecknat block, det andra steget visas som ett med 60 betecknat block, och det tredje steget visas som ett med 70 betecknat block.

Det första steget 50 hos styranordningen innefattar en spänningsdelare bestående av motstånden 51, 52, 53, ett P- element, vilket är uppbyggt av en operationsförstärkare 54, och en spärrdiod 56. Dessa komponenter är, såsom visas i fig. 4, förbundna med varandra. Via spänningsdelarna 51, 52, 53 och en valbar, konstant första referensspänning UHW1 kan utgångs- spänningen Umßx ställas in.

Spänningsdelaren 51, 52, 53 är så dimensionerad, att vid den önskade utgångsspänningen U0 alstras vid anslutningen mellan motstånden 52 och 53 en spänning, vilken väsentligen motsvarar den första referensspänningen UMW1. I enlighet därmed alstrar P-elementet 54 en P-element-styrspänning Uß, vilken, via en diod 56, kopplas till en pulsbreddsmodulationskomponent 80, för att styra det switchade nätaggregatet 20 så, att det (genom verkan av P-elementet) erhåller en ringa avtagande utgångskaraktäristik i området I i fig. 3.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen, som visas i fig. 4, kan en strömsänka 58 för inställning av Ummx tillhanda- hållas, för att vid behov alstra ett karaktäristikområde. En andra karaktäristik med ett obetydligt mot nedan förskjutet Uomm visas, som exempel, streckat i fig. 3. Härvid är spän- ningsdelaren uppdelad i motstånden 51 (RT) och 52 och en styrd strömkälla eller strömsänka 58 är ansluten vid förbindelse- punkten mellan motstånden 51 och 52. Strömsänkan 58 ger en konstant ström IT över motståndet 51 (RT), så att en ytter- ligare, konstant, inställbar spänning ligger över motståndet 72574a . d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 51, vilken förskjuter utgångskaraktäristiken hos det switchade nätaggregatet enligt önskan.

P-elementets 54 utgàngssignal Uß pålägges vid pulsbredds- modulationskomponenten 80, med integrerad kopplingsförstärka- re, vilken alstrar styrsignalen UT till det switchade nät- aggregatet 20.

Så länge det switchade nätaggregatets 20 utgångsström I0 ligger under ett förutbestämt första gränsvärde IW, vilket betecknar slutet av ett normaldriftsområde I, ger det andra steget 60 och det tredje steget 70 inga utgångssignaler. Det switchade nätaggregatets 20 utgàngsspänning resulterar då i: Üo(Io)=ÜoMAx'Rvs*Io'RT*ïTf varvid REfleIajör/usrer VS Kretsförstärkning När utgångsströmmen IQ överskrider det första gränsvärdet IOP aktiveras vid den visade utföringsformen det andra steget 60.

Det andra steget 60 är aktivt i området II, varvid U0 i detta område är mindre än den första referensspänningen Ugmq, så att P-elementet 54 vid det första steget får en högohmig utgång och det första steget 50 därigenom inte ger något mer bidrag till inställningen av styrsignalen UT.

Det andra steget 60 hos styranordningen omfattar en trans- formator 62, en zenerdiod 63, en kondensator 64 och ett mot- stånd RP 65, vilka, såsom visas i fig. 4, är förbundna med 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 n f ø . u Q n | u | u u varandra. Transformatorn 62 styrs med den elektroniska ström- ställaren 61.

Styrsignalen UT pålägges parallellt på de båda elektroniska strömställarna 22, 61, så att dessa switchas i samma takt. Det switchade nätaggregatets primärström, som flyter genom ström- ställarna 22, 61 och genom transformatorn 62, motsvarar exakt sekundärströmmen genom dioden 28, multiplicerat med ül. Trans- formatorn 62 dividerar primärströmmen med ü2. Sålunda motsvarar utgångsströmmen genom den andra transformatorn 62 en exakt avbild av utgångsströmmen I0 i huvudtransformatorn 26, divide- rat med (ül - üz). Spänningsfallet över motstånden RP 65 är alltså ett mått på utgångsströmmen IP, enligt följande ekvation: Q RP U = P U! U2 Med hjälp av den andra transformatorn 62 kan alltså, utan nämnvärd strömbelastning av det switchade nätaggregatet, en avbild av utgångsströmmen I0 alstras. Utgångsspänningen Up hos det andra steget 60 kopplas, via en styrd strömställare 68, till pulsbreddsmodulationskomponenten 80. Den styrda ström- ställaren 68, vilken i fig. 4 schematiskt visas som en jäm- förelsekrets och en transistorströmställare, mottar vid en styringàng en andra referensspänning URHQ, som är vald på så sätt, att utgångssignalen Up hos det andra steget kopplas bort från pulsbreddsmodulations-komponenten 80 först då utgångs- strömmen IQ överskrider det andra gränsvärdet IM. Härvid ställs URHQ in såsom följer: 72574a.dOC; 200404-05-26 10 15 20 25 30 ("'I FJ ss \9 (H \í3 . 1 - u a n »u 16 Utgångsspänningen UP hos det andra steget 60 kopplas såsom beskrivits till pulsbreddsmodulations-komponenten 80, för att styra pulsbreddsmodulations-komponenten 80 och för att alstra en önskad styrsignal UT till det switchade nätaggregatet.

Utgàngsspänningen U0 hos det switchade nätaggregatet 20 erhålles vid aktivering av det andra steget 60 som: Uo(Io) = Uo(Iop) _ k * RP * Io varvid Det är uppenbart att genom lämpliga val av RP kan stigningen hos det switchade nätaggregatets 22 utgångskaraktäristik påverkas. Eftersom karaktäristiken endast inställes med hjälp av strömavbildning, behöver inget ytterligare motstånd införas i den egentliga utgàngskretsen hos det switchade nätaggre- gatet, varför förlusterna kan hållas minimala.

När slutligen utgångsströmmen IQ överskrider ett andra gräns- värde IN, kommer det tredje steget 70 hos styrkretsen att aktiveras. Aktiveringen av det tredje steget 70 kan inställas via en tredje referensspänning UMm3, varvid %s'RP ÜREF3 = Det tredje steget 70 hos styrkopplingen innefattar en ingångs- diod 71 och en kondensator 72, vilka bildar ingångslikrikta- ren, samt en förstärkarkrets, vilka tillsammans betecknas med 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 ~ . : | u: (51 F J fu \9 (JH M9 17 74 och jämte andra motstånd och kondensatorer uppvisar ett ingångsmotstånd Rs 73 samt en utgångsdiod 75, vilka, såsom visas i fig. 4, är förbundna med varandra. Det tredje steget 70 hos styranordningen mottar som ingàngssignal utgångs- signalen Upfrån det andra steget 60, vilken är proportionell mot utgångsströmmen IQ hos det switchade nätaggregatet 20. Up är en i beroende av styrsignalerna UT pulsad signal. Denna pulsade signal UP likriktas av likriktardelen 71, 72 hos det tredje steget 70, så att på förstärkardelens 74 ingångsmot- stånd Rs 73 hos det tredje steget anligger en likriktad spän- ning Us, vars amplitud motsvarar spänningen UP. Det tredje steget 70 alstrar en styrsignal US = Up (likriktad) = k ' RP' IQ, vilken förstärks genom förstärkarkopplingen 74. Förstärkar- kopplingen 74 är utformad så, att den ger en relativt hög förstärkningsfaktor, m>>1. Detta ger en utgångssignal m ' US.

Utgångssignalen mUS från det tredje steget 70 införs i puls- breddsmodulations-komponenten 80, för att alstra styrsignalen UT, vilken alstrar en brant utgångskaraktäristik U0 hos det switchade nätaggregatet 20, vilken vid en kortslutningsström IK går mot 0 (se område III i fig. 3). Utgångskaraktäristiken U0 hos det switchade nätaggregatet 20 blir i området IW < I0 < IK: Uo(Io) = Uo(Ios) _ K * IH * RP * Io Strömförsörjningsanordningen enligt uppfinningen kan användas i alla system, i vilka redundanta, switchade nätaggregat behövs som säkerhet vid nätbortfall eller liknande. Särskilt kan uppfinningen användas vid telekommunikationsanläggningar, datorsystem och alla andra styr- och kommunikationssystem, som behöver en oavbruten energiförsörjning. Som komplettering till den vid nätdelarna anslutna förbrukaren kan också batterier anslutas, vilka vid strömbortfall tar över energiförsörjning- 72574a.dOC; 200404-05-26 10 15 20 25 30 , , . , . ~ v ~ ~ en en. Strömförsörjningsanordningen enligt uppfinningen uppvisar därför i dess utgångskaraktäristik ett driftsomràde för normaldrift, ett driftsområde för laddrift vid högre belast- ning och ett driftsområde för bortkoppling vid överbelastning.

Fig. 6 visar ett exempel på en omgivning, i vilken strömför- sörjningsanordningen enligt uppfinningen kan användas. I fig. 6 betecknas ett strömnät allmänt med 90, varvid strömnätet 90 kan tillhandahålla en växelspänning i området från 90 till 230 Volt och innefattar en anordning för fördelning av växel- spänningen på flera switchade nätaggregat, samt de nödvändiga nätsidiga radio- och störfiltren och ytterligare nödvändiga filteranordningar. Nätet 90 försörjer n switchade nätaggregat 92, 94, 96, 98, vilka i fig. 6 betecknas med LIKRIKTARMODUL.

De switchade nätaggregaten 92-98 skall vid det visade utföringsexemplet kunna tillhandahålla en utgångseffekt POUT mellan 300 W och 2 kW. Varje switchat nätaggregat i fig. 6 har en tillhörande styranordning, motsvarande den som beskrevs med hänvisning till fig. 4, för att inställa en önskad utgångs- karaktäristik, varvid styranordningarna i fig. 6 inte visas.

De switchade nätaggregaten 92 - 98 är förbundna via en gemensam ledning med ett flertal förbrukare 100 - 112, samt med batterier 114, vilka alla arbetar med en spänning i området från 48 Volt likspänning till 56 Volt likspänning och kan ha olika effektkrav, varvid såsom exempel anges effekt- områdena Pm” från 10 W till 100 W och från 100 W till 300 kW.

Förbrukarna 100 - 112 kan vara mikroprocessorkort, tele- kommunikationskort, likströmsomvandlare på kort i elektroniska databearbetningssystem, 19 tums-likströmsomvandlare till serverskåp eller liknande, alla typer av elektriska och elektroniska system, fläktar och klimatanläggningar och liknande. Ett exempel på användning av uppfinningen är tele- kommunikationsanläggningar, som uppvisar alla dessa bestånds- 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 . ~ v . | n - | | .u delar. Vid normaldrift, dvs. i området I av karaktäristiken i fig. 3, försörjer nätdelarna 92 ~ 98, med väsentligen samma strömavgivning, förbrukarna 100 - 112 och håller batteriernas 114 spänning på en önskad nivå, exempelvis 48 - 56 V. När spänningsnivån hos batterierna 114 sjunker, vid driftsstart eller på grund av en störning, vid underhåll eller liknande, måste de switchade nätaggregaten 92 - 98, som komplettering för försörjningen av förbrukarna 100 - 112, ladda om batte- rierna 114, så att utgàngsströmmen från de switchade nätagg- regaten 92 - 98 stiger, på grund av den högre belastningen, så att utgångskaraktäristiken för de switchade nätaggregaten kommer till driftområde II. Efter den fullständiga uppladd- ningen av batterierna 114 kommer strömuttaget i regel åter att avta, så att normaldriften i arbetsområdet I åter kan ta vid.

I fallet med en felfunktion eller störning, vid vilken en överdrivet stor ström IO > IOS tas ut, går utgångskaraktäris- tiken för de switchade nätaggregaten 92 - 98 in i det tredje driftsområdet III, vilket vid en ytterligare ökning av utgàngsströmmen IO medför att de switchade nätaggregaten 92 - 98 kortsluts och inte avger någon mer spänning. Det i fig. 6 visade systemet kan då fortfarande, under en begränsad tid, försörjas via batterierna 114, innan det fullständigt kopplas bort, såvida inte störningen eller felfunktionen avhjälps.

De, i ovanstående beskrivning med hjälp av ritningarna beskrivna kännetecknen kan vara av betydelse, såväl var för sig som i godtycklig kombination, för förverkligandet av uppfinningen i dess olika utföringsformer.

Förteckning över hänvisningsbeteckningarna 10,11,12 switchade nätaggregat 13 förbrukare 20 switchat nätaggregat 72574a.d0C; 200404-05-26 10 15 20 25 30 22 24 26 28 30 32 34,35,36,37 38 40 42 44 50 5l,52,53 54 56 58 60 61 62 63 64 65 68 70 71 72 73 74 75 80 90 92,94,96,98 100-112 strömställare lagringskondensator utgångstransformator utgångs-/frigångsdiod LC-krets belastningsmotstànd likriktardioder lagrings- och glättningsdrossel strömställare utgångs-/frigångsdiod lagringskondensator första steg motstånd operationsförstärkare spärrdiod strömsänka andra steg strömställare transformator zenerdiod kondensator motstånd styrd strömställare tredje steg ingàngsdiod kondensator motstånd förstärkningskrets utgàngsdiod pulsbreddsmodulationskrets strömnät switchade nätaggregat förbrukare v ~ u u .o nu evo 72574a.doc; . ' . - .o 200404-05-26 FÛ i! .. Å GL Cu 21 batteri 114 72574a.d0C; 200404-05-26

Claims (13)

10 15 20 25 30 CH I* I) 4> \..C) (TI *JO 22 P A T E N T K R A V

1. Strömförsörjningsanordning med flera parallellkopplade, switchade nätaggregat för försörjning av minst en förbrukare (32), varvid varje switchat nätaggregat alstrar en utgångs- ström I0 och en utgàngsspänning UQ(I0, RL), vilken är beroende av utgångsströmmen I0 och ett belastningsmotstånd RL, och med en styranordning för varje switchat nätaggregat, k ä n n e - t e c k n a d av att styranordningen uppvisar ett första steg (50) med ett P-element (54), som mottar en P- element-ingångsspänning, vilken är härledd från utgångs- spänningen U0(I0, RL) och alstrar en P-element-styrspänning Uvfi vilken tjänar till styrning av ifrågavarande switchade nätaggregat, varvid det första steget är aktivt när OSIOSIW, ett andra steg (60) med en strömavbildningskoppling, vilken avbildar utgångsströmmen IQ hos ifrågavarande switchade nätaggregat och alstrar en utgàngsström-styrspänning Up, vilken tjänar till styrning av ifrågavarande switchade nätaggregat, varvid det andra steget är aktivt när Iæšlošlsoch ett tredje steg (70) med en förstärkarkoppling (74), som förstärker en mot en utgångsströmmen I0 proportionell signal och alstrar en förstärkt utgàngsström-styrspänning mig, vilken tjänar till styrning av ifrågavarande switchade nätaggregat, varvid det tredje steget är aktivt när IæSI0SIK.

2. Strömförsörjningsanordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att det andra steget också är aktivt när IQSSIQ .

3. Strömförsörjningsanordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att IN är ett första gränsvärde för utgångsströmmen IQ, vilket kännetecknar gränsen för ett normaldriftsområde; IW är ett andra gränsvärde för utgångs- 72574a.doc; 200404-06-16 10 15 20 25 30 (H PJ (}. / 59 3 h, I u» u 23 strömmen IQ, vilket kännetecknar gränsen för ett arbetsområde för hög belastning; och IK kännetecknar ett kortslutnings- strömvärde.

4. Strömförsörjningsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att styranordningen uppvisar en pulsbreddsmodulationskrets (80), vilken mottar P-element- styrspänningen UW, utgångsströmstyrspänningen UP och den förstärkta utgångsströmstyrspänningen Us och i beroende därav alstrar en styrsignal UT till ifrågavarande switchade nät- aggregat.

5. Strömförsörjningsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det första steget (50) upp- visar en spänningsdelare (5l,52,53), som alstrar en mot utgångsspänningen U0 proportionell P-element-ingångsspänning.

6. Strömförsörjningsanordning enligt krav 5, k ä n n e - t e c k n a d av att P-elementet (54) hos det första steget (50) uppvisar en operationsförstärkare, vars ena ingång mottar P-element-ingàngsspänningen och vars andra ingång mottar en första referensspänning URmq och vars utgång avger P-element- styrspänningen Uvs.

7. Strömförsörjningsanordning enligt krav 6, k ä n n e- t e c k n a d av att operationsförstärkaren (54) är för- bunden, via en spärrdiod (36), med pulsbreddsmodulations- kretsen (80).

8. Strömförsörjningsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det andra steget (60) upp- visar ett transformatorelement (62), vilket är parallellkopp- lat med ett huvudtransformatorelement (26) hos ifrågavarande, 72574a.d0C; 200404-06-16 10 15 20 25 30 (TI i* 3 4:. xD (H C u.. nu» u .cv H -fl u u. u. u nu u u u n» o» u. uu. u u-.u uuuuu uu ouuuuuu uu uu u u u u u u u u uu u u u - u u uu 24 switchade nätaggregat och alstrar en utgångssignal, som är proportionell mot utgångsströmmen IQ hos det switchade nät- aggregatet.

9. Strömförsörjningsanordning enligt krav 8, k ä n n e - t e c k n a d av att efter transformatorelementet (62) är en zenerdiod (63) och en RC-krets (64,65) inkopplade, vilka alstrar utgångsströmstyrspänningen UR i beroende av trans- formator-utgångssignalen, när I02 LW, varvid UP är propor- tionell mot Im

10. Strömförsörjningsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det tredje steget (70) är inkopplat efter det andra steget (60) och att utgàngsströmstyrspänningen UL som är proportionell mot utgångsströmmen I0 hos det switchade nätaggregatet, bildar ingångssignalen till det tredje steget (70).

11. Strömförsörjningsanordning enligt något av kraven 1 - 9, k ä n n e t e c k n a d av att det tredje steget (70) är parallellkopplat med det andra steget (60) och uppvisar en ytterligare stömavbildningskrets, som avbildar utgångsströmmen IQ hos det switchade nätaggregatet.

12. Strömförsörjningsanordning enligt krav 10 eller ll, k ä n n e t e c k n a d av att det tredje steget (70) uppvisar en förstärkarkoppling (74), vars ena ingång är förbunden, via en ytterligare RC-krets (72,73), med ström- avbildningskopplingen och vars andra ingång är förbunden med en tredje referensspänning Ukmg och vars utgång avger den förstärkta utgångsströmstyrspänningen mUs.

13. Strömförsörjningsanordning enligt krav 12, k ä n n e - 72574a.d0C; 200404-06-16 25 t e c k n a d av att förstärkarkopplingen (74) hos det tredje steget (70) är utformad så att den uppvisar en hög förstärkningsfaktor m>>l. 72574a.d0C; 200404-06-16