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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsversorgung
und im besonderen eine solche Leistungsversorgung, bei der es
moglich ist, eine hauptsächlich sinusförmige Spannung zu
erzeugen, die in Versorgungsapparaten, welche normalerweise
durch das Stromversorgungsnetz betrieben werden, verwendet
wird. Eine derartige Leistungsversorgung ist aus der EP-A-
227849 bekannt. Dieses Dokument offenbart alle Merkmale des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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In Wohnwägen und Wohnmobilen findet man elektrische Apparate
und andere Ausrüstungen, die mit Gleichstrom niederer
Spannung, beispielsweise von einer Autobatterie oder ähnlichem,
betrieben werden. Zusätzlich gibt es dort meist eine andere
Ausrüstung, die durch das Stromversorgungsnetz betrieben
wird, und die nur verwendet werden kann, wenn der Wohnwagen
an das Stromversorgungsnetz angeschlossen ist, beispielsweise
auf einem Campingplatz.
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Es ist daher wünschenswert, eine Leistungsversorgung zu
schaffen, mit der es möglich ist, durch das
Stromversorgungsnetz betriebene Geräte zu verwenden, selbst im Falle, daß der
Wohnwagen nicht auf einem Campingplatz abgestellt ist oder
ähnlichem, und folglich nicht mit dem Stromversorgungsnetz
verbunden werden kann. Solch eine Leistungsversorgung könnte
in einer Einheit beinhaltet sein, die Gleichstrom erzeugt und
mit einem Gleichstrom/Wechselstromwandler verbunden ist, der
mittels einer vom Stand der Technik bekannten
Schaltungstechnik die Gleichstromspannung in eine hauptsächlich
sinusförmige Wechselstromspannung der gewünschten Größenordnung,
beispielweise 110V oder 220V, umwandelt. Geeigneterweise könnte
die gleichstromerzeugende Einheit ein
Dreiphasenwechselstromgenerator, wie sie in Autos für deren elektrische Versorgung
gefunden werden, sein. Ein Generator, auf den sich hier
bezogen wird, weist einen Gleichrichter auf, der einen
Gleichstromspannungsausgang von dem Generator schafft. Ein
solcher Generator kann zusammen mit einem
Gleichstrom/Wechselstromwandler, der mittels bekannter Technik
gebildet ist, in einem Motorraum eines Autos oder Wohnmobils
vorgesehen sein und mit einer Wechselstromsteckdose versehen
sein. Dadurch kann mit einer geeigneten Leitung der
Wohnbereich des Wohnmobils oder eines Wohnwagens, welcher mit dem
Auto verbunden ist, versorgt werden.
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Eine Leistungsversorgung der hier vorliegenden Art muß gegen
Überstrom geschützt werden, wobei zu diesem Zweck
Schutzvorrichtungen vorgesehen sind, die die Leistungsversorgung
abschalten, wenn die Stromlast einen vorbestimmten Wert
überschreitet. Der Stand der Technik bietet eine Lösung, bei der
im Falle eines Abschaltens das Wiederverbinden nach dem
Ablauf einer bestimmten Zeitspanne entsprechend einer oder zwei
Perioden einer Wechselstromspannung erlaubt wird. Wenn
induktive Belastungen, wie ein Induktionsmotor eines Kühlschranks
oder einer Klimaanlage versorgt werden, ist der verzögerte
Wiederanschluß ein Nachteil, da nicht ausreichend Energie dem
Motor zugeführt wird, damit dieser sich vor dem Abschalten
aufgrund des Überlaststroms dreht. Folglich kann es unter
bestimmten Bedingungen passieren, daß der Kompressormotor des
Kühlschranks oder der Klimaanlage nicht gestartet werden
kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dem
aufgezeigten Mißtand abzuhelfen und eine Leistungsversorgung der oben
beschriebenen Art zu schaffen, bei der der Wiederanschluß
nach einer Zeitspanne stattfindet, die beträchtlich kleiner
ist als vergleichsweise die halbe Periode einer
Wechselstromspannung. Dies bedeutet, daß der Wiederanschluß fast
sofort nach dem Auftreten einer Abschaltung stattfindet, so daß
es keinen wesentlichen Stromabfall unter die vorgegebene
Stromgrenze geben wird. Folglich wird der Strom
aufrechterhalten und der Motor mit genügend Energie versorgt um ihn zum
Starten zu bringen. Die Aufgabe wird durch eine
erfindungsgemäße Leistungsversorgung gelöst, die die kennzeichnenden
Merkmale des angehängten Anspruchs 1 aufweist. Bevorzugte
Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beinhaltet. Die
Erfindung wird nun in Verbindung mit einer Ausführungsform
und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer
beschrieben, wobei
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Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße
Leistungsversorgung ist, und
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Fig. 2 ein praktisches Schaltkreisdiagramm eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels ist, in dem unwichtige Teile der
Erfindung weggelassen wurden.
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In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Leistungsversorgung gezeigt, in dem ein Wechselstromgenerator
10 vorgesehen ist, der mittels eines Gleichrichters 11 eine
Gleichstromspannung U zwischen einem positiven Ausgang 12 und
einem negativen Ausgang 13 erzeugt. Ein Stromleiter 14 ist
mit dem positiven Ausgang 12 verbunden, während ein
Stromleiter 15 mit dem negativen Ausgang 13 verbunden ist. Der
Generator 10 besitzt eine Erregerwicklung 16 und die Spannung U
ist durch eine Steuereinrichtung 17 geregelt, die bei Bedarf
die Spannung an der Erregerwicklung 16 erhöht oder absenkt.
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Die Schaltung der Fig. 1 weist weiter einen
Gleichstrom/Wechselstromwandler 18 auf, in dem vier
Halbleiterschalter des Mosfet Typs 19, 20, 21, 22 in einer bekannten
Art und Weise, bei der sie eine Brücke bilden, enthalten
sind. Die Verbindungspunkte zwischen den Transistoren 19 und
20 und zwischen den Transistoren 21 bzw. 22 bilden die
Ausgänge der Brücke zwischen der die Ausgangsspannung der
Leistungsversorgung auftritt. Die Stromleiter 23 und 24
verbinden die Verbindungspunkte mit je einer
Selbstinduktionsspule 25, 26, deren gegenüberliegenden Enden mittels eines
Kondensators 27 verbunden sind, und des weiteren mit zwei
Ausgängen 28, 29 verbunden sind, die die Ausgänge der
Leistungsversorgung bilden.
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Es ist eine Kontrolleinrichtung 30 zur Versorgung der
Halbleiterschalter 19, 20, 21, 22 mit geeigneten Schaltsignalen
entsprechend einem vorgegebenen Programm vorgesehen.
Entsprechend diesem Programm wird vorausgesetzt, daß jede der
halben Perioden der sinusförmigen Ausgangsspannung in
Abschnitte geteilt ist und für jeden Abschnitt eine Kombination
von Schaltsignalen gespeichert ist, die für den jeweiligen
Abschnitt festsetzt, welche Schalter geschlossen sind und
welche geöffnet sind, um für die Ausgangsspannung die
gewünschte sinusförmige Form anzunehmen. Wie dies in der Praxis
ausgeführt wird, wird weiter unten in Verbindung mit Fig. 2
genauer beschrieben.
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Um die Höhe der Spannung während unterschiedlicher
Belastungsbedingungen aufrechtzuerhalten, sind in bekannter Weise
eine Reihe von Kondensatoren vorgesehen, die hier durch den
Kondensator C wiedergegeben sind, der mit dem Stromleiter 14
und über einen niederohmigen Meßwiderstand R mit dem
Stromleiter 15 verbunden ist. Die Spannung zwischen dem
Meßwiderstand 15 bildet einen Parameter, der von dem Belastungsstrom
der Leistungsversorgung abhängt und der verwendet wird, um
die Versorgung auszuschalten, wenn ein Überlaststrom
auftritt. Folglich ist der Verbindungspunkt zwischen dem
Meßwiderstand R und dem Kondensator C mit einem Block 33
verbunden, in dem die Spannung mit einem Vergleichswert
verglichen wird. Wenn die Spannung den Vergleichswert
überschreitet, wird ein Signal von dem Block 33 an die
Kontrolleinrichtung 30 abgegeben, was ein Löschen der Schaltsignale zu den
Halbleiterschaltern 19, 20, 21, 22 verursacht.
Erfindungsgemäß ist diese Abschaltung sehr kurz und wird fast sofort
gefolgt von einer Wiederverbindung der Schaltsignale. Dies wird
genauer in Verbindung mit der Fig. 2 beschrieben.
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Es wird nun das Blockschaltbild der Fig. 1 verlassen und das
praktische Schaltkreisdiagramm der Fig. 2 herangezogen. Um
Kombinationen von Kontrollsignalen zum Setzen der vier
Halbleiterschalter in jedem gebildeten Abschnitt der
sinusförmigen Ausgangsspannung zu erzeugen, wird in bekannter Weise
simultan eine Sinuswelle und die Umkehrung dieser Sinuswelle
mit einer dreieckigen Welle mit derselben Amplitude wie die
Sinuswellen aber mit einer beträchtlich höheren Frequenz,
verglichen. Kurz gesagt, die Voraussetzung für die Schalter
die Energieversorgung zu öffnen ist, daß die dreieckige Welle
innerhalb der Umhüllenden, die durch die Sinuswellen geformt
wird, liegt.
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Wie durch obige Beschreibung offensichtlich wurde, werden die
zwei halben Perioden einer Sinuswelle in eine Anzahl von
Abschnitten aufgeteilt, und für jeden Abschnitt wird eine
Kombination von Kontrollsignalen gesetzt, um zu steuern, welche
der Schalter in dem jeweiligen Abschnitt geöffnet bzw. welche
geschlossen werdeb müssen. Die Kombinationen von
Kontrollsignalen für alle Abschnitte sind in einem programmierbaren
Speicher 34 gespeichert, und jede Kombination besitzt acht
digitale Bits. Jede Kombination hat eine 16-Bit Adresse, und
die Kombinationen sind in dem Speicher derart angeordnet, daß
sie in der Reihenfolge aus gesandt werden können, die die
gewünschte sinusförmige Form der zu bildenden Ausgangsspannung
verursacht. Die Kombinationen werden von dem Speicher 34
mittels einer Zähleinrichtung 35, 36 gelesen, die mittels eines
Oszillators 37, der schrittweise geschaltet wird, der bei
einer Frequenz von 3,27 MHz arbeitet. Um sicher zu stellen, daß
alle Bits einer Kombination rechtzeitig korrekt eingelesen
werden, werden die zu lesenden Bits in einer
Blockierschaltung 38 gesammelt, von der die Bits an acht Und-
Schaltungen, von denen nur zwei 39, 40 in dem
Schaltungsdiagramm gezeigt sind, weitergeleitet werden. An den Ausgängen
der UND-Schaltungen erscheinen dann die Kontrollsignale, die
den Schaltzustand der vier Halbleiterschalter bestimmen. Die
Art und Weise, wie diese Kontrollsignale gebildet werden, an
die Schalter weitergegeben werden und die Art des gewählten
Schalters oder die Art und Weise wie die Schalter angeordnet
sind, sind unwichtig für die Erfindung und werden folglich
nicht genauer beschrieben.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird um einen Überlaststrom
festzustellen ein niederohmiger Meßwiderstand R mit einer Reihe
von Kondensatoren C in Reihe verbunden und die Spannung, die
über den Widerstand auftritt, wird über einen Filter, der
zwei Widerstände 41, 42 und einen Kondensator 43 aufweist, zu
dem Eingang des Optoschalters 44 geführt. Der Ausgang des
Optoschalters ist über einen Widerstand 45, der parallel mit
einem Kondensator 46 geschaltet ist, mit der Erde verbunden.
Dieser Ausgang ist zusätzlich mit dem Reseteingang eines
bistabilen Kippgliedes 47 verbunden. Der Takteingang C1 des
bistabilen Kippglieds ist über einen Stromleiter 48 mit einem
gewählten Ausgang der Zähleinrichtung 35, 36 verbunden, so
daß die Taktfrequenz ungefähr 2 kHz beträgt. Der Ausgang des
bistabilen Kippgliedes ist über einen Stromleiter 49 mit
einem Eingang eines UND-Schalters 50 verbunden. Der andere
Eingang des UND-Schalters ist mit der Versorgungsspannung von
+5V verbunden. Der Ausgang des UND-Schalters ist über einen
NICHT-Schalter 51 und eine Pufferschaltung 52 mit einem
Eingang des UND-Schalters 40 verbunden, an dessen Ausgang 53
eines der Bits eines digitalen Kontrollsignals für die
Halbleiterschalter auftritt. Der andere Eingang des UND-Schalters 40
ist über einen Stromleiter 54 mit dem Ausgang einer
Pufferschaltung 55 verbunden, deren Eingang über einen Stromleiter
56 mit einem der Ausgänge der Blockierschaltung 38 verbunden
ist.
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Die Blockierschaltung wird über Taktimpulse kontrolliert, die
an einen Takteingang CLK von einem Ausgang der
Zähleinrichtung 35, 36 über einen Stromleiter 57 und einen
NICHT-Schalter 58 und einen anderen Stromleiter 59 geleitet werden. Des
weiteren wird über einen Stromleiter 60 einer der Ausgänge
der Blockierschaltung 38 mit dem Eingang der Pufferschaltung
61 verbunden, deren Ausgang über einen Stromleiter 62 mit
einem Eingang des UND-Schalters 39 verbunden ist. Der andere
Eingang des UND-Schalters 39 ist mit einem Stromleiter 63
verbunden, der die korrespondierenden Eingänge aller acht
UND-Schalter zusammenschaltet, von denen nur zwei 39, 40
gezeigt sind, wobei der Stromleiter 63 mit dem Ausgang der
Pufferschaltung 52 verbunden ist. Die Stromleiter 54 und 62 sind
über die jeweiligen Widerstände 64, 65 mit einem Stromleiter
66 verbunden, der mit der Versorgungsspannung von +15V
verbunden ist.
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Die Funktion des Ausführungsbeispiels, das in Fig. 1 und noch
genauer in Fig. 2 gezeigt ist, wird nun beschrieben. Es wird
angenommen, daß der Generator 10 rotiert, wobei er
beispielsweise durch den Motor eines Wohnmobils angetrieben wird, und
daß die Spannung U zwischen dem Stromleiter 14 und 15
ausgebildet ist. Zusätzlich werden, was nicht gezeigt ist,
die Versorgungsspannungen für die elektronischen Komponenten
erzeugt, sowie die bezeichneten +5V und +15V Spannungen. Der
Oszillator 37 ist in Betrieb und versorgt die Zähleinrichtung
35, 36 (2 Abteilungen) mit Taktimpulsen der Frequenz 3,27
MHz. Während des Betriebes zählt die Zähleinrichtung immer
aufwärts bis sie ihre höchste Zählposition erreicht, von der
sie wieder anfängt. Für jeden Schritt wird eine Adresse an
den Speicher 34 weitergegeben, und der Inhalt dieser Adresse
wird an die Blockierschaltung 38 weitergeleitet. Wie schon
vorhergehend erwähnt wurde, ist dieser Inhalt eine Acht-Bit
digitale Kombination von Kontrollsignalen für die
Halbleiterschalter 19, 20, 21, 22 (Fig. 1), wobei festgesetzt wird,
welcher der Schalter in einem vorbestimmten Abschnitt in
irgendeiner der halben Perioden der sinusförmigen
Ausgangsspannung
geschlossen und welcher geöffnet werden soll. Daraufhin
wird ein Taktsignal von der Zähleinrichtung 35, 36 auch über
den Stromleiter 57 ausgesendet, die Blockierschaltung 38 gibt
ihre Informationen an die UND-Schaltungen 39, 40 (und an die
verbleibenden 6 UND-Schaltungen, die nicht gezeigt sind) ab,
und die Zustände an den Ausgängen der UND-Schalter bilden die
gewünschte Kontrollinformation für die Halbleiterschalter.
Demzufolge werden, wenn die Zähleinrichtung kontinuierlich
schrittweise zählt, diese unterschiedlichen Kombinationen von
Kontrollsignalen eine nach der anderen, die benötigt werden,
um der Ausgangsspannung die gewünschte sinusförmige Form zu
geben, ausgesendet.
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Wenn ein Strom, der größer ist als der, der durch die
Leistungsversorgung verarbeitet werden kann, mit einer Last
beaufschlagt wird, wird der Strom durch den Meßwiderstand R,
der über den Kondensator C fließt, eine Spannung erzeugen,
die an dem Eingang des Optoschalters 44 anliegt und
ausreichend ist, um einen Lichtfluß in dem Optoschalter zu
erzeugen, der eine lichtsensible Diode aktiviert, die die
Aktivierung eines Transistors verursacht, was ein starkes
Signal am Ausgang des Optoschalters ergibt. Als ein Ergebnis
wird das bistabile Kippglied 47 zurückgeschaltet, was ein
starkes Signal am Ausgang des UND-Schalters 50 ergibt, ein
schwaches Signal am Ausgang des NICHT-Schalters 51 und ein
schwaches Signal am Ausgang der Blockierschaltung 52.
Folglich wird ein Eingang der UND-Schalter 39, 40 (und der
verbleibenden sechs) ein schwaches Signal aufnehmen, was ein
Stoppen aller Kontrollsignale bewirkt.
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Nach einer Zeitperiode von ungefähr 0,5 Millisekunden (in
Beziehung mit der Frequenz 2 kHz) erscheint ein Taktimpuls auf
dem Stromleiter 48, der das bistabile Kippglied 47 setzt und
ein schwaches Signal an einem Eingang des UND-Schalters 50
verursacht. Als ein Ergebnis werden die Eingänge der UND-
Schalter 39, 40, die mit dem Stromleiter 63 verbunden sind,
wieder ein starkes Signal aufnehmen. Dementsprechend können
Informationen von der Blockierschaltung 38 wieder die UND-
Schaltungen 39, 40 zur Kontrolle der Halbleiterschalter
passieren. Folglich findet die Wiederverbindung der Schalter
nach einer kurzen Zeitperiode in der Größenordnung von 0,5
Millisekunden statt, was gut innerhalb der halben Periode von
10 Millisekunden, in der ein Überlaststrom festgestellt wurde
und die Leistungsversorgung abschaltete, liegt. Wenn wieder
ein Überlaststrom festgestellt werden sollte, können mehrere
Wiederverbindungen innerhalb einer halben Periode der
Ausgangsspannung gemacht werden, was eine Aktivierung von
Motoren oder ähnliches, die von der beschriebenen
Leistungsversorgung gestartet und angetrieben werden können, erlaubt. Bei
einer derartigen aufgezeigten Last ist der Startstrom hoch
und der dauerhafte Arbeitsstrom beträchtlich niedriger.
Solche wiederholten Wiederstarts finden in Intervallen statt,
die durch die Taktimpulsfrequenz von ungefähr 2 kHz, wie oben
erwähnt, festgesetzt werden.