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DE69120180T2 - Fehlertolerantes Netzteil mit niedrigem harmonischem Strom - Google Patents

Fehlertolerantes Netzteil mit niedrigem harmonischem Strom

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Publication number
DE69120180T2
DE69120180T2 DE69120180T DE69120180T DE69120180T2 DE 69120180 T2 DE69120180 T2 DE 69120180T2 DE 69120180 T DE69120180 T DE 69120180T DE 69120180 T DE69120180 T DE 69120180T DE 69120180 T2 DE69120180 T2 DE 69120180T2
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DE
Germany
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rectifier
circuit
output
conversion circuit
voltage
Prior art date
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DE69120180T
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Bahman Sharifipour
James B Williams
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Publication date
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Publication of DE69120180T2 publication Critical patent/DE69120180T2/de
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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Es wird erwartet, daß die Länder Europas bald damit beginnen werden, die aufgrund der Norm IEC-555 (IEC = International Electrotechnical Commission = Internationale elektrotechnische Kommission) erforderlichen Grenzen bezüglich des harmonischen Stroms, der durch Leistungsversorgungseinheiten elektrischer Ausrüstung, die mit einer öffentlichen Netzleitung verbunden sind, gezogen wird, durchzusetzen. Eine herkömmliche Vorrichtung zum Erreichen dieser Norm kann in dem U.S.-Patent Nr. 4,940,929 an Williams gefunden werden. Die Williams-Referenz verwendet einen Brückengleichrichter gefolgt von einer Verstärkerschaltung (auch Boost-Schaltung genannt), welche sicherstellt, daß der Strom sinusförmig ist und zu der sinusförmigen Spannung synchronisiert ist. Somit wird praktisch ein Leistungsfaktor Eins erreicht und harmonische Ströme sind minimiert.
  • Die JP-A-59-32400 offenbart einen automatischen Spannungsregler für einen Generator, um unverzüglich unter seinem AC/DC-Umwandlungsschaltungen (AC = Alternating Current = Wechselstrom; DC = Direct Current = Gleichstrom) umzuschalten. Diese bekannte Schaltung erfaßt durch Transformatoren die Spannung des Generators und wandelt durch die AD/DC-Umwandlungsschaltungen die Spannung in eine Gleichspannung um. Falls eine Abnormalität in der ersten AC/DC-Umwandlungsschaltung auftritt, wird die Ausgangsstufe dieser ersten Umwandlungsschaltung nicht-leitend gemacht und die zweite AC/DC-Umwandlungsschaltung wird ausgewählt. In dieser Schaltung ist die Ausgangsspannung der ersten Umwandlungsschaltung so lange höher als die Ausgangsspannung der zweiten Umwandlungsschaltung, solange keine Abnormalität in der ersten Umwandlungsschaltung existiert.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Nicht alle Märkte werden eine derartige Korrekturvorrichtung für den harmonischen Netzleitungsstrom benötigen. Darüberhinaus sollte ein Ausfall der Korrekturvorrichtung für den harmonischen Netzleitungsstrom kein Systemversagen bewirken. Das heißt, daß das System fehlertolerant sein sollte. Bei einem Ausfall kann das System die Norm IEC-555 nicht länger erfüllen, dasselbe sollte jedoch weiterhin funktionieren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit einen ersten Gleichrichter, der angepaßt ist, um parallel zu einer zweiten Gleichrichterschaltung geschaltet zu werden. Die zweite Gleichrichterschaltung umfaßt einen Gleichrichter und einen Verstärkungsumwandler (auch Boost-Umwandler genannt), um Harmonische zu eliminieren. Der Verstärkungsumwandler ist eine Schalt-Leistungsversorgungseinheit, bei der die Ausgangsspannung höher als die Eingangsspannung ist. Der Verstärkungsumwandler minimiert die harmonischen Vielfachen der Grundfrequenz des Netzleitungs-Wechselstroms. Der zweite Gleichrichter und die Verstärkungsschaltung sind in modularer Form und können ohne weiteres parallel zu dem ersten Gleichrichter geschaltet werden. Wenn das Modul nicht mit dem ersten Gleichrichter verbunden wird oder versagt, arbeitet der erste Gleichrichter unabhängig ohne eine Korrektur des harmonischen Netzleitungsstroms. Somit stellt das System eine preisgünstige, kompakte und zuverlässige Einrichtung zum Erfüllen von Schaltungsanforderungen in Europa und anderswo dar.
  • Die Spitzenausgabe des ersten Gleichrichters ist nicht größer als die Netzleitungsspannung. Der Strom wird nicht durch den ersten Gleichrichter fließen, wenn der Verstärkungsumwandler eine Ausgangsspannung erzeugt, die größer als die Eingangs-Netzleitungsspannung ist. Demgemäß wird auf eine passive Art und Weise beim Betrieb des zweiten Gleichrichters und des Verstärkungsumwandlers der erste Gleichrichter ausgewählt. Wenn das Modul, das den zweiten Gleichrichter und den Verstärkungsumwandler enthält, dagegen fehlt oder unwirksam ist, dient der erste Gleichrichter ohne einen aktiven Steuerungseingriff als die Leistungsversorgungseinheit.
  • Das System kann den Verstärkungsumwandler durch eine beispielhafte Modifikation einer typischen Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung freigeben. Wo europäische Netzleitungsspannungsnormen (z.B. 220 bis 240 V) vorhanden sind, erzeugt der Spannungssensor in der Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung ein Verriegelungssignal, welches den zweiten Gleichrichter und den Verstärkungsumwandler aktiviert. Wo dagegen niedrigere Netzleitungsspannungsnormen (z.B. 110 bis 120 V) verwendet werden, aktiviert die Bereichs-Auswahlvorrichtung eine Spannungs-Verdopplungsvorrichtung, wobei der Verstärkungsumwandler deaktiviert wird.
  • Der Verstärkungsumwandler ist vorzugsweise gegen mehrere Ausfallmodi geschützt. Zuerst schützt ihn eine Sicherung gegen Kurzschlüsse am Eingang. Zweitens schützen zwei Trenndioden die Last vor Kurzschlüssen in dem Verstärkungsumwandler. Somit muß ein unabhängiger Ausfall sowohl des Verstärkungsumwandlers als auch der Trenndioden auftreten, damit eine Entladung des Lastkondensators über den Verstärkungsumwandler auftreten kann. Schließlich ist ein Überspannungsschutz, wie z.B. durch einen Eingangskurzschlußschalter (auch Crowbar-Schalter genannt) (z.B. durch einen gesteuerten Siliziumgleichrichter), vorgesehen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer fehlertoleranten Leistungsversorgungseinheit, die die vorliegende Erfindung ausführt;
  • Fig. 2 ist ein detaillierter Schaltplan des Verstärkungsumwandlers von Fig. 1;
  • Fig. 3 ist eine detaillierte Darstellung der Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung von Fig. 1.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Fig. 1 zeigt eine fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit, die die vorliegende Erfindung ausführt, welche Arbeitsstationen, Computerprodukte und weitere elektrische Ausrüstungen versorgen kann. Ein Modul 20 enthält Schaltungselemente, welche die Korrektur für den harmonischen Strom schaffen, die von der europäischen Norm IEC-555 gefordert wird. Das Modul 20 kann in der Form einer einsteckbaren Einheit sein, welche ohne weiteres eingefügt werden kann. Somit kann das Merkmal der Korrektur des harmonischen Stroms, das durch das Modul 20 geschaffen ist, als Option nur für die Kunden hinzugefügt werden, welche es benötigen. Kunden in den Bereichen, die die Norm IEC-555 nicht benötigen, müssen das Modul 20 nicht verwenden, wodurch bedeutsame Einsparungen erreicht sind. Nur eine kleinere, preisgünstige Modifikation der normalen Leistungsversorgungseinheit wird benötigt, um diese Flexibilität zu schaffen.
  • Ein Schlüsselmerkmal der fehlertoleranten Leistungsversorgungseinheit ist ihre Fähigkeit, auf passive Art und Weise eine Gleichrichtung eines Netzleitungswechselstroms zu schaffen, wenn das Modul 20 fehlt oder unwirksam ist. Die Wechselstrom-Netzleitung ist mit einem EMI-Filter 4 verbunden (EMI = Electro Magnetic Interference = Elektromagnetische Störung), welches das Hochfrequenzrauschen auf der Netzleitung reduziert. Das EMI-Filter ist mit einem ersten Gleichrichter 6 verbunden. Der erste Gleichrichter 6 kann eine Vollbrückenschaltung sein. Ein erster Kondensator 8 und ein zweiter Kondensator 10 überbrücken den Ausgang des Gleichrichters 6. Eine Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung 4 ist zwischen den ersten Eingang des Gleichrichters 6 und einen Knoten, der die Kondensatoren 8 und 10 verbindet, geschaltet.
  • Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel der Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung 14 dar. Ein Halbleiterschalter 5 verbindet einen Eingang von der Wechselstrom- Netzleitung mit dem Knoten zwischen den Kondensatoren 8 und 10. Ein Spannungssensor 7 erfaßt die Spannung über der Wechselstrom-Netzleitung. Wenn die Wechselstrom-Netzleitung in dem Bereich von 110 bis 120 Volt liegt, erzeugt der Spannungssensor 7 ein Signal, welches den Schalter 5 schließt. Bei geschlossenem Schalter 5 wirkt die Kombination des ersten Gleichrichters 6 und der Kondensatoren 8 und 10 auf herkömmliche Art und Weise als eine Spannungsverdopplungsvorrichtung und liefert 220 bis 240 Volt zu dem herkömmlichen hinteren Ende 12 einer Leistungsversorgungseinheit. Wenn die Wechselstrom-Netzleitungsspannung über einem vorbestimmten Pegel liegt, wird angenommen, daß die Eingabe in dem Bereich von 220 bis 240 Volt liegt, wobei der Spannungssensor ein Signal erzeugt, das den Schalter 5 öffnet. Die Kombination des Gleichrichters 6 und der Kondensatoren 8 und 10 erzeugt dann eine Gleichspannung von 220 bis 240 Volt, wenn sich die Wechselstrom-Netzleitungs-Eingangsspannung ebenfalls auf 220 bis 240 Volt befindet. Demgemäß wandelt die Kombination des Gleichrichters 6 und der Kondensatoren 8 und 10 auf passive Art und Weise entweder eine niedrige oder eine hohe Eingangswechselspannung in eine äquivalente Gleichspannung um.
  • Die Kombination des Gleichrichters 6 und der Kondensatoren 8 und 10 schafft keine Korrektur für den harmonischen Strom. Obwohl eine Korrektur des harmonischen Netzleitungsstroms durch die Kombination des Gleichrichters 6 und der Kondensatoren 8 und 10 nicht vorhanden ist, liefert eine derartige Schaltung immer noch eine verwendbare Gleichspannung zu den angeschlossenen elektrischen Geräten, selbst wenn das Modul 20 fehlt oder fehlerhaft arbeitet. Es sollte wieder angemerkt werden, daß die Verwendung des Gleichrichters 6 und der Kondensatoren 8 und 10 passiv ist. Keine aktive Erfassung des Vorhandenseins des Moduls oder seines korrekten Funktionierens wird benötigt, um die Leistungsversorgungsfunktionen auf den Gleichrichter 6 und die Kondensatoren 8 und 10 zu übertragen.
  • Wenn ein betriebsfähiges Modul 20 (welches eine Gleichrichterschaltung umfaßt, die einen Gleichrichter und einen Verstärkungsumwandler aufweist, mit dem Gleichrichter 6, den Kondensatoren 8, 10 und der Netzleitungsspannungsbereich- Auswahlvorrichtung 14 verbunden wird, tritt das übertragen der Leistungsversorgungsfunktionen auf die Schaltungselementen des Moduls 20 einfach und ohne weiteres auf. Ein Verbindungselement 16 koppelt den Eingang des Moduls 20 mit dem Eingang des Gleichrichters 6 und mit der Wechselstrom-Netzleitung. Verriegelungssignale von dem Spannungssensor 7 der Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung sind ebenfalls über das Verbindungselement 16 mit einer Steuerungsschaltung 28 des Moduls 20 verbunden. Ein Verbindungselement 18 koppelt den Ausgang des Moduls 20 an den Ausgang des Gleichrichters 6 und an die Kondensatoren 8 und 10. Wenn eine europäische Normspannung von 220 bis 240 V auf der Wechselstrom-Netzleitung durch den Spannungssensor 7 der Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung 14 erfaßt wird, wird ein Verriegelungssignal zu der Steuerungsschaltung 28 in dem Modul 20 gesendet. Dies aktiviert den Verstärkungsumwandler, welcher einen Induktor 30, einen Widerstand 9, einen Transistorschalter 32, eine Diode 34 und einen Kondensator 36 aufweist. Bei einer speziellen Ausführung erzeugt der Verstärkungsumwandler eine verstärkte Ausgaben von 350 bis 400 V, wenn die europäische Norm von 220 bis 240 V als Eingabe verwendet worden ist. Somit wird eine Spannung von 350 bis 400 V sowohl an die Kondensatoren 8 und 10 als auch an den Ausgang des Gleichrichters 6 angelegt. Da die Eingangsspannung in den Gleichrichter 6 und in das Modul 20 nur 220 bis 240 V beträgt, wird kein Strom von der Wechselstrom-Netzleitung durch den Gleichrichter 6 zu dem herkömmlichen hinteren Ende 12 der Leistungsversorgungseinheit fließen. Wieder sollte auf die Einfachheit hingewiesen werden, mit der die Leistungsversorgungsfunktionen übertragen werden. Die Einleitung des Betriebs des Moduls 20 benötigt nur ein einziges aktives Detektorelement, den Spannungssensor 7 in der Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung 14, wobei dieser Sensor bei typischen Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtungen bereits vorhanden ist. Sobald der Verstärkungsumwandler aktiviert ist, wird der Gleichrichter als eine Leistungsversorgungseinheit wirksam entfernt.
  • Die Ausgabe des Gleichrichters 26 wird an eine Serienschaltung eines Induktors 30, einer Diode 34 und eines Lastkondensators 36 angelegt. Die Ladung auf dem Lastkondensator ist die Versorgung, die von dem Gerät gesehen wird, das die Leistung verwendet. Ein Parallelschalter 32 ist von einem Knoten zwischen dem Induktor und der Diode auf Masse geschaltet. Der Schalter wird bei einer hohen Frequenz zyklisch betätigt (z.B. 40 KHz). Wenn der Schalter geschlossen ist, erregt ein Strom aus dem Gleichrichter den Induktor. Wenn der Schalter daraufhin geöffnet wird, erzeugt der Induktor eine Stromspitze durch die Diode, welche den Kondensator auf lädt. Der Betriebszyklus des Schalters kann derart gesteuert werden, daß der Strom der durch den Gleichrichter angelegten Spannung sehr nah folgt. Darüberhinaus kann die Ausgangsspannung, die auf dem Lastkondensator gespeichert ist, unter Verwendung einer Rückkopplungssteuerung des Betriebszyklus auf einem gewünschten Pegel gehalten werden.
  • Wenn der Verstärkungsumwandler in dem Modul 20 freigegeben ist, wird durch eine Sicherung 22 und ein Filter 24 Strom angezogen. Der Filter 24 eliminiert Rauschen von dem Wechselstrom-Netzleitungsstrom und verhindert, daß das durch den Verstärkungsumwandler erzeugte Rauschen zu der Wechselstrom-Netzleitung zurück gelangt. Das Signal von dem Filter 24 wird zu dem Eingang des Gleichrichters 26 gekoppelt, welcher vorzugsweise eine Vollbrückenschaltung ist. Der Ausgang des Gleichrichters 26 ist mit dem Verstärkungsumwandler verbunden, welcher die gleichgerichtete Eingangsspannung auf 350 bis 400 V erhöht und die Netzleitungs-Stromharmonischen minimiert.
  • Details des Verstärkungsumwandlers einschließlich eines möglichen Entwurfs der Steuerungsschaltung sind in Fig. 2 gezeigt. Der Induktor 30, die Diode 34 und der Kondensator 36 sind seriell verbunden. Der Kondensator 36 ist über das Filter 38 parallel zur Leistungslast verbunden und dient als die Leistungsversorgung für die Last. Der Transistor 32 dient als Parallelschalter über die Diode 34 und den Kondensator 36. Der Verstärkungsumwandler wandelt die gleichgerichtete Netzleitungsspannung in einen Gleichspannungspegel auf dem Kondensator 36 um, um die Last 48 zu versorgen. Der Transistor 32 wird bei einer konstanten Frequenz geschaltet, sein Betriebszyklus wird jedoch durch die Steuerungsschaltung, die die Differenzschaltung 19, den Multiplizierer 17 und den Betriebszyklusgenerator 15 umfaßt, variiert. Die Steuerung des Betriebszyklus basiert auf der Ausgangsspannung Vout (out = aus) im Vergleich zu einer Referenzspannung Vref, einem Induktor-Stromsignal Isense (sense = erfassen) und der Eingangsspannung Vin (in = ein). Speziell wird Vout von einem Differenzverstärker 44 abgeleitet, der über den Verstärkungsumwandlerausgang geschaltet ist. Das Signal Isense wird über dem Stromerfassungswiderstand 9 abgenommen.
  • Das Schalten des Transistors 32 erzeugt sich wiederholende Parallelströme, gefolgt von Relaxationsströmen durch den Induktor 30. Der Betriebszyklus steuert die Amplitude des Stroms und den Spannungspegel des Kondensators 36. Der Betriebszyklus wird gemäß der Differenz zwischen dem tatsächlichen Strom durch den Widerstand 9, d.h. Isense, und einen gewünschten Strom, d.h. Icmd, variiert. Icmd wird der Spannung Vin multipliziert mit einer Konstante K gleichgesetzt. Da der Strom, zu dem der Eingang getrieben wird, eine Konstante mal einer sinusförmigen Eingangsspannung ist, ist der Strom selbst sinusförmig, wobei er zu der Eingangsspannung synchronisiert ist. Als Ergebnis werden Harmonische minimiert und ein Leistungsfaktor nahe Eins erreicht.
  • Die Differenzschaltung 19 erzeugt einen Wert von K, welcher ein Signal Icmd schafft, derart, daß die Gleichheit der Ausgangsspannung Vout mit Vref erreicht wird. Somit wird ein Eingangsleistungsfaktor Eins erzeugt, wobei die Ausgangsspannung geregelt wird.
  • Das Signal von dem Verstärkungsumwandler läuft durch das Filter 38, welches die Ausgabe weiter glättet. Die Endausgabe wird über Trenndioden 40 und 42 an Ladekondensatoren 8 und 10 angelegt. Sollte der Verstärkungsumwandler ausfallen, wird eine Entladung der Kondensatoren, mit Ausnahme einer Entladung über das hintere Ende 12 und die Last, durch die Dioden 40 und 42 ausgeschlossen. Die Ladung wird danach über die Kondensatoren 8 und 10 durch den Gleichrichter 6 beibehalten.
  • Der Schaltungsentwurf der Erfindung liefert eine Ausgangsgleichspannung, welche mit der Netzleitungswechselspannung hoch und nieder gleiten kann. Als Ergebnis wird der RMS- Strom (RMS = Root Mean Square = mittlere quadratische Abweichung), der durch den Verstärkungsschalter läuft, erniedrigt. Dies reduziert wiederum die durchschnittliche Belastung in den Leistungsversorgungskomponenten. Ferner ist der Verstärkungsumwandler entworfen, um mit einer minimalen Eingangsspannung von 187 Volt RMS und nicht mit 90 Volt RMS zu arbeiten. Dies halbiert wirksam die Leistungsnennwerte der Schaltungskomponenten, was in niedrigeren Kosten und einer Größenreduktion resultiert.
  • Das Modul 20 ist mit mehreren Schutzmerkmalen versehen. Zuerst schützt eine Sicherung 22 den Eingang vor einem Kurzschluß. Zweitens schützen die Trenndioden 40 und 42 den Ausgang gegen einen Kurzschluß. Zwei unabhängige Ausfälle müßten auftreten, bevor die Kondensatoren 8 und 10 durch das Modul 20 entladen werden. Sowohl der Verstärkungsumwandler als auch die Trenndioden müssen ausfallen, damit dies passiert. Schließlich ist ein Überspannungsschutz durch einen Crowbar-Schalter 44 vorgesehen.
  • Typischerweise überwacht eine Crowbar-Spannungsschutzvorrichtung die Ausgabe einer Leistungsversorgungseinheit und erzeugt unverzüglich immer dann einen Kurzschluß (oder Crowbar) über den Ausgangsanschlüssen der Leistungsversorgungseinheit, wenn eine voreingestellte Spannung überschritten wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist über der Ausgang des Gleichrichters 26 ein gesteuerter Siliziumgleichrichter 24 gestaltet. Das Gate des SCR 44 (SCR = Silicon Controlled Rectifier = gesteuerter Siliziumgleichrichter) empfängt ein Steuerungssignal von einer Steuerungsschaltung 28, welche den Schalter einschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Moduls 20 eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, überwacht ein Komparator 16 das Ausgangssignal Vout der Leistungsversorgungseinheit. Wenn eine Grenzreferenzspannung Vlim (lim = limit = Grenze) überschritten ist, sendet der Verstärker 16 ein Ausgangssignal, welches den SCR 44 abfeuert. Die Aktivierung des Crowbar- Schalters plaziert einen Kurzschluß über dem Ausgang des Gleichrichters 26. Die Sicherung 22 wird sich dann öffnen.
  • Obwohl diese Erfindung im einzelnen gezeigt und bezugnehmend auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele derselben beschrieben worden ist, ist es für Fachleute offensichtlich, daß viele Veränderungen in Form und Detail in derselben durchgeführt werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung gemaß der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Die Verstärkungsschaltung des früheren Patentes von Williams mit der Nummer 4,940,929 wurde als Beispiel dargestellt. Ein beliebiger verfügbarer Verstärkungsumwandler, welcher eine harmonische Korrektur liefert, kann statt derselben verwendet werden.

Claims (10)

1. Eine fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit zum Verbinden einer Wechselstrom-Netzleitung mit einer Kondensatorschaltung (8, 10) mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Gleichrichter (6),
einer zweiten Gleichrichterschaltung (26) und einer Verstärkungsumwandlungsschaltung (30 - 36) mit einem Eingang, einem Ausgang und einem Steuerungsanschluß, wobei der Eingang der Verstärkungsumwandlungsschaltung mit einem Ausgang der zweiten Gleichrichterschaltung (26) verbunden ist, um aktiv einen Strom zu steuern, um einen harmonischen Strom zu begrenzen, der von der Wechselstrom-Netzleitung gezogen wird;
wobei die Ausgänge des ersten Gleichrichters (6) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung parallel zu der Kondensatorschaltung (8, 10) geschaltet sind, und Eingänge des ersten Gleichrichters (6) und des zweiten Gleichrichters (26) mit der Wechselstrom-Netzleitung verbunden sind; und
wobei die Ausgangsspannung von der Verstärkungsumwandlungsschaltung größer als die Eingangsspannung in die zweite Gleichrichterschaltung (26) ist, derart, daß der Betrieb der zweiten Gleichrichterschaltung (26) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung einen Betrieb des ersten Gleichrichters (6) verhindert, wobei ein Ausfall der zweiten Gleichrichterschaltung (26) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung einen Betrieb des ersten Gleichrichters (6) erlaubt, um die Kondensatorschaltung auf zu laden.
2. Die fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit gemäß Anspruch 1, bei der der erste Gleichrichter (6) folgende Merkmale aufweist:
eine Netzleitungsspannungsbereichs-Auswahlvorrichtung (14) mit einem Schalter (5), der zwischen den Eingang des ersten Gleichrichters und die Kondensatorschaltung (8, 10) geschaltet ist, und einen Spannungssensor (7) mit einem Eingang, der mit dem Eingang des ersten Gleichrichters und einem Ausgang verbunden ist, welcher den Auswahlvorrichtungsschalter (5) steuert, wobei der Auswahlvorrichtungsschalter (5) als Reaktion auf niedrige Netzleitungswechselspannungen geschlossen wird, derart, daß der erste Gleichrichter (6) und die Kondensatorschaltung (8, 10) zusammen als eine Spannungsverdopplungsvorrichtung wirken.
3. Die fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit gemäß Anspruch 2, bei der die zweite Gleichrichterschaltung (26) und die Verstärkungsumwandlungsschaltung folgendes Merkmal aufweisen:
eine Steuerungsschaltung (28), die mit einem Ausgang (23, 25) des Spannungssensors (7) verbunden ist, wobei die Steuerungsschaltung (28) ein Betätigungssignal für die zweite Gleichrichterschaltung (26) und die Verstärkungsumwandlungsschaltung als Reaktion auf eine Spannungssensorausgabe, die eine hohe Netzleitungs-Wechselspannung anzeigt, erzeugt.
4. Die fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, die ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Trenndiode (40, 42), die zwischen den Ausgang des ersten Gleichrichters und den Ausgang der Verstärkungsumwandlungsschaltung geschaltet ist, um eine Entladung der Kondensatorschaltung (8, 10) über die zweite Gleichrichterschaltung (26) zu verhindern.
5. Die fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, bei der die zweite Gleichrichterschaltung (26) und die Verstärkungsumwandlungsschaltung folgende Merkmale aufweisen:
eine Sicherung (22), die mit dem Eingang der zweiten Gleichrichterschaltung (26) verbunden ist,
ein Filter (24), das zwischen die Sicherung (22) und den Eingang der zweiten Gleichrichterschaltung geschaltet ist, um zu verhindern, daß ein harmonischer Strom zu der Gleichstrom-Netzleitung fließt, und
einen Kurzschlußschalter (44), der über den Ausgang des zweiten Gleichrichters geschaltet ist, wobei der Kurzschlußschalter geschlossen wird, wenn die Steuerungsschaltung eine Überspannung an dem Ausgang der Verstärkungsumwandlungsschaltung erfaßt.
6. Die fehlertolerante Leistungsversorgungseinheit gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, bei der die zweite Gleichrichterschaltung (26) und die Verstärkungsumwandlungsschaltung ein entfernbares Modul (20) sind.
7. Ein Gleichrichtermodul (20), da angepaßt ist, um parallel zu einem ersten Gleichrichter (6) geschaltet zu werden, wobei der erste Gleichrichter (6) eine Wechselspannungs-Netzleitung mit einer Kondensatorschaltung (8, 10) verbindet, wobei
das Gleichrichtermodul (20) eine zweite Gleichrichterschaltung (26) und eine Verstärkungsumwandlungsschaltung (30 bis 36) mit einem Eingang, einem Ausgang und einem Steuerungsanschluß aufweist, wobei der Eingang der Verstärkungsumwandlungsschaltung mit einem Ausgang der zweiten Gleichrichterschaltung (26) verbunden ist, um aktiv einen Strom zu steuern, um einen harmonischen Strom von der Wechselstrom-Netzleitung zu begrenzen, und
die Ausgangsspannung von der Verstärkungsumwandlungsschaltung größer als die Eingangsspannung in die zweite Gleichrichterschaltung (26) ist, derart, daß der Betrieb der zweiten Gleichrichterschaltung (26) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung einen Betrieb des ersten Gleichrichters (6) verhindert, wobei ein Ausfall der zweiten Gleichrichterschaltung (26) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung einen Betrieb des ersten Gleichrichters (6) erlaubt, um die Kondensatorschaltung aufzuladen, und
wobei die zweite Gleichrichterschaltung (26) und die Verstärkungsumwandlungsschaltung derart angeordnet sind, daß dieselben als Reaktion auf eine Ausgabe von einem Spannungssensor (7), der eine hohe Netzleitungs- Wechselspannung anzeigt, aktiviert werden.
8. Das Gleichrichtermodul (20) gemäß Anspruch 7, das ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Trenndiode (40, 42), die zwischen den Ausgang des ersten Gleichrichters und den Ausgang der Verstärkungsumwandlungsschaltung geschaltet ist, um eine Entladung der Kondensatorschaltung (8, 10) über die zweite Gleichrichterschaltung (26) zu verhindern.
9. Ein Verfahren zum Liefern einer Leistungsversorgung von einer Gleichstrom-Netzleitung zu einer Kondensatorschaltung (8, 10) mit folgenden Schritten:
Schaffen eines ersten Gleichrichters (6) in einer ersten Schaltung,
Schaffen eines zweiten Gleichrichters (26) und einer Verstärkungsumwandlungsschaltung (30 bis 36) mit einem Eingang, einem Ausgang und einem Steuerungsanschluß in einer zweiten Schaltung, wobei der Eingang der Verstärkungsumwandlungsschaltung mit einem Ausgang des zweiten Gleichrichters (26) verbunden ist, um einen harmonischen Strom zu begrenzen, der von der Wechselstrom- Netzleitung gezogen wird,
wobei die Ausgänge des ersten Gleichrichters (6) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung parallel zu der Kondensatorschaltung (8, 10) geschaltet sind, und Eingänge des ersten Gleichrichters (6) und des zweiten Gleichrichters (26) mit der Wechselstrom-Netzleitung verbunden sind, und
wobei die Ausgangsspannung von der Verstärkungsumwandlungsschaltung größer als die Eingangsspannung für die zweite Gleichrichterschaltung (26) ist, derart, daß der Betrieb der zweiten Gleichrichterschaltung (26) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung einen Betrieb des ersten Gleichrichters (6) verhindert, wobei ein Ausfall der zweiten Gleichrichterschaltung (26) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung einen Betrieb des ersten Gleichrichters (6) erlaubt, um die Kondensatorschaltung aufzuladen.
10. Ein Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner folgende Schritte aufweist:
Erfassen, wann die Netzleitungsspannung eine vorbestimmte Spannung überschreitet, und
Aktivieren des zweiten Gleichrichters (26) und der Verstärkungsumwandlungsschaltung, wenn die Netzleitungsspannung die vorbestimmte Spannung überschreitet, um einen Betrieb des ersten Gleichrichters (6) als eine Leistungsversorgung zu verhindern.
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