作為兩端口網(wǎng)絡的能量供應模塊,分離器件在該能量供應模塊中的使用以及該能量供應 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能量供應模塊(1)，包括用于連接至電源(4)的輸入門(2)和作為免中斷電力供應的輸出門(3)，其中，輸入門(2)和輸出門(3)通過電分離器件(6)單獨地直通連接，并且輔助能量源(10)與或者能夠與輸入門(2)和輸出門(3)并聯(lián)連接，其中分離器件(6)定位在輔助能量源(10)與輸入門(2)之間，并且分離器件(6)包括具有兩個晶體管(15)和兩個二極管(16)的電路布置，其中晶體管(15)反向串聯(lián)連接，并且以與二極管的電流方向相反的方式對每個晶體管(15)連接一二極管(16)。
【專利說明】作為兩端口網(wǎng)絡的能量供應模塊，分離器件在該能量供應模塊中的使用以及該能量供應模塊的操作方法
[0001]本發(fā)明涉及一種能量供應模塊，包括用于連接至電源的輸入門以及作為免中斷電力供應(power supply)的輸出門，其中輸入門和輸出門通過電分離器件而獨立地直通連接，輔助電源與或者可與輸入門和輸出門并聯(lián)連接，其中分離器件定位在輔助電源與輸入門之間。本發(fā)明還涉及分離器件在該能量供應模塊中的使用并且涉及該能量供應模塊的操作方法。
[0002]這種類型的能量供應模塊在其輸入門處連接至供應線，該供應線由電源供給，使得在電源故障的情況下，布置在能量供應模塊的輸出門之后的耗電元件(consumer)由能量供應模塊供應。在電源與能量供應模塊的輸入模塊之間連接至供應線的耗電元件僅由電源供應，這是由于所述耗電元件的位置而導致的。因此可在電源故障的情況下無需維護的耗電元件與需要持續(xù)操作的耗電元件之間容易加以區(qū)分，而無需對對應的電力供應線提供兩個電源。相應地，能量供應模塊可以簡單的方式形成并且?guī)в行〉妮o助能量源，因為僅僅連接至電源的耗電元件中的一些需要供應電力。
[0003]分離器件對于能量供應模塊作為免中斷供應的作用而言是必要的，并且在電源故障的情況下在輸入側(cè)上將能量供應模塊與電源分離。連接至輸出門的耗電元件因此由輔助電源供應，而不存在來自電源供應模塊的電流輸送至其他耗電元件的情況下。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，分離器件形成為例如二極管。在電源故障的情況下，二極管自動放置來自輔助電源的電流在電源以及因此朝向仍未供應電力的耗電元件的方向上流動。然而，在二極管處出現(xiàn)了近似0.7V的電壓降并且導致二極管處的對應損耗。二極管執(zhí)行輸入門與輸出門的自動分離。
[0005]為了減少損耗，已知使用晶體管來形成分離器件，晶體管由控制器件驅(qū)動。一旦控制器件確認電源故障，則晶體管以阻塞的方式連接，從而防止電源與能量供應模塊的輸出門或輔助電源之間電流流動。在操作過程中，通過使用場效晶體管來進一步降低分離器件處的損耗，因為電力損耗僅僅依賴于漏源電阻，這在場效晶體管的情況下是相當小的。該原理對應于同步整流。使用這樣的晶體管的分離器件的實施例，在輸入電壓波動或者高度感應電源的情況下，必須快速連接晶體管，以便壓制能量供應模塊中的補償電流。諧波的出現(xiàn)(例如由于所連接耗電元件的負載的改變而導致的)也可導致暫時的電壓改變，這要求晶體管的快速連接。能量供應模塊的操作方法因此要求分離器件的頻繁快速連接，由此使得驅(qū)動是復雜的。
[0006]前述能量供應模塊的缺點在于，對由電源提供的輸入電流沒有界定。在輸入側(cè)上短路的情況下，通過分離器件來引導總的輸入能量，這可意味著相當大的損耗。特別在硬短路(hard short circuit)的情況下,輸入門處的剩余電壓可小到以至于使得能量供應模塊的輸入門與電源之間的耗電元件可不再被供應能量并關閉。場效晶體管的驅(qū)動電壓也可擊穿(break down)并且可不再高到足以將該晶體管完全連通。
[0007]使用具有場效晶體管與二極管組合的或線性操作的分離器件，也可出現(xiàn)大的損耗，這導致增加的冷卻需求。
[0008]承接上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的因此是描述一種上述類型的能量供應模塊，通過該能量供應模塊特別地在分離器件處出現(xiàn)低的損耗，這帶來在輸入電壓下降時分離器件的快速和/或自動驅(qū)動，并且這防止所述能量供應模塊的輸出門一側(cè)上的故障朝向所述能量供應模塊的輸入門一側(cè)的反饋效應。另外，描述一種能量供應模塊的操作方法，該方法實現(xiàn)分離器件的簡單和有效的驅(qū)動。
[0009]所述目的根據(jù)本發(fā)明通過獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中描述本發(fā)明的有利實施例。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，因此描述了一種能量供應模塊，其包括用于連接至電源的輸入門以及作為免中斷電力供應的輸出門，其中輸入門和輸出門通過電分離器件而單獨地直通連接，并且輔助能量源與或者能夠與輸入門和輸出門并聯(lián)連接，其中分離器件定位在輔助能量源與輸入門之間，其中分離器件包括具有兩個晶體管和兩個二極管的電路布置，其中晶體管反向串聯(lián)連接，并且以與二極管的電流方向相反的方式對每個晶體管連接一二極管。
[0011]本發(fā)明的基本理念因此是利用包括兩個晶體管和二極管的電路布置的使用來制造具有低損耗且限制輸入門處電流的分離器件。在一方面，防止了能量供應模塊通過其輸入門相連的電源的過載，并且在另一方面，確保了連接在電源與輸入門之間的耗電元件在能量供應模塊的輸出門故障的情況下繼續(xù)被供應以能量，以便維持所述耗電元件的操作。相應地，能量供應模塊還可作為耗電元件而在輸入側(cè)上持續(xù)被供應能量，這是因為還可維持場效晶體管的驅(qū)動電壓以便將它們完全連通。分離器件可快速地響應于輸入門和/或輸出門處的電壓波動，從而形成可靠的能量供應模塊。電路布置可通過反向串聯(lián)連接的晶體管而在四個不同的操作模式下操作。在雙向阻斷模式下，兩個晶體管均執(zhí)行阻斷作用，并且電流也不能通過流動通過兩個二極管。在雙向傳導模式下，兩個晶體管均傳導連接，使得電流可在兩個方向上以低損耗的方式流動穿過分離器件。在單向傳導模式下，一個晶體管傳導連接并且另一個被阻斷。相應地，通過該二極管和其他晶體管在與阻斷的晶體管相反布置的二極管的電流方向上提供電流的流動。該電路布置因此使得可中斷輸入電流。如果在電流布置上超出了預定的峰值電流，則可關閉連接至輸出門的耗電元件。軟啟動或熱插拔也是可能的。分離器件可在能量供應模塊中定位在輸入門的任何接觸器處。由于晶體管的反向串聯(lián)，該電路布置可在能量供應模塊中任意布置和定位。例如，輔助能量源可包括電池。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，晶體管形成為雙極晶體管或場效晶體管。晶體管的選擇原則上對于電路布置而言是不相關的，使得可實現(xiàn)雙極晶體管或場效晶體管(簡稱為FET)的構(gòu)造。雙極晶體管可選擇性地為NPN或PNP晶體管。相應地,場效晶體管可形成為N通道FET或P通道FET。對于分離器件，晶體管無論連接在其漏極還是源極是不相關的。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，輔助能量源包括可充電能量存儲器，并且能量供應模塊配置成通過輸入門來對能量存儲器進行充電。能量供應模塊因此可自動操作，而無需連接另一電源或更換能量存儲器。相應地，可提供充電設備或放電設備，以用于能量存儲器的充電和/或放電，以便分別限制充電或放電電流和/或在低于預定能量儲備的情況下終止能量存儲器的放電。由于分離器件的電流限制，在充電過程中防止了連接至能量供應模塊的輸入門的耗電元件上的反饋效應。還可通過充電設備來防止連接至輸出門的耗電元件上的反饋效應。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，能量供應模塊包括開關器件和用于驅(qū)動該開關器件的控制裝置，其中能量存儲器可通過開關器件與輸入門和輸出門并聯(lián)連接。開關器件連接至輸入門和/或輸出門或者將能量存儲器與輸入門和/或輸出門分離，由此如所需地連接或分離能量存儲器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，開關器件包括具有兩個晶體管和兩個二極管的電路布置，其中晶體管反向串聯(lián)并且二極管以與二極管的電流方向相反地連接至每個晶體管。開關器件因此具有與上述分離器件相同的結(jié)構(gòu)，并且因此將不再提供與開關器件作用相關的其他細節(jié)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明另一實施例，能量供應模塊具有充電單元，其與開關器件并聯(lián)布置。因此可利用充電單元如所需地對能量存儲器進行充電，使得可例如以依據(jù)在考慮到連接至輸出門的耗電元件的情況下能量供應模塊的能量儲備的方式來執(zhí)行充電。為此，開關器件連接至中斷。
[0017]根據(jù)本發(fā)明另一實施例，可充電能量存儲器包括具有多個電容器的電容器模塊。這種類型的電容器模塊具有短的響應時間，使得連接至能量供應模塊輸出門的耗電元件在電源故障的情況下可快速被供應。
[0018]根據(jù)本發(fā)明有利實施例，電容器形成為電解質(zhì)電容器和/或雙層電容器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明有利實施例，可充電能量存儲器包括蓄電池。特別地，蓄電池形成為鉛或鋰蓄電池。這種類型的蓄電池以成本有效的方式制作成具有高的存儲容量。這種蓄電池的操作有利的，因為它的充電得以維持，即使在與充電電壓分離一段長時間的情況下也是如此。鋰離子或鋰聚合物蓄電池是特別優(yōu)選的。
[0020]輔助能量存儲器可與能量供應模塊整體形成，以便提供緊湊的能量供應模塊，其可不費力地安裝?？商鎿Q地，輔助能量存儲器形成為單獨的部件，并且能量供應模塊包括用于輔助能量源的連接的電接觸器，由此確保輔助能量源的簡單更換以及高靈活性。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的有利改進，能量供應模塊配置成在其輸出門處提供輸出電壓，輔助能量源配置成提供不同于輸出電壓的輔助電壓，并且能量供應模塊具有輔助電壓調(diào)節(jié)設備以便將輔助電壓調(diào)節(jié)成輸出電壓。因此可與能量供應模塊一起或在其中使用帶有任意輔助電壓的輔助能量源，這增加其靈活性。輔助電壓調(diào)節(jié)設備與輔助能量存儲器整體形成。根據(jù)輸出電壓和輔助電壓，輔助電壓調(diào)節(jié)設備(作為步進轉(zhuǎn)換器(converter step))形成為增壓或減壓轉(zhuǎn)換器。這種類型的步進轉(zhuǎn)換器可配置成降壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)或升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter)并且以這樣的方式由本領域技術(shù)人員所知。輔助電壓調(diào)節(jié)設備優(yōu)選地與上述開關器件整體形成。特別地，輔助電壓例如在化學能量存儲器放電時可變，并且可轉(zhuǎn)換成恒定輸出電壓值。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一有利改進，能量供應模塊配置成用于在其輸入門處以輸入電壓操作，輔助能量源配置成用于以不同于輸入電壓的充電電壓進行操作，并且能量供應模塊具有充電電壓調(diào)節(jié)設備以便將輸入店家調(diào)節(jié)成充電電壓?？沙潆娸o助能量源因此可以任何充電電壓來使用或者在能量供應模塊中使用，這增加了其靈活性。充電電壓調(diào)節(jié)設備可與輔助能量源整體形成。充電電壓調(diào)節(jié)設備(作為步進轉(zhuǎn)換器)依據(jù)輸入電壓和充電電壓而配置成增壓或減壓轉(zhuǎn)換器。這種類型的步進轉(zhuǎn)換器可配置成降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器并且以這樣的方式由本領域技術(shù)人員所知。充電電壓調(diào)節(jié)設備優(yōu)選地與上述開關器件整體形成。充電電壓調(diào)節(jié)設備還優(yōu)選地與輔助電壓調(diào)節(jié)設備整體形成。充電電壓和輔助電壓優(yōu)選為相同的，然而它們也可為不同的。特別地，充電電壓可變，以便例如對于化學能量存儲器而言優(yōu)化充電過程。
[0023]根據(jù)本發(fā)明有利改進，能量供應模塊包括電容器，其以與分離器件和輸出門并聯(lián)的方式連接在它們之間。電容器配置成具有高存儲容量并且在輸入電壓下降的情況下快速滿足連接至輸出門的耗電元件的能量需求。在輸入電壓下降的情況下，因此需要分離器件的快速驅(qū)動。
[0024]本發(fā)明還涉及電分離器件的使用，該電分離器件包括兩個晶體管和兩個二極管，其中晶體管反向串聯(lián)并且二極管以與二極管的電流方向相反的方式連接至每個晶體管，電分離器件在能量供應模塊中位于用于連接至電源的輸入門與作為免中斷電力供應的輸出門之間，其中輔助能量源以與輸入門和輸出門并聯(lián)的方式定位在分離器件與輸出門之間。
[0025]本發(fā)明還涉及上述類型的能量供應模塊的操作方法。這里，分離器件以這樣的方式驅(qū)動:當輸入電壓大于輸出電壓一極限值時使得晶體管沿著從輸入門向輸出門的方向傳導連接，并且反之亦然。
[0026]該驅(qū)動容易地且以不受時間影響的方式實現(xiàn)。當輸入電壓與輸出電壓的差為正并且小于極限值時，對應二極管沿著從輸入門向輸出門的電流方向引導電流。因此已確保能量供應模塊的操作。當輸入電壓與輸出電壓的差大于極限值時，晶體管可傳導連接以便減少出現(xiàn)的任何損耗并且以便承受該電流。當輸出電壓再次升高并且電壓差下降到極限值以下時，晶體管被阻斷，使得二極管再次引導電流。一旦輸出電壓大于輸入電壓，二極管阻斷。能量供應模塊的該驅(qū)動因此以簡單和直接的方式防止電流穿過分離器件向輸入門的流動，由此使得可自動且有效地響應于輸入門處的電壓降。晶體管的連接不受時間影響，并且由于僅在超出或低于極限值時發(fā)生驅(qū)動的事實而使得開關過程的次數(shù)下降。
[0027]根據(jù)本發(fā)明有利改進，分離器件以這樣的方式驅(qū)動:使得晶體管連接成當輸出電壓擊穿時沿著從輸出門向輸入門的方向阻斷。該驅(qū)動對應于輸出門處的過載(例如通過短路而是是實現(xiàn)的)。在這種情況下，分離器件驅(qū)動，以便分離輸入門與輸出門，從而防止輸入側(cè)上過載的反饋效應。該分離僅在從輸入門向能量供應模塊的方向上實現(xiàn)。該保護可因此僅僅通過晶體管在從輸出門向輸入門的電流方向上的快速驅(qū)動來實現(xiàn)。該晶體管優(yōu)選地配置成實現(xiàn)快速的開關過程。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，一旦晶體管已在從輸出門向輸入門的方向上阻斷，則分離器件以這樣的方式驅(qū)動:使得晶體管以預定的頻率在從輸出門向輸入門的電流方向上傳導連接。由于晶體管的反復連接，應當檢查在輸出門處是否仍存在過載。一旦已克服過載，則重新啟動能量供應模塊的操作。
[0029]下文中將以優(yōu)選實施例為基礎參照附圖更加詳細地闡述本發(fā)明。
[0030]附圖中:
[0031]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輔助能量源的能量供應模塊的電路圖，其中輸入側(cè)和輸出側(cè)有布線，
[0032]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的來自圖1的能量供應模塊的分離器件的細節(jié)圖的電路圖，
[0033]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的依據(jù)圖2的分離器件的細節(jié)圖的電路圖，
[0034]圖4示出了表格，該表格示出了第一實施例的分離器件和開關器件的單個晶體管和二極管的狀態(tài)，
[0035]圖5示出了時間曲線，該時間曲線以實例的方式示出了第一實施例分離器件的晶體管的依據(jù)能量供應模塊的輸入電壓和輸出電壓的不同而變化的開關狀態(tài)，
[0036]圖6示出了用于驅(qū)動來自圖2的分離器件的PID控制器的示意圖，
[0037]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的能量供應模塊的分離器件的細節(jié)圖的電路圖，
[0038]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的帶有輔助能量源的能量供應模塊的電路圖，其中輸入側(cè)和輸出側(cè)有布線，
[0039]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的帶有輔助能量源的能量供應模塊的電路圖，
[0040]圖10示出了來自圖9的能量供應模塊的電路圖，其中詳細示出了分離器件，以及
[0041]圖11示出了根據(jù)第五實施例的能量供應模塊的電路圖。
[0042]圖1-圖6涉及根據(jù)本發(fā)明第一實施例的能量供應模塊I。能量供應模塊I配置有輸入門2和輸出門3。輸入門2和輸出門3通過電分離器件6而單獨直通連接。輸入電壓Uin施加在輸入門2上,并且輸出電壓Uom施加在輸出門3上,并且所述電壓在未分離的狀態(tài)下大致是相同的。
[0043]能量供應模塊I通過電接觸器9單獨連接至輔助能量源10，使得輔助能量源10能如所需而容易地更換。輔助能量源10在該示例性實施例中配置成可充電能量存儲器，更具體地配置成蓄電池14。所述輔助能量源通過接觸器9而以與輸入門2和輸出門3并聯(lián)的方式連接在分離器件6與輸出門3之間。在輔助能量源10與門2、3之間的連接中引入開關器件11，并且輔助能量源10可通過所述開關器件而與門2、3分離。
[0044]在可替換實施例中，能量供應模塊I與輔助能量源10整體形成。相應地，接觸器9形成為用于輔助能量源10的連接的內(nèi)部接觸器。就其他方面而言，能量供應模塊I與先前描述的可替換實施例中的相同。
[0045]分離器件6以及開關器件11的結(jié)構(gòu)將在下文中詳細描述。分離器件6和開關器件11原則上結(jié)構(gòu)相同，并且因此將共同描述它們的結(jié)構(gòu)。在該示例性實施例(在圖2和圖3中詳細示出)中，分離器件6和開關器件11每一者均包括兩個晶體管15和兩個二極管16，所述晶體管在第一示例性實施例中形成為場效晶體管。晶體管15反向串聯(lián)連接，其中二極管16與所述二極管的電流方向相反地連接至每個晶體管15。在該示例性實施例中，晶體管15形成為N通道M0SFET，其中在可替換實施例中也可使用P通道MOSFET。
[0046]能量供應模塊I還包括控制器件(未示出)，其控制分離器件6和開關器件11?？刂破骷貏e地構(gòu)造成檢測能量供應模塊的輸入門2處的輸入電流和/或電壓UIN，并且在輸入門2處的電流和/或電壓波動的情況下驅(qū)動分離器件6以便將輸入門2與輸出門3分離。另外，控制器件配置成在輸入門2處的電流和/或電壓波動的情況下驅(qū)動開關器件11，以便通過輔助能量源在輸出門3處提供輸出電壓Uomo此外，控制器件配置成通過輸入門2對蓄電池14進行充電?？刂破骷≒ID控制器40，其在圖6中示出。
[0047]分離器件6和開關器件11可通過控制器件而完全阻斷，可連接成使得每一者以一個方向傳導的方式連接或者可在低損耗的情況下以雙向傳導的方式連接，如從圖4的表格中可見的。在該表格中，單個晶體管15和二極管16(如在圖2和圖3中體現(xiàn)的)分別以V1、V2和D1、D2加以區(qū)分。下文中將另外參照圖5來描述涉及操作的細節(jié)。
[0048]圖1示出了處于用于使輸出門3作為免中斷電力供應來操作的連接狀態(tài)下的能量供應模塊I。能量供應模塊I通過供應線19連接至電源20。電源20配置成提供直流電流。輸入側(cè)負載21額外地連接在能量供應模塊I的輸入門2與電源20之間，并且輸出側(cè)負載22額外地連接至輸出門3。
[0049]控制器件配置成在電源20故障的情況下通過輔助能量源10來滿足輸出側(cè)負載22的能量需求。這里，必須使分離器件6迅速中斷，以便防止來自輔助能量源10的電流的流穿過輸入門2并且以便在不發(fā)生中斷的情況下操作輸出側(cè)負載22。還壓制了在高度感應的電源4處的或者在使用該電源時輸入電壓Uin發(fā)生波動的情況下的電流。
[0050]控制器件進一步配置成在電源20故障的情況下導電地連接開關器件11。輔助能量源I因此連接至輸出側(cè)負載22并且以免中斷供應的方式對其進行供應。相應地，施加在接觸器9上的輔助電壓作為輸出門3處的輸出電壓Uom來提供。因此維持了輸出側(cè)負載22的操作。一旦電源20的正確功能由控制器件確定，則在此通過分離器件6從電力供應20供給輸出側(cè)負載22，并且開關器件11分離輔助能量源10。開關器件11額外地由控制器件驅(qū)動，以便在電源20處對輔助能量源10進行充電。
[0051]下文將參照圖4和圖5詳細描述分離器件6的操作方法。
[0052]在一種操作狀態(tài)下，輸入電壓Uin大于輸出電壓UajP相應地,輸入電壓Uin與輸出電壓Uom之間的差在極限值之上，如圖5中的時間I和時間2之間的時刻(舉例而言)的情況。相應地，晶體管15由控制器件導電地連接，并且分離器件6處于根據(jù)圖4中的表格的“雙向傳導、低損耗”的操作狀態(tài)中。
[0053]在一個操作狀態(tài)下(示例性地在圖5的時間2和時間3之間的時刻呈現(xiàn))，輸入電壓Uin大于輸出電壓Uotjt。然而,輸入電壓UIN與輸出電壓Umjt之間的差在極限值之下。相應地，以V2為特征的晶體管15通過控制器件以阻斷的方式連接。電流再次通過以D2為特征的二極管16，并且分離器件6在根據(jù)圖4中的表格的“從121至122的單向傳導”狀態(tài)下操作。
[0054]一旦輸出電壓Uom大于輸入電壓Uin,則以D2為特征的二極管16自動阻斷，并且防止了電流沿著朝向輸入側(cè)負載21和電源20的方向穿過輸入門2的流動。例如，這涉及圖5中的時間3的時刻。
[0055]在時間3的時刻之后，以Vl為特征的晶體管15連接，以便以不受時間影響的方式阻斷。分離器件6因此處于根據(jù)圖4中的表格的“單向阻斷”操作狀態(tài)下。通過在圖5的時間4的回到“從121向122的單向傳導”狀態(tài)(如前所述)的時刻之前以Vl為特征的晶體管15通過控制器件實現(xiàn)的不受時間影響的傳導開關來改變該狀態(tài)。
[0056]—旦輸入電壓Uin再次大于輸出電壓Uotjt,貝U電流沿著朝向輸出門3的方向從電源20穿過輸入門2的流動通過以D2為特征的二極管15而自動釋放，并且因此輸出側(cè)負載22由電源20再次供應。這例如出現(xiàn)在圖5中的時間4的時刻。
[0057]當輸入電壓Uin與輸出電壓Uott之間的差再次升高到極限值以上(例如在圖5的時間7的時刻的情況)時，再次改變?yōu)椤半p向傳導、低損耗”操作狀態(tài)，以減少損耗。
[0058]圖5中示出的陰影線區(qū)域42在每種情況下均表示轉(zhuǎn)變?yōu)槿缟纤龅牟皇軙r間影響的操作狀態(tài)。
[0059]在圖5的時間14的時刻下，由于輸出側(cè)負載22而在輸出門3處出現(xiàn)短路，由此使得輸出過載。為了降低輸入門2處的電壓降，以Vl為特征的晶體管15打開并且電流從電源20的流動由于分離器件6而中斷。利用以Vl為特征的晶體管15的通過控制器件的快速驅(qū)動，保護了電源20，并且輸入側(cè)負載21可持續(xù)通過電源20來操作。分離器件6初始以根據(jù)表4的“從122至121的單向傳導”的方式作用。在以V2為特征的晶體管15的通過控制器件實現(xiàn)的分離的情況下，分離器件6以雙向阻斷的方式作用。
[0060]在圖5的時間14的時刻之后，以Vl為特征的晶體管15以預定的頻率通過控制器件傳導連接，以便檢查輸出側(cè)負載22的行為。這里，以Vl為特征的晶體管15可在低頻率或高頻率下計時(clock)。一旦已克服短路，則做出回到能量供應模塊I的操作的改變，以便供應輸出側(cè)負載22。
[0061]與前述分離器件6通過控制器件的操作類似地，由此檢測電源20的故障。另外，輸出側(cè)負載22的通過開關器件11實現(xiàn)的由輔助能量源10的供應在這種情況下通過控制器件啟動。在故障終止之后，切管器件11由控制器件驅(qū)動，以便結(jié)束輸出側(cè)負載22由輔助能量源10的供應。
[0062]下文將描述改性能量供應模塊I的各種實施例。改性能量供應模塊I大致對應于前述能量供應模塊，并且因此下文將僅僅闡述相應實施例之間的差別。相應地，相同的參考標號將用于相同或相似的部件。
[0063]圖7中示出的第二示例性實施例與第一示例性實施例的不同僅僅在于分離器件6和開關器件11的晶體管15的實施例。在該示例性實施例中，晶體管15配置成NPN雙極晶體管。可替換地，也可使用PNP雙極晶體管。
[0064]本發(fā)明的第三示例性實施例在圖8中示出。第三示例性實施例與第一示例性實施例的不同僅僅在于額外的電容器8以及輔助能量源10的實施例。電容器8在分離器件6與輸出門3之間以與輸入門2和輸出門3并聯(lián)的方式定位。詳細而言，輔助能量源10包括電容器模塊13和蓄電池14。電容器模塊13包括多個電容器(這里未單獨示出)，這些電容器形成為電解質(zhì)電容器或雙層電容器。蓄電池14在該示例性實施例中配置成鉛蓄電池。在可替換實施例中，蓄電池14配置成鋰蓄電池。
[0065]控制器件在第三示例性實施例中配置成以便在電源20故障的情況下通過電容器8來滿足輸出側(cè)負載22的能量需求。因此需要控制器件使分離器件6快速驅(qū)動，以便放置電流從電容器8通過輸入門2的流動。因此壓制了在輸入電壓Uin波動或者使用高度感應的電源4時穿過電容器8的補償電流。
[0066]根據(jù)第三實施例，輔助能量源10還利用開關器件11連接至輸出側(cè)負載22并且以免中斷電力供應的方式對其進行供應。相應地，施加在接觸器9上的輔助電壓作為輸出門3處的輸出電壓Utot來提供。因此維持了輸出側(cè)負載22的操作。一旦控制器件確定了電源20的正確作用，則開關器件11再次切換回去，并且輸出側(cè)負載22由電源20供應。另外，由電源20通過開關器件11對輔助能量源10進行充電。
[0067]在圖9和圖10中示出了根據(jù)第四實施例的能量供應模塊I。第四實施例的能量供應模塊I大致對應于第三實施例的能量供應模塊，并且額外地包括充電單元12，其與開關器件11并聯(lián)布置。充電單元12用于通過輸入門2對輔助能量源10進行充電。輔助電壓施加在接觸器9上，并且在該示例性實施例中輔助電壓大致對應于輸入電壓Uin或輸出電壓^。輸入電壓Uin的電平(level)則作為用于對輔助能量源10進行充電的充電電壓以及作為在輔助能量源10放電的情況下的輔助電壓來輸送，并且可直接作為輸出電壓Uom.而施加在輸出門3上。
[0068]將參照圖11來描述根據(jù)本發(fā)明第五實施例的能量供應模塊I。在圖11中，能量供應模塊I示出為帶有輔助能量源10以及附接在輸出側(cè)上的耗電元件22。
[0069]第五實施例的輔助能量源10配置成以輔助電壓以及接觸器9處的充電電壓來操作，所述電壓不同于輸入電壓Uin和輸出電壓UTOT。相應地，充電單元12包括充電電壓調(diào)節(jié)設備30，該電壓調(diào)節(jié)設備配置成電壓轉(zhuǎn)換器，以便出于對輔助能量源10充電的目的將輸入電壓Uin調(diào)節(jié)成充電電壓。
[0070]能量供應模塊I額外地包括放電單元31,該放電單元包括第一實施例的能量供應模塊I的開關器件11，并且在能量供應模塊I中定位在相同的位置。放電單元31還包括輔助電壓調(diào)節(jié)設備32，該輔助電壓調(diào)節(jié)設備與開關器件11串聯(lián)連接并且其配置成電壓轉(zhuǎn)換器，以便將輔助電壓調(diào)節(jié)成輸出電壓UOT。
[0071]參考標號列表
[0072]能量供應模塊I
[0073]輸入門2
[0074]輸出門3
[0075]分離器件6
[0076]電容器8
[0077]接觸器9
[0078]輔助能量源，可充電能量源10
[0079]開關器件11
[0080]充電單元12
[0081]電容器模塊13
[0082]蓄電池14
[0083]晶體管15
[0084]二極管16
[0085]供應線19
[0086]電源20
[0087]輸入側(cè)負載21
[0088]輸出側(cè)負載22
[0089]充電電壓調(diào)節(jié)設備30
[0090]放電單元31
[0091]輔助電壓調(diào)節(jié)設備32
[0092]PID 控制器40
[0093]陰影線區(qū)域42
[0094]第一開關接觸器121
[0095]第二開關接觸器122
【權(quán)利要求】
1.一種能量供應模塊(I)，包括用于連接至電源(4)的輸入門以及作為免中斷電力供應的輸出門(3)，其中 所述輸入門(2)和所述輸出門(3)通過電分離器件(6)而單獨地直通連接，并且一輔助能量源(10)與或者能夠與所述輸入門(2)和所述輸出門(3)并聯(lián)連接，其中所述分離器件(6)定位在所述輔助能量源(10)與所述輸入門(2)之間， 其特征在于 所述分離器件(6)包括具有兩個晶體管(15)和兩個二極管(16)的電路布置，其中所述晶體管(15)反向串聯(lián)連接，并且以與二極管的電流方向相反的方式對每個晶體管(15)連接一二極管(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述晶體管(15)配置成雙極晶體管或場效晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述輔助能量源(10)包括可充電能量存儲器，并且 所述能量供應模塊(I)配置成通過所述輸入門(2)對所述能量存儲器進行充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述能量供應模塊(I)包括開關器件(11)和用于驅(qū)動所述開關器件(11)的控制器件，其中所述能量存儲器能通過所述開關器件(11)與所述輸入門(2)和所述輸出門(3)并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述開關器件(11)包括具有兩個晶體管(15)和兩個二極管(16)的電路布置，其中所述晶體管(15)反向串聯(lián)連接，并且以與二極管的電流方向相反的方式對每個晶體管(15)連接一二極管(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中的一項所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述能量供應模塊(I)具有充電單元(12)，所述充電單元與所述開關器件(11)并聯(lián)布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中的一項所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述可充電能量存儲器包括具有多個電容器的電容器模塊(13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述電容器配置成電解質(zhì)電容器和/或雙層電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中的一項所述的能量供應模塊(I)， 其特征在于 所述可充電能量存儲器包括蓄電池(14)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項所述的能量供應模塊(1)， 其特征在于 所述能量供應模塊(I)配置成在所述能量供應模塊的輸出門(3)處提供輸出電壓(Uout)， 所述輔助能量源(10)配置成提供輔助電壓，所述輔助電壓不同于所述輸出電壓(Uout)，并且 所述能量供應模塊(I)具有輔助電壓調(diào)節(jié)設備(32)，以便將所述輔助電壓調(diào)節(jié)成所述輸出電壓(Uqut)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項結(jié)合權(quán)利要求3所述的能量供應模塊(1)， 其特征在于 所述能量供應模塊(I)配置成在所述能量供應模塊的所述輸入門(2)處以輸入電壓(Uin)操作， 所述輔助能量源(10)配置成以一充電電壓進行充電，所述充電電壓不同于所述輸入電壓(Uin)，并且 所述能量供應模塊(I)具有充電電壓調(diào)節(jié)設備(30)，以便將所述輸入電壓(Uin)調(diào)節(jié)成所述充電電壓。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項所述的能量供應模塊(1)， 其特征在于 所述能量供應模塊(I)包括電容器，所述電容器以與所述分離器件和所述輸出門并聯(lián)的方式連接在所述分離器件出)與所述輸出門(3)之間。
13.電分離器件￠)的使用，所述電分離器件包括兩個晶體管(15)和兩個二極管(16)，其中所述晶體管(15)反向串聯(lián)連接并且以與二極管的電流方向相反的方式對每個晶體管(15)連接一二極管(16)，所述電分離器件在能量供應模塊(I)中位于用于連接至電源⑷的輸入門⑵與作為免中斷電力供應的輸出門⑶之間，其中在所述分離器件(6)與所述輸出門(3)之間以與所述輸入門(2)和所述輸出門(3)并聯(lián)的方式定位有一輔助能量源(10)。
14.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項所述的能量供應模塊(I)的操作方法， 其特征在于 所述分離器件(6)以這樣的方式驅(qū)動:當所述輸入電壓(Uin)大于所述輸出電壓(Uqut)一極限值時使得所述晶體管(15)沿著從所述輸入門(2)向所述輸出門⑶的電流方向傳導地連接，并且反之亦然。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法， 其特征在于 所述分離器件￠)以這樣的方式驅(qū)動:當所述輸出電壓(Uott)擊穿時使得所述晶體管(15)連接成沿著從所述輸出門(3)向所述輸入門(2)的電流方向阻斷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法， 其特征在于 在所述晶體管(15)沿著從所述輸出門(3)向所述輸入門(2)的方向阻斷之后，所述分離器件￠)以這樣的方式驅(qū)動:使得所述晶體管(15)以預定的頻率沿著從所述輸出門(3)向所述輸入門(2)的方向傳導連接。
【文檔編號】H02J9/06GK104285351SQ201380022582
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月3日
【發(fā)明者】約亨·祖斯, 邁克爾·海涅曼, 哈特穆特·漢高 申請人:菲尼克斯電氣公司