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Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien, selbsttätigen Umschaltung
eines Stromversorgungsgerätes auf Netz- oder Batterieeinspeisung Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien, selbsttätigen Umschaltung eines
Stromversorgungsgerätes auf Netz- oder Batterieeinspeisung, mit einem Netzteil zur
Gleichrichtung der Netzspannung, das mit seinen Plus- und Minus-Klemmen direkt am
Stromversorgungsgerät liegt, und mit einer Batterie, die mit ihrer Plus-Klemme direkt
und mit der Minus-Klemme über einen Thyristor mit dem Stromversorgungsgerät verbunden
ist, wobei die Steuerelektrode des Thyristors durch einen Impuls eines Impulstransformators
bei Netzausfall auf Stromdurchgang des Thyristors triggerbar ist und so unterbrechungslos
das Versorgungsgerät an die Batteriespannung legt.
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Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist durch die schweizerische Patentschrift
391839 bekannt. Dort speist ein Hauptgleichrichter den Verbraucher, während ein
Zusatz-Ladegleichrichter in Reihe mit dem Hauptgleichrichter die erforderliche Batterieladungsspannung
sicherstellt. Die Batterie übernimmt bei Netzausfall die Speisung des Verbrauchers
über einen getriggerten Thyristor und danach über den Kontakt eines Schaltschützes.
Bei kurzzeitigem Ausfall des Netzes wird der Thyristor gezündet und überbrückt den
Zusatzgleichrichter bis zur Wiederkehr der Netzspannung. Bei langzeitigem Netzausfall
ist die Batterie zusätzlich über den Kontakt des Schaltschützes mit dem Verbraucher
verbunden. Bei wiederkehrender Netzspannung können der Thyristor oder der Schützkontakt
(letzterer zumindest bis zur Ansprechzeit des Schützes) einen Kurzschluß für die
an dem Zusatz-Ladegleichrichter erzeugte Spannung darstellen. Der Zündimpuls entfällt
außerdem bei relativ langsamem Absinken der Netzspannung.
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In der F i g. 1 der Zeichnung ist in einem Schaltschema ferner eine
bekannte Anordnung wiedergegeben, wobei dem Netzgerät N die Batterie
B über eine Diode D parallel geschaltet ist und an die Eingangsklemmen des
Stromversorgungsgerätes S an den Verbraucher V angeschlossen ist. Die Diode arbeitet
in diesem Fall als Trennungsdiode. Es ist dabei zu beachten, daß die gleichgerichtete
und gesiebte Netzspannung des Netzgerätes N immer größer als die größtmögliche Batteriespannung
ist. Außerdem fordert diese Schaltung nach der F i g. 1 bei Stromversorgungsgeräten,
die transistorgeregelt sind, die Verwendung von Transistoren mit hoher Durchbruchspannung.
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Bei Stromversorgungen für Fernmeldegeräte wird außerdem ein maximaler
Wirkungsgrad gefordert. Dieser kann nach der deutschen Anmeldeschrift 1136 001 nicht
erreicht werden, weil der Verbraucher über Leistungstransistoren gespeist wird,
die eine ununterbrochene Steuerleistung beanspruchen. Außerdem wird in dieser Auslegeschrift
die Hauptaufgabe darin gesehen, den Verbraucher durch geeignete Schaltanordnungen
von über- bzw. Unterspannung durch einen Abschaltvorgang zu schützen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine. Schaltungsanordnung
zur unterbrechungsfreien, selbsttätigen Umschaltung eines Stromversorgungsgerätes
von Netz- auf Batterieeinspeisung so weiterzuentwickeln, daß bei Unterschreitung
eines minimalen Wertes oder Ausfall der Netzspannung durch eine einfache Impulssteuerung
eine Umschaltung auf Batteriebetrieb kontaktfrei bei nur kleinem Steuerleistungsbedarf
erfolgt. Bei Wiederkehr der Netzspannung soll der entsprechende Schaltvorgang zur
Abtrennung der Batterie ebenfalls mit kleinem Steuerleistungsbedarf und geringem
Aufwand für den Impulserzeuger erfolgen.
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Dies wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Gattung dadurch erreicht, daß der bei Batteriebetrieb durchlässige Thyristor
mit einem Stromversorgungsgerät, bestehend aus einem Regelteil mit Ausgangssiebmitteln
für den Verbraucher, verbunden ist, daß die Steuerelektrode des Thyristors über
die Klemmen eines Teiles der Sekundärwicklung eines Impulstransformators und die
Steuerelektrode eines zweiten Thyristors über einen Teil der gleichen Sekundärwicklung
mit den beiden parallelgeschalteten Kathoden der Thyristoren und der gemeinsamen
Anzapfung der Sekundärwicklung des Impulstransformators verbunden sind, daß die
Anode des zweiten Thyristors an dem Abgriff eines ersten Spannungsteilers zwischen
der
Minus- und der Plus-Klemme des Stromversorgungsgerätes liegt,
der durch zwei Widerstände und zwei ihnen parallel geschaltete Kapazitäten gebildet
wird, daß der erste Transistor eines Schmitt-Triggers mit seiner Basis an dem Abgriff
eines zweiten Spannungsteilers liegt, der durch einen Kondensator überbrückt ist
und dessen einer Widerstand am Pluspol und dessen anderer Widerstand an der Minus-Klemme
eines Brückengleichrichters liegt, daß der Brückengleichrichter mit seiner Plus-Klemme
über einen Widerstand am Pluspol angeschlossen ist, daß der erste Transistor, dessen
Emitter mit dem des zweiten Transistors verbunden ist, mit seinem Kollektor über
einen Widerstand an der Minus-Klemme der Batterie und über einen Widerstand an der
Basis des zweiten Transistors des Schmitt-Triggers liegt, die über einen Widerstand
an den Pluspol geführt ist, daß der Kollektor des zweiten Transistors des Schmitt-Triggers
über die Primärwicklung des Impulstransformators und einen Widerstand, dem ein weiterer
Kondensator parallel liegt, an die Minus-Klemme der Batterie gelegt ist, und daß
die Polarität der Primärwicklung des Impulstransformators so gewählt ist, daß im
Augenblick des Sperrens des zweiten Transistors durch die wiederkehrende Netzspannung
der zweite Thyristor einen Zündimpuls erhält und entsprechend der Ladung der Kapazität
des ersten Spannungsteilers kurzzeitig gezündet ist, wodurch der erste Thyristor
löschbar ist.
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Die Wirkungsweise der Erfindung wird an Hand der F i g. 2 a und 2
b näher erläutert.
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In der F i g. 2 a ist das Schaltbild nach der Erfindung in seinen
Einzelheiten aufgezeichnet. Eine Ladevorrichtung für die Batterie ist hierbei nicht
dargestellt oder ausgebildet. Das Netzteil ist mit seiner Plus-Klemme (Bezugspotential)
und seiner Minus-Klemme und die Batterie B mit ihrer Plus-Klemme (Bezugspotential)
direkt und mit der Minus-Klemme über einen Thyristor Ty 1 mit den Eingangsklemmen
eines Stromversorgungsgerätes Sfür denVerbraucher V verbunden. Die Steuerelektrode
des Thyristors Ty 1
ist über die Klemmen der Sekundärwicklung S 1, S 3 eines
Impulstransformators Tr 1 mit der Steuerelektrode eines zweiten Thyristors
Ty 2 verbunden, deren beide Kathoden parallel geschaltet sind und an der Minus-Klemme
der Batterie und an einer Anzapfung der Sekundärwicklung des Transformators Tr
1 liegen. Die Anode des zweiten Thyristors Ty 2 liegt an dem Abgriff eines
Spannungsteilers zwischen der Minus- und der Plus-Klemme des ein Regelgerät beinhaltenden
Stromversorgungsgerätes S, der durch zwei Widerstände R 1 und R 2 und zwei ihnen
parallelgeschaltete Kapazitäten C 1 und C 2 gebildet wird. Der erste Transistor
Ts 1 eines Schmitt-Triggers ist mit seiner Basis an dem Abgriff eines zweiten
Spannungsteilers angeschlossen, der durch einen weiteren Kondensator C 3 überbrückt
ist und dessen einer Widerstand R 3 an der Plus-Klemme (Bezugspotential) des Netzteiles
N und dessen anderer Widerstand R 4 an der Minus-Klemme eines Brückengleichrichters
Gr 1 liegt. Die Plus-Klemme dieses Brückengleichrichters ist über einen weiteren
Widerstand R 5 an Bezugspotential angeschlossen. Der Transistor Ts 1
liegt
mit seinem Kollektor über einen sechsten Widerstand R 6 an der Minus-Klemme der
Batterie B und einem siebten Widerstand R 7 an der Basis des zweiten Transistors
Ts 2 des Schmitt-Triggers, die über einen achten Widerstand R 8 an Bezugspotential
geführt ist. Der Kollektor des zweiten Transistors Ts 2
des Schmitt-Triggers
liegt über die Primärwicklung des Impulstransformators Tr 1 und einem neunten
Widerstand R 9 dem ein weiterer Kondensator C 4 parallel liegt, an der Minus-Klemme
der Batterie B. Die Polarität der Primärwicklung des Impulstransformators Tr
1 ist dabei so gewählt, daß im Augenblick des Sperrens des zweiten Transistors
Ts 2 der zweite Thyristor Ty 2 einen Zündimpuls durch dessen Sekundärwicklungsteil
S 2, S 3 erhält und gezündet wird, was die Löschung des ersten Thyristors Ty 1 zur
Folge hat.
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In der F i g. 2 b ist ein Schaltbild im Ausschnitt gezeigt, das an
der Stelle der F i g. 2 a einzufügen ist, die strichpunktiert angegeben ist. Diese
Einfügung trifft für den Fall zu, daß an Stelle des ersten und zweiten Thyristors
Ty 1 und Ty 2 ein selbstlöschender Thyristor Ty 3 in den Stromlauf eingeschaltet
ist, derart, daß seine Kathode an der Minus-Klemme der Batterie B, seine Anode an
der negativen Eingangsklemme der Stromversorgung S und seine Steuerelektrode über
die Sekundärwicklung des Impulstransformators Tr 1 an die Minus-Klemme der
Batterie B gelegt ist.
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Es wird die Wirkungsweise dieser Schaltungsanor& nung näher beschrieben.
Der Betriebszustand sei folgender: Das Netz ist abgeschaltet. In dem Augenblick
des Anschaltens der Batterie wird der Transistor Ts 2
leitend. Dadurch wird
über den Impulstransformator Tr 1 der Thyristor Ty 1 gezündet, wobei die
Höhe des Zündimpulses in erster Linie durch die Kapazität C 4 bestimmt wird, und
an den Eingangsklemmen des Stromversorgungsgerätes steht die volle Betriebsspannung.
Die Kondensatoren C 1 und C 2 werden entsprechend dem Spannungsteilerverhältnis
R 1: R 2 aufgeladen.
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Beim Zuschalten der Netzspannung wird der Transistor Ts 1 leitend
und der Schmitt-Trigger kippt sofort um. Es entsteht im Impulstransformator Tr
1 ein durch die Unterbrechung des Dauerstromes verursachter Impuls in entgegengesetzter
Richtung, der in erster Linie durch den die Größe des Stromes bestimmenden Widerstand
R 9 festgelegt wird und den Thyristor Ty 2 zündet. Dabei wurde auf die Eigenart
Rücksicht genommen, daß der Thyristor Ty 1 für Dauerstrom ausgelegt sein muß und
infolgedessen einen höheren Zündimpuls benötigt als der Thyristor Ty 2, der nur
kurzzeitig beanspruht und somit kleiner ausgelegt ist. Gleichzeitig wird die positive
Ladespannung des Kondensators C 1 über den Thyristor Ty 2 an den Ausgang vom Thyristor
Ty 1 gelegt und bringt diesen zum Erlöschen. Der Thyristor Ty 2 kann aber auch nur
so lange leitend sein, bis sich der Kondensator C 1 auf die Differenz zwischen gleichgerichteter
Netzspannung und Batteriespannung umgeladen hat, wobei der Widerstand R 2 so bemessen
ist, daß der durch ihn fließende Strom unter dem Haltestrom des Thyristors Ty
2 liegt. Das bedeutet, daß der Thyristor Ty 2 ebenfalls erlischt. Das Netzteil
übernimmt die Speisung des Stromversorgungsgerätes S.
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Fällt das Netz aus, so kippt der Schmitt-Trigger wieder um. Der Transistor
Ts 2 wird leitend und zündet wieder den Thyristor Ty 1 und die Stromversorgung wird
von der Batterie B wieder übernommen.
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Der Teil der Schaltung, der durch die strichpunktierte Linie nach
der F i g. 2 a eingegrenzt ist, kann unter Einfügung der Schaltungsanordnung gemäß
F i g. 2 b vereinfacht werden. Verwendet man nämlich
einen von der
Gitterseite her löschbaren Thyristortyp Ty 3, so können der Thyristor Ty 2 sowie
die Kondensatoren C 1, ,C 2 und die Widerstände R 1, R 2 nach F i g. 2 a entfallen,
da die Löschung des Thyristors Ty 1 im Hauptzweig, nach F i g. 2 a, automatisch
dann erfolgt, wenn der Schmitt-Trigger beim Einschalten des Netzteiles den Zustand
annimmt, daß Ts 1 leitend und Ts 2 gesperrt sind.