DE102010032070A1

DE102010032070A1 - Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung

Info

Publication number: DE102010032070A1
Application number: DE201010032070
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hogeback
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung, mit einem Koppelnetzwerk (201), das einen Netzspannungseingang (203), einen Notspannungseingang (205) und einen Spannungsausgang (207) zum Ausgeben der Notspannung aufweist, wobei der Netzspannungseingang (203) und der Notspannungseingang (205) mit dem Spannungsausgang (207) elektrisch gekoppelt sind, wobei der Notspannungseingang (205) von dem Netzspannungseingang (203) elektrisch entkoppelt ist, und einem Energiespeicher (209), welcher zur Bereitstellung der Notspannung mit dem Notspannungseingang (205) elektrisch gekoppelt ist; wobei die Netzspannung an den Netzspannungseingang (203) des Koppelnetzwerkes (201) anlegbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der unterbrechungsfreien Spannungsversorgung.
In modernen Netzwerkarchitekturen, welche auf der Basis des Internetprotokolls (IP) arbeiten, werden oft elektrische Komponenten wie beispielsweise Netzwerkserver eingesetzt, die unterbrechungsfrei mit elektrischer Spannung zu versorgen sind. Zur Sicherung des unterbrechungsfreien Betriebs derartiger Netzelemente kann beispielsweise das in 1 dargestellte System zur unterbrechungsfreien Wechselspannungsversorgung (UWV) eingesetzt werden.
Das System umfasst einen eingangsseitig angeordneten Gleichrichter 101, dem ein Energiespeicher 105 mit mehreren hintereinander geschalteten Energiespeicherzellen und ein Wechselrichter 103 nachgeschaltet sind. Im Netzbetrieb wird dem Gleichrichter 101 von einem Wechselspannungsübergabepunkt aus eine Netzspannung zugeführt, welche zum Laden des Energiespeichers 105 und zur Versorgung des Wechselrichters gleichgerichtet wird. Die resultierende Gleichspannung wird nach einer Wechselrichtung durch den Wechselrichter 103 einem Leistungsversorgungsteil 107, beispielsweise einem Schaltnetzteil, zugeführt. Das Leistungsversorgungsteil 107 erzeugt auf der Basis der Wechselspannung eine Gleichspannung zur Versorgung der an das Leistungsversorgungsteil 107 angeschlossenen elektrischen Komponenten. Hierzu kann eine weitere Spannungsumsetzung vorgesehen sein, sodass in dem in 1 dargestellten System bis zu vier verlustbehaftete Spannungsumsetzungen durchgeführt werden.
Die Anzahl der Spannungsumsetzungen könnte bei einer Umstellung von einer Wechselspannungsversorgung auf eine Gleichspannungsversorgung mit einer Amplitude von beispielsweise 400 V reduziert werden. Denn dann könnte die durch den in 1 dargestellten Gleichrichter 101 erzeugte Gleichspannung ohne eine Zwischenwechselrichtung unmittelbar dem Leistungsversorgungsteil 107 zugeführt werden. Das hat jedoch zur Folge, dass der Gleichrichter 101 sowohl zum Laden des Energiespeichers 105 als auch zum Versorgen des Leistungsversorgungsteils 107 mit Gleichspannung eingesetzt wird und daher geeignet zu dimensionieren ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung für die unterbrechungsfreie Versorgung einer elektrischen Komponente mit elektrischer Energie zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die unterbrechungsfreie Spannungsversorgung effizient durch eine Entkopplung einer Netzspannung von einer Notspannung realisiert werden kann. Dadurch kann beispielsweise ein Energiespeicher, welcher die Notspannung bereitstellt, im Netzbetrieb von der Netzspannung entkoppelt werden, sodass eine gleichzeitige Zusammenschaltung der Netzspannung und der Notspannung möglich ist. Auf diese Weise kann die unterbrechungsfreie Spannungsversorgung einfach und effizient realisiert werden.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung. Die Vorrichtung umfasst ein Koppelnetzwerk, das einen Netzspannungseingang, einen Notspannungseingang und einen Spannungsausgang zum Ausgeben der Notspannung, beispielsweise bei Ausfall der Netzspannung, aufweist. Der Netzspannungseingang und der Notspannungseingang können mit dem Spannungsausgang elektrisch gekoppelt sein, wobei der Notspannungseingang von dem Netzspannungseingang elektrisch entkoppelt ist. Die Vorrichtung kann ferner einen Energiespeicher umfassen, welcher zur Bereitstellung der Notspannung mit dem Notspannungseingang elektrisch gekoppelt oder koppelbar ist. Die Netzspannung ist hingegen an den Netzspannungseingang des Koppelnetzwerkes anlegbar.
Die elektrische Kopplung kann beispielsweise dann vorliegen, falls sich ein Stromfluss zwischen dem Notspannungseingang und dem Spannungsausgang bzw. zwischen dem Netzspannungseingang und dem Spannungsausgang ausbilden kann. Die elektrische Kopplung kann beispielsweise durch eine elektrische Verbindung oder durch einen elektrischen Strompfad, welcher bidirektional oder unidirektional sein kann, implementiert werden.
Die elektrische Entkopplung kann dann vorliegen, wenn beispielsweise zwischen dem Netzspannungseingang und dem Notspannungseingang kein messbarer elektrischer Strom fließt oder ein elektrischer Strom fließt, dessen Amplitude geringer als eine Amplitude eines elektrischen Stroms ist, welcher sich bei einer elektrischen Kopplung ausbilden würde. Die elektrische Entkopplung kann beispielsweise durch eine Unterbrechung einer elektrischen Verbindung oder durch eine Unterbrechung eines Stromflusses, beispielsweise durch eine in Sperrrichtung geschaltete Diode, implementiert werden.
Zur Anlegung der Netzspannung an den Netzspannungseingang kann der Netzspannungseingang beispielsweise mit einem Wechselspannungsübergabepunkt verbunden bzw. elektrisch gekoppelt werden. Die Netzspannung ist beispielsweise eine Wechselspannung, deren Amplitude 230 V oder 120 V betragen kann. Die Notspannung ist hingegen eine Gleichspannung, welche durch den Energiespeicher geliefert wird.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Netzspannungseingang und der Notspannungseingang gleichzeitig und/oder dauerhaft elektrisch mit dem Spannungsausgang gekoppelt. Da der Netzspannungseingang von dem Notspannungseingang entkoppelt ist, können die Netzspannung und die Notspannung dem Koppelnetzwerk zugeleitet, d. h. zusammengeschaltet, werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Ladegleichrichter zum Laden des Energiespeichers durch eine Gleichrichtung der Netzspannung. Der Ladegleichrichter dient beispielsweise dem Laden des Energiespeichers oder dem Aufrechterhalten der darin gespeicherten Ladung. Mit anderen Worten ausgedrückt wird der Ladegleichrichter gemäß einer Ausführungsform nicht zur Versorgung eines Leistungsversorgungsteils mit elektrischer Spannung verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Ladegleichrichter zwischen den Netzspannungseingang und den Notspannungseingang geschaltet sein. Insbesondere kann der Ladegleichrichter eingangsseitig parallel zu dem Koppelnetzwerk angeordnet sein, um den Energiespeicher mit elektrischer Ladung zu versorgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Ladegleichrichter derart dimensioniert sein, dass ein maximaler Ladegleichrichterstrom gleich oder geringer als ein maximaler Energiespeicherstrom ist. Der maximale Ladegleichrichterstrom ist derjenige Gleichrichterstrom, der maximal bei einer Nennbelastung des Ladegleichrichters durch diesen abgegeben werden kann. Der maximale Energiespeicherstrom ist hingegen derjenige Energiespeicherstrom, welcher bei einer Nennbelastung des Energiespeichers durch diesen maximal abgegeben werden kann. Somit kann der Ladegleichrichter geringe Dimensionen aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Koppelnetzwerk ausgebildet sein, die an dem Netzspannungseingang anliegende Netzspannung, welche eine Wechselspannung ist, gleichzurichten, und am Spannungsausgang eine gleichgerichtete Spannung auszugeben. Somit kann das Koppelnetzwerk auch im Netzbetrieb, d. h. bei Vorliegen der Netzspannung, am Spannungsausgang eine Gleichspannung zur Versorgung der dem Koppelnetzwerk nachschaltbaren elektrischen Komponenten mit einer Gleichspannung von beispielsweise 400 V oder weniger ausgeben.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Koppelnetzwerk ausgebildet sein, die Notspannung am Spannungsausgang auszugeben, wenn eine Amplitude der Netzspannung geringer als eine Amplitude der Notspannung oder geringer als ein Amplitudenschwellwert ist. Dies kann beispielsweise mittels eines Diodennetzwerkes implementiert werden, welches derart beschaltete Dioden aufweist, dass die jeweils höhere Spannung zum Ausgang des Diodennetzwerkes durchgeschaltet wird. Das Koppelnetzwerk kann jedoch einen Vergleicher aufweisen, welcher einen Amplitudenvergleich durchführen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Koppelnetzwerk einen Schalter, beispielsweise einen Leistungsdiodenschalter, aufweisen, welcher die Netzspannung oder die Notspannung zum Ausgang durchschaltet. Somit kann der Ausgang des Koppelnetzwerkes allstromfähig sein und zur Versorgung der dem Spannungsausgang nachschaltbaren elektrischen Komponenten mit Gleich- oder mit Wechselspannung vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Koppelnetzwerk ein Diodennetzwerk umfassen, das ausgebildet ist, den Notspannungseingang von dem Netzspannungseingang und/oder den Netzspannungseingang von dem Notspannungseingang elektrisch zu entkoppeln sowie den Netzspannungseingang und den Notspannungseingang mit dem Spannungsausgang elektrisch zu koppeln. Das Diodennetzwerk kann beispielsweise in Flussrichtung oder in Sperrrichtung geschaltete Dioden aufweisen, um die jeweilige elektrische Kopplung sowie die elektrische Entkopplung zu realisieren. Die elektrischen Kopplungen und die elektrische Entkopplung können somit passiv realisiert werden, was eine sichere Durchschaltung der Notspannung an den Spannungsausgang auch bei einem Ausfall der Netzspannung ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Koppelnetzwerk einen Gleichrichter, beispielsweise einen Brückengleichrichter, aufweisen, welcher dem Netzspannungseingang zum Gleichrichten der Netzspannung und zum Entkoppeln des Notspannungseingangs von dem Netzspannungseingang und/oder umgekehrt nachgeschaltet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Energiespeicher von einem Ausgang des Gleichrichters entkoppelt, um zu verhindern, dass die durch den Gleichrichter bereitgestellte Gleichspannung dem Energiespeicher zugeführt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ausgangsspannung des Gleichrichters, gegebenenfalls nach einer Umsetzung auf einen niedrigeren Amplitudenwert, ebenfalls zum Laden des Energiespeichers bzw. zum Aufrechterhalten der darin gespeicherten elektrischen Ladung verwendet werden. Der Gleichrichter kann beispielsweise derart geschaltete Gleichrichterdioden aufweisen, dass neben der Gleichrichtung gleichzeitig eine Entkopplung des Netzspannungseingangs von dem Notspannungseingang und/oder umgekehrt realisiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Gleichrichter eine erste Hintereinanderschaltung einer ersten Diode und einer zweiten Diode, und eine zweite Hintereinanderschaltung einer dritten Diode und einer vierten Diode, wobei der Netzspannungseingang einen ersten Netzspannungseingangsanschluss und einen zweiten Netzspannungseingangsanschluss aufweist, wobei der erste Netzspannungseingangsanschluss zwischen die erste und die zweite Diode geschaltet ist und wobei der zweite Netzspannungseingangsanschluss zwischen die dritte Diode und die vierte Diode geschaltet ist. Der Gleichrichter weist somit einen Brückenaufbau auf, welcher zur Gleichrichtung einer einphasigen Netzspannung vorgesehen ist. Zur Gleichrichtung von mehrphasigen, beispielsweise dreiphasigen, Netzspannungen können weitere Hintereinanderschaltungen von Dioden vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Spannungsausgang des Koppelnetzwerkes einen ersten Spannungsausgangsanschluss und einen zweiten Spannungsausgangsanschluss aufweisen, wobei der Notspannungseingang einen ersten Notspannungseingangsanschluss und einen zweiten Notspannungseingangsanschluss aufweisen kann, wobei der erste Notspannungseingangsanschluss mit dem ersten Spannungsausgangsanschluss über eine Flussrichtung geschaltete Diode verbunden sein kann, und/oder wobei der zweite Notspannungseingangsanschluss mit dem zweiten Spannungsausgangsanschluss über eine in Sperrrichtung geschaltete Diode verbunden sein kann. Die in Flussrichtung geschaltete Diode zwischen dem ersten Notspannungseingangsanschluss und dem ersten Spannungsausgangsanschluss verhindert eine Rückwirkung des ersten Spannungsausgangsanschlusses auf den ersten Notspannungseingangsanschluss, an welchem beispielsweise ein positives Notspannungspotenzial bereitgestellt wird. In Analogie hierzu verhindert die in Sperrrichtung geschaltete Diode eine Rückwirkung des zweiten Notspannungseingangsanschlusses auf den zweiten Spannungsausgangsanschluss.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Notspannungseingang einen ersten Notspannungseingangsanschluss und einen zweiten Notspannungseingangsanschluss aufweisen, wobei der Energiespeicher zwischen den ersten Notspannungseingangsanschluss und den zweiten Notspannungseingangsanschluss geschaltet ist. Der Energiespeicher kann somit parallel zu dem Notspannungseingang geschaltet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann dem Netzspannungseingang des Koppelnetzwerkes ein Schutz-Schalter vorgeschaltet sein, um das Koppelnetzwerk beispielsweise von einem Wechselspannungsübergabepunkt bei Überstrom oder Kurzschluss zu entkoppeln. Optional kann zusätzlich ein Schutzschalter für den Notspannungseingang 309 angeordnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Leistungsversorgungsteil, beispielsweise ein Schaltnetzteil, zur unterbrechungsfreien Versorgung einer elektrischen Komponente mit einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung. Das Leistungsversorgungsteil umfasst ein Koppelnetzwerk, das einen Netzspannungseingang, einen Notspannungseingang und einen Spannungsausgang zum Ausgeben der Notspannung aufweist, wobei der Netzspannungseingang und der Notspannungseingang mit dem Spannungsausgang elektrisch gekoppelt sind, wobei der Notspannungseingang von dem Netzspannungseingang elektrisch entkoppelt ist, wobei die Notspannung an den Notspannungseingang anlegbar ist, und wobei die die Netzspannung an den Netzspannungseingang anlegbar ist.
Weitere Merkmale des Koppelnetzwerkes des Leistungsversorgungsteils können den Merkmalen des Koppelnetzwerkes der Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung entsprechen. Insbesondere ausgedrückt kann das Koppelnetzwerk der Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung in einem Leistungsversorgungsteil untergebracht werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Koppelnetzwerk ausgebildet sein, die Netzspannung gleichzurichten. Das Koppelnetzwerk kann insbesondere die Eingangsgleichrichtung in dem Leistungsversorgungsteil übernehmen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Leistungsversorgungsteil zur Bereitstellung der Notspannung einen Energiespeicher, der mit dem Notspannungseingang elektrisch gekoppelt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Spannungsversorgungssystem zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung einer elektrischen Komponente. Das Spannungsversorgungssystem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung aufweisen. Das Spannungsversorgungssystem kann ferner ein Leistungsversorgungsteil, beispielsweise ein Schaltnetzteil, zur Versorgung der elektrischen Komponente mit elektrischer Spannung aufweisen, wobei das Leistungsversorgungsteil dem Spannungsausgang des Koppelnetzwerkes nachgeschaltet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Komponente kein Element des Spannungsversorgungssystems. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die elektrische Komponente ein Element des Spannungsversorgungssystems sein. In diesem Falle kann das Schaltnetzteil ein Element der elektrischen Komponente sein. Die elektrische Komponente kann beispielsweise eine Netzkomponente der Telekommunikationstechnik sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung einer elektrischen Komponente unter Verwendung der Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung. Das Verfahren umfasst das Anlegen der Netzspannung an den Netzspannungseingang des Koppelnetzwerkes der Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung der Notspannung, und das Anlegen der Notspannung an den Notspannungseingang des Koppelnetzwerkes. Das Verfahren umfasst ferner das Ausgeben der Netzspannung oder einer gleichgerichteten Netzspannung am Spannungsausgang des Koppelnetzwerkes zur Versorgung der elektrischen Komponente im Netzspannungsbetrieb, d. h. bei anliegender Netzspannung am Netzspannungseingang des Koppelnetzwerkes.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Ausgeben der Notspannung am Spannungsausgang des Koppelnetzwerkes zur Versorgung der elektrischen Komponente mit elektrischer Energie. Die Notspannung kann beispielsweise bei Ausfall der Netzspannung oder bei Unterschreiten einer Referenzspannung oder bei Unterschreiten der Notspannung durch die Netzspannung ausgegeben werden.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Systems zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung;
2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung;
3 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung;
4 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung;
5 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung;
6 ein Schaltbild eines Leistungsversorgungsteils;
7 ein Blockdiagramm eines Leistungsversorgungsteils; und
8 ein Blockdiagramm eines Systems zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung für die unterbrechungsfreie Spannungsversorgung. Die Vorrichtung umfasst ein Koppelnetzwerk 201, das einen Netzspannungseingang 203, einen Notspannungseingang 205 und einen Spannungsausgang 207 aufweist. Der Netzspannungseingang 203 und der Notspannungseingang 205 sind durch das Koppelnetzwerk 201 voneinander elektrisch entkoppelt und jeweils elektrisch mit dem Spannungsausgang 207 gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Energiespeicher 209, welcher zur Bereitstellung der Notspannung mit dem Notspannungseingang 205 elektrisch gekoppelt, beispielsweise elektrisch verbunden, ist. Der Energiespeicher 209 kann eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 210, 211, beispielsweise Batteriezellen, aufweisen, um die benötigte Notspannung bereitzustellen.
Optional kann die Vorrichtung einen Ladegleichrichter 212 aufweisen, welcher zwischen den Netzspannungseingang 203 und den Notspannungseingang 205 geschaltet und zum Laden des Energiespeichers 209 vorgesehen ist. Beispielsweise ist hierzu ein Ausgang des Ladegleichrichters 212 mit dem Notspannungseingang 205 und mit einem ersten Anschluss 213 des Energiespeichers 209 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Energiespeichers 209 kann beispielsweise mit einem Referenzpotenzialanschluss verbunden werden. Der Energiespeicher 209 kann jedoch auch parallel zu dem beispielweise zweipoligen Ausgang des Ladegleichrichters 212 geschaltet sein.
Dem Spannungsausgang 207 kann optional ein Leistungsversorgungsteil 217, beispielsweise ein Schaltnetzteil, nachgeschaltet sein, wodurch ein System zur unterbrechungsfreien Bereitstellung der Notspannung entsteht. Das Leistungsversorgungsteil 217 kann ein Bestandteil eines derartigen Systems oder ein Element einer in 2 nicht dargestellten elektrischen Komponente, beispielsweise eines Netzwerkservers, sein.
Der Netzspannungseingang 203 kann mit einem Wechselspannungsübergabepunkt verbunden werden, welcher beispielsweise die Netzspannung mit 120 V oder 230 V liefert. Die Netzspannung kann durch das Koppelnetzwerk 201 zum Ausgang 207, gegebenenfalls nach einer Spannungsumsetzung, durchgeleitet werden, wodurch dem Leistungsversorgungsteil 217 eine Wechselspannung zugeführt wird. Das Leistungsversorgungsteil 217 kann diese beispielsweise gleichrichten und eine Gleichspannung ausgeben, welche zur Versorgung der dem Leistungsversorgungsteil 217 nachgeschalteten elektrischen Komponenten mit elektrischer Spannung herangezogen werden kann.
Das Koppelnetzwerk 201 kann jedoch die an dem Netzspannungseingang 203 anliegende Netzspannung, welche eine Wechselspannung ist, gleichrichten, so dass, nach einer optionalen Spannungsumsetzung, am Spannungsausgang 207 eine Gleichspannung ausgegeben wird, welche beispielsweise periodisch sein kann. Diese Gleichspannung wird dem Leistungsversorgungsteil 217 zugeführt, das diese Gleichspannung entweder unverändert durchleitet oder auf eine weitere Gleichspannung mit einer beispielsweise geringeren Spannungsamplitude umsetzt.
Die Verwendung des Koppelnetzwerkes 201 ermöglicht eine Reduktion der Komplexität der unterbrechungsfreien Spannungsversorgung auf das Koppelnetzwerk 201, den Ladegleichrichter 212 für den Energiespeicher 209 und den Energiespeicher 209 selbst, welcher eine elektrische Batterie sein kann. Weitere Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtungen wie beispielsweise Betriebsgleichrichter oder Wechselrichter sind somit nicht erforderlich. Dadurch reduziert sich die Strom- bzw. Spannungsversorgung im Netzbetrieb auf eine Netzversorgung mit einer Netzspannung von beispielsweise 230 V, und bei Ausfall der Netzspannung auf eine Gleichspannungsversorgung unter Verwendung der Notspannung, welche der Energiespeicher 209 bereitstellt. Die Notspannung kann beispielsweise so gewählt sein, dass sie innerhalb einer Toleranzgrenze für eine am Eingang des Leistungsversorgungsteils 217 anliegende Zwischenspannung liegt. Diese Toleranzgrenze kann beispielsweise die Größenordnung einer Netzspannungstoleranzgrenze von beispielsweise ±10% aufweisen.
Durch die Verwendung des Koppelnetzwerkes 201 wird eine Zusammenschaltung der Wechselspannungsversorgung mit der Gleichspannungsversorgung ermöglicht. Gemäß einer Ausführungsform kann dadurch die Verlustleistung eines Systems zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung von beispielsweise 8% bis 10% auf 1% und weniger reduziert werden. Diese Reduktion der Verlustleistung kann insbesondere durch die Verwendung von Entkopplungsdioden in dem Koppelnetzwerk 201 erreicht werden. Die Verlustleistung von etwa 1% begründet sich dann beispielsweise mit der Schleusenspannung der Entkopplungsdioden, wobei das Koppelnetzwerk 201 zur Realisierung der Entkopplung des Netzspannungseingangs 203 von dem Notspannungseingang 205 im Netzbetrieb für einen lastfreien Energiespeicher dimensioniert werden kann. Das Koppelnetzwerk 201 ermöglicht ferner die Verwendung von verlustarmen Ladegleichrichtern, da der Ladegleichrichter 212 beispielsweise ausschließlich der Wiederaufladung des Energiespeichers 209 sowie der Erhaltung der darin gespeicherten Ladung dient.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung kann für unterschiedliche Netzspannungen dimensioniert werden. In den USA gilt beispielsweise eine Netzspannung von 120 V ±10% bei einer Spannungsfrequenz von 60 Hz. In den europäischen Ländern hingegen wird eine Netzspannung mit einer Spannungsamplitude von 230 V ±10% bei einer Spannungsfrequenz von 50 Hz verwendet. Aus diesem Grund kann das Leistungsversorgungsteil 217 für die Versorgung von beispielsweise elektrischen Komponenten der Telekommunikationstechnik für eine Netzspannung dimensioniert sein, welche beispielsweise in einem Wechselspannungsbereich von 100 V bis 240 V liegt. Das Leistungsversorgungsteil 217 kann ferner einen Eingangs-Ladekondensator aufweisen, welcher in 2 nicht dargestellt ist, und welcher eine Entladespannung von beispielsweise 20% bewirkt. Hieraus ergibt sich eine Zwischenkreisspannung U_Z, welche in einem Gleichspannungsbereich von beispielsweise 130 V bis 373 V liegt. Der Energiespeicher 209 kann daher so dimensioniert sein, dass dieser beispielsweise während eines Ausfalls der Netzspannung den vorgenannten Spannungsbereich für die Zwischenkreisspannung U_Z liefert. Der Energiespeicher 209 kann jedoch auch für einen in dem jeweiligen Land geltenden Ausschnitt eines Zwischenkreisspannungsbereichs dimensioniert werden.
Das Koppelnetzwerk 201 kann zur Versorgung der elektrischen Komponenten der Telekommunikationstechnik an ein Energieversorgungsnetz eines Energieversorgungsunternehmens (EVU) im Normal- bzw. im Netzbetrieb, in dem der Energiespeicher beispielsweise lastfrei betrieben wird, angeschaltet werden. Die Zusammenschaltung der Netzspannung und der durch den Energiespeicher 209 abgegebenen Notspannung ermöglicht eine unterbrechungsfreie Umschaltung der elektrischen Versorgung auf die Versorgung durch den Energiespeicher 209 beispielsweise bei einem Ausfall der Netzspannung oder bei einem Unterschreiten der Amplitude der Notspannung durch die Amplitude der Netzspannung.
Das Koppelnetzwerk 201 kann ferner derart dimensioniert sein, dass die Spannungsgrenzen für die vorgenannte Zwischenkreisspannung U_Z auch im Falle der Spannungsversorgung mit der durch den Energiespeicher 209 bereitgestellten Notspannung eingehalten werden. Darüber hinaus kann das Koppelnetzwerk 201 beispielsweise mit einem Spannungsschutz versehen sein, so dass das Koppelnetzwerk 201 jederzeit von einem EVU-Netz abgeschaltet werden kann. Dies trägt zu einer hohen Verfügbarkeit der unterbrechungsfreien Spannungsversorgung bei.
Der Energiespeicher 209 kann beispielsweise eine Anzahl von Bleiakkumulatoren aufweisen, welche in Reihe geschaltet sind, um eine Notspannung zu liefern, welche beispielsweise innerhalb des vorgenannten Zwischenkreisspannungsbereichs liegt.
3 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung für die unterbrechungsfreie Versorgung einer in 3 nicht dargestellten elektrischen Komponente mit elektrischer Energie. Die Vorrichtung umfasst ein Koppelnetzwerk 301 mit einem Netzspannungseingang, der einen ersten Netzspannungseingangsanschluss 303 und einen zweiten Netzspannungseingangsanschluss 305 aufweist. Das Koppenetzwerk 301 umfasst ferner einen Notspannungseingang mit einem ersten Notspannungseingangsanschluss 307 und mit einem zweiten Notspannungseingangsanschluss 309. Ferner umfasst das Koppelnetzwerk 301 einen Spannungsausgang mit einem ersten Spannungsausgangsanschluss 311 und mit einem zweiten Spannungsausgangsanschluss 312.
Dem Netzspannungseingang mit den Netzspannungseingangsanschlüssen 303 und 305 kann ein Diodennetzwerk mit den Dioden D1, D2, D3 und D4 nachgeschaltet sein, welches den Netzspannungseingang von dem Notspannungseingang entkoppelt. Die Dioden D1 bis D4 können zu einem Gleichrichter verschaltet sein mit einer ersten Hintereinanderschaltung der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 sowie mit einer zweiten Hintereinanderschaltung der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4. Somit kann der erste Netzspannungseingangsanschluss 303 zwischen die erste Diode D1 und die zweite Diode D2 geschaltet sein. Der zweite Netzspannungseingangsanschluss 305 kann hingegen zwischen die dritte Diode D3 und die vierte Diode D4 geschaltet sein, wodurch ein Brückengleichrichter implementiert wird.
Das Koppelnetzwerk 301 kann ferner eine Diode D5 aufweisen, welche zwischen den ersten Notspannungseingangsanschluss 307 und den ersten Spannungsausgangsanschluss 311 zur Entkopplung beispielsweise in Flussrichtung geschaltet ist. Das Koppelnetzwerk 301 kann ferner eine weitere Diode D6 aufweisen, welche zwischen den zweiten Notspannungseingangsanschluss 309 und den zweiten Spannungsausgangsanschluss 312 zur Entkopplung beispielsweise in Sperrrichtung geschaltet ist.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen Energiespeicher 313, welcher mit seinem positiven Spannungspol mit dem ersten Notspannungseingangsanschluss 307 und mit seinem negativen Spannungspol mit dem zweiten Notspannungseingangsanschluss 309 verbunden ist. Der Energiespeicher 313 kann beispielsweise eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 315, 317 aufweisen. So kann der Energiespeicher 313 beispielsweise 97 Energiespeicherzellen für die Verwendung im europäischen Raum aufweisen, was in 3 beispielhaft durch die Indizes Z.1 ... Z.97 verdeutlicht ist.
Parallel zu dem Energiespeicher 313 kann ein Ladegleichrichter 319 geschaltet sein, welcher beispielsweise für europäische Länder mit einer Eingangswechselspannung von 230 V (einphasig) oder 400 V (mehrphasig) dimensioniert ist. Ein Eingang 321 des Ladegleichrichters 319 kann eine Mehrzahl von Anschlüssen aufweisen, welche beispielsweise mit einem Wechselspannungsübergabepunkt oder mit dem Spannungseingang des Koppelnetzwerkes 301 verbindbar sind. Beispielsweise kann der Ladegleichrichter 319 zwischen den Netzspannungseingang mit den Netzspannungseingangseinschlüssen 301 und 303 und den Notspannungseingang mit den Notspannungseingangsanschlüssen 307 und 309 geschaltet sein.
Die in 3 dargestellte Vorrichtung kann optional eine Schutzschaltung mit den Schaltern (F1) 323, 325 und 327 aufweisen. Die Schalter 323, 325 und 327 sind bevorzugt gleichzeitig betätigbar, was durch die gestrichelt eingezeichneten Linien verdeutlicht ist. Der Schalter 323 kann beispielsweise zwischen dem ersten Notspannungseingangsanschluss 307 und der Diode D5 angeordnet sein. Der Schalter 325 ist beispielsweise zwischen einem ersten Phasenanschluss 329 (L) und dem ersten Netzspannungseingangsanschluss 303 angeordnet. Der Schalter 327 ist beispielsweise zwischen einem zweiten Phasenanschluss 331 (N) und dem zweiten Netzspannungseingang 305 angeordnet. Ferner kann ein Relais 334 vorgesehen sein, welches die Schalter 333 und 335 gleichzeitig bei fehlender Netzeingangspannung betätigt und das EVU-Netz galvanisch vom Koppelnetzwerk 301 trennt.
Optional können mit dem Notspannungseingang mit den Notspannungseingangsanschlüssen 307 und 309 weitere Leitungen 339 zur Versorgung weiterer elektrischer Komponenten verbunden sein.
Dem Spannungsausgang mit den Spannungsausgangsanschlüssen 311 und 312 kann beispielsweise ein Leistungsversorgungsteil 341 nachgeschaltet sein, welcher eine Anzahl von Ausgängen 343 zur Versorgung von elektrischen Komponenten der Telekommunikationstechnik aufweisen kann. Gemäß einer Ausführungsform kann das Leistungsversorgungsteil 341 ein Element der in 3 dargestellten Vorrichtung sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Leistungsversorgungsteil 341 eingangsseitig in einer elektrischen Komponente angeordnet sein. In beiden Fällen entsteht so ein System zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung.
Die in 3 dargestellte Vorrichtung ist beispielhaft zur Verwendung in europäischen Ländern dimensioniert. Daher können die Phasenanschlüsse 329 und 331 beispielsweise mit einem Spannungsübergabepunkt verbunden werden, welcher eine Wechselspannung U_N in einem Bereich von 207 V bis 253 V liefert. Daraus ergibt sich beispielsweise am Spannungsausgang des Koppelnetzwerks 301 eine Zwischenkreisspannung U_Z, welche eine Gleichspannung ist und in einem Bereich zwischen 130 V und 373 V liegen kann. Der Energiespeicher 313 kann daher beispielsweise dimensioniert sein, um eine Notspannung U_Batt zu liefern, welche in einem Spannungsbereich zwischen 165 V und 233 V liegen kann. Daraus ergibt sich eine durch die jeweilige Zelle 315 bis 317 bereitzustellende Gleichspannung von 1,7 V pro Zelle (V/Z) und 2,4 V pro Zelle (V/Z). Der Ladegleichrichter kann beispielsweise dimensioniert sein, um eine Gleichspannung U_Glr von 216 V zu liefern.
Im Netzbetrieb kann der Netzspannungseingang der in 3 dargestellten Vorrichtung an ein EVU-Netz angeschaltet werden. Die Entkopplung des EVU-Netzes von dem Energiespeicher 313 kann durch das Koppelnetzwerk 301 sichergestellt werden, indem die Netzspannung in eine Spannung umgewandelt wird, deren Polarität gleich der Polarität der durch den Energiespeicher 313 gelieferten Notspannung ist. Hierzu können die Dioden D₁, D₂, D₃ und D₄ eine Gleichrichterbrücke formen, welche die Netzspannung gleichrichtet und eine periodische, pulsierende Gleichspannung ausgibt. Durch die Dioden D₅ und D₆ wird eine Entkopplung des EVU-Netzes von dem Energiespeicher 313 implementiert. Diese doppelte Entkopplung ermöglicht auch einen Betrieb der in 3 dargestellten Vorrichtung an einem Mehrphasennetz, beispielsweise an einem Drehstromnetz.
Das Leistungsversorgungsteil 341 kann gemäß einer Ausführungsform einen in 3 nicht dargestellten Eingangskondensator aufweisen, welcher vorgesehen ist, um die Zwischenkreisspannung beispielsweise innerhalb eines Gleichspannungsbereichs von 130 V bis 373 V zu halten. Ist die Eingangsspannung am Netzeingang des Leistungsversorgungsteils 341 kleiner als beispielsweise eine Zwischenkreisspannung, so ist der Netzeingang des Leistungsversorgungsteils 341 stromlos, weil der interne Kondensator des Leistungsversorgungsteils 341 die Strom- bzw. die Spannungsversorgung bei übernimmt. Bei einer 230-V-Versorgung ergibt sich somit der kleinste Wert für die Zwischenkreisspannung U_Z zu U_Z = 230 V·1,414·0,9·0,8 = 234 V bei einem beispielhaften Spitzenwert der Netzspannung mit dem Faktor 1,414 bei einer beispielhaften unteren Toleranz der Netzversorgung von 90% und bei einem beispielhaften Spannungseinbruch am vorgenannten Kondensator des Leistungsversorgungsteils von 80%.
Wird die Notspannung des parallel zu dem Leistungsversorgungsteil 341 geschalteten Energiespeichers 313 in jedem Betriebszustand oberhalb eines Spannungsbereichs von 234 V gehalten, so befindet sich der Energiespeicher 313 dann im Standby-Betrieb und liefert keinen oder einen reduzierten Energiespeicherstrom. Sobald die Amplitude der Netzspannung eine zulässige Toleranz, welche einen Schwellwert bildet, unterschreitet, so übernimmt der Energiespeicher 313 die Versorgung des Leistungsversorgungsteils 341 mit der Notspannung.
Bei Verwendung der Energiespeicherzellen 315, 317, beispielsweise Bleibatterien, in dem Energiespeicher 313 können als minimale Spannung 1,7 V/Zelle, welche einer Entladeschlussspannung entspricht, und als maximale Spannung 2,4 V/Zelle, welche einer maximalen Ladespannung bzw. einer Gasungsspannung entspricht, eingehalten werden. Daher ergibt sich die maximale Anzahl Z der Batteriezellen zu
Z = 234 V/2,4 V/Zelle = 97 Zellen.
Der 97-zellige Energiespeicher 313 arbeitet daher beispielsweise in einem Spannungsbereich von U_Batt = (1,7 V/Z ... 2,4 V/Z)·97Z = 165 V ... 233 V.
Damit ist auch der Energiespeicher 313 einschließlich eines Spannungsabfalls an der Diode D₅ und D₆ im zulässigen Spannungsbereich eines Leistungsversorgungsteils.
Im Fehlerfall kann der dreipolige Kurzschlussschutz als ein Sicherungsautomat mit den Schaltern 323, 325 und 327 die Spannungsversorgung komplett von einem beispielsweise gestörten Leistungsversorgungsteil abtrennen. Das Schütz/Relais 334 trennt bei Netzabschaltung das Koppelnetzwerk 301 beispielsweise galvanisch ab.
Im Normalbetrieb, d. h. bei vorhandener Netzspannung, kann der Energiespeicher 313 auf ein Erhaltungsladung mit beispielsweise 2,23 V/Z gesetzt werden. Der Ladungsgleichrichter 319 kann daher nur für die Wiederaufladung des Energiespeichers 313 ausgelegt werden. Der Ladungsgleichrichter 319 kann daher beispielsweise nur auf ca. 15% des Betriebstromes des Energiespeichers, d. h. Energiespeicherstromes, dimensioniert werden. Außer des Energiespeichers 313 und es Ladegleichrichters 319 sind keine weiteren zentralen Stromversorgungseinrichtungen notwendig.
Da der Energiespeicher 313, beispielsweise eine Batterie, direkt über die Entkopplungsdioden D₅ und D₆ an das Leistungsversorgungsteil 341 angeschaltet sein kann, kann die Verfügbarkeit der unterbrechungsfreien Spannungsversorgung gegebenenfalls besser sein als bei einer Wechselrichter-UWV-Anlage. Die Entkopplungsdioden D₅ und D₆ können daher auch aus Sicht der Verfügbarkeit dem Leistungsversorgungsteil 341 zugeordnet werden. Bei gedoppelten Leistungsverteilungsteilen können die Entkopplungsdioden D₅ und D₆ auch redundant vorhanden sein.
Die in 3 dargestellte Vorrichtung ist beispielhaft für den Einsatz in europäischen Ländern mit einer Netzspannung von 230 V dimensioniert. In den amerikanischen Ländern beträgt die Netzspannung jedoch 120 V. Die in 3 prinzipiell dargestellte Vorrichtung kann jedoch auch bei einer Anpassung der Spannungen an einen dreiphasigen Netzspannungsbetrieb von 120/208 V eingesetzt werden, wie es in 4 dargestellt ist.
4 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung für die unterbrechungsfreie Versorgung einer in. 3 nicht dargestellten elektrischen Komponente mit elektrischer Energie bei einer Netzspannung von 120 V. Die Struktur der in 4 dargestellten Vorrichtung entspricht der Struktur der Vorrichtung aus 3. Die Vorrichtung umfasst im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 3 einen Energiespeicher 401, welcher beispielsweise 88 Energiespeicherzellen 403, 405 (Z.1 bis Z.88) aufweist. Ein dem Energiespeicher 401 vorgeschalteter Ladegleichrichter 407 kann beispielsweise für eine Wechselspannung dimensioniert sein, welche in einem Wechselspannungsbereich von 208 V (zweiphasig) liegt. Der Ladegleichrichter kann demnach für eine Ausgangsspannung U_Glr dimensioniert sein, welche 196 V Gleichspannung beträgt. Die durch den Energiespeicher 401 gelieferte Notspannung U_Batt kann beispielsweise in einem Gleichspannungsbereich von 150 V bis 211 V liegen. Das entspricht beispielsweise einer Ausgangsspannung von 1,7 V bis 2,4 V pro Energiespeicherzelle (V/Z) des Energiespeichers 401. Die Notspannung kann beispielsweise für eine Zwischenkreisspannung U_Z dimensioniert sein, welche durch die Spannungsgrenzen von 113 V und 373 V begrenzt sein kann.
Im Betrieb kann die Vorrichtung an einen Spannungsübergabepunkt mit einer Netzspannung von U_N angeschlossen werden, welche in einem Wechselspannungsbereich von beispielsweise 187 V bis 229 V liegen kann. Bei einem Zweiphasenbetrieb kann die Vorrichtung beispielsweise mit einer Zweiphasenspannung von 208 V beaufschlagt werden.
5 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung, deren Struktur der in 3 dargestellten Vorrichtung zur Verwendung in europäischen Ländern entsprechen kann. In 5 ist insbesondere die Möglichkeit einer Anordnung der Dioden D₁ bis D₆ verdeutlicht, welche ein Diodennetzwerk 501 des Koppelnetzwerkes 301 formt, das beispielsweise als eine separate Einheit verwendet und angeschaltet werden kann. Dadurch kann das Diodennetzwerk 501 beispielsweise eingangsseitig in dem Leistungsversorgungsteil 341 angeordnet werden bzw. den Eingangsgleichricher des Leistungsvorsorgungsteils 341 ersetzen kann.
6 zeigt ein Schaltbild eines Leistungsversorgungsteils, beispielsweise eines Schaltnetzteils, mit einem Eingangsgleichrichter 601, welcher einen Eingang mit einem ersten Eingangsanschluss 603 und einen zweiten Eingangsanschluss 605 aufweist. Der Eingangsgleichrichter 601 umfasst ferner einen Ausgang mit einem ersten Ausgangsanschluss 607 und mit einem zweiten Ausgangsanschluss 609. Zwischen den Ausgangsanschlüssen 607 und 609 ist ein Kondensator 611, beispielsweise ein Ladekondensator, angeordnet. Dem Kondensator 611 ist ein Leistungskonverter mit dem Übertrager 619 nachgeschaltet, welcher ferner die Schalt-Transistoren 617 und 618 aufweisen kann. Die Ausgangsanschlüsse der Transistoren 617 und 618 sind über einen Ausgangsübertrager 619 mit einem Ausgangsgleichrichter 621 verbunden. Ein Ausgang des Ausgangsgleichrichters 621 ist über eine Drossel 623 mit einem Spannungsausgang mit den Spannungsausgangsanschlüssen 625 und 627 gekoppelt. Zwischen den Spannungsausgangsanschlüssen 625 und 627, an welchen eine Gleichspannung ausgegeben wird, ist ein Kondensator 629 angeordnet. Der Kondensator 629 sowie die Drossel 623 bilden zusammen einen Energiespeicher zur Glättung der Ausgangsspannung. Das Leistungsversorgungsteil umfasst ferner einen Steuerungsausgang 631, welcher auf die Übertrager 613 und 615 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung einwirkt. Hierzu kann die Regel-/Steuerschaltung 631 einen Steuereingang 633 aufweisen, welcher beispielsweise mit dem Spannungsausgangsanschluss 625 verbunden ist.
Der Eingangsgleichrichter 601 kann gemäß einer Ausführungsform zur Gleichrichtung das zu einem Gleichrichter verschaltete Diodennetzwerk 501 aus 5 aufweisen. In diesem Fall können dem in 6 dargestellten Leistungsversorgungsteil sowohl die Netzspannung als auch die Notspannung, welche durch den Energiespeicher 209 bereitgestellt werden kann, zugeführt werden.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines Leistungsversorgungsteils 701 mit einem Eingang 703 sowie mit einer Mehrzahl von Ausgängen 705. Dem Eingang 703 kann beispielsweise ein Gleichrichter 707 nachgeschaltet sein, welcher beispielsweise zur Gleichrichtung das in 5 dargestellte Diodennetzwerk 501 umfassen kann. Ein Ausgang des Gleichrichters 707 kann beispielsweise mit einem Eingang eines Multiausgangsschalters 709 verbunden werden, welcher die Mehrzahl der Ausgänge 705 aufweist. Der Multiausgangsschalter 709 kann beispielsweise zur Umsetzung der durch den Gleichrichter 707 bereitgestellten Gleichspannung auf unterschiedliche Gleichspannungen mit Amplituden von beispielsweise 5 V, 12 V, 3,3 V umsetzen. Dadurch können unterschiedliche elektrische Komponenten wie interne Treiber mit einer Spannung von 5 V, externe Treiber mit einer Spannung von 12 V, Eingangs-/Ausgangsschnittstellen mit einer Spannung von 3,3 V, Speichercontroller mit einer Spannung von 1.5 V/2.5 V, Mikroprozessoren mit einer Spannung von 1.1 V–1.85 V, SDRAM-Zellen (STRAM: Synchroneous Dynamic Random Access Memory) mit einer Spannung von 3.3 V oder grafische Controller mit einer Spannung von 3.3 V nachgeschaltet werden. Zur Versorgung der Speichercontroller oder der Mikroprozessoren mit den geforderten Spannungen können den Ausgängen 711, 713 mit beispielsweise 12 V Ausgangsspannung Gleichspannungsumsetzer 715, 717 nachgeschaltet sein, um die Gleichspannung von 12 V beispielsweise auf eine Ausgangsspannung von 1,5 V bzw. 2,5 V für einen Speichercontroller oder auf eine Ausgangsspannung von 1,1 V bis 1,85 V für einen Mikroprozessor umzusetzen.
Die in den 6 und 7 dargestellten Leistungsversorgungsteile können als Schaltnetzteile ausgeführt sein, wobei eine Zwischenkreisspannung die gesamte Energieversorgung einschließlich der für den Betrieb der Leistungsversorgungsteile erforderlichen Hilfsspannungen übernimmt. Diese Zwischenkreisspannung kann eine Gleichspannung sein, die in Höhe der Netzspannung arbeitet. Gemäß einer Ausführungsform ist somit die Spannungskomponente mit beispielsweise 50 Hz nicht vorhanden, sodass die Leistungsversorgungsteile als allstromfähig bezeichnet werden können.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines zentralen Energieversorgungssystems zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung für den Gleichspannungsbetrieb mit 400 V Gleichspannung. Das Spannungsversorgungssystem kann beispielsweise die in 2 dargestellte Vorrichtung zur Bereitstellung einer Notspannung von beispielsweise 400 V aufweisen, wobei dem Koppelnetzwerk 201 eine Leistungsverteilungseinheit 801 (PDU: Power Distribution Unit) nachgeschaltet sein kann. Ein Ausgang der Leistungsverteilungseinheit 801 liefert beispielsweise 400 V Gleichspannung, welche einer Leistungsversorgungseinheit 803 (PSU: Power Supply Unit) zugeführt werden kann. Die Leistungsversorgungseinheit 803 kann beispielsweise ein Leistungsversorgungsteil, z. B. ein Schaltnetzteil, umfassen. Zur Energieversorgung der elektrischen Komponenten der Kommunikationstechnik ist somit beispielhaft nur die einzig erforderliche Leistungsversorgungseinheit 803 in einem Leistungsgestell anzuordnen zur Versorgung der elektrischen Komponenten mit unterschiedlichen Spannungen. Optional kann dem Koppelnetzwerk 201 ein Eingangsübertrager 805 vorgeschaltet sein, dessen Eingang beispielsweise an eine Mehrphasenspannung angeschlossen werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Koppelnetzwerk 201 beispielsweise in einem Gestell, beispielsweise in einem Leistungsgestell untergebracht werden. Ferner kann auch auf die Leistungsverteilungseinheit 801 verzichtet werden, falls das Entkopplungsnetzwerk 801 eine Mehrzahl von Spannungsausgängen liefert. Falls das Spannungsversorgungssystem zur Versorgung einer Mehrzahl von elektrischen Komponenten mit einer Mehrzahl von Leistungsversorgungsteilen verwendet werden kann, so kann beispielsweise für jedes der Netzteile aufgrund deren Entkopplung ein eigenes Koppelnetzwerk 201 vorgesehen sein, wodurch eine Gesamtverfügbarkeit pro Betriebsstelle erhöht werden kann. Somit kann pro Gestell nur eine einzige Gleichspannungsleitung und beispielsweise eine Wechselspannungsleitung herangeführt werden. Die Wechselspannungsleitung kann beispielsweise die elektrischen Komponenten im Regelbetrieb versorgen, so dass auf weitere, Verlust bringende Komponenten der unterbrechungsfreien Spannungsversorgung verzichtet werden kann. Insbesondere sind keine Betriebsgleichrichter notwendig, wobei die Gleichrichtung im Wesentlichen bis auf einen Ladegleichrichter reduziert werden kann.

Claims

Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung, mit folgenden Merkmalen: einem Koppelnetzwerk (201; 301), das einen Netzspannungseingang (203; 303, 305), einen Notspannungseingang (205; 307, 309) und einen Spannungsausgang (207; 311, 312) zum Ausgeben der Notspannung aufweist, wobei der Netzspannungseingang (203; 303, 305) und der Notspannungseingang (205; 307, 309) mit dem Spannungsausgang (207; 311, 312) elektrisch gekoppelt sind, wobei der Notspannungseingang (205; 307, 309) von dem Netzspannungseingang (203; 303, 305) elektrisch entkoppelt ist; und einem Energiespeicher (209, 313; 401), welcher zur Bereitstellung der Notspannung mit dem Notspannungseingang (205; 307, 309) elektrisch gekoppelt ist; wobei die Netzspannung an den Netzspannungseingang (203; 303, 305) des Koppelnetzwerkes (201; 301) anlegbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Netzspannungseingang (203; 303, 305) und der Notspannungseingang (205; 307, 309) gleichzeitig oder dauerhaft elektrisch mit dem Spannungsausgang (207; 311, 312) gekoppelt sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, die einen Ladegleichrichter (212; 319, 407) zum Laden des Energiespeichers (209; 313; 401) durch eine Gleichrichtung der Netzspannung aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Ladegleichrichter (212; 319, 407) zwischen den Netzspannungseingang (203; 303, 305) und den Notspannungseingang (205; 307, 309) geschaltet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Ladegleichrichter (212; 319, 407) derart dimensioniert ist, dass ein maximaler Ladegleichrichterstrom gleich oder geringer als ein maximaler Energiespeicherstrom ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Koppelnetzwerk (201; 301) ausgebildet ist, die an dem Netzspannungseingang (203; 303, 305) anliegende Netzspannung gleichzurichten und am Spannungsausgang (207; 311, 312) eine gleichgerichtete Spannung auszugeben.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Koppelnetzwerk (201; 301) ausgebildet ist, die Notspannung am Spannungsausgang (207; 311, 312) auszugeben, wenn eine Amplitude der Netzspannung geringer als eine Amplitude der Notspannung oder geringer als ein Amplitudenschwellwert ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Koppelnetzwerk (201; 301) ein Diodennetzwerk umfasst, das ausgebildet ist, den Notspannungseingang (205; 307, 309) von dem Netzspannungseingang (203; 303, 305) elektrisch zu entkoppeln sowie den Netzspannungseingang (203; 303, 305) und den Notspannungseingang (205; 307, 309) mit dem Spannungsausgang (207; 311, 312) elektrisch zu koppeln.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Koppelnetzwerk (201; 301) einen Gleichrichter (D₁, D₂, D₃, D₄), insbesondere einen Brückengleichrichter, aufweist, welcher dem Netzspannungseingang (203; 303, 305) zum Gleichrichten der Netzspannung und zum Entkoppeln des Notspannungseingangs (205; 307, 309) von dem Netzspannungseingang (203; 303, 305) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Gleichrichter (D₁, D₂, D₃, D₄) eine erste Hintereinanderschaltung einer ersten Diode (D₁) und einer zweiten Diode (D₂), und eine zweite Hintereinanderschaltung einer dritten Diode (D₃) und einer vierten Diode (D₄) aufweist, wobei der Netzspannungseingang (303, 305) einen ersten Netzspannungseingangschluss (303) und einen zweiten Netzspannungseingangschluss (305) aufweist, wobei der erste Netzspannungseingangschluss (303) zwischen die erste Diode (D₁) und die zweite Diode (D₂) geschaltet ist, und wobei der zweite Netzspannungseingangschluss (305) zwischen die dritte Diode (D₃) und die vierte Diode (D₄) geschaltet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Spannungsausgang (311, 312) des Koppelnetzwerkes (301) einen ersten Spannungsausgangsanschluss (311) und einen zweiten Spannungsausgangsanschluss (312) aufweist, wobei Notspannungseingang (307, 309) einen ersten Notspannungseingangsanschluss (307) und einen zweiten Notspannungseingangsanschluss (309) aufweist, wobei der erste Notspannungseingangsanschluss (307) mit dem ersten Spannungsausgangsanschluss (311) über eine Entkopplungsdiode (D₅) verbunden ist, und/oder wobei der zweite Notspannungseingangsanschluss (309) mit dem zweiten Spannungsausgangsanschluss (312) über Entkopplungsdiode (D₆) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Notspannungseingang (307, 309) einen ersten Notspannungseingangsanschluss (307) und einen zweiten Notspannungseingangsanschluss (309) aufweist, und wobei der Energiespeicher (313) zwischen den ersten Notspannungseingangsanschluss (307) und den zweiten Notspannungseingangsanschluss (309) geschaltet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem Netzspannungseingang (303, 305) des Koppelnetzwerkes (301) ein Schützschalter (325, 327, 323) vorgeschaltet ist.
Spannungsversorgungssystem zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung einer elektrischen Komponente, mit: der Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13; und einem Leistungsversorgungsteil (217; 341) zur Versorgung der elektrischen Komponente mit elektrischer Spannung, wobei das Leistungsversorgungsteil (217; 341) dem Spannungsausgang (207; 311, 312) des Koppelnetzwerkes (201; 301) nachgeschaltet ist.
Leistungsversorgungsteil zur unterbrechungsfreien Versorgung einer elektrischen Komponente mit einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung, mit: einem Koppelnetzwerk (201; 301), das einen Netzspannungseingang (203; 303, 305), einen Notspannungseingang (205; 307, 309) und einen Spannungsausgang (207; 311, 312) zum Ausgeben der Notspannung aufweist, wobei der Netzspannungseingang (203; 303, 305) und der Notspannungseingang (205; 307, 309) mit dem Spannungsausgang (207; 311, 312) elektrisch gekoppelt sind, wobei der Notspannungseingang (205; 307, 309) von dem Netzspannungseingang (203; 303, 305) elektrisch entkoppelt ist; wobei die Notspannung an den Notspannungseingang (205; 307, 309) anlegbar ist, und wobei die die Netzspannung an den Netzspannungseingang (203; 303, 305) anlegbar ist.
Leistungsversorgungsteil gemäß Anspruch 15, wobei das Koppelnetzwerk (201; 301) ausgebildet ist, die Netzspannung gleichzurichten.
Verfahren zur unterbrechungsfreien Spannungsversorgung einer elektrischen Komponente unter Verwendung der Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Bereitstellung einer Notspannung bei Ausfall einer Netzspannung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, mit: Anlegen der Netzspannung an den Netzspannungseingang des Koppelnetzwerkes; Anlegen der Notspannung an den Notspannungseingang des Koppelnetzwerkes; und Ausgeben der Netzspannung oder einer gleichgerichteten Netzspannung am Spannungsausgang des Koppelnetzwerkes zur Versorgung der elektrischen Komponente im Netzspannungsbetrieb; oder Ausgeben der Notspannung am Spannungsausgang des Koppelnetzwerkes zur Versorgung der elektrischen Komponente bei Ausfall der Netzspannung.