DE2232179B2 - Elektrisches energieversorgungssystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energieversorgungssystem,
bei dem eine Gleichstromquelle, ein Schalter, ein erster Gleichrichter und ein Ausgangsanschlußpaar
in Reihe geschaltet sind, bei dem parallel zum Ausgangsanschlußpaar ein Schutzwiderstand und
ein Kondensator in Reihe geschaltet sind und der Schutzwiderstand mittels eines zweiten Gleichrichters
überbrückt ist und bei dem die Gleichrichter derart gepolt sind, daß der zweite Gleichrichter den Schutzwiderstand
für den Entladestrom des Kondensators überbrückt und der erste Gleichrichter einen Rückfluß
des Enl'adestroms des Kondensators zur Gleichstrom-
JO quelle verhindert.
Ein solches Energieversorgungssystem ist bekannt (DT-OS 20 42 471). Bei dem bekannten Versorgungssystem
für eine aus Relais bestehende Folgeschaltung sind jeweils mehrere Schaltungen der eingangs genannten
*"> Art parallel an dieselbe Stromquelle angeschaltet. An
das Ausgangsanschlußpaar ist jeweils ein Relais angeschlossen, dessen Relaiskontakt den ersten Schalter
einer benachbarten parallelen Schaltungsanordnung darstellt. Der Kondensator dient bei dieser bekannten
■to Anordnung als Verzögerungsschaltung für das jeweilige
Relais, so daß die Relais sowohl anzugs- als auch abfallverzögert sind.
Aus der DT-AS 10 90 305 ist eine Schutzschaltung für
Siliziumgleichrichter in Stromversorgungsteilen mit nachfolgender Siebkette bekannt, bei der in Reihe zum
Ladekondensator am Eingang der Siebkette ein Widerstand geschaltet ist, der durch einen Kontakt
eines Relais, welches parallel zum Siebkondensator am Ausgang der Siebkette liegt, kurzgeschlossen wird,
sobald an den Ausgangsklemmen die für den Anzug des Relais erforderliche Spannung erreicht ist. Auf diese
Weise wird verhindert, daß beim Einschalten des Stromversorgungsteils ein im geringen Innenwiderstand
des Siliziumgleichrichters beruhender Ladestromstoß für den am Eingang der Siebkette liegenden
Ladekondensator zu einer Zerstörung des Siliziumgleichrichters führt.
Aus der DT-OS 16 38 279 ist eine Schaltungsanordnung zum kontaktlosen Schalten mehrerer Gleich-Stromgeräte
bekannt, von denen nur ein Teil gleichzeitig im Betrieb ist und der Betrieb mit verschiedenen
Spannungen erfolgen soll. Dabei werden verschiedene Spannungen über gesteuerte und ungesteuerte Halbleiterventile
auf eine Sammelleitung zusammengeführt
μ und mehrere Gleichstromgeräte über gesteuerte Halbleiterventile
mit dieser Sammelleitung verbunden. Für den Fall, daß es sich bei den Gleichstromgeräten um
Magnetgeräte handelt, ist zu deren Feldabbau und zur
Beeinflussung der vorgeschalteten Halbleiterventile jeweils eine Beschaltungsgruppe vorgesehen, die aus
einem Kondensator, einer Antiparallelschaltung von zwei Gleichrichterventilen und einem Widerstand
besteht, wobei der Widerstand in Reihe mit dem in Betriebsstromrichlung liegenden Ventil liegt.
Aus der DT-OS 16 13 366 ist eine Schaltungsanordnung zur Filterung einer Gleichspannung bekannt, die
eine zum Ausgang parallel liegende Reihenschaltung aus einer Kapazität und der Parallelschaltung eines
Widerstandes mit einer Diode aufweist. Die aus Widerstand und Diode besiehende Parallelschaltung
stellt eine asymmetrische Impedanz dar, die in Richtung des Ladestroms für die Kapazität einen geringeren
Wert als in Richtung des Entladestroms aufweist.
Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem ist insbesondere für Sicherheitseinrichtungen eines Kraftfahrzeuges
gedacht. Der Kondensator wirkt als Schutzoder Pufferkondensator, der falls erforderlich kurzzeitig
die für den Betrieb einer Sicherheitseinrichtung benötigte elektrische Energie abgibt. Deshalb wird der
Kondensator im allgemeinen eine hohe Kapazität besitzen und daher vorwiegend ein Elektrolytkondensator
sein. Es ist bekannt, daß Elektrolytkondensatoren gegenüber Nicht-Elektrolytkondensatoren eine begrenzte
Lebensdauer aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Energieversorgungssystem der eingangs genannten Art so auszugestalten,
daß eine Kapazitätsminderung des Kondensators erkennbar ist. K)
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf dem J5
Vergleich der Ladezeit des Schutz-Kondensators mit der eines Bezugskondensators. Der Bezugskondensiator
besitzt eine relativ kleine Kapazität und braucht kein Elektrolytkondensator zu sein, so daß er eine wesentlich
höhere Lebensdauer als der Schutzkondensator hat. Die -in
Ladezeitkonstanten des Schutzkondensalors und des Bezugskondensators sind so bemessen, daß der
Schutzkondensator im normalen Zustand, d. h. also mit dem Nennwert seiner Kapazität einen bestimmten
Bezugsspannungswert später erreicht als der Bezugskondensator. Diese Tatsache läßt sich mit Hilfe der
Vergleicher feststellen und über die Verknüpfungsschaltung zu einem bestimmten Ausgangssignal verarbeiten.
Hat der Schutzkondensator jedoch einen Kapazitätsverlust erlitten, erreicht er die Bezugsspannung eher als so
der Bezugskondensator, so daß die an die Vergleicher angeschlossene Verknüpfungsschaltung ein anderes,
den Störungsfall anzeigendes Ausgangssignal abgibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. «
In der Figur ist ein erfindungsgemäßes elektrisches Energieversorgungssystem gezeigt, das insgesamt mit
der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist. Dieses Energieversorgungssystem 30 besitzt eine Gleichstromquelle 11,
einen ersten Gleichrichter 14 als Diode, dessen Anode b»
über einen ersten Schalter 13 beispielsweise als Schlüsselschalter mit dem positiven Anschluß der
Gleichstromquelle Il verbunden ist, einen ersten Schutzwiderstand 12, dessen einer Anschluß über eine
positive Sammelleitung 21 mit der Kathode des ersten v.
Gleichrichters 14 verbunden ist, und einen ersten Kondensator als Scruitzkondensutor 15, dessen einer
Anschluß mit dem anderen Anschluß des ersten Schutzwiderstandes 12 verbunden ist und dessen
anderer Anschluß mit einer negativen Sammelleitung 22 verbunden ist, die an den negativen Anschluß der
Gleichstromquelle 11 angeschlossen ist. Als Schutzkondensator
15 wird im allgemeinen ein Elektrolytkondensator verwendet. Der erste Schutzwiderstand 12 wird
durch einen zweiten Gleichrichter 23 in Form einer Diode überbrückt, der einen Entladestrom des Schutzkondensators
15 hindurchfließen läßt. Ein Ausgangsanschlußpaar 17 und 18 ist über einen zweiten Schalter 16
als Schalter für die Energiezuführung mit der positiven Sammelleitung 21 bzw. mit der negativen Sammelleitung
22 verbunden. Zwischen das Ausgangsanschlußpaar 17, 18 ist ein Lastwiderstand Rl geschaltet. Ein
erster Entladewiderstand 31 ist zwischen einen Schaltungsknoten /; und die negative Sammelleitung 22 zur
Überbrückung des Schutz-Kondensators 15 geschaltet. Der erste Entladewiderstand 31 hat einen relativ großen
Widerstandswert, damit die in dem Schutzkondensator 16 gespeicherte elektrische Energie bzw. Ladung
langsam abfließen kann. Zwischen die positive und die negative Sammelleitung 21 und 22 ist ein Spannungsteiler
aus Spannungsteilerwiderständen 33, 34 geschaltet, der an einem Schaltungsknoten Ji zwischen den
Spannungsteilerwiderständen 33, 34 eine Bezugsspannung erzeugt, die kleiner als die Spannung zwischen der
positiven und der negativen Sammelleitung 21 und 22 ist. Eine Serienschaltung aus einem zweiten Schutzwiderstand
35 und einem zweiten Kondensator als Bezugskondensator 36 liegt zwischen der positiven und
der negativen Sammelleitung 21, 22. Ein zweiter Entladewiderstand 37 ist zwischen einen Schaltungsknoten J] zwischen zweitem Schutzwiderstand 35 und
Bezugskondensator 36 und die negative Sammelleitung 22 zur Überbrückung des Bezugskondensators 36
geschaltet. Der zweite Entladewiderstand 37 hat einen relativ großen Widerstandswert, so daß eine in dem
Bezugskondensator 36 gespeicherte elektrische Energie bzw. Ladung langsam abfließt. Der Signalgenerator
besitzt einen ersten Vergleicher 38 und einen zweiten Vergleicher 39 und ein erstes NAND-Glied 40 und ein
zweites NAND-Glied 41. Die Eingangsanschlüsse des ersten Vergleichers 38 sind mit den Schaltungsknoten Ji
und h verbunden und sein Ausgangsanschluß ist über eine Leitung 42 mit einem ersten Informationssignalausgangsanschluß
43 und mit einem Eingangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 verbunden. Der Ausgangsanschiuß
des ersten NAND-Glieds 40 ist über eine Leitung 44 mit einem zweiten Informationssignalausgangsanschluß
45 verbunden. Die Eingangsanschlüsse des zweiten Vergleichers 39 sind mit den Schaltungsknoten
I2 und Ij verbunden, und sein Ausgangsanschluß ist mit
einem Eingangsanschluß des zweiten NAND-Glieds 41 verbunden. Der andere Eingangsanschluß des zweiten
NAND-Glieds 41 ist über eine Leitung 46 mit dem Ausgangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 verbunden.
Der Ausgangsanschluß des zweiten NAND-Glieds 41 ist mit dem anderen Eingangsanschluß des ersten
NAND-Glieds 40 verbunden.
Wird der erste Schalter 13 geschlossen, bleibt aber der zweite Schalter 16 offen, so fließt ein Ladestrom von
dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle U über den ersten Schalter 13, den ersten Gleichrichter 14, den
ersten Schutzwiderstand 12 und den Schutzkondensator 15 zum negativen Anschluß der Gleichstromquelle 11,
so daß in Abhängigkeit von der Kapazität des Schutzkondensators 15 elektrische Energie in diesem
gespeichert wird. Wird der zweite Schalter 16 danach
geschlossen, wird die in dem Schutzkondensator 15 gespeicherte Energie bzw. Ladung über den zweiten
Gleichrichter 23 und die Ausgangsanschlüsse 17,18 dem Lastwiderstand Ri. zugeführt; der Gleichstrom von der
Gleichstromquelle 11 wird ebenfalls über den ersten Gleichrichter 14 dem Widerstand Rl zugeführt. Aus der
obigen Beschreibung ist folgendes ersichtlich: Da der größte Teil des Entladestroms von dem Schutzkondensator
15 durch den zweiten Gleichrichter 23 fließt, entlädt sich der Schutzkondensator 15 ohne Energieverlust
oder Spannungsabfall am ersten Schutzwiderstand
12 durch den Lastwiderstand Rl- Ferner fließt der Strom
von der Gleichstromquelle 11 nur über den ersten Gleichrichter 14 zum Lastwiderstand /?/., so daß
unerwünschter Energieverlust oder Spannungsabfall vermieden werden kann.
Nach dem Schließen des ersten Schalters 13 erscheint
an dem Schaltungsknoten /^die Bezugsspannung, die an die Eingangsanschlüsse des ersten und zweiten Vergleichers
38, 39 geliefert werden. Beide Vergleicher 38, 39 können ein logisches 1-Signal an ihrem Ausgangsanschluß
erzeugen, wenn eine an ihren anderen Eingangsanschluß angelegte Eingangsspannung die Bezugsspannung
überschreitet. Der Bezugskondensator 36 wird andererseits über den zweiten Schutzwiderstand 35 von ρ
einem Ladestrom geladen, so daß an dem Schaltungsknoten /j eine exponentiell ansteigende Spannung
erscheint. Der Signalgenerator erzeugt die Informationssignale durch Vergleichen der Potentiale oder
Spannungen an den Schaltungsknoten /;, /2 und Jj.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des Signalgenerators
beschrieben.
Wird der erste Schalter 13 geschlossen und der zweite Schalter 16 offengehalten, steigen die Potentiale an den
Schaltungsknoten Ji und J2 von Potential Null exponentiell
an, da der Schutzkondensator 15 und der Bezugskondensator 36 vor dem Schließen des Schalters
13 über den ersten und zweiten Entladewiderstand 31, 37 vollständig entladen sind. Dabei ist zu bemerken, daß
die Zeitkonstante aus zweitem Schutzwiderstand 35 und Bezugskondensator 36 derart gewählt ist, daß das
Potential am Schaltungsknoten Jj früher auftritt als das Potential am Schaltungsknoten //, solange der Schutzkondensator
15 einen normalen Zustand hat. Sind andererseits die Potentiale an den Schaltungsknoten /;
und Jj niedriger als das an dem Schaltungsknoten J2,
erzeugen die Vergleicher 38, 39 jeweils logische O-Signale an ihren Ausgangsanschlüssen, so daß das
erste und zweite NAND-Glied jeweils logische 1-Signale erzeugen.
Behält der Schutzkondensator 15 seinen normalen Zustand, überschreitet das Potential an dem Schaltungsknoten /jdas Bezugspotential an dem Schaltungsknoten
/.. früher als das Potential an dem Schaltungsknoten //, wodurch ein logisches 1-Signal an dem Ausgangsan- v>
Schluß des /weiten Vcrgleichers 39 auftritt, während an dem Alisgangsanschluß des ersten Vergleichers 38 ein
logisches O-Signal besteht, wodurch an dem Ausgangsanschluß des /weiten NAND-Glieds 41 ein logisches
1-Signal erscheint und demgemäß an dem Ausgangsan- wi
Schluß des ersten NAND-Glieds 40 ein logisches 1-Signal erscheint. Das logische 1-Signal an dem
Alisgangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 wird gehalten, selbst wenn der erste Vcrgleicher 38 nach
Ablauf einer bestimmten Zeit von dem Zeitpunkt, bei (,5 dem der zweite Vcrgleicher 39 das logische !-Signal
erzeugt, ein logisches 1-Signal an seinem Ausgangsanschluß
erzeugt. Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß ein logisches 1 -Signal kontinuierlich an
dem zweiten lnformationssignakmsgangsanschluß 45 erscheint, solange der Schutzkondensator 15 seinen
normalen Zustand behält.
Hat dagegen der Schutzkondensator 15 eine gegenüber seinem Nennwert geringere Kapazität, überschreitet
das Potential an dem Schaltungsknotcn /; das Bezugspotential an dem Schaltungsknoten J2 früher als
das Potential an dem Schaltungsknoten Jj. Der erste
Vergleicher 38 erzeugt dann an seinem Ausgangsanschluß ein logisches 1-Signal früher als der zweite
Vergleicher 39, wodurch das erste NAND-Glied 40 ein logisches O-Signal an seinem Ausgangsanschluß erzeugt,
da das zweite NAND-Glied 41 noch das logische I-Signal erzeugt. Selbst wenn das Potential an dem
Schaltungsknoten Jj das Potential an dem Schaltungsknoten J2 überschreitet und der Vergleicher 39 ein
logisches 1-Signal abgibt, erzeugt danach das zweite NAND-Glied 41 weiterhin das logische 1-Signal, da das
logische O-Signal an dem Ausgangsanschluß des ersten NAND-Glieds 40 an dem anderen EingangsanschluG
oes zweiten NAND-Glieds 41 anliegt. Es ist ersichtlich daß das Ausgangssignal von dem zweiten Informations-Signalausgangsanschluß
45 auf logisch 0 gehalten wird wenn der Schutzkondensator 15 eine verschlechterte
Kapazität besitzt.
Wird der Schutzkondensator 15 vollständig oder nahezu kurzgeschlossen, bleibt das Potential an dem
Schaltungsknolen // auf Null, selbst wenn der erste Schalter 13 geschlossen ist. Demgemäß erzeugt der
erste Vergleicher 38 weiterhin ein logisches O-Signal das über die Leitung 42 dem ersten Informationssignal·
ausgangsanschluß 43 geliefert wird.
Die an den Informationssignalausgangsanschlüsseri 43, 45 gemäß den obigen Ausführungen auftretenden
Ausgangssignale werden durch eine geeignete Vorrichtung aufgenommen, die eine Verschlechterurg oder
einen Durchbruch des Schutzkondensators 15 zur Anzeige bringt. Verschlechtert sich der Schutzkondensator
15 in dieser Weise, wird er durch einen neuer ersetzt.
Der zweite Schutzwiderstand 35 kann einen relativ großen Widerstandswert haben, da der Spannungsabfall
oder Energievcrlust in dem zweiten Schutzwiderstand 35 von geringer Bedeutung ist. Weil nicht nötig ist, als
Bezugskondensator 36 einen Kondensator zu verwenden, der eine ebenso große Kapazität wie ein
Elektrolytkondensator hat, kann ein Kondensator mit einer kleinen Kapazität verwendet werden, der sehr
zuverlässig ist. Es haben Nicht-Elektrolytkondensatorer
eine 20fache Zuverlässigkeit als Elektrolytkondensatoren.
Wie einleitend schon ausgeführt, ist das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem besonders nützlich für
Sicherheitseinrichtungen eines Kraftfahrzeuges, bei spicisweise für das Luftsacksystem mit aufblasbaren'
Schutzsack. Die Sicherheitsvorrichtung ist im Kraftfahr
zeug für den Schutz der Fahrzeuginsassen vor ernstei Verletzung bei Unfall oder starkem Bremsen de;
Kraftfahrzeuges angeordnet. Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem kann vorzugsweise als Energiequelle
für das Betätigungsorgan der obigen Sicher hcitsvorrichtung verwendet werden. Wenn die Akkumulatorenbatterie
des Kraftfahrzeuges oder die elektrischen Leitungen für das Betätigungsorgan der Sicher
heilseinrichtung zerstört sind, versorgt der Schutzkondensator
das Betätigungsorgan der Sicherheitsvorrichtung ausreichend mit der in ihm gespeicherter
elektrischen Energie.
Aus der vorhergehenden detaillierten Beschreibung ergibt sich, daß ein verbessertes Energieversorgungssystem
geschaffen wurde. Das beschriebene System ist wirksam, einfach und zuverlässig.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Elektrisches Energieversorgungssystem, bei dem eine Gleichstromquelle, ein Schalter, ein erster
Gleichrichter und ein Ausgangsanschlußpaar in Reihe geschaltet sind, bei dem parallel zum
Ausgangsanschlußpaar ein Schutzwiderstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind und der
Schutzwiderstand mittels eines zweiten Gleichrichters überbrückt ist und bei dem die Gleichrichter
derart gepolt sind, daß der zweite Gleichrichter den Schutzwiderstand für den Entladestrom des Kondensators
überbrückt und der erste Gleichrichter einen Rückfluß des Entladestroms des Kondensators
zur Gleichstromquelle verhindert, gekennzeichnet durch einen den Kondensator als
ersten Kondensator bzw. Schutzkondensator (15) überbrückenden ersten Entladewiderstand (31) mit
verhältnismäßig hohem Widerstandswert und durch einen weiteren Schutzwiderstand als zweiten
Schutzwiderstand (35) mit einem zweiten Kondensator bzw. Bezugskondensator (36), die in Reihe
liegend ebenfalls parallel zum Ausgangsanschlußpaar(17,18) geschaltet sind, wobei die Kapazität des
Bezugskondensators (36) kleiner als die Kapazität des Schutzkondensators (15) ist und Schutzkondensator
(15) und Bezugskondensator (36) und erster Schutzwiderstand (12) und zweiter Schutzwiderstand
(35) so bemessen sind, daß nach dem Einschalten des Schakers als erstem Schalter (13) bei
normal speicherfähigem Schutzkondensator (15) die Ladespannung am Bezugskondensator (36) schneller
ansteigt als die Ladespannung am Schutzkondensator (15), ferner durch einen den Bezugskondensator
(36) überbrückenden zweiten Entladewiderstand
(37) mit verhältnismäßig hohem Widerstandswert, durch zwei Spannungsteilerwiderstände (33, 34)
zwischen dem Ausgangsanschlußpaar (17, 18), die eine Bezugsspannung liefern, sowie durch einen
ersten Vergleicher (38), der ein erstes Signal erzeugt, wenn die Spannung am Schutzkondensator (15) die
Bezugsspannung übersteigt, sowie durch einen zweiten Vergleicher (39), der ein zweites Signal
erzeugt, wenn die Spannung am Bezugskondensator (36) die Bezugsspannung übersteigt, und durch eine
Verknüpfungsschaltung, die abhängig davon, ob nach dem Einschalten des ersten Schalters (13)
zuerst das erste oder das zweite Signal auftritt, ein Informationssignal erzeugt.
2. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des
ersten Vergleichers (38) mit einem ersten Informationssignalausgangsanschluß (43) verbunden ist, daß
die Verknüpfungsschaltung zwei NAND-Glieder (40, 41) umfaßt, von denen der Ausgang des ersten
NAND-Glieds (40) mit einem zweiten Informationssignalausgangsanschluß
(45) und einem Eingang des zweiten NAND-Glieds (41), der andere Eingang des
zweiten NAND-Glieds (41) mit dem Ausgang des zweiten Vergleichers (39), der eine Eingang des
ersten NAND-Glieds (40) mit dem Ausgang des zweiten NAND-Glieds (41) und der andere Eingang
des ersten NAND-Glieds (40) mit dem Ausgang des ersten Vergleichers (38) verbunden sind, und daß das
erste und das zweite Signal vom ersten bzw. zweiten Vergleicher (38,39) logische »1 «-Signale sind.
3. Energieversorgungssystem nach einem der
Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsanschlußpaar (17, 18) über einen
zweiten Schalter (16) mit der Reihenschaltung aus Gleichstromquelle (11), erstem Schalter (13) und
erstem Gleichrichter (14) verbunden ist und daß die Reihenschaltung aus erstem Schutzwiderstand (12)
und Schutzkondensator (15), die Reihenschaltung aus dem zweiten Schutzwiderstand (35) und dem
Bezugskondensator (36) und die Spannungsteilerwiderstände (33, 34) parallel zur Reihenschaltung
aus dem zweiten Schalter(16)unddem Ausgangsanschlußpaar(17,18)geschaltet
sind.
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