DE69119735T2

DE69119735T2 - Gerät zur Umschaltung auf eine andere Stromversorgungsquelle

Info

Publication number: DE69119735T2
Application number: DE69119735T
Authority: DE
Inventors: Eric Wayne Davis; John Carl Studer
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1990-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: JPH04295239A; DE69119735D1; EP0493305A1; JP3187901B2; EP0493305B1; KR920013864A; CA2056288A1; US5191229A; KR100221368B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des elektrischen Stroms und, mehr insbesondere, auf das Gebiet des Umschaltens von elektrischem Strom.

Stand der Technik

Der Ausfall eines Hauptgenerators in einem Hubschrauber bringt Schütze zum Umschalten, damit Strom aus einem Reservegenerator geliefert wird. Die Umschaltzeit kann jedoch so lang sein, daß ein Teil der elektronischen Ausrüstung des Hubschraubers einen momentanen Stromverlust erleidet. Ein Teil der elektronischen Ausrüstung verlangt eine relativ lange Aufwärmzeit, und deshalb ist der momentane Stromverlust unerwünscht.
Mit diesem Problem befaßt sich das US-Patent Nr. 4 638 175 von Bradford et. al. mit dem Titel "Electric Power Distribution and Load Transfer System", gemäß welchem mehrere digitale und analoge Teile benutzt werden; um Spannungen digital zu vergleichen und Stromquellen derart umzuschalten, daß verhindert wird, daß die Ausrüstung irgendeinen Stromverlust erleidet. Die Anzahl der Teile, die bei der Bradford-Erfindung benutzt werden, macht diese jedoch im Aufbau komplex und teuer.

Darstellung der Erfindung

Zu den Zielen der Erfindung gehört ein einfaches und billiges Stromumschaltsystem.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Stromumschaltsystem zum Koppeln eines sekundären Stromquellenausgangssignals mit einer Last auf den Verlust eines Primärstromquellenausgangssignals hin eine erste Schalteinrichtung, die ein erstes Spannungssignal nur auf den Verlust des Primärstromquellenausgangssignals hin liefert, eine Dämpfungseinrichtung, die ein zweites Spannungssignal nur auf das Liefern des ersten Spannungssignals hin liefert, wobei das zweite Signal nach einer vorbestimmten Zeitspanne so gedämpft wird, daß es anschließend nicht geliefert wird, eine zweite Schalteinrichtung, die ein drittes Spannungssignal nur liefert, wenn das zweite Spannungssignal nicht geliefert wird, und eine dritte Schalteinrichtung, die das sekundäre Stromquellenausgangssignal mit der Last nur dann koppelt, wenn das dritte Spannungssignal nicht geliefert wird.
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden ausführlichen Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen derselben, wie sie in den beigefügten zeichnungen dargestellt sind, deutlicher werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die einzige Figur ist ein Schaltbild eines Stromquellenumschaltkreises.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß der Figur wird ein Hubschrauberstromquellenumschaltkreis 10 mit einem primären Stromsignal aus einer Achtundzwanzigvolt-Primärstromquelle 12, z.B. einer Kombinationaus Generator und Gleichrichter, versorgt und mit einem sekundären Stromsignal aus einer Achtundzwanzig-Volt-Sekundärstromquelle 14, z.B. einer Batterie. Die Stromsignale speisen eine ohmsche Last 16, bei der es sich um irgendeine elektrisch gespeiste elektronische oder elektrische Hubschrauberausrüstung handeln kann. Während des normalen Betriebes empfängt die Last 16 den gesamten elektrischen Strom aus der primären Quelle 12. Wenn die primäre Quelle 12 aufhört, Strom zu liefern, schaltet der Schaltkreis 10 um und koppelt das sekundäre Stromsignal mit der Last 16 für 0,350 Sekunden, während eine andere Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) umschaltet, um der Last 16 Strom über einen Reservegenerator (nicht gezeigt) zu liefern. Die Länge der Zeitspanne, während der die sekundäre Quelle 14 benutzt wird, um der Last 16 Strom zu liefern, wird auf 0,350 Sekunden begrenzt, um einen übermäßigen Stromverlust der Batterie zu verhindern.
Eine Zweiundzwanzig-Volt-Z-Diode 18 und ein Zwanzig-kOhm-Strombegrenzungswiderstand 30 sind in Reihe zwischen die primäre Stromquelle 12 und die Basis eines ersten 2N2222A-NPN-Transistors 32 geschaltet. Der Emitter des ersten Transistors 32 ist mit Masse verbunden, und der Kollektor des Transistors 32 ist mit der sekundären Stromquelle 14 über einen 66,5-kOhm-Pull-up- Widerstand 34 verbunden. Während das primäre Stromsignal geliefert wird (d.h., während die primäre Stromquelle 12 Strom liefert), treibt das primäre Stromsignal die Basis des Transistors 32 über die Einschaltspannung (ungefähr 0,6 Volt) und schaltet den Transistor 32 EIN (d.h. sättigt ihn), wodurch bewirkt wird, daß die kollektorspannung im wesentlichen gleich der Emitterspannung wird. Da der Emitter des Transistors 32 mit Masse verbunden ist, wird immer dann, wenn der Transistor 32 EIN ist, das Spannungssignal an dem Kollektor des Transistors 32 nicht geliefert werden (d.h. die Spannung wird nahe bei null sein).
Ein 3, 3-µF-Kondensator 36 und ein Einhundert-Ohm-Strombegrenzungswiderstand 38 sind zwischen dem Kollektor des ersten Transistors 32 und der Basis eines zweiten 2N2222A-NPN-Transistors 40 in Reihe geschaltet. Der Kollektor des zweiten Transistors 40 ist mit der sekundären Stromversorung 14 über einen Zehn- kOhm-Pull-up-Widerstand 42 verbunden, und die Basis des zweiten Transistors 40 ist mit Masse über einen Zehn-kOhm-Widerstand 43 verbunden. Wenn der erste Transistor 32 EIN ist, wird das Signal von dem Kollektor des ersten Transistors 32 nicht geliefert (d.h., die Kollektorspannung des ersten Transistors 32 ist nahe Masse), wodurch der zweite Transistor 40 AUS geschaltet wird (d.h., der zweite Transistor 40 in den Sperrzustand getrieben wird) . Wenn der zweite Transistor 40 AUS ist, fließt kein Strom durch den Pull-up-Widerstand 42, und das Spannungssignal an dem Kollektor des zweiten Transistors 40 wird geliefert (d.h., die Spannung an dem Kollektor ist im wesentlichen gleich der Spannung der sekundären Stromquelle 14).
Ein Vier-kOhm-Strombegrenzungswiderstand 44 ist in Reihe zwischen den Kollektor des zweiten Transistors 40 und die Basis eines 2N6650-PNP-Darlington-Transistors 46 geschaltet. Der Emitter des Darlington-Transistors 46 ist mit der sekundären Stromquelle 14 verbunden. Der Kollektor des Darlington-Transistors 46 ist mit einer Schottky-Diode 48 in Reihe geschaltet, bei der es sich um das Teil Nummer USD345CHR handelt, das von Unitrode Co., Watertown, Mass., hergestellt wird, und die mit der Last 16 in Reihe geschaltet ist. Wenn der zweite Transistor 40 AUS ist, wird die Basis des Darlington-Transistors 46 mit dem gelieferten Spannungssignal versorgt, welches den Darlington-Transistor 46 AUS-schaltet, wodurch die Last 16 von dem sekundären Stromsignal getrennt wird. Die Schottky-Diode 48 ist zwischen der sekundären Stromqüelle 14 und der Last 16 sowie zwischen der primären Stromquelle 12 und der Last 16 angeordnet, um zu verhindern, daß die primäre Stromquelle 12 die sekundäre Stromquelle 14 (eine Batterie) auflädt, und um zu verhindern, daß Bauteile innerhalb der primären Stromquelle 12 Strom aus der sekundären Stromquelle 14 aufnehmen, wenn die primäre Stromquelle 12 nicht in Betrieb ist.
Der Ausgang der primären Quelle 12 ist mit der Last 16 über die Schottky-Diode 48 verbunden. Immer dann, wenn die primäre Quelle 12 das primäre Stromsignal liefert, ist der erste Transistor 32 EIN-geschaltet, und das Spannungssignal aus dem Kollektor des Transistors 32 ist nicht vorhanden, wodurch der zweite Transistor 40 AUS-geschaltet wird. Wenn der zweite Transistor 40 AUS ist, wird das Signal von dem Kollektor des zweiten Transistors 40 geliefert, so daß der Darlington-Transistor 46 AUS-geschaltet wird. Wenn der Darlington-Transistor 46 AUS ist, ist das sekundäre Stromsignal von der Last 16 getrennt, und es wird nur ein nomineller Strom aus der sekundären Quelle 14 über den Pull-up-Widerstand 34 entnommen.
Die Basis des Transistors 32 ist mit Masse über einen Zwanzig- kOhm-Widerstand 50 verbunden. Wenn ein Verlust des primären Stromsignals eintritt, sinkt die Basisspannung des ersten Transistors 32 unter 0,6 Volt (die Einschaltspannung), und der erste Transistor 32 wird AUS-geschaltet. Die Z-Diode 18 wird so gewählt, daß sie eine Durchbruchspannung innerhalb von 1% von zweiundzwanzig Volt hat, um den Ausschaltpunkt des Transistors 32 genauer zu steuern. Eine 1N914-Diode 54 ist zwischen die Basis des ersten Transistors 32 und Masse geschaltet, um die Basis des Transistors 32 vor negativen Spannungen zu schützen, die durch transiente Vorgänge verursacht werden, welche in dem Schaltkreis 10 auf Grund des Umschaltens auftreten.
Nachdem der erste Transistor 32 AUS-geschaltet worden ist, wird das Spannungssignal an dem Kollektor des ersten Transistors 32 geliefert, und der Kondensator 36 beginnt sich aufzuladen. Während sich der Kondensator 36 auf lädt, bewirkt die positive Spannung an der Basis des zweiten Transistors 40, daß der zweite Transistor 40 EIN-geschaltet wird. Eine 1N914-Diode 56 ist zwischen die Basis des zweiten Transistors und Masse geschaltet und schützt den Transistor 40 vor negativen Spannungen, die durch transiente Vorgänge verursacht werden, welche in dem Schaltkreis 10 auf Grund des Umschaltens auftreten.
Das EIN-Schalten des zweiten Transistors 40 bewirkt, daß das Spannungssignal an dem Kollektor des zweiten Transistors 40 nicht geliefert wird, wodurch der Darlington-Transistor 46 EIN- geschaltet wird. Wenn der Darlington-Transistor 46 EIN ist, wird das sekundäre Stromsignal an die Last 16 über den Kollektor und den Emitter des Darlington-Transistors 46 angelegt. Ein 100-µF-Haltekondensator 58, der zwischen den Kollektor des Darlington-Transistors 46 und Masse geschaltet ist, dämpft die Wechselstromkomponenten des Spannungssignals, denen sich die Last 16 gegenübersieht und die durch Umschaltvorgänge verursacht werden.
Nach ungefährt 0,350 Sekunden ist der Kondensator 36 aufgeladen, und das Signal aus dem Kollektor des ersten Transistors 32 wird gedämpft und liegt nicht mehr an der Basis des zweiten Transistors 40 an, so daß der zweite Transistor 40 AUS-geschaltet wird. Wenn der zweite Transistor 40 AUS ist, wird das Signal an dem Kollektor des zweiten Transistors 40 geliefert, so daß der Darlington-Transistor 46 AUS-geschaltet wird. Die sekundäre Stromquelle 14, bei der es sich um eine Batterie handelt, soll Strom an die Last 16 für nur etwa 0,350 Sekunden abgeben, während Flugzeugschütze (nicht gezeigt) umschalten, um die Last 16 mit Strom aus einem Reservegenerator (nicht gezeigt) zu versorgen.
Wenn die primäre Stromquelle 12 beginnt, wieder Strom zu liefern, wird der erste Transistor 32 EIN-geschaltet. Ein 0,01-µF- Kondensator 60 ist zu dem Widerstand 50 parallel geschaltet, um das Einschalten des Transistors 32 zu verzögern. Die Verzögerung verhindert, daß der Transistor 32 schnell EIN- und AUSschaltet, wenn die Größe der Spannung, welche durch die primäre Stromquelle 12 geliefert wird, um den Einschalt-/Ausschaltwert schwankt. Das EIN-Schalten des ersten Transistors 32 bewirkt, daß das Spannungssignal an dem Kollektor des Transistors 32 nicht geliefert wird, wodurch eine Entladung des Kondensators 36 über den Emitter des Transistors 32 eingeleitet wird. Der Widerstand 38 begrenzt die Stärke des Stroms, der während des Entladevorgangs entnommen wird, und die Diode 56 schützt den zweiten Transistor 40 vor negativen Spannungen, die während des Entladevorganges auftreten.
Obgleich die primäre Stromquelle 12 und die sekundäre Stromquelle 14 hier als ein Generator bzw. als eine Batterie dargestellt sind, kann der Schaltkreis 10 benutzt werden, um Strom ungeachtet des Typs der benutzten Stromquellen umzuschalten. Die Erfindung ist zwar hier unter Verwendung der bipolaren Transistoren 32, 40, 46 als Schalter dargestellt worden, dem einschlägigen Fachmann ist jedoch klar, daß andere Typen von Schalteinrichtungen wie Festkörperrelais oder Leistungs-MOSFETs statt dessen benutzt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die Verwendung von anderen Schalteinrichtungen als den bipolaren Transistoren, die hier dargestellt sind, kann verlangen, daß die Richtung von einer oder mehreren Spannungen, welche die Schalteinrichtung steuern, umgekehrt wird. Der Kondensator 36, der das Spannungssignal aus dem Kollektor des ersten Transistors 32 nach einer vorbestimmten Zeitspanne dämpft, kann durch eine andere Einrichtung ersetzt werden, die dem einschlägigen Fachmann bekannt ist, um eine Zeitverzögerungsdämpfung eines Spannungssignals vorzunehmen.
Die Widerstands-, Kapazitätswerte usw. für die verschiedenen Bauteile des Schaltkreises 10, die hier dargestellt sind, sind exemplarisch und hängen von einer Vielfalt von funktionalen Faktoren ab wie der Größe des primären und sekundären Spannungssignals, der Art der Last 16, der Wahl des Entwurfes, usw. und können durch den einschlägigen Fachmann modifiziert werden. Die Werte des Widerstands 34 und des Kondensators 36 können durch dem einschlägigen Fachmann bekannte Maßnahmen modifiziert werden, um die Länge der Zeitspanne entweder zu vergrößern oder zu verringern, bevor das Spannungssignal aus dem Kollektor des ersten Transistors 32 an der Basis des zweiten Transistors 40 gedämpft wird. Viele der Bauteile des Schaltkreises 10 wie die Dioden 54, 56 tragen zu der primären Funktionalität des Schaltkreises nicht bei, sondern schützen vielmehr Bauteile des Schaltkreises 10 vor hohen Strömen, negativen Spannungen, unerwünschten Wechselstromkomponenten, usw. Die Schottky-Diode 48 verhindert, daß Stromsignale in die Quellen 12, 14 gelangen, und kann eliminiert werden, wenn Stromsignale, die in die Quellen 12, 14 gelangen, nicht unerwünscht sind. Der Kondensator 60 zum Verzögern des EIN-Schaltens des Transistors 32 kann ebenso eliminiert werden, wenn die Verzögerung nicht gewünscht wird.
Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden, für den einschlägigen Fachmann dürfte jedoch klar sein, daß verschiedene Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen darin und daran vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die Patentansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Anordnung zum Verbinden des Ausgangs einer sekundären Stromquelle (14) mit einer Last (16) zur Stromversorgung der Last (16) auf den Verlust des Ausgangssignals einer primären Stromquelle (12) hin, mit:

einer ersten Schalteinrichtung (32) zum Liefern eines ersten Spannungssignals nur auf den Verlust des Ausgangssignals der primären Stromquelle (12) hin;

einer Signaldämpfungseinrichtung (36) zum Liefern eines zweiten Spannungssignals nur auf das Liefern des ersten Spannungssignals hin, wobei das zweite Signal nach einer vorbestimmten Zeitspanne gedämpft wird, so daß es anschließend nicht mehr geliefert wird;

einer zweiten Schalteinrichtung (40) zum Liefern eines dritten Spannungssignals nur dann, wenn das zweite Spannungssignal nicht geliefert wird; und

einer dritten Schalteinrichtung (46) zum Anlegen des Ausgangssignals der sekundären Stromquelle an die Last (16) nur dann, wenn das dritte Spannungssignal nicht geliefert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schalteinrichtung (32, 40) bipolare NPN-Transistoren sind und wobei die dritte Schalteinrichtung (46) ein bipolarer PNP-Darlington-Transistor ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Dämpfungseinrichtung (36) ein Kondensator ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, weiter mit:

einer Einrichtung (48) zum Leiten des Stromflusses, um zu verhindern, daß Energie aus der primären Stromquelle in die Quelle (14) des sekundären Stroms fließt, und um zu verhindern, daß Energie aus der sekundären Stromquelle in die Quelle (12) des primären Stroms fließt; und

einer Einrichtung (60), die zwischen dem Ausgang der primären Stromquelle und dem ersten Schalter (32) angeordnet ist, zum Verzögern des Lieferns des ersten Spannungssignals.

5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung (60) zum Verzögern des Lieferns des ersten Spannungssignals ein Kondensator ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung (48) zum Leiten des Stromflusses eine Schottky-Diode ist.