DE69308534T2

DE69308534T2 - Doppelspannungsleistungsversorgung

Info

Publication number: DE69308534T2
Application number: DE69308534T
Authority: DE
Inventors: Jerry R. Cedar Rapids Ia 52405 Baack; Andy Allen Cedar Rapids Ia 52402 Haun
Original assignee: Square D Co
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2013-09-01
Also published as: WO1994006190A1; EP0611495B1; DE69308534D1; CA2122259C; JPH07501200A; EP0611495A4; US5337205A; JP2801404B2; MX9305311A; EP0611495A1; CA2122259A1

Description

Technisches Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Auslöser-Netzgerät mit einem Auslösespannungskondensator. Solch ein Gerät ist aus der EP-A-0 136 254 bekannt.

Stand der Technik

Halbleiterstromregler werden allgemein in Verbindung mit Netzgeräten verwendet, um elektrische Kreise und mit diesen gekoppelte Einrichtungen zu schützen. Solche Regler werden allgemein in Schaltkreisunterbrechungsauslösesystemen für Dreiphasen-Netzleitungen verwendet. Bei dieser Anwendung steuert ein Halbleiterstromregler die Strommenge, die von der Dreiphasennetzleitung dem Systemnetzgerät zugeführt wird. Wenn die Größe der Energie in der Leitung einen vorgeschriebenen Grenzwert überschreitet, spricht der Stromregler durch Nebenschließen des Überstroms von der Leitung zur Systemmasse an.
Bekannte Stromregler können als lineare Nebenschlußtypregler oder als Schaltnebenschlußtypregler kategorisiert werden. Ein charakteristischer linearer Nebenschlußtypregler hat einen Widerstand und eine Zener-Diode, die in Reihe zwischen der Stromleitung und Masse geschaltet ist, wobei ihre Verbindung die Basis eines PNP- Darlingtontransistors steuert. Wenn die Stromgröße in der Leitung die Durchbruchspannung der Zener-Diode überschreitet, wird der Darlington-Transistor eingeschaltet, und der übermäßige Strom der Stromleitung wird im Nebenschluß durch den Darlingtontransistor noch Masse geführt. Dieser Reglertyp ist einsetzbar und erwünscht, wenn der Strompegel in der Leitung niedrig ist. Er verbraucht jedoch eine erhebliche Energiemenge infolge der geregelten Spannung über dem Transistor, wenn der Strompegel in der Leitung hoch ist. Bei Anwendungsfällen, bei denen erhebliche Wärmepegel nicht vernichtet werden können, oder wo Raum oder Kosten die Verwendung von Wärmeableiteinrichtungen nicht zulassen, ist dieser Typ der Nebenschlußanordnung nicht akzeptierbar.
Schaltstromnebenschlußanordnungen erfordern typischerweise einen komplexeren Aufbau der Schaltungsanordnung, um den Stromweg, der im Nebenschluß von der Leitung nach Masse geführt wird, aufzubauen. Zum Beispiel verwendet im U.S. Patent 4,809,125 von Matsko et al ein Netzgerät einen speziell konstruierten IC (integrierten Schaltkreis) zur Kontrolle des Strompegels der Leitung und zur Steuerung der Vorspannung eines Transistors, der wahlweise eingeschaltet wird, um übermäßigen Strom von der Leitung nach Masse nebenzuschließen. Ein weiterer bekannter Typ der Schaltstromnebenschlußanordnung verwendet einen Komparator und einen Spannungsteiler am Eingang des Komparators zur Bestimmung, wann ein Transistor einzuschalten ist, der den übermäßigen Strom von der Leitung nach Masse nebenschließt.
Obwohl Schaltstromnebenschlußanordnungen so gesteuert werden können, daß das Wärmeableitproblem (bei Linearnebenschlußtypreglern üblich) nicht auftrift, sind sie nicht fehlerfrei. Eines der wesentlichsten Probleme, das bei Schaltstromnebenschlußanordnungen auftrift, ist die Tendenz, nicht akzeptierbare Strompegel zu erzeugen. Dies kann eine wesentliche Beeinträchtigung des Schaltkreisbetriebs bei bestimmten Anwendungsfällen verursachen und verursacht diese tatsächlich. Z.B. kann bei einem Schaltkreisunterbrechungsauslösesystem unter Verwendung von Stromwandlern, um den Strom der Leitung zu erfassen und zu induzieren, eine Schaltstromnebenschlußanordnung die elektromagnetischen Eigenschaften der Stromwandler beeinträchtigen und sie zu veranlassen, die tatsächlichen Strompegel in der Leitung falsch zu interpretieren. Unter bestimmten Bedingungen bricht der elektromagnetische Fluß im Sensor zusammen und induziert einen Sensorstrom mit einem Ausmaß, daß das Auslösesystem feststellt, daß ein Fehler aufgetreten ist und eine Unterbrechung befiehlt.
Idealerweise koppelt eine Schaltstromnebenschlußanordnung in einem Schaltkreisunterbrechungsauslösesystem die Stromwandler mit einer relativ niedrigen Spannung und baut beim Einschalten rasch einen hohen Energiepegel auf, so daß das Auslösesolenoid sofort nach Feststellung eines ungewollten Fehlerzustandes erregt werden kann. Die Kopplung der Stromwandler mit einer relativ hohen Spannung beeinträchtigt die elektromagnetischen Eigenschaften der Stromwandler nachteilig, wie zuvor beschrieben wurde, und das Unvermögen, beim Start schnell hohe Energiepegel aufzubauen, verhindert, daß die Auslöseeinheit den Fehler sofort aus dem System beseitigt. Bei bekannten Auslösernetzgeräteanordnungen wurde hinsichtlich dieser Idealzustände ein Kompromiß geschaffen, indem über eine außergewöhnlich lange Zeitperiode große Energiemengen bei kleinen Pegeln aufgebaut werden, die verhindern, daß die Auslöseeinheit den Fehler sofort im System unterdrückt.
Daher besteht der Bedarf für ein Netzgerät, das die obigen Probleme des Standes der Technik überwindet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Auslösernetzgerät gem. Anspruch 1.
Dieses Auslösernetzgerät hat eine Anordnung, die den Speisestrom von den Stromwandlern zu einem Auslösespannungskondensator und einem Speisekondensator am Eingang eines Stromregelkreises regelt.
Der Stromwandler lädt den Auslösespannungskondensator auf einen ersten vorbestimmten Spannungspegel, und ein Stromnebenschlußkreis führt den Strom, der vom Stromwandler zum Speisekondensator fließt, derart im Nebenschluß, daß während des normalen Betriebs der Speisekondensator auf einen zweiten vorbestimmten Spannungspegel geladen wird, der niedriger als der ersten vorbestimmte Spannungspegel ist. In Abhängigkeit von der Auslösespannungskondensatoraufladung auf den ersten vorbestimmten Spannungspegel kann der Speisestrom vom Stromwandler zum Speisekondensator fließen, und der Auslösespannungskondensator wird vom Speisekondensator isoliert, sobald der Auslösekondensator auf den ersten vorbestimmten Spannungspegel geladen ist. Dies verhindert, daß der Stromtransformator die hohe Spannung am Auslösespannungskondensator sieht, während ein hoher Spannungspegel am Auslösespannungskondensator schnell erhalten werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen:
-Fig. 1: ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gem. der vorliegenden Erfindung zur Steuerung der Speisestrommenge von einer Stromquelle zu einer Last ist;
Fig. 2: ein Schaltbild einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung der Fig. 1 für einen speziellen Anwendungsfall ist;
Fig. 3: ein Blockschaltbild einer alternativen Schaltungsanordnung ebenfalls gem. der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4: ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung der Fig. 3 für einen speziellen Anwendungsfall ist.
Obwohl verschiedene Modifikationen und alternative Formen der Erfindung möglich sind, wurden spezielle Ausführungsformen davon beispielsweise in den Zeichnungen gezeigt und werden nun im einzelnen beschrieben. Selbstverständlich ist jedoch nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die speziellen offenbarten Formen zu begrenzen. Statt dessen ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen im Sinne und innerhalb des Umfangs der Erfindung zu erfassen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung findet direkte Anwendung zum Erfassen und Nebenschließen eines übermäßigen Stromes in einem Strompfad in einem elektrischen Verteilersystem. Obwohl jede Art von Stromquelle aus der vorliegenden Erfindung Nutzen ziehen kann, ist sie besonders zur Stromkontrolle und zum Stromnebenschließen in Schaltkreisen verwendbar, die aus Dreiphasennetzleitungen Energie entnehmen.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur allgemeinen Anwendung. Eine Schaltungsanordnung 10 steuert, wie gezeigt, die von einer Stromquelle 12 längs einer Leitung 14 zu einer Last 16 zugeführte Strommenge. Der Strom auf der Leitung 14 durchläuft eine Sperrdiode 18 und lädt einen Kondensator 20. Wenn die Stromquelle einen ersten Schwellwert überschreitet und den Kondensator 20 auf eine vorbestimmte Spannung lädt, läßt ein linearer Nebenschlußregelkreis 22 einen Strom zu einem schaltungsneutralen Anschluß 24 fließen, so daß der übermäßige Strom nach Masse nebengeschlossen wird.
Am Ausgang des linearen Nebenschlußregelkreises 22 wird ein Sensorspannungssignal proportional dem Strom erzeugt, das durch den linearen Nebenschlußregelkreis 22 fließt. Ein Schaltkreis 26 empfängt sowohl das Sensorspannungssignal als auch ein Bezugsspannungssignal (in Fig. 1 nicht gezeigt), von denen letzeres ebenfalls vorzugsweise dem Speisestrom proportional ist, um zu bestimmen, ob der Strompegel in der Leitung einen zweiten Schwellwert überschritten hat. Wenn der Strompegel in der Leitung den zweiten Pegel überschritten hat, wird ein zusätzlicher Nebenschlußpfad über einen zweiten Nebenschlußkreis 28 selektiv aufgebaut, um die notwendige Stromregulierung zu bewirken, während der Strom auf der Leitung 14 auf hohen Pegeln ist.
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung der Fig. 1 für die spezielle Anwendung der Stromkontrolle und des Stromnebenschlusses in Schaltungen, die Energie aus Dreiphasennetzleitungen entnehmen. In Fig. 2 ist der auf der Leitung 14 zugeführte Strom eine Stromsumme des Stromes, der auf einer Dreiphasennetzleitungsanordnung (nicht gezeigt) erfaßt wird. Stromwandler (nicht gezeigt) leiten induzierten Strom der drei Phasen (A, B, C und N) und der Massefehlersumierung (GF Σ(A+B+C+N)) zu einem von vier Vollweggleichrichtern 32, 34, 36 und 38, deren Ausgänge mit der Anode der Diode 18 verbunden sind, um den Strom auf der Leitung 14 zu liefern.
Gleichrichter können verwendet werden, um das erforderliche Interface zwischen den Dreiphasenleitungen und den übrigen Teilen der Schaltungsanordnung zu liefern, so daß die Dreiphasenleitungen genau kontrolliert werden können. Auf der linken Seite jedes Gleich richters werden negative Phasenstromsignale durch eine Reihe von Lastwiderständen 40, 42, 44 und 46 geleitet. Die Werte dieser Lastwiderstände werden für die diversen Phasen und Stromwandler gewählt, so daß bekannte Spannungen erzeugt werden können, die den Größen des Stromes in der Leitung 14 entsprechen. Die erzeugten Spannungen werden dann für die nachfolgende Verarbeitung und Fehleranalyse z.B. durch einen Mikrocomputer 48 in einem Auslösesystem oder einem Stromkontrollsystem verwendet. Zur weiteren Information bzgl. eines anwendbaren Auslösesystems kann auf die U.S.-Patentanmeldung No. 07/403,507 Bezug genommen werden, die am 31. August 1989 mit dem Titel "Processor Controlled Cirucuit Breaker Trip System Having an Intelligent Rating Plug" angemeldet wurde, und auf das U.S.-Patent No. 4,331,999 mit dem Titel "Circuit Interrupter with Digital Trip Unit and Power Supply" Bezug genommen werden, auf die hiermit Bezug genommen wird.
Auf der rechten Seite jedes Gleichrichters werden positive Phasenströme addiert und wirken als Stromquelle für den auf der Leitung zugeführten Strom.
Der auf der Leitung 14 zugeführte Strom wird kontrolliert, und ein Ansprechen erfolgt bei zwei unterschiedlichen Schwellwerten, wie in Verbindung mit Fig. 1 diskutiert wurde. Der erste Schwellwert wird von einer Zenerdiode 50, einem Transistor 53 und einem Widerstand 54 innerhalb des linearen Nebenschlußregelkreises 22 eingestellt. Wenn sich die Spannung am Kondensator 20 über den Durchruchbereich der Zenerdiode 50 hinaus auflädt, wird der Basis/Emitter-Übergang des Transistors 52 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und der Strompfad baut sich von der Leitung 14 durch den Emiterbasisübergang des Transistors 52 und den Widerstand 54 nach Masse oder bei einem festgelegten gemeinsamen neutralen Anschluß auf.
Der zweite Schwellwert wird im Schaltkreis 26 durch ein Paar Widerstände 56 und 58 am Eingang eines Komparators 60 festgelegt. Der Komparator 60 kontrolliert die Spannung am Emitter des Transistors 52 über einen Widerstand 61. Diese Emitterspannung erhöht sich proportional dem Überstrom auf der Leitung 14. Wenn die Emitterspannung die Bezugsspannung erreicht, die von den Widerständen 56 und 58 eingestellt wird, gibt der Komparator 60 den zweiten Nebenschlußkreis frei, um einen zusätzlichen Nebenschluß des Überstroms von der Leitung 14 aus aufzubauen.
Wie die Spannung am Emitter des Transistors 52 ist auch die Bezugsspannung, die über den Widerständen 56 und 58 aufgebaut wird, dem Versorgungsstrom auf der Leitung 14 proportional. Die Zuwachsrate durch die Bezugsspannung bzgl. der Leitungsspannung, die vom Kondensator 20 gehalten wird, wird durch das Verhältnis der Widerstände 56 und 58 festgelegt. Verwendet man zwischen den Widerständen 56 und 58 z.B. ein Verhältnis von 10:1 für jeweils 10 Volt erhöhter Ladung am Kondensator 20, steigt die Bezugsspannung um 1 Volt. Dagegen folgt die Spannung am Emitter des Transistors 52 der Leitungsspannung, die vom Kondensator 20 gehalten wird, Volt für Volt oberhalb der Zenerdurchbruchspannung. Während somit beide Spannungspegel mit dem Versorgungsstrom ansteigen, da sie vom Komparator 16 kontrolliert werden, wenn man das obige Beispiel anwendet, erhöht sich (oder fällt) die Spannung am Emitter des Transistors 52 zehnmal schneller als die Bezugsspannung, die von den Widerständen 56 und 58 festgelegt wird.
Diese leitungsabhängigen Spannungspegel werden vom Komparator dazu verwendet, eine hystereseähnliche Steuerung des zweiten Nebenschlußkreises 28 zu bewirken. Durch einen Widerstand 62 und einen Kondensator 64 wird eine positive Rückkopplung über den Komparator 60 bewirkt, um zu veranlassen, daß das Ausgangssignal des Komparators 60 der Emitterspannung des Transistors 52 und damit der Spannung auf der Leitung 14 folgt. Sobald die Leitungsspannung den zweiten Schwellwert erreicht, gibt der Komparator 60 den zweiten Nebenschlußkreis 28 frei, der in Fig. 2 durch Transistoren 66 und 68 und Widerstände 70 und 72 gebildet wird, um den Kondensator 20 für ein kurzes Intervall über die jeweilingen Strompfade zu entladen, die vom Basisemitterübergang des Transistors 52 und des Widerstands 54, die Basisemitterübergänge der Transistoren 66 und 68, die Widerstände 70 und 72, die Last 26 und die Widerstände 56 und 58 gebildet werden. Auf der Grundlage der Entladungsperiode des Kondensators 20 und der zugehörigen Entladestrecken ist die Schaltfrequenz schneller als die LR-Charakteristik des Stromwandlers und der Lastkreise. Wenn somit ein Schaltvorgang stattfindet, wird das elektromagnetische Verhalten nicht nachteilig beeinflußt.
Als Beispiel können die folgenden Werte für die in Fig. 2 gezeigten Komponenten in Betracht gezogen werden: Die Widerstände 54, 56, 58 61, 62, 70 und 72 haben die Werte 20, 100k, 10k, 47k, 100k, 1,8k bzw. 1,8k Ohm, und die Kondensatoren 20 und 64 haben die Werte 100 mF und 2200 pF. Zusätzlich sei angenommen, daß die Zenerdiode 50 eine Durchbruchspannung von 12 V hat, und daß die Transistoren 52, 56 und 68 vom Typ TIP41, 2N3904 bzw. TIP142 sind. Der Komparator 60 kann durch Verwenden eines üblichen Funktionsverstärkerkreises vom Typ LM358 implementiert werden.
Bevor bei diesem Beispiel Überstrom auf der Leitung 14 erzeugt wird, ist das Ausgangssignal des Komparators 60 in seinem logischen L-Zustand, und die Transistoren 52, 66 und 68 bilden von der Leitung 14 aus keinen Nebenfluß. Folglich ist die Spannung am Emitter des Transistors 52 etwa auf dem Pegel des neutralen Anschlusses 24. Wenn der Überstrom den Kondensator 20 soweit auflädt, daß die Durchbruchspannung der Zenerdiode 50 erreicht wird, beginnt der Transistor 52, den Strom von der Leitung 14 aus nebenzusch ließen, so daß der Pegel der Bezugsspannung der Widerstände 56 und 58 mit einem Zehntel der Rate der Spannung am Emitter des Transistors 52 fällt. Das Ausgangssignal des Komparators 60 bleibt niedrig, bis die Leitungsspannung die Spannung am Emitter des Transistors 52 veranlaßt, die Bezugsspannung zu überschreiten, zu welchem Zeitpunkt das Ausgangssignal des Komparators 60 auf den H-Zustand übergeht.
Sobald das Ausgangssignal des Komparators 60 hoch ist, zieht der Transistor 68 Strom aus der Leitung 14, so daß sich die Spannung am Kondensator 20 von der Leitung 14 aus auf der Kathodenseite der Diode 18 über den Transistor 66 und die Widerstände 70 und 72, den linearen Nebenschlußkreis 22, die Last 16 und den Schaltkreis 26 langsam entlädt. Die Entladungsrate wird im wesentlichen von der RC- Zeitkonstante dieser Komponenten bestimmt. Die Sperrdiode 18 verhindert, daß der Transistor 68 den Kondensator 20 entlädt, so daß das Ausgangssignal des Komparators 60 während der vorgeschriebenen Zeitperiode hoch bleibt. Die RC- Zeitkonstante, die vom Widerstand 62 und vom Kondensator 64 bestimmt wird, bestimmt auch die Frequenz, mit der das Ausgangssignal des Komparators 60 vom L- in den H-Zustand übergeht, wenn man einen stabilen Strom in der Leitung 14 annimmt.
Es ist auch wichtig, zu beachten, daß eine vernachlässigbare Menge Wärme vorhanden ist, die von dem Linearstromregelkreis 22 erzeugt wird, und daß kein Störsignal vom zweiten Nebenschlußkreis 28 aus bei niedrigen Strompegeln unterhalb des Schaltpegels erzeugt wird. Die Verlustwärme kann außer Betracht bleiben, da der Transistor 52 nur erforderlich ist, um die niedrigen Strompegel der Leitung 14 nebenzuschließen, und sein zugehöriger Nebenschlußpfad wird vom Widerstand 54 gebildet, der z.B. einen relativ kleinen Wert von z.B. 20 Ohm hat.
Das Fehlen von Störsignalen ist eine Folge der Banbreite der Stromwandler und der Hysterese, die selektiv gesteuert wird, um eine Frequenzübergangsrate am Ausgang des Komparators 60 zu haben. Diese Frequenz ist relativ schnell, so daß die erzeugten Störsignale über die Bandbreite der Stromwandler begrenzt werden. Daher wird das Störsignal problem, das bei vielen bekannten geschalteten Nebenschlußstromregelkreisen auftrift, verringert.
Durch Verwendung des linearen Nebenschlußregelkreises 22 für niedrigen Strompegel und selektives Freigeben des zweiten Nebenschlußkreises 28 zum Nebenschluß von Strom mit höherem Pegel nur für kurze Intervalle und mit relativ hoher Frequenz können daher die Störsignal- und Wärmeprobleme des Standes der Technik vermieden werden.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wurde das Grundblockschaltbild der Fig. 1 modifiziert, um eine isolierte Solenoidauslösespannung hohen Pegels (als "VT" bezeichnet) am Kondensator 78, eine externe Energiequelle 80 und einen zugehörigen Netzspann ungsbegrenzer 82 zu umfassen. Die Energiequelle 12 ist die primäre Energiequelle und die externe Energiequelle 80 ist eine optionale sekundäre Energiequelle. Beide speisen einen Spannungsregler 83, und nur die Energiequelle 12 speist den Kondensator 78. Der Netzspannungsbegrenzer 82 wird dazu verwendet, zu verhindern, daß die Spannung, die von der externen Energiequelle 80 geliefert wird, den zweiten Nebenschlußkreis 28' aktiviert.
Die Auslösespannung VT ist von der Spannung am Kondensator 20' durch einen Kreis 84 mit einer Diode 86, einem Schmidt-Trigger 88 und einem Schalter 90 isoliert. Allgemein arbeitet der Kreis 84 beim Einschalten, indem sich der Kondensator 78 auf einen hohen Spannungspegel (z.B. 20 v) aufladen kann, zu welchem Zeitpunkt der Pfad von der Stromquelle 12 aus von dem zum Kondensator 78 führenden Pfad auf den zum Kondensator 20' führenden Pfad umgeschaltet wird. Dies wird über den Schalter 90 und dadurch erreicht, daß der Spannungspegel am Kondensator 20' unter dem Spannungspegel am Kondensator 78 gehalten wird, so daß die Diode 86 den vom Kondensator 78 zum Kondensator 20' fließenden Strom sperrt. Der erste und der zweite Nebenschlußkreis 22' und 28' werden dazu verwendet, den Spannungspegel am Kondensator 20' zu kontrollieren und aufrechtzuerhalten, so daß er den kritischen Pegel nicht überschreitet.
Bei Auslöseranwendungsfällen, bei denen Stromwandler als Quelle 12 verwendet werden, erfordert diese Implementierung, daß die Stromwandler mit dem Hochspannungspegel am Kondensator 78 nur für den kurzen Moment gekoppelt werden, der erforderlich ist, um den Kondensator 78 auf den vorgeschriebenen Pegel zu laden. Sobald der Pfad vom Schalter 90 geschaltet wird, werden die Wandler mit dem relativ niedrigen Spannungspegel am Kondensator 20' gekoppelt. Somit koppelt wie beim idealen Zustand das System die Stromwandler mit einer relativ niedrigen Spannung während des normalen Betriebs, und baut einen hohen Energiepegel schnell beim Einschalten auf, so daß das Auslösesolenoid sofort nach Ermittlung eines ungewollten Fehlerzustandes erregt werden kann, und es tritt kein nachteiliger Effekt der elektromagnetischen Eigenschaften der Stromwandler auf.
In Fig. 4 ist der Auslöseranwendungsfall, auf den oben Bezug genommen wurde, in detaillierter, schematischer Form gezeigt. Da dies Schaltungsimplementierung der Fig. 4 eine Modifikation der Schaltung der Fig. 2 ist, sind gemeinsame Komponenten unter Verwendung gemeinsamer Bezugsziffern bezeichnet.
Der Netzspannungsbegrenzer 82 hat eine Zenerdiode 90, die eine 9,1 V Grenze liefert, so daß die 10 V Zenerdiode 50' und daher der zweite Nebenschlußkreis 28' von der externen Energiequelle 80 nicht beeinflußt werden. Als Teil des Netzspannungsbegrenzers 82 sind auch ein 120 Ohm Widerstand 92 und eine Diode 94 vorhanden. Der Widerstand 92 begrenzt den von der externen Energiequelle 80 aus fließenden Strom, und die Diode 94 bewirkt die Sperrung des Stromes, der sonst von den Stromwandlern 32, 34, 36 und 38 zur Zenerdiode 90 fließen könnte.
Der erste Nebenschlußkreis 22' und der zweite Nebenschlußkreis 28' der Fig. 4 arbeiten in im wesentlichen der gleichen Weise wie die entsprechenden Nebenschlußkreise 22 und 28 der Fig. 2, wobei der Schaltkreis 26' dieselbe Schaltfunktion für den zweiten Nebenschlußkreis 28' erzeugt, wie zuvor für die vergleichbaren Kreise 26 und 28 der Fig. 2 beschrieben wurde. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 sind die in diesem Teil des Schaltbildes dargestellten Komponenten: der 100 mF Kondensator 20', die 1 kOhm Widerstände 98, 104 und 112, der 10 Ohm Widerstand 100, der 10 kOhm Widerstand 102, der 0,0022 uF Kondensator 106, der 820 kOhm Widerstand 108 und der 0,001 µF Kondensator 110.
Die Last, der die im Kondensator 20' der Fig. 4 gespeicherte Energie zugeführt wird, ist der Spannungsregler 83, der dazu verwendet wird, die Betriebsspannung (z.B. +5 Volt) dem Mikrocomputer 48 und den anderen digitalen Kreisen, die einen Teil des Auslösesystems bilden, zu liefern. Die übliche unterstützende Schaltungsanordnung, die dem Spannungsregler 83 typischerweise zugeordnet ist, wird nicht als Teil der vorliegenden Erfindung angesehen, und ist daher nicht gezeigt.
Nunmehr auf den Strompfad von den Stromwandlern 32, 34, 36 und 38 zum Kondensator 78 (als zwei parallele uF Kondensatoren 120 und 122 gezeigt) Bezug nehmend wird die Auslösespannung VT am Kondensator 78 beim Einschalten über die Sperrdiode 123 schnell aufgebaut. Der Durchbruchschwellwert einer Zenerdiode 124 wird duf einem vorgeschriebenen Pegel so gewählt, daß der Strompfad von den Stromwandlern 32, 34, 36 und 38 zum Kondensator 78 unterbrochen wird, wenn die Sollauslösespannung erreicht wird. Z.B. ist eine Durchbruchspannung einer Zenerdiode 124 bei 19 V und eine Sollauslösespannung von 20V akzeptabel, um das Solenoid 128 zu schalten, das vom Mikrocomputer 38 über einen passiven Tiefpaßfilterkreis 130 und einem Schalter 132 aktiviert wird.
Sobald der Schwellwertpegel der Zenerdiode 124 erreicht ist, leitet die Zenerdiode 124 Strom und aktiviert über einen 10 kOhm Vorspannungswiderstand 36 einen Transistor 138. Der Transistor 138 und ein weiterer Transistor 140 sind so angeordnet, daß sie als Schmidt-Trigger wirken, der wiederum FETs 142 und 144 aktiviert. Die Schmidt-Triggeranordnung enthält auch einen 470 Ohm Widerstand 150, einen 10 kOhm Widerstand 152, einen 33 k Widerstand 154 und einen 10 kOhm Widerstand 154.
In Abhängigkeit von der Aktivierung des FETs 144 wird dem Kondensator 20' über den Strompfad von den Stromwandlern 32, 34, 36 und 38 aus Energie zugeführt, so daß der Spannungsregler 83 aktiviert wird. Verwendet man z.B. einen Durchbruchschwellwert der Zenerdiode 124 bei 19 V und eine Sollauslösespannung von 20 V, ist die analoge Spannung ("Va") am Kondensator 20' nominell 12 V, was für einen Treiberspannungsregler mit 5 V-Ausgang (z.B. einem Regler des Typs LM2950) ausreichend ist.
Die analoge Spannung Va wird dann vom ersten und zweiten Nebenschlußkreis 22' und 28' geregelt, wie zuvor beschrieben wurde, wobei der zweite Nebenschlußkreis 28 den Überstrom direkt von der Stromquelle 12 aus nebenschließt. Wenn die Auslösespannung Va 1 unter den Zenerschwellwertpegel der Zenerdiode 124 fällt, wird der Strom von den Stromwandlern wieder zum Kondensator 78 geleitet.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, daß zahlreiche Änderungen möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu überschreiten, der in den folgenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Auslöser-Netzgerät mit einer Schaltungsanordnung zum Regeln des Speisestromes in einem ersten Strompfad von einem Stromwandler (32, 34, 36, 38) zu einem Auslösespannungskondensator (78) und in einem zweiten Strompfad (14) vom Stromwandler (32, 34, 36, 38) zu einem Spannungsregelkreis (83), umfassend:

eine Einrichtung (86, 90) zur Verbindung des Auslösespannungskondensators (78) mit dem ersten Strompfad derart, daß der Stromwandler (32, 34, 36, 38) den Auslösespannungskondensator (78) auf einen ersten vorbestimmten Spannungspegel lädt;

einen Netzkondensator (20'), der mit dem zweiten Strompfad (14) und einem Eingang des Spannungsregelkreises (83) verbunden ist;

eine Stromnebenschlußeinrichtung (22', 28'), die mit dem zweiten Strompfad (14) zum Nebenschließen des Stromes, der vom Stromwandler (32, 34, 36, 38) zum Netzkondensator (20') fließt, derart verbunden ist, daß während des normalen Betriebs der Netzkondensator (20') auf einen zweiten vorbestimmten Spannungspegel geladen wird, der niedriger als der erste vorbestimmte Spannungspegel ist;

eine Freigabeeinrichtung, die auf den Auslösespannungskondensator (78) anspricht, der auf den ersten vorbestimmten Spannungspegel geladen wird, um es dem Speisestrom zu ermöglichen, vom Stromwandler (32, 34, 36, 38) zum Netzkondensator (20') über den zweiten Strompfad (14) zu fließen; und

eine Isoliereinrichtung (84, 90), die zwischen den Auslösespannungskondensator (78) und den Netzkondensator (20') geschaltet ist und auch auf den Auslösespannungskondensator (78) anspricht, der auf den ersten vörgeschriebenen Spannungspegel aufgeladen wird, um die Energie auf dem Auslösespannungskondensator (78) vom Stromwandler (32, 34, 36, 38) zu isolieren.

2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin ein Solenoid (28) aufweist, das mit dem Auslösespannungskondensator (78) verbunden ist, und eine Solenöidsteuereinrichtung (122), um die vom Auslösespannungskondensator (78) gespeicherte Energie auf das Solenoid (28) zu übetragen.

3. Netzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solenoidsteuereinrichtung (132) weiterhin eine Einrichtung aufweist, die auf den Stromwandler (32, 34, 36, 38) anspricht, um zu bestimmen, ob der Speisestrom eine vorbestimmte Auslösecharakteristik überschritten hat.

4. Netzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromnebenschlußeinrichtung außerdem einen ersten Nebenschlußkreis (22') aufweist, der auf den Versorgungsstrom anspricht und einen Pegel im Versorgungssttrom ermittelt, der einen ersten Schwellwert überschreitet, sowie eine Einrichtung aufweist, die auf den den ersten Schwellwert überschreitenden Pegel anspricht, um Ströme niedrigen Pegels des Strompfades im Nebenschluß zu führen.

5. Netzgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen zweiten Nebenschlußkreis (28') aufweist, der Ströme hohen Pegels des Versorgungsstromes im Nebenschluß führt, und einen Schaltkreis (26'), der auf den ersten Nebenschlußkreis (22') anspricht, um den zweiten Nebenschlußkreis (28') für kurze Intervalle freizugeben, wenn der Pegel des Versorgungsstromes, der den ersten Schwellwert überschreitet, auch eine vorbestimmte Bezugsspannung überschreitet.

6. Netzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzrichnet, daß es weiterhin ein externes Netzgerät (80) aufweist, das so ausgebildet ist, daß es dem Netzkondensator (20') Energie zuführt.

7. Netzgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Netzgerät (18) so ausgebildet ist, daß es dem Auslösespannungskondensator (78) keine Energie zuführt.

8. Netzgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen Spannungsbegrenzerkreis (82) aufweist, der zwischen das externe Netzgerät (80) und dem Netzkondensator (20') geschaltet ist, um zu verhindern, daß die Spannung des Netzkondensators (20') auf einen Spannungspegel ansteigt, der größer als der zweite vorbestimmte Spannungspegel ist.