JP2015521017A - ２ポートネットワークとしてのエネルギー供給モジュール、そのエネルギー供給モジュールにおける分離装置の使用、及びそのエネルギー供給モジュールを動作させる方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電源（４）へ接続するための入力ゲート（２）と、無停電電源としての出力ゲート（３）とを備え、その入力ゲート（２）及び出力ゲート（３）は、電気的分離装置（６）を経て分離可能にスルー接続され、補助的なエネルギー源（１０）が入力ゲート（２）及び出力ゲート（３）に並列に接続されるか又は接続することができ、更に、分離装置（６）は、補助的なエネルギー源（１０）と入力ゲート（２）との間に位置され、分離装置は、２つのトランジスタ（１５）及び２つのダイオード（１６）を有する回路構成体を備え、トランジスタ（１５）は、直列に逆に接続され、そしてダイオード（１６）は、そのダイオードの電流の方向とは反対に各トランジスタ（１５）に接続される、エネルギー供給モジュール（１）に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源に接続するための入力ゲートと、無停電電源としての出力ゲートとを備え、その入力ゲート及び出力ゲートは電気的分離装置を経て分離可能にスルー接続され、補助的なエネルギー源が入力ゲート及び出力ゲートに並列に接続されるか又は接続することができ、更に、分離装置が補助的なエネルギー源と入力ゲートとの間に位置されたエネルギー供給モジュールに関する。又、本発明は、そのようなエネルギー供給モジュールにおける分離装置の使用と、そのようなエネルギー供給モジュールを動作させる方法にも関する。

この形式のエネルギー供給モジュールは、その入力ゲートが、電源から給電される電源ラインに接続され、エネルギー供給モジュールの出力ゲート後に位置する電気負荷（ｃｏｎｓｕｍｅｒ）は、電源が停電した場合に、エネルギー供給モジュールによってエネルギーが供給される。電源とエネルギー供給モジュールの入力ゲートとの間で電源ラインに接続された電気負荷は、その電気負荷の位置のために電源によって給電されるだけである。従って、２つの電源をそれに対応する電源ラインと共に設ける必要なく、電源が停電した場合に動作を維持しなくてよい電気負荷と、動作を継続すべき電気負荷との間を容易に区別することができる。従って、エネルギー供給モジュールは、小さな補助的なエネルギー源と共に簡単に形成することができる。というのは、電源に接続された電気負荷のうちの幾つかに電力を供給すればよいからである。

エネルギー供給モジュールを無停電電源として機能させ、電源が停電した場合に入力側で電源からエネルギー供給モジュールを分離するために分離装置が必要である。従って、出力ゲートに接続された電気負荷は、補助的なエネルギー源によって給電され、エネルギー供給モジュールからの電流が他の電気負荷へ分配されることはない。

従来、分離装置は、例えば、ダイオードとして形成される。電源が停電した場合には、ダイオードは、補助エネルギー源からの電流が電源の方向に、即ち電力がまだ供給されるべきでない電気負荷へ流れるのを自動的に防止する。しかしながら、ダイオードに約０．７Ｖの電圧降下が生じ、それに対応するロスをダイオードに招く。ダイオードは、入力ゲート及び出力ゲートの自動的な分離を行う。

このロスを減少するため、分離装置に、コントロール装置により作動されるトランジスタを形成することも知られている。電源の停電がコントロール装置により識別されるや否や、トランジスタがブロッキング的に接続され、電源とエネルギー供給モジュールの出力ゲート又は補助電流源との間に電流が流れるのを防止する。動作中、分離装置のロスは、電界効果トランジスタの使用により更に減少される。というのは、電力ロスは、ドレイン・ソース抵抗のみに依存し、この抵抗が電界効果トランジスタの場合に比較的小さいからである。この原理は、同期整流に対応する。そのようなトランジスタをもつ分離装置の実施形態では、入力電圧又は非常に誘導性の電源が変動する場合に、エネルギー供給モジュールの補償電流を抑制するためにトランジスタを迅速に接続することが必要である。例えば、接続された電気負荷の負荷が変化することによる高調波の発生は、一時的な電圧変化も引き起こし、トランジスタの迅速な接続を必要とする。それ故、エネルギー供給モジュールを動作させる方法は、分離装置の迅速な接続を頻繁に要求し、動作が複雑になる。

以上に述べたエネルギー供給モジュールの欠点は、電源によって与えられる入力電流の限界がないことである。出力側に短絡が生じると、全入力エネルギーが分離装置を経て誘導され、これは、著しいロスを意味する。特に、激しい短絡の場合には、入力ゲートに残る電圧が低くなって、エネルギー供給モジュールの入力ゲートと電源との間の電気負荷は、もはやエネルギーが供給されず、スイッチオフとなる。電界効果トランジスタの動作電圧もブレークダウン（ｂｒｅａｋ ｄｏｗｎ）し、もはやこのトランジスタを完全に接続するに充分な高さではなくなる。

電界効果トランジスタとダイオードを組み合わせて有する分離装置を使用すると、又はその直線的な動作においても、大きなロスが生じて、冷却の需要が増大する。

それ故、上述した従来技術に鑑み、本発明の目的は、前記形式のエネルギー供給モジュールであって、特に分離装置に生じるロスが低く、入力電圧が低下したときに分離装置の迅速及び／又は自動的な作動を生じさせると共に、前記エネルギー供給モジュールの入力ゲート側への、前記エネルギー供給モジュールの出力ゲート側に対する停電のフィードバック作用を防止するエネルギー供給モジュールを提供することである。加えて、分離装置の簡単且つ効率的な作動を可能にするエネルギー供給モジュールの動作方法も提供することである。

この目的は、本発明に基づいて、独立請求項の特徴により達成される。本発明の効果的な実施形態は、従属請求項に規定される。

本発明によれば、電源へ接続するための入力ゲートと、無停電電源としての出力ゲートとを備え、その入力ゲート及び出力ゲートは電気的分離装置を経て分離可能にスルー接続され、補助的なエネルギー源が入力ゲート及び出力ゲートに並列に接続されるか又は接続することができ、分離装置は、補助的なエネルギー源と入力ゲートとの間に位置され、更に、分離装置は、２つのトランジスタ及び２つのダイオードを有する回路構成体を備え、それらトランジスタは、互いに直列に逆に接続され、そしてダイオードは、そのダイオードの電流の方向とは反対に各トランジスタに接続されるエネルギー供給モジュールが提供される。

従って、本発明の基本的概念は、２つのトランジスタ及びダイオードを含む回路構成体を使用して、ロスが低く且つ入力ゲートの電流を制限する分離装置を形成するというものである。

一方では、エネルギー供給モジュールがその入力ゲートを経て接続される電源の過負荷が防止され、そして他方では、電源と入力ゲートとの間に接続された電気負荷にエネルギー供給モジュールの出力ゲートにおいて停電の場合にエネルギーが供給され続けて前記電気負荷の動作を維持することが保証される。従って、エネルギー供給モジュールも、電気負荷として入力側でエネルギーが連続的に供給されて、分離装置の動作を維持することができる。というのは、電界効果トランジスタの作動電圧も維持されてそれらを完全に接続するからである。分離装置は、入力ゲート及び／又は出力ゲートにおいて電圧変動に迅速に応答して、信頼性のあるエネルギー供給モジュールが形成されるようにする。回路構成体は、互いに直列に逆に接続されたトランジスタにより４つの異なる動作モードで動作される。両方向ブロッキングモードでは、両トランジスタがブロッキング機能を遂行し、２つのダイオードを経て電流が流れない。両方向導通モードでは、両トランジスタが導通接続され、分離装置に流れる電流が低いロスで両方向に通流可能となる。この場合には、電流は、トランジスタを経て流れ、ダイオードを経て流れるのではない。一方向導通モードでは、トランジスタの一方が導通接続され、他方がブロックされる。従って、電流の流れは、ブロックされたトランジスタとは逆に配置されたダイオーの電流方向に、このダイオード及び他のトランジスタを経て、与えられる。従って、回路構成体は、入力電流を遮断することができる。回路構成体を横切って既定ピーク電流を越えると、出力ゲートに接続された電気負荷をスイッチオフすることができる。ソフトスタート又はホットプラグ動作も可能である。分離装置は、エネルギー供給モジュールにおいて入力ゲートのいずれかのコンタクトに配置される。トランジスタの直列逆接続のために、回路構成体は、エネルギー供給モジュールにおいて任意に配列及び配置することができる。例えば、補助エネルギー源は、バッテリである。

本発明の好ましい実施形態によれば、トランジスタは、バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタとして形成される。トランジスタの選択は、回路構成体とは原理的には無関係であり、バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタ（ＦＥＴと短縮される）を伴う構成を実施することができる。バイポーラトランジスタは、ＮＰＮ又はＰＮＰの両方を選択できる。従って、電界効果トランジスタは、Ｎチャンネル又はＰチャンネルＦＥＴの両方として形成される。分離装置については、トランジスタがそのドレインにおいて接続されるか又はソースにおいて接続されるか無関係である。

本発明の更に別の実施形態によれば、補助エネルギー源は、充電型エネルギー源であり、そしてエネルギー供給モジュールは、入力ゲートを経てエネルギー蓄積部を充電するように構成される。従って、エネルギー供給モジュールは、更に別の電源を接続したりエネルギー蓄積部を交換したりする必要なく、自律的に動作することができる。従って、エネルギー蓄積部を充電及び／又は放電して、充電又は放電電流を各々制限し、及び／又は既定のエネルギー備蓄が不充分である場合にエネルギー蓄積部の放電を終了させるために、充電装置又は放電装置を設けることができる。分離装置の電流制限のため、エネルギー供給モジュールの入力ゲートに接続された電気負荷に対するフィードバック作用が充電プロセス中に防止される。又、出力ゲートに接続された電気負荷に対するフィードバック作用も、充電装置により防止される。

本発明の効果的な実施形態によれば、エネルギー供給モジュールは、スイッチング装置と、このスイッチング装置を作動するコントロール装置とを備え、エネルギー蓄積部は、スイッチング装置を経て入力ゲート及び出力ゲートと並列に接続される。スイッチング装置は、エネルギー蓄積部と入力ゲート及び／又は出力ゲートとを接続し又は分離し、これにより、エネルギー蓄積部を必要に応じて接続及び分離することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、スイッチング装置は、２つのトランジスタ及び２つのダイオードを含む回路構成体を備え、それらトランジスタは、互いに直列に逆に接続され、そしてダイオードは、そのダイオードの電流方向に対して反対に各トランジスタに接続される。従って、スイッチング装置は、前記分離装置と同じ構造を有し、それ故、スイッチング装置の機能に関してそれ以上詳細に説明しない。

本発明の更に別の実施形態によれば、エネルギー供給モジュールは、スイッチング装置と並列に配置された充電ユニットを有する。従って、充電ユニットにより、必要に応じてエネルギー蓄積部を充電し、出力ゲートに接続された顧客の事柄のもとで、例えば、エネルギー供給モジュールの電力備蓄に依存する仕方で、充電を遂行することができる。このため、スイッチング装置を中断状態に接続しなければならない。

本発明の更に別の実施形態によれば、充電型エネルギー蓄積部は、複数のキャパシタをもつキャパシタモジュールである。この形式のキャパシタモジュールは、応答時間が短く、エネルギー供給モジュールの出力ゲートに接続された電気負荷は、電源の停電の場合に、急速に給電を続けることができる。

本発明の効果的な実施形態によれば、キャパシタは、電解キャパシタ及び／又は二重層キャパシタとして形成される。

本発明の効果的な実施形態によれば、充電型エネルギー蓄積部は、アキュムレータである。特に、アキュムレータは、鉛又はリチウムアキュムレータとして形成される。この形式のアキュムレータは、高い蓄積容量をもち高い費用効果で形成される。そのようなアキュムレータの取り扱いは、長時間にわたり充電電圧から分離されても、その電荷が維持されるという点で、好ましいものである。リチウムイオン又はリチウムポリマーアキュムレータの使用が特に好ましい。

補助エネルギー源は、ほとんど努力せずに設置できるコンパクトなエネルギー供給モジュールを形成するためにエネルギー供給モジュールと一体的に形成することができる。或いは又、補助エネルギー源は、個別のコンポーネントとして形成され、そしてエネルギー供給モジュールは、補助エネルギー源を接続するための電気的コンタクトを含み、これにより、補助エネルギー源の簡単な交換及び高い融通性が保証される。

本発明の効果的な展開によれば、エネルギー供給モジュールは、その出力ゲートに出力電圧を与えるように構成され、補助エネルギー源は、出力電圧とは異なる補助電圧を与えるように構成され、そしてエネルギー供給モジュールは、出力電圧に対して補助電圧を調整するために補助電圧調整装置を有する。従って、任意の補助電圧を伴う補助エネルギー源を、エネルギー供給モジュールと共に又はその中に使用して、その融通性を高めることができる。補助電圧調整装置は、補助エネルギー源と一体的に形成することができる。コンバータステップとしての補助電圧調整装置は、出力電圧及び補助電圧に基づくステップアップ又はステップダウンコンバータとして形成される。この形式のコンバータステップは、降圧コンバータ又は昇圧コンバータとして構成され、そして当業者に知られたものである。補助電圧調整装置は、前記スイッチング装置と一体的に形成されるのが好ましい。特に、補助電圧は、例えば、化学的エネルギー蓄積部を放電するときに可変であり、出力電圧の一定値に変換することができる。

本発明の更なる効果的な展開によれば、エネルギー供給モジュールは、その入力ゲートの入力電圧で動作するよう構成され、補助エネルギー源は、入力電圧とは異なる充電電圧で充電するように構成され、そしてエネルギー供給モジュールは、充電電圧に対して入力電圧を調整するために充電電圧調整装置を有する。従って、任意の充電電圧を伴う充電型補助エネルギー源を、エネルギー供給モジュールと共に又はその中に使用して、その融通性を高めることができる。充電電圧調整装置は、補助エネルギー源と一体的に形成される。コンバータステップとしての充電電圧調整装置は、出力電圧及び充電電圧に基づくステップアップ又はステップダウンコンバータとして形成される。この形式のコンバータステップは、降圧コンバータ又は昇圧コンバータとして構成され、そして当業者に知られたものである。充電電圧調整装置は、前記スイッチング装置と一体的に形成されるのが好ましい。充電電圧調整装置は、更に、補助電圧調整装置と一体的に形成されるのが好ましい。充電電圧及び補助電圧は、同一であるのが好ましいが、異なってもよい。特に、充電電圧は、例えば、化学的エネルギー蓄積部の場合に充電プロセスを最適化するために可変である。

本発明の効果的な展開によれば、エネルギー供給モジュールは、それと並列に分離装置と出力ゲートとの間に接続されたキャパシタを含む。このキャパシタは、高い蓄積容量を有し、そして入力電圧が降下した場合に出力ゲートに接続された電気負荷のエネルギー需要を迅速にカバーするように構成される。それ故、入力電圧が降下した場合には、分離装置の迅速な作動が必要となる。

又、本発明は、２つのトランジスタ及び２つのダイオードを含み、トランジスタは、互いに直列に逆に接続され、そしてダイオードは、そのダイオードの電流方向に対して反対に各トランジスタに接続される電気的分離装置を、エネルギー供給モジュールにおいて電源に接続するための入力ゲートと、無停電電源としての出力との間で使用し、その分離装置と出力ゲートとの間で入力ゲート及び出力ゲートに並列に補助エネルギー源が位置されたものにも関する。

又、本発明は、前記形式のエネルギー供給モジュールを動作させる方法にも関する。ここでは、分離装置は、入力電圧が出力電圧より限界値だけ高いときにトランジスタが入力ゲートから出力ゲートへの電流の方向に導通接続され、そしてその逆のことも生じるように作動される。

この作動は、容易に且つ時間の影響を受けないように実施することができる。それに対応するダイオードは、入力電圧と出力電圧との差が正であるが限界値より低いときに入力ゲートから出力ゲートへの電流方向で電流を誘導する。従って、エネルギー供給モジュールの動作は、既に保証される。入力電圧と出力電圧との差が限界値より大きいときには、発生するロスを減少すると共に、電流を引き継ぐために、トランジスタを導通接続することができる。出力電圧が再び上昇しそして電圧差が限界値より下がったときには、トランジスタがブロックされ、ダイオードが再び電流を誘導する。出力電圧が入力電圧より大きくなるや否や、ダイオードがブロックする。従って、エネルギー供給モジュールのこの作動は、分離装置を経て入力ゲートへ至る電流の流れを簡単且つ直接的な仕方で防止し、それにより、入力ゲートにおける電圧降下に自動的に及び効率的に応答することができる。トランジスタの接続は、時間の影響を受けず、そしてスイッチングプロセスの数は、限界値を越えるか又はそれを下回るときしか作動が生じない結果として減少される。

本発明の効果的な展開によれば、分離装置は、出力電圧がブレークダウンしたときには出力ゲートから入力ゲートへの電流方向にブロッキングされるべくトランジスタが接続されるように作動される。この作動は、例えば、短絡による出力ゲートの過負荷に対応する。この場合、分離装置は、入力ゲート及び出力ゲートを分離するように作動され、入力側での過負荷のフィードバック作用が防止される。分離は、入力ゲートからエネルギー供給モジュールへの方向のみに実施される。従って、この保護は、出力ゲートから入力ゲートへの電流方向にトランジスタが迅速に作動するだけで実施することができる。このトランジスタは、迅速なスイッチングプロセスを実施するように構成されるのが好ましい。

本発明の効果的な展開によれば、トランジスタが出力ゲートから入力ゲートへの電流方向にブロックされると、分離装置は、トランジスタが出力ゲートから入力ゲートへの電流方向に既定の頻度で導通接続されるように作動される。トランジスタの繰り返し接続により、出力ゲートに過負荷が依然存在するかどうかチェックされる。過負荷が克服されるや否や、エネルギー供給モジュールの動作が再スタートされる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

入力側及び出力側の配線と共に第１の実施形態による補助エネルギー源をもつ本発明のエネルギー供給モジュールを示す回路図である。 本発明の第１の実施形態による図１のエネルギー供給モジュールの分離装置を詳細に示す回路図である。 本発明の第１の実施形態による図２の分離装置を詳細に示す回路図である。 第１の実施形態の分離装置及びスイッチング装置の個々のトランジスタ及びダイオードの状態を示すテーブルである。 第１の実施形態のエネルギー供給モジュールの入力電圧及び出力電圧の差に基づく分離装置のトランジスタのスイッチ状態を一例として示す時間グラフである。 図２の分離装置を作動するためのＰＩＤコントローラの概略図である。 本発明の第２の実施形態によるエネルギー供給モジュールの分離装置を詳細に示す回路図である。 入力側及び出力側の配線と共に本発明の第３の実施形態による補助エネルギー源をもつエネルギー供給モジュールの回路図である。 本発明の第４の実施形態による補助エネルギー源をもつエネルギー供給モジュールの回路図である。 分離装置が詳細に示された図９のエネルギー供給モジュールの回路図である。 第５の実施形態によるエネルギー供給モジュールの回路図である。

図１から６は、本発明の第１の実施形態によるエネルギー供給モジュール１に関する。エネルギー供給モジュール１は、入力ゲート２及び出力ゲート３と共に構成される。入力ゲート２及び出力ゲート３は、電気分離装置６を経て分離可能にスルー接続される。入力ゲート２にまたがって入力電圧Ｕ_ＩＮが印加され、そして出力ゲート３にまたがって出力電圧Ｕ_ＯＵＴが印加され、そして前記電圧は、非分離状態では実質的に同じである。

エネルギー供給モジュール１は、必要に応じて補助エネルギー源１０を容易に交換できるように、電気的コンタクト９を経て補助エネルギー源１０に分離可能に接続される。補助エネルギー源１０は、この規範的実施形態では、充電型エネルギー蓄積部、特に、アキュムレータ１４として構成される。この補助エネルギー源は、コンタクト９を経て、入力ゲート２及び出力ゲート３と並列に分離装置６と出力ゲート３との間に接続される。補助エネルギー源１０とゲート２、３との間の接続にはスイッチング装置１１が導入され、このスイッチング装置により補助エネルギー源１０をゲート２、３から分離することができる。

別の実施形態では、エネルギー供給モジュール１は、補助エネルギー源１０と一体的に形成される。従って、コンタクト９は、補助エネルギー源１０を接続するための内部コンタクトとして形成される。その残りについては、エネルギー供給モジュール１の機能は、上述した別の実施形態と同じである。

分離装置６及びスイッチング装置１１の構造は以下で詳細に説明する。分離装置６及びスイッチング装置１１は、原理的には同じ構造であり、それ故、その構造は一緒に説明する。図２及び３に詳細に示されたこの規範的実施形態における分離装置６及びスイッチング装置１１は、各々、第１の規範的実施形態では電界効果トランジスタとして形成される２つのトランジスタ１５と、２つのダイオード１６とを含む。トランジスタ１５は、互いに直列に逆に接続され、ダイオード１６は、ダイオードの電流方向に対して反対に各トランジスタ１５に接続される。この規範的実施形態では、トランジスタ１５は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴとして形成されるが、別の実施形態では、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴの使用も考えられる。

エネルギー供給モジュール１は、更に、分離装置６及びスイッチング装置１１をコントロールするコントロール装置（図示せず）を備えている。このコントロール装置は、エネルギー供給モジュール１の入力ゲート２における入力電流及び／又は電圧Ｕ_ＩＮを検出し、そして入力ゲート２における電流及び／又は電圧が変動する場合に分離装置６を作動して、入力ゲート２を出力ゲート３から分離するように構成される。更に、コントロール装置は、入力ゲート２における電流及び／又は電圧が変動する場合に補助エネルギー源を経て出力ゲート３の出力電圧Ｕ_ＯＵＴを与えるためにスイッチング装置１１を作動するように構成される。更に、コントロール装置は、入力ゲート２を経てアキュムレータ１４を充電するように構成される。コントロール装置は、図６に示すＰＩＤコントローラ４０を含む。

分離装置６及びスイッチング装置１１は、図４のテーブルから明らかなように、コントロール装置により完全にブロックされるか、各々一方向に導通接続されるべく接続されるか、又は低いロスで両方向に導通接続される。そのテーブルにおいて、図２及び３に示された個々のトランジスタ１５及びダイオード１６は、各々、Ｖ１、Ｖ２及びＤ１、Ｄ２として区別される。その動作は、図５を更に参照して以下に詳細に述べる。

図１は、出力ゲート３を無停電電源として動作させるためにエネルギー供給モジュール１を接続状態で示している。エネルギー供給モジュール１は、電源ライン１９を経て電源２０に接続される。この電源２０は、直流を供給するように構成される。エネルギー供給モジュール１の入力ゲート２と電源２０との間には入力側負荷２１が更に接続され、そして出力ゲート３には出力側負荷２２が更に接続される。

コントロール装置は、電源２０が停電の場合に補助エネルギー源１０を経て出力側負荷２２のエネルギー需要をカバーするように構成される。ここでは、補助エネルギー源１０から入力ゲート２を経て電流が流れるのを防止すると共に、出力側負荷２２を中断なく動作させるために分離装置６が迅速にブロックすることが必要である。入力電圧Ｕ_ＩＮが変動する場合又は高い誘導性電源４を使用する場合の補償電流も抑制される。

コントロール装置は、電源２０が停電の場合にスイッチング装置１１を導通接続するように更に構成される。従って、補助エネルギー源１０は、出力側負荷２２に接続され、そして無停電電源のようにそこに給電する。従って、コンタクト９にまたがって印加される補助電圧が出力ゲート３に出力電圧Ｕ_ＯＵＴとして与えられる。従って、出力側負荷２２の動作が維持される。電源２０の正しい機能がコントロール装置により決定されるや否や、出力側負荷２２は、電源２０から分離装置６を経て再び給電され、そしてスイッチング装置１１は、補助エネルギー源１０を分離させる。スイッチング装置１１は、更に、電源２０で補助エネルギー源１０を充電するためにコントロール装置により作動される。

分離装置６の動作方法は、図４及び５を参照して以下に説明する。

ある動作状態では、入力電圧Ｕ_ＩＮが出力電圧Ｕ_ＯＵＴより大きくなる。従って、入力電圧Ｕ_ＩＮと出力電圧Ｕ_ＯＵＴとの間の差は、例えば、図５において時間１と２との間のように、限界値より高くなる。従って、トランジスタ１５は、両方とも、コントロール装置により導通接続され、そして分離装置６は、図４のテーブルに基づいて「両方向導通、低ロス」動作状態に位置される。

例えば、図５において時間２と３との間に示されたある動作状態では、入力電圧Ｕ_ＩＮが出力電圧Ｕ_ＯＵＴより大きい。しかしながら、入力電圧Ｕ_ＩＮと出力電圧Ｕ_ＯＵＴとの間の差は限界値より低い。従って、Ｖ２で示されたトランジスタ１５は、コントロール装置によりブロッキング的に接続される。電流は、Ｄ２で示されたダイオード１６に再び流れ、そして分離装置６は、図４のテーブルに基づいて「１２１から１２２への一方向導通」状態で動作される。

出力電圧Ｕ_ＯＵＴが入力電圧Ｕ_ＩＮより大きくなるや否や、Ｄ２で示されたダイオード１６が自動的にブロックし、そして入力ゲート２を通して入力側負荷２１及び電源２０の方向へ電流が流れることが防止される。例えば、これは、図５の時間３に関連している。

時間３に続いて、Ｖ１で示されたトランジスタ１５は、時間の影響を受けずにブロッキングとなるように接続される。従って、分離装置６は、図４のテーブルに基づき「両方向ブロッキング」動作状態にある。この状態は、図５の時間４の前に、コントロール装置により、Ｖ１で示されたトランジスタ１５の、時間の影響を受けない導通スイッチングによって、上述した「１２１から１２２への一方向導通」状態へと切り換えられる。

入力電圧Ｕ_ＩＮが再び出力電圧Ｕ_ＯＵＴより大きくなるや否や、電源２０から入力ゲート２を通して出力ゲート３の方向への電流の流れが、Ｄ２で示されたダイオード１５によって自動的に解放され、それ故、出力側負荷２２が電源２０により再び給電される。これは、例えば、図５の時間４に生じる。

入力電圧Ｕ_ＩＮと出力電圧Ｕ_ＯＵＴとの間の差が再び限界値より大きくなると、例えば、図５の時間７の場合のように、ロスを減少するために「両方向導通、低ロス」動作状態への切り換えが再びなされる。

図５に示す陰影付けされたエリアは、各々の場合に、上述したように、時間の影響を受けない動作状態への切り換えを表わす。

図５の時間１４において、出力側負荷２２により出力ゲート３に短絡が生じ、出力が過負荷となる。入力ゲート２における電圧降下を減少するために、Ｖ１で示されたトランジスタ１５がオープンし、電源２０からの電流の流れが分離装置６により中断される。Ｖ１で示されたトランジスタ１５がコントロール装置により迅速に作動することで、電源２０が保護され、入力側負荷２１は、電源２０により動作を続けることができる。分離装置６は、最初、テーブル４に基づき「１２２から１２１への一方向導通」機能を果たす。Ｖ２で示されたトランジスタ１５がコントロール装置により切断されると、分離装置６は、両方向ブロッキング的に動作する。

図５の時間１４に続いて、Ｖ１で示されたトランジスタ１５は、出力側負荷２２の振舞いを検査するためにコントロール装置により既定の頻度で導通接続される。ここで、Ｖ１で示されたトランジスタ１５は、低又は高周波数でクロックされる。短絡が克服されるや否や、出力側負荷２２を給電するためにエネルギー供給モジュール１の動作へ戻るよう切り換えがなされる。

コントロール装置による分離装置６の上述した動作と同様に、電源２０の停電が検出される。更に、スイッチング装置１１の作動により補助エネルギー源１０から出力側負荷２２を給電することは、この場合、コントロール装置によりスタートされる。停電の終了に続いて、スイッチング装置１１は、補助エネルギー源１０による出力側負荷２２の給電を終了するためにコントロール装置により作動される。

変更型エネルギー供給モジュール１の種々の実施形態について以下に述べる。変更型エネルギー供給モジュール１は、上述したエネルギー供給モジュールに実質的に対応し、それ故、各実施形態の相違のみについて以下に述べる。従って、同じ又は同様のコンポーネントについて同じ参照番号を使用する。

図７に示す第２の規範的実施形態は、分離装置６のトランジスタ１５及びスイッチング装置１１の実施形態だけが第１の実施形態と相違する。この規範的な実施形態では、トランジスタ１５は、ＮＰＮバイポーラトランジスタとして構成される。或いは又、ＰＮＰバイポーラトランジスタの使用も考えられる。

本発明の第３の規範的実施形態が図８に示されている。この第３の規範的実施形態は、付加的なキャパシタ８及び補助エネルギー源１０の実施形態だけが第１の実施形態と相違する。キャパシタ８は、分離装置６と出力ゲート３との間で入力ゲート２及び出力ゲート３に平行に位置される。補助エネルギー源１０は、より詳細には、キャパシタモジュール１３及びアキュムレータ１４を含む。キャパシタモジュール１３は、複数のキャパシタを含み（個々には示さず）、それらは、電解キャパシタ又は二重層キャパシタとして形成される。アキュムレータ１４は、この規範的実施形態では、鉛アキュムレータとして構成される。別の実施形態では、アキュムレータ１４は、リチウムアキュムレータとして構成される。

コントロール装置は、第３の規範的実施形態では、電源２０の停電の場合に、最初に、キャパシタ８を経て出力側負荷２２のエネルギー需要をカバーするように構成される。それ故、コントロール装置は、キャパシタ８から入力ゲート２を経て電流が流れるのを防止するために分離装置６を迅速に作動させる必要がある。従って、入力電圧Ｕ_ＩＮが変動する場合又は高い誘導性電源４を使用する場合のキャパシタ８を通る補償電流も抑制される。

第３の実施形態によれば、補助エネルギー源１０は、スイッチング装置１１により出力側負荷２２にも接続され、無停電電源のようにそれに給電する。従って、キャパシタ９にまたがって印加される補助電圧は、出力ゲート３に出力電圧Ｕ_ＯＵＴとして与えられる。従って、出力側負荷２２の動作は、維持される。電源２０の正しい機能がコントロール装置により決定されるや否や、スイッチング装置１１が再びスイッチして戻され、そして出力側負荷２２は、電源２０により給電される。更に、補助エネルギー源１０は、電源２０によりスイッチング装置１１を経て充電される。

第４の実施形態によるエネルギー供給モジュール１が図９及び１０に示されている。第４の実施形態のエネルギー供給モジュール１は、第３の実施形態に実質的に対応し、そしてスイッチング装置１１に並列に配置された充電ユニット１２を更に備えている。この充電ユニット１２は、入力ゲート２を経て補助エネルギー源１０を充電するのに使用される。コンタクト９にまたがって補助電圧が印加され、この補助電圧は、この規範的実施形態では、入力電圧Ｕ_ＩＮ又は出力電圧Ｕ_ＯＵＴに実質的に対応する。従って、入力電圧Ｕ_ＩＮのレベルは、補助エネルギー源１０を充電するための充電電圧、及び補助エネルギー源１０が放電した場合の補助電圧の両方として配送され、そして出力ゲート３に出力電圧Ｕ_ＯＵＴとして直接的に印加される。

図１１を参照して、本発明の第５の実施形態によるエネルギー供給モジュール１を説明する。図１１において、エネルギー供給モジュール１は、補助エネルギー源１０と、出力側に取り付けられた電気負荷２２と共に示されている。

第５の実施形態の補助エネルギー源１０は、補助電圧及びコンタクト９の充電電圧で動作するように構成され、その電圧は、入力電圧Ｕ_ＩＮ及び出力電圧Ｕ_ＯＵＴとは異なる。従って、充電ユニット１２は、補助エネルギー源１０を充電電圧に充電するため入力電圧Ｕ_ＩＮを調整する電圧コンバータとして構成された充電電圧調整装置３０を備えている。

エネルギー供給モジュール１は、更に、放電ユニット３１も備え、これは、第１の実施形態のエネルギー供給モジュール１のスイッチング装置１１を含み、エネルギー供給モジュール１内の同じ点に位置される。放電ユニット３１は、更に、補助電圧調整装置３２も備え、これは、スイッチング装置１１と直列接続され、そして補助電圧を出力電圧Ｕ_ＯＵＴへ調整するために電圧コンバータとして構成される。

１…エネルギー供給モジュール、２…入力ゲート、３…出力ゲート、６…分離装置、８…キャパシタ、９…コンタクト、１０…補助エネルギー源、充電型エネルギー蓄積部、１１…スイッチング装置、１２…充電ユニット、１３…キャパシタモジュール、１４…アキュムレータ、１５…トランジスタ、１６…ダイオード、１９…電源ライン、２０…電源、２１…入力側負荷、２２…出力側負荷、３０…充電電圧調整装置、３１…放電ユニット、３２…補充電圧調整装置、４０…ＰＩＤコントローラ、４２…陰影付けされたエリア、１２１…第１のスイッチコンタクト、１２２…第２のスイッチコンタクト。

Claims (16)

1. 電源（４）へ接続するための入力ゲート（２）と、無停電電源としての出力ゲート（３）とを備え、前記入力ゲート（２）及び前記出力ゲート（３）は、電気的分離装置（６）を経て分離可能にスルー接続され、補助エネルギー源（１０）が前記入力ゲート（２）及び前記出力ゲート（３）に並列に接続されるか又は接続されることができ、前記電気的分離装置（６）は、前記補助エネルギー源（１０）と前記入力ゲート（２）との間に位置される、エネルギー供給モジュール（１）において、
   前記電気的分離装置は、２つのトランジスタ（１５）及び２つのダイオード（１６）を有する回路構成体を備え、前記トランジスタ（１５）は、互いに直列に逆に接続され、ダイオード（１６）は、該ダイオードの電流方向とは反対に各トランジスタ（１５）に接続される、ことを特徴とするエネルギー供給モジュール（１）。
2. 前記トランジスタ（１５）は、バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタとして構成されることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
3. 前記補助エネルギー源（１０）は、充電型エネルギー蓄積部を含み、
   前記エネルギー供給モジュール（１）は、前記入力ゲート（２）を経て前記充電型エネルギー蓄積部を充電するように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
4. 前記エネルギー供給モジュール（１）は、スイッチング装置（１１）と、該スイッチング装置（１１）を作動するコントロール装置とを含み、前記充電型エネルギー蓄積部は、前記スイッチング装置（１１）を経て前記入力ゲート（２）及び前記出力ゲート（３）に並列に接続されることを特徴とする、請求項３に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
5. 前記スイッチング装置（１１）は、２つのトランジスタ（１５）及び２つのダイオード（１６）を有する回路構成体を備え、前記トランジスタ（１５）は、互いに直列に逆に接続され、前記ダイオード（１６）は、該ダイオードの電流方向とは反対に各トランジスタ（１５）に接続されることを特徴とする、請求項４に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
6. 前記エネルギー供給モジュール（１）は、前記スイッチング装置（１１）に並列に配置された充電ユニット（１２）を有することを特徴とする、請求項４又は５に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
7. 前記充電型エネルギー蓄積部は、複数のキャパシタを有するキャパシタモジュール（１３）を含むことを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
8. 前記キャパシタは、電解キャパシタ及び／又は二重層キャパシタとして構成されることを特徴とする、請求項７に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
9. 前記充電型エネルギー蓄積部は、アキュムレータ（１４）を含むことを特徴とする、請求項３〜８のいずれか１項に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
10. 前記エネルギー供給モジュール（１）は、その前記出力ゲート（３）に出力電圧（Ｕ_ＯＵＴ）を与えるように構成され、
    前記補助エネルギー源（１０）は、前記出力電圧（Ｕ_ＯＵＴ）とは異なる補助電圧を与えるように構成され、
    前記エネルギー供給モジュール（１）は、前記補助電圧を前記出力電圧（Ｕ_ＯＵＴ）に調整するために補助電圧調整装置（３２）を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
11. 前記エネルギー供給モジュール（１）は、その前記入力ゲート（２）において入力電圧（Ｕ_ＩＮ）で動作するように構成され、
    前記補助エネルギー源（１０）は、前記入力電圧（Ｕ_ＩＮ）とは異なる充電電圧で充電するように構成され、
    前記エネルギー供給モジュール（１）は、前記入力電圧（Ｕ_ＩＮ）を前記充電電圧に調整するために充電電圧調整装置（３０）を有することを特徴とする、請求項３と共に請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
12. 前記エネルギー供給モジュール（１）は、前記電気的分離装置（６）と前記出力ゲート（３）との間でそれらに並列に接続されたキャパシタを含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエネルギー供給モジュール（１）。
13. ２つのトランジスタ（１５）及び２つのダイオード（１６）を含み、前記トランジスタ（１５）は、互いに直列に逆に接続され、前記ダイオード（１６）は、該ダイオードの電流方向に対して反対に各トランジスタ（１５）に接続される、電気的分離装置（６）を、エネルギー供給モジュール（１）において電源（４）に接続するための入力ゲート（２）と、無停電電源としての出力ゲート（３）との間で使用し、前記電気的分離装置（６）と前記出力ゲート（３）との間で前記入力ゲート（２）及び前記出力ゲート（３）に並列に補助エネルギー源（１０）を配置するようにした、電気的分離装置の使用。
14. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエネルギー供給モジュール（１）を動作させる方法において、前記電気的分離装置（６）は、入力電圧（Ｕ_ＩＮ）が出力電圧（Ｕ_ＯＵＴ）より限界値だけ高いときに前記トランジスタ（１５）が前記入力ゲート（２）から前記出力ゲート（３）への電流方向に導通接続され、そしてその逆のことも生じるように作動されることを特徴とする、方法。
15. 前記電気的分離装置（６）は、前記出力電圧（Ｕ_ＯＵＴ）がブレークダウンしたとき前記トランジスタ（１５）が前記出力ゲート（３）から前記入力ゲート（２）への電流方向にブロッキング状態で接続されるように作動されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記トランジスタ（１５）が前記出力ゲート（３）から前記入力ゲート（２）への電流方向にブロッキングするのに続いて、前記電気的分離装置（６）は、前記トランジスタ（１５）が前記出力ゲート（３）から前記入力ゲート（２）への電流方向に既定頻度で導通接続されるように作動されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。

Images