DE3834867C1 - Circuit arrangement for the parallel connection of power supply devices - Google Patents

Circuit arrangement for the parallel connection of power supply devices

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Abstract

The circuit arrangement is intended to be used for connecting one or more power supply devices with common loads, without significant voltage drops and/or power losses taking place. For connecting power supply devices to loads, reverse-operated MOS field-effect transistors are used as transistors, the source-drain diodes of which produce decoupling in the blocked state. The control inputs of the transistors are, in each case, connected to the output of an operational amplifier which delivers a control voltage for the extremely-low ohmic switching of the corresponding transistor when it is recognised on its inputs that the voltage across the load is less than at the output of the corresponding power supply device. Lossless connection is achieved, and fast switching-off or switching-over is guaranteed in the event of a fault.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Parallelschaltung von Stromversorgungseinrichtungen in elektrischen oder elektronischen Anlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a circuit arrangement for parallel connection of power supply devices in electrical or electronic systems according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-PS 25 31 680 ist eine Schaltungsanordnung für die Sicherstellung der Stromversorgung von zentralen Einrichtungen in Fern­ sprechvermittlungsanlagen bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung werden bipolare Transistoren verwendet, deren Emitter-Kollektor-Strecken zwischen einer Spannungsquelle und einem zentralen Verbraucher angeordnet sind. Jeder Transistor wird durch zwei weitere Transistoren angesteuert, so daß ein Unterschied zwischen der Quellenspannung gegenüber der Verbraucherspannung feststellbar ist. Damit die Transistoren im durchgeschalteten Zustand nicht zu hochohmig sind, müssen sie in die Sättigung gesteuert werden. Hierzu sind relativ hohe Steuerströme notwendig, das Schaltverhalten wird dabei ungünstig beeinflußt. Außerdem ergibt sich im durchgeschalteten Zustand ein relativ hoher Spannungsabfall, welcher bei großen Verbraucherströmen eine hohe Verlustleistung verursacht. Durch den relativ hohen Spannungsabfall an der Schaltstrecke der Transistoren ergibt sich außerdem eine Schwellspannung, welche erst überschritten werden muß, wenn die Schaltungsanordnung ihre Umschaltefunktion oder Abschaltefunktion erfüllen soll. Da die Versorgungsspannung für elektronische Bauelemente meist mit engen Toleranzen genau festgelegt ist, müssen die Stromversorgungseinrichtungen eine um den Betrag des Spannungsabfalls höhere Spannung abgeben, damit am Verbraucher die notwendige Spannung zur Verfügung steht.From DE-PS 25 31 680 is a circuit arrangement for the assurance remote central power supply voice switching systems known. With this circuit arrangement bipolar transistors are used, whose emitter-collector paths between a voltage source and a central consumer are arranged. Each transistor is replaced by two more Transistors driven, so there is a difference between the source voltage compared to the consumer voltage can be determined. So that the transistors are not too high-impedance when switched on they have to be controlled into saturation. For this relatively high control currents are necessary, the switching behavior is adversely affected. It also results in the switched through Condition a relatively high voltage drop, which occurs with large consumer currents causes a high power loss. By the relatively high voltage drop across the switching path of the transistors there is also a threshold voltage which is only exceeded must be when the circuit arrangement its switching function or Shutdown function should fulfill. Because the supply voltage for electronic components mostly precisely defined with narrow tolerances is, the power supply equipment must be one by the amount of the voltage drop give higher voltage, so at the consumer the necessary tension is available.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung vorzustellen, welche bei extremen niederohmiger Verbindung zwischen Stromversorgungseinrichtungen und Verbraucher eine sichere Ent­ kopplung einer nicht einwandfrei arbeitenden Stromversorgungseinrichtung gewährleistet.Starting from the aforementioned prior art, it is an object of the invention to present a circuit arrangement which with extreme low-resistance connection between power supply devices and consumers a safe ent Coupling of a power supply device not working properly guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind Merkmale vorgesehen, wie sie im Patent­ anspruch 1 angegeben sind.To solve this problem, features are provided as in the patent claim 1 are specified.

Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß neben einer einwandfreien Entkopplung im ausgeschalteten Zustand durch die extrem niederohmige Schaltstrecke beim durchgeschalteten Transistor nur ein sehr geringer Spannungsabfall entsteht, der in Bezug auf die für elektronische Verbraucher angegebenen Toleranzen vernachlässigbar ist. Es wird mit dieser Schaltungsanordnung außerdem erreicht, daß die beim Durchschalten und bei der Steuerung für die Durchschaltung entstehende Verlustleistung auch bei relativ hohen Strömen gering ist. Die in den Unteransprüchen angegebenen Weiterbildungen der Erfindung geben vorteilhafte Eigenschaften bei verschiedenen Anwendungsfällen an.This is advantageously achieved in addition to a flawless Decoupling when switched off due to the extremely low impedance Switching distance only when the transistor is switched on very little voltage drop arises in relation to that for electronic Tolerances given to consumers are negligible. It is also achieved with this circuit arrangement that the during switching and in the control for switching Power loss is low even with relatively high currents. The developments of the invention specified in the subclaims give advantageous properties in various applications at.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is described below using a Drawing explained in more detail.

In der Zeichnung ist dargestellt, wie die Ausgänge von Stromversorgungseinrichtungen SV 1, SV 2 über MOS-Feld­ effekt-Transistoren T 1, T 2 mit mindestens einem gemeinsamen Verbraucher V verbunden sind. Die Transistoren T 1 und T 2 werden dabei invers betrieben. Dies ist für den durchgeschalteten Zustand unbedeutend, weil in jedem Fall eine extrem niederohmige Schaltstrecke vorliegt, wenn der Transistor T 1, T 2 durchgeschaltet ist. Im gesperrten Zustand der Transistoren T 1 und T 2 wirkt sich die im Transistor T 1, T 2 selbst vorhandene sogenannte sogenannte Source-Drain-Diode SD 1, SD 2 so aus, daß diese jeweils in Sperrichtung gepolt ist. Dadurch ist eine einwandfreie Entkopplung gegeben, wenn eine der Stromversorgungseinrichtungen SV 1, SV 2 durch Sper­ rung des zugeordneten Transistors T 1, T 2 abgeschaltet wird. Der niederohmige Ausgang von der abgschalteten Stromversorgungseinrichtung SV 1, SV 2 ist dann von der verbleibenden Stromversorgungseinrichtung SV 1, SV 2 so entkoppelt, daß keine zusätzliche Belastung auftritt.The drawing shows how the outputs of power supply devices SV 1 , SV 2 are connected via MOS field effect transistors T 1 , T 2 to at least one common consumer V. The transistors T 1 and T 2 are operated inversely. This is insignificant for the switched-on state, because in each case there is an extremely low-resistance switching path when the transistor T 1 , T 2 is switched through. In the blocked state of the transistors T 1 and T 2 , the so-called source-drain diode SD 1 , SD 2 present in the transistor T 1 , T 2 itself has the effect that it is polarized in the reverse direction. This ensures proper decoupling when one of the power supply devices SV 1 , SV 2 is switched off by blocking the associated transistor T 1 , T 2 . The low-resistance output from the switched-off power supply device SV 1 , SV 2 is then decoupled from the remaining power supply device SV 1 , SV 2 so that no additional load occurs.

Zur Steuerung eines jeden Transistors T 1, T 2 ist jeweils ein Operationsverstärker OP 1, OP 2 eingesetzt. Die Ausgänge dieser Operationsverstärker OP 1, OP 2 sind jeweils mit Steuereingängen G der Transistoren T 1, T 2 direkt verbunden. Die positiven Eingänge + der Operationsverstärker sind jeweils mit der einen Elektrode S der Schaltstrecke der Transistoren T 1, T 2 und den Ausgängen der Stromversorgungseinrichtungen SV 1, SV 2 verbunden. Die negativen Eingänge - der Operationsverstärker OP 1, OP 2 sind mit der anderen Elektrode D der Schaltstrecke der Transistoren T 1, T 2 und mit der zu gemeinsamen Verbrauchern V führenden Leitung verbunden.An operational amplifier OP 1 , OP 2 is used to control each transistor T 1 , T 2 . The outputs of these operational amplifiers OP 1 , OP 2 are each connected directly to control inputs G of the transistors T 1 , T 2 . The positive inputs + of the operational amplifiers are each connected to one electrode S of the switching path of the transistors T 1 , T 2 and the outputs of the power supply devices SV 1 , SV 2 . The negative inputs - the operational amplifier OP 1 , OP 2 are connected to the other electrode D of the switching path of the transistors T 1 , T 2 and to the line leading to common consumers V.

Die Betriebsspannung +UB für die Operationsverstärker OP 1, OP 2 ist entsprechend der Spezifikation dieser Bauelemente größer als die zu schaltende Spannung, welche von den Somversorgungseinrichtungen SV 1, SV 2 geliefert wird. Die Operationsverstärker OP 1, OP 2 sind ihren Eigenschaften entsprechend in der Lage, zu erkennen, ob die von einer Strom­ versorgungseinrichtung SV 1, SV 2 gelieferte Spannung größer ist als die Spannung an den gemeinsamen Verbrauchern V. Wenn dies der Fall ist, so liefern die Operationsverstärker OP 1, OP 2 eine Steuerspannung, womit der jeweils zugeordnete Transistor T 1, T 2 so durchgesteuert wird, daß er die jeweils zugeordnete Stromversorgungseinrichtung SV 1, SV 2 extrem niederohmig mit den gemeinsamen Verbrauchern V verbindet. Der Spannungsabfall über die Schaltstrecke der Transistoren T 1, T 2 ist auch bei Strömen von mehreren Ampere so gering, daß die Spannungstoleranzen der zu versorgenden Verbraucher V auf jeden Fall eingehalten werden. Außerdem ergeben sich an den Transistoren T 1, T 2 nur geringe Verlustleistungen. Der geringe Spannungsunterschied an den Schaltelektroden der Transistoren T 1, T 2 reicht aber dafür aus, daß der Operationsverstärker OP 1, OP 2 die Steuerspannung für das Durchschalten des jeweiligen Transistors T 1, T 2 liefern kann.The operating voltage + UB for the operational amplifiers OP 1 , OP 2 is, according to the specification of these components, greater than the voltage to be switched, which is supplied by the power supply devices SV 1 , SV 2 . The operational amplifiers OP 1 , OP 2 are in accordance with their properties in a position to recognize whether the voltage supplied by a power supply device SV 1 , SV 2 is greater than the voltage at the common consumers V. If this is the case, the operational amplifiers OP 1 , OP 2 supply a control voltage, with which the respectively assigned transistor T 1 , T 2 is turned on in such a way that it connects the respectively assigned power supply device SV 1 , SV 2 with extremely low impedance to the common consumers V connects. The voltage drop across the switching path of the transistors T 1 , T 2 is so small even with currents of several amperes that the voltage tolerances of the consumers V to be supplied are in any case observed. In addition, only small power losses result from the transistors T 1 , T 2 . The small voltage difference at the switching electrodes of the transistors T 1 , T 2 is sufficient, however, for the operational amplifier OP 1 , OP 2 to be able to supply the control voltage for switching on the respective transistor T 1 , T 2 .

Wenn eine der Stromversorgungseinrichtungen SV 1, SV 2 infolge von Überlastung oder wegen eines Ausfalles eine Spannung liefert, die geringer ist als die Spannung an den gemeinsamen Verbrauchern V, so wird dies durch den Operationsverstärker OP 1, OP 2 erkannt. Die Steuerspannung am Aus­ gang dieses Operationsverstärkers OP 1, OP 2 nimmt dann einen Wert an, womit der zugehörige Transistor T 1, T 2 gesperrt wird. Die zugehörige Stromversorgungseinrichtung SV 1, SV 2 wird dann vollständig abgeschaltet. Dabei werden auch Verbraucher V 1 abgeschaltet, welche ausschließlich von der betreffenden Stromversorgungseinrichtung z. B. SV 1 versorgt werden sollen.If one of the power supply devices SV 1 , SV 2 supplies a voltage which is lower than the voltage at the common consumers V as a result of overloading or because of a failure, this is recognized by the operational amplifier OP 1 , OP 2 . The control voltage at the output of this operational amplifier OP 1 , OP 2 then takes on a value, whereby the associated transistor T 1 , T 2 is blocked. The associated power supply device SV 1 , SV 2 is then completely switched off. In this case, consumers V 1 are also switched off, which are used exclusively by the power supply device in question, for. B. SV 1 should be supplied.

Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, daß eine der Strom­ versorgungseinrichtungen SV 1, SV 2 als Hauptversorgungseinrichtung dimensioniert wird und die andere Stromversorgungseinrichtung SV 1, SV 2 als Hilfsstrom­ versorgungseinrichtung dient. Wenn nun die Ausgangsspannung der als Hilfsstrom­ versorgungseinrichtung ausgelegten Stromversorgungseinrichtung SV 2, SV 1 geringfügig niedriger ist als die Ausgangsspannung, welche von der Hauptstrom­ versorgungseinrichtung SV 1, SV 2 geliefert wird, so ist aufgrund der Spannungsverhältnisse an den Eingängen des die Hilfsstromversorgung SV 2, SV 1 steuernden Operationsverstärkers OP 2, OP 1 die Hilfsstromversorgungseinrichtung SV 2, SV 1 abgeschaltet. Bei einer derartigen Betriebsweise kann die Hilfsstromversorgungseinrichtung SV 2, SV 1 mit einer geringeren Leistung ausgelegt werden, wenn ein Teil der Verbraucher V 1 direkt an die Hauptstromversorgungseinrichtung SV 1, SV 2 angeschaltet ist. Der für diese Betriebsweise notwendige geringe Unterschied in den Ausgangsspannungen ist aber immer noch innerhalb der Toleranz, welche für die Verbraucher zugelassen ist.With such an arrangement, it is possible that one of the power supply devices SV 1 , SV 2 is dimensioned as the main supply device and the other power supply device SV 1 , SV 2 serves as an auxiliary power supply device. Now, if the output voltage of the supply means as an auxiliary power designed power supply device SV 2, SV 1 is slightly lower than the output voltage, which is supply of the main power SV 1, SV 2 supplied, so, due to the voltage conditions at the inputs of the auxiliary power supply SV 2 SV 1 controlling operational amplifier OP 2 , OP 1, the auxiliary power supply device SV 2 , SV 1 is switched off. In such an operating mode, the auxiliary power supply device SV 2 , SV 1 can be designed with a lower power if some of the consumers V 1 are connected directly to the main power supply device SV 1 , SV 2 . The small difference in the output voltages required for this mode of operation is still within the tolerance that is permitted for the consumers.

Die Stromversorgungseinrichtungen SV 1 und SV 2 können jedoch auch hinsichtlich ihrer Ausgangsspannung so ausgelegt werden, daß beide anteilmäßig die gemeinsamen Verbraucher V mit Strom versorgen. Die Ausgangsleistung der Stromversorgungseinrichtungen SV 1 und SV 2 kann dabei so ausgelegt sein, daß in einem Störungsfall eine der beiden Stromversorgungseinrichtung SV 1, SV 2 in der Lage ist, alle Verbraucher V auch allein zu versorgen.However, the power supply devices SV 1 and SV 2 can also be designed with regard to their output voltage in such a way that both supply the common consumers V proportionally with current. The output power of the power supply devices SV 1 and SV 2 can be designed so that, in the event of a fault, one of the two power supply devices SV 1 , SV 2 is able to supply all consumers V alone.

Sollte die ingesamt aufzubringende Leistung größer sein, so lassen sich auch mehr als zwei Stromversorgungseinrichtungen SV 1, SV 2 auf die bereits geschilderte Art und Weise parallel schalten. Es ist außerdem möglich, die Schaltstrecken mehrerer Transistoren ebenso parallel zu schalten wie deren Steuereingänge, so daß der insgesamt zu schaltende Strom auf mehrere Transistoren aufgeteilt werden kann, wenn ein einzelner die geforderte Gesamtstromstärke nicht verkraften kann. Ein in der beschriebenen Weise betriebener und von einem Operationsverstärker gesteuerter Transistor läßt sich auch als Verpolungsschutz überall dort einsetzen, wo Spannungsquellen unterschiedlicher Art zusammengeschaltet werden sollen, wie dies beispielsweise beim Laden einer Batterie notwendig ist. Bei einer Falschpolung wird dies sofort vom Operationsverstärker erkannt, wodurch der Transistor sehr schnell gesperrt wird. Wenn bei der Zusammenschaltung eine richtige Polung vorliegt, so tritt wegen der extrem niederohmigen Durchschaltung kein Spannungsabfall und auch nur eine geringe Verlustleistung auf.If the total power to be applied is greater, more than two power supply devices SV 1 , SV 2 can also be connected in parallel in the manner already described. It is also possible to switch the switching paths of several transistors in parallel, as well as their control inputs, so that the total current to be switched can be divided between several transistors if a single cannot cope with the required total current. A transistor operated in the manner described and controlled by an operational amplifier can also be used as reverse polarity protection wherever voltage sources of different types are to be interconnected, as is necessary, for example, when charging a battery. In the event of incorrect polarity, this is immediately recognized by the operational amplifier, as a result of which the transistor is blocked very quickly. If the polarity is correct when interconnected, there is no voltage drop and only a small power loss due to the extremely low-impedance connection.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für die Parallelschaltung von Strom­ versorgungseinrichtungen in elektrischen oder elektronischen Anlagen mit mindestens einem Verbraucher, wobei zwischen dem mindestens einen Verbraucher und dem Ausgang der jeweiligen Stromversorgungseinrichtung jeweils ein steuerbarer Transistor geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistor (T, T 2) invers betriebene, jeweils eine Source-Drain-Diode (SD 1, SD 2) aufweisende MOS-Feld­ effekt-Transistoren eingesetzt sind, wobei die Source-Drain-Diode (SD 1, SD 2) im gesperrten Zustand des jeweiligen Transistors (T 1, T 2) eine Entkopplung zwischen der entsprechenden Stromversorgungseinrichtung (SV 1, SV 2) und dem mindestens einen Verbraucher (V) bewirkt, und daß der Steuereingang (G) jedes Transistors (T 1, T 2) jeweils mit dem Ausgang eines als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärkers (OP 1, OP 2) verbunden ist, dessen Eingänge (-, +) mit dem mindestens einen Verbraucher (V) und der jeweiligen Stromversorgungseinrichtung (SV 1, SV 2) so verbunden sind, daß er eine Steuerspannung für die extrem niederohmige Durchschaltung des zugehörigen Transistors (T 1, T 2) liefert, solange das Potential am Ausgang der entsprechenden Stromversorgungseinrichtung (SV 1, SV 2) höher ist, als an dem mindestens einen Verbraucher (V).1. Circuit arrangement for the parallel connection of power supply devices in electrical or electronic systems with at least one consumer, wherein a controllable transistor is connected between the at least one consumer and the output of the respective power supply device, characterized in that the transistor (T , T 2 ) inverse operated, each having a source-drain diode (SD 1 , SD 2 ) MOS field effect transistors are used, the source-drain diode (SD 1 , SD 2 ) in the blocked state of the respective transistor (T 1 , T 2 ) decoupling between the corresponding power supply device (SV 1 , SV 2 ) and the at least one consumer (V) , and that the control input (G) of each transistor (T 1 , T 2 ) each with the output of a differential amplifier working operational amplifier (OP 1 , OP 2 ) is connected, the inputs (-, +) with the at least one consumer (V) and the j Eternal power supply device (SV 1 , SV 2 ) are connected so that it provides a control voltage for the extremely low-resistance connection of the associated transistor (T 1 , T 2 ), as long as the potential at the output of the corresponding power supply device (SV 1 , SV 2 ) is higher than at least one consumer (V) . 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den mindestens einen Verbraucher (V) mehr als zwei Stromversorgungseinrichtungen (SV 1, SV 2) über jeweils einen Transistor und einen Operationsverstärker parallel anschaltbar sind.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that for the at least one consumer (V) more than two power supply devices (SV 1 , SV 2 ) can be connected in parallel via a transistor and an operational amplifier. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen eine der Stromversorgungseinrichtungen (SV 1, SV 2) und dem zugehörigen Transistor (T 1, T 2) zusätzliche Verbraucher (V 1) anschaltbar sind, die bei Ausfall dieser Stromversorgungseinrichtung (SV 1, SV 2) für die andere der Stromversorgungseinrichtungen (SV 2, SV 1) keine Belastung darstellen.3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that between one of the power supply devices (SV 1 , SV 2 ) and the associated transistor (T 1 , T 2 ) additional consumers (V 1 ) can be connected, which in the event of failure of this power supply device (SV 1 , SV 2 ) do not represent a burden for the other of the power supply devices (SV 2 , SV 1 ).
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