取决于输出电流在工作和待机间转换的供能设备的制作方法

本发明涉及供能设备，特别是供电单元。

背景技术：

供能设备，例如供电单元是独立的设备或子部件，用于向需要与由供能网络提供的电压和电流不同的电压和电流的设备或子部件提供能量。

一旦已经向供能设备施加了输入电压，电能供应设备通常独立工作，与连接到所述供能设备的负载无关。

如果连接到所述供能设备的负载改变到待机工作，供能设备通常仍向连接的负载提供施加到电源的输入电压。如果连接了负载的供能设备的能源供应关闭，开关单元，例如接触器，通常连接到上游，以抵消彼此电连接的供能设备和负载处增加的电压增加，而能源供应被关闭。

如果从关闭状态，例如待机状态，再次打开，通常需要辅助能源以将供能设备从其待机状态再次改变到活动状态。因此，一些供能设备具有数字输入以用固定的电平(level)打开或关闭所述供能设备。为此目的，需要由控制器控制的控制输入。

文件DE 196 00 962 A1披露了具有待机工作的开关模式供电单元。为从待机工作改变到正常工作，在连接处的用于打开开关的信号被关闭，结果是输出电压通过齐纳二极管被再次调控。

技术实现要素：

本发明的目的是明确说明供能设备和能独立有效地在所述供能设备的两个工作状态之间改变所述供能设备的方法。

此目的是通过专利独立权利要求的主题实现的。附图、说明书和从属权利要求涉及本发明的有利的实施例。

本发明基于以下知识：可通过感测供能设备输出处的电流振幅，独立有效地在第一工作状态和第二工作状态间改变供能设备。

根据本发明的第一个方面，目标是通过用于提供输出电压和输出电流的供能设备实现的，所述供能设备具有第一工作状态和第二工作状态。所述供能设备具有：测量部件，用于感测所述供能设备的输出电流的电流振幅；以及信号发生器，用于产生输出电压和输出电流。所述信号发生器被设计为如果感测到的电流振幅下降到低于第一电流阈值，降低处于所述供能设备的第一工作状态的所述供能设备的输出电压的电压振幅，以便改变至第二工作状态。所述信号发生器也被设计为如果感测到的电流振幅超过第二电流阈值，增加处于所述供能设备的第二工作状态下的所述供能设备的输出电压的电压振幅，以便改变至第一工作状态。

输出功率以及因此输出电压和输出电流在第一工作状态比在第二工作状态具有较高的绝对值。

所述供能设备从第一工作状态转换到第二工作状态导致所述供能设备的输出电压下降例如30％至80％，或者例如50％。信号发生器例如将所述供能设备的输出电压的电压振幅从24V下降到10-12V，以从第一工作状态改变到第二工作状态。

信号发生器将所述供能设备的输出电流下降到比额定电流低5-20％或更多，以从第一工作状态改变到第二工作状态。

测量部件反复地每隔一段时间记录输出电流的电流振幅。信号发生器将感测到的电流振幅和第一和第二电流阈值比较，所述第一和第二电流阈值可在或存储于信号发生器的存储器中。

所述供能设备是例如供电单元。

根据本发明的供能设备实现了自动实现在供能设备的第一工作状态和第二工作状态间的转换的优点。

在供能设备的一个有利的实施例中，第一工作状态是活动状态，第二工作状态是节能状态，特别是待机模式或睡眠模式。在所述活动状态，输出电压和输出电流各自被设定到允许连接到所述供能设备的电设备工作的值，而在节能状态，输出电压和输出电流各自被设定到限制连接到所述供能设备的电设备工作的值。

这实现了可自动节能的优点。

在供能设备的一个有利的实施例中，第二电流阈值是第一电流阈值或另一个电流阈值。在转变的形式中，第一电流阈值比第一工作状态的输出电流的振幅低例如5％-20％或更多。

如果第一电流阈值等于第二电流阈值，那么例如如果第一电流阈值被再次超过，就实现供能设备从其第二工作状态向第一工作状态的转换。

如果第二电流阈值的绝对值高于第一电流阈值的绝对值，那么只有已经达到或超过第二电流阈值，才能实现供能设备从其第二工作状态向第一工作状态的转换。

如果第二电流阈值的绝对值低于第一电流阈值的绝对值，那么在已经达到或超过第二电流阈值时，已经实现供能设备从其第二工作状态向第一工作状态的转换。例如，第二电流阈值低于第一电流阈值，以便还允许当连接到所述供能设备的电负载的负载电流和负载电压低于最低负载电流和最低负载电压时，所述供能设备可从其第二工作状态转换到第一工作状态。

第二电流阈值实现了以下优点：如果连接到所述供能设备的负载的负载电流超过第二电流阈值，所述供能设备自动从第二工作状态改变到第一工作状态而不需要使用额外的能源。

在供能设备的一个有利的实施例中，第一电流阈值或第二电流阈值或另一个电流阈值为可设定或预先存储的。根据连接到所述供能设备的负载，第一电流阈值和第二电流阈值可为已设定或者预先存储的电流阈值，可用于将所述供能设备从其第一工作状态改变到其第二工作状态或者反之。

这实现了如下优点：所述供能设备可以灵活的方式使用，特别是对于具有不同的负载电流和负载电压的用电器，并且在所述过程中不丧失从第一工作状态向第二工作状态以及反之的自动转换。

在所述供能设备的一个有利的实施例中，信号发生器设计为将感测到的电流振幅和第一电流阈值或第二电流阈值或另一电流阈值比较。所述信号发生器反复在预定的时间比较感测到的电流振幅和电流阈值。预定的时间优选地设定在等距的时间间隔到期后的时间，所述等距时间间隔在例如数秒范围内。例如，在各情况下，在30、20、10或5秒到期后的各个情况下，通过测量部件测量电流振幅，然后由信号发生器将所述电流振幅与第一电流阈值或第二电流阈值或另一电流阈值比较。

这实现了以下优点：负载电流一旦下降到低于或超过电流阈值，供能设备就在第一工作状态和第二工作状态间自动改变。

在供能设备的一个有利的实施例中，信号发生器被设计为如果感测到的电流振幅下降到低于第一电流阈值，将所述供能设备的输出电压的电压振幅降低至可设定的第一电压振幅值或预先存储的第一电压振幅值。所述第一电流阈值优选地存储在或可存储在所述信号发生器的存储器中。随着输出电压降低，所述供能设备的输出电流可同时降低，结果是所述供能设备自动从第一工作状态改变到第二工作状态，即无须额外的能源。

这实现了以下优点：所述供能设备自动节能。

在供能设备的一个有利的实施例中，信号发生器被设计为在可设定或预先存储的第一延迟时间间隔到期后，将处于第一工作状态的所述供能设备的输出电压的电压振幅降低。在第一次感测低于第一电流阈值的电流振幅后，测量部件在第一延迟时间间隔到期后进行另一次电流振幅感测。如果另一次感测到的电流振幅同样低于第一电流阈值，信号发生器降低所述供能设备的输出电压的电压振幅。例如，第一延迟间隔包括数秒的时段，例如30、20、10、5或3秒。

这实现了以下优点：从第一工作状态向第二工作状态转换不能被随机的输出电流波动启动。

在供能设备的一个有利的实施例中，信号发生器被设计为如果感测到的电流振幅超过第二电流阈值，将所述供能设备的输出电压的电压振幅增加至可设定的第二电压振幅值或预先存储的第二电压振幅值。如果测量部件在供能设备在第二工作状态下的工作期间记录超过第二电流阈值的感测电流振幅，则信号发生器将供能设备的输出电压的电压振幅增加到可设定的第二电压振幅值或预先存储的第二电压振幅值。

例如，电压振幅从第二工作状态下8V至14V或10V至12V的范围中的值增加到第一工作状态下例如具有在20V和60V之间或在20V和28V之间或至24V的值的电压振幅。

这实现了如下优点：所述供能设备自动地从第二工作状态改变到第一工作状态。

在供能设备的一个有利的实施例中，信号发生器被设计为在已经检测到超过电流振幅的第二电流阈值后，立即或在预先存储的第二延迟时间间隔到期后，增加所述供能设备的输出电压的电压振幅。所述预先存储的第二延迟时间间隔包括例如与第一延迟时间间隔相同的时段。例如，第二延迟间隔包括数秒的时段，例如30、20、10、5或3秒。

也可以想象，例如第二延迟时间间隔包括比第一延迟时间间隔短的时段，例如20、10、5、3或1秒。

如果输出电压的电压振幅立即增加，那么在少于例如一秒的时段内增加输出电压的电压振幅。切换延迟基于供能设备的组件的电路性质。

这实现了以下优点：从第二工作状态向第一工作状态转换不能被随机的输出电流波动启动。

在供能设备的一个有利的实施例中，测量部件具有测量电阻器。所述测量电阻器被设计为根据所述测量电阻器二端的电压降记录输出电流的电流振幅。例如，所述测量电阻器以测量分流器的形式提供。测量分流器是低值电阻器，用于测量电流。流过测量分流器的电流引起与其成正比的电压降，所述电压降被测量。测量分流电阻器与测量电路并联并记录其电压降。由于不能直接测量较高的电流强度，因此使它们通过测量分流电阻器并测量所产生的电压降。因此，测量分流电阻器的电阻值在毫欧姆范围内或更低，即几十分之一或几百分之一毫欧姆。

这实现了以下优点：输出电流的电流振幅可以由供能设备的测量部件感测。

在供能设备的一个有利的实施例中，信号发生器具有变压器，所述变压器具有能够被施加输入电压的初级侧和用于输出输出电压的次级侧。信号发生器的变压器具有初级绕组，其被直接馈送来自供能网络的AC电压和供能网络的网络频率。信号发生器的变压器将输入电压，即来自供能网络的AC电压转变为所需的输出电压值，并确保与电力网的电流隔离。

变压器次级侧上的次级AC电压可通过整流器和平滑电容器转变为DC输出电压，然后可以在信号发生器的输出端提供所述DC输出电压。下游的线性稳压器和缓冲电容器也可能确保能保持恒定的输出电压。

这实现了以下优点：可向所述供能设备施加任何所需输出电压。

根据本发明的第二方面，所述目的通过操作供能设备的方法来实现，所述供能设备具有第一工作状态和第二工作状态、用于感测供能设备的输出电流的电流振幅的测量部件以及用于控制供能设备的输出电压的电压振幅的信号发生器。

所述方法包括：通过测量部件感测供能设备的输出电流的电流振幅；在所述供能设备的所述第一工作状态中，如果所感测到的电流振幅下降到低于第一电流阈值，通过所述信号发生器减小所述供能设备的输出电压的电压振幅，以改变到所述第二工作状态。

所述方法还包括在所述供能设备的第二工作状态下，如果所感测到的电流振幅超过第二电流阈值，通过信号发生器增加所述供能设备的输出电压的电压振幅，以改变到第一工作状态。

输出功率以及因此输出电压和输出电流被设置为在第一工作状态比在第二工作状态具有较高的绝对值。如果所述供能设备从第一工作状态改变到第二工作状态，所述供能设备的输出电压减少例如30％至80％，或者例如50％。所述供能设备的输出电压的电压振幅例如从24V下降到10-12V，以从第一工作状态改变到第二工作状态。

在此情况下，所述供能设备的输出电流被减少为比额定电流低5-20％或更多，以使所述供能设备从第一工作状态改变到第二工作状态。

测量部件反复地每隔一段时间感测输出电流的电流振幅。

信号发生器将感测到的电流振幅与第一电流阈值和第二电流阈值比较。第二电流阈值被设定或预先存储为例如等于第二电流阈值。例如，也可为第二电流阈值设定或预先存储较低或较高的电流阈值。

在较低的第二电流阈值的情况下，通过供能设备能够检测连接到供能设备并且负载具有低负载电流和低负载电压的用电器。按照根据本发明的方法，所述供能设备接着自动地从第二工作状态改变到第一工作状态。

所述供能设备是例如供电单元。

在根据本发明的方法中，第一工作状态被设定为活动状态，第二工作状态被设定为节能状态，特别是待机模式或睡眠模式。在所述活动状态，输出电压和输出电流各自被设定为允许连接到所述供能设备的电设备工作的值，而在节能状态，输出电压和输出电流各自被设定为限制连接到所述供能设备的电设备工作的值。

根据本发明的方法实现了自动实现在第一工作状态和第二工作状态间的转换的优点。

在所述方法的一个有利的实施例中，通过信号发生器将感测到的电流振幅与第一电流阈值或第二电流阈值或另一个电流阈值比较。所述信号发生器在预定的时间比较感测到的电流振幅和电流阈值。例如，预定的时间由等距的时间间隔的到期确定，所述等距时间间隔在例如数秒范围内。

例如，在30、20、10或5秒到期后的各个情况下，由测量部件感测电流振幅，然后由信号发生器将电流振幅与第一电流阈值或第二电流阈值或另一电流阈值比较。

根据连接的用电器及其负载，即其负载电压和负载电流，设置或预先存储第一电流阈值或第二电流阈值或另一个电流阈值。

这实现了以下优点：根据本发明的方法可以应用于具有不同负载的用电器，并且一旦负载电流下降到低于第一电流阈值或负载电流超过第二电流阈值，就实现第一工作状态和第二工作状态之间的转换。

在所述方法的一个有利的实施例中，如果感测到的电流振幅下降到低于第一电流阈值，信号发生器将所述供能设备的输出电压的电压振幅减小至可设定的第一电压振幅值或预先存储的第一电压振幅值。例如，第一电流阈值存储在信号发生器的存储器中。

随着输出电压降低，所述供能设备的输出电流同时降低，结果是所述供能设备自动从其第一工作状态改变到第二工作状态，即无须额外的能源。

这实现了以下优点：通过使用根据本发明的方法，自动减少在所述供能设备的输出端提供的能量。

在所述方法的一个有利的实施例中，信号发生器在可设置或预先存储的第一延迟时间间隔到期后，将处于第一工作状态的所述供能设备的输出电压的电压振幅降低。在第一次感测低于第一电流阈值的电流振幅后，测量部件在第一延迟时间间隔到期后记录另一个电流振幅。如果另一次感测到的电流振幅也低于第一电流阈值，信号发生器降低所述供能设备的输出电压的电压振幅。例如，第一延迟间隔包括数秒的时段，例如30、20、10、5或3秒。

这实现了以下优点：从第一工作状态向第二工作状态转换不能被随机的输出电流波动启动。

在所述方法的一个有利的实施例中，如果感测到的电流振幅高于电流阈值或另一个电流阈值，信号发生器将所述供能设备的输出电压的电压振幅增加至可设定的第二电压振幅值或预先存储的第二电压振幅值。如果测量部件在供能设备在第二工作状态下的工作期间记录超过第二电流阈值的感测电流振幅，则信号发生器将供能设备的输出电压的电压振幅增加到可设定的第二电压振幅值或预先存储的第二电压振幅值。

例如，电压振幅从第二工作状态下例如8V至14V或10V至12V的范围中的值，增加到第一工作状态下例如具有在20V和60V之间或在20V和28V之间或至24V的值的电压振幅。

这实现了如下优点：在使用所述方法时，所述供能设备自动地从第二工作状态改变到第一工作状态。

在所述方法的一个有利的实施例中，信号发生器在检测到已经超过电流振幅的第二电流阈值后，立即或在预先存储的第二延迟时间间隔到期后将所述供能设备的输出电压的电压振幅增加。所述预先存储的第二延迟时间间隔包括例如与第一延迟时间间隔相同的时段。

例如，第二延迟间隔包括数秒的时段，例如30、20、10、5或3秒。例如，第二延迟时间间隔包括比第一延迟时间间隔短的时段，例如20、10、5、3或1秒。

如果输出电压的电压振幅立即增加，输出电压的电压振幅在少于一秒的时段内增加。开关延迟于是基于使用此方法时使用的供能设备的组件的电路性质。

根据本发明的方法实现了以下优点：从第二工作状态向第一工作状态转换不能被随机的输出电流波动启动。

根据本发明的第三方面，目标是通过用于操作供能设备的方法实现，所述供能设备具有第一工作状态和第二工作状态。感测所述供能设备的输出电流的电流振幅。此外，如果感测到的电流振幅下降到低于第一电流阈值，信号发生器将处于所述供能设备的第一工作状态的所述供能设备的输出电压的电压振幅降低，以便改变到第二工作状态；且如果感测到的电流振幅超过第二电流阈值，信号发生器将处于所述供能设备的第二工作状态的所述供能设备的输出电压的电压振幅增加，以改变到第一工作状态。

输出功率以及因此输出电压和输出电流被设定为在第一工作状态比在第二工作状态具有较高的绝对值。

如果所述供能设备从第一工作状态改变到第二工作状态，所述供能设备的输出电压分别减少例如30％至80％，或者例如50％。所述供能设备的输出电压的电压振幅例如从24V减少到10-12V，以便从第一工作状态改变到第二工作状态。

在此情况下，所述供能设备的输出电流被减少为例如比额定电流低5-20％或更多，以便从第一工作状态改变到第二工作状态。

反复地按时间间隔感测输出电流的电流振幅。将感测到的电流振幅与第一电流阈值和第二电流阈值比较。第二电流阈值设定或预先存储为例如等于第二电流阈值。例如，也可为第二电流阈值设置或预先存储较低或较高的电流阈值。

根据根据本发明的方法，所述供能设备自动地从第二工作状态改变到第一工作状态。在根据本发明的方法中，第一工作状态被设定为活动状态，第二工作状态被设定为节能状态，特别是待机模式或睡眠模式。

在所述活动状态，输出电压和输出电流各自被设定为允许连接到所述供能设备的电设备工作的值，而在节能状态，输出电压和输出电流各自被设定为限制连接到所述供能设备的电设备工作的值。

这实现了自动实现在第一工作状态和第二工作状态间的转换的优点。

本发明的示例性实施例在附图中说明并在下文中详述。

附图说明

图1展示了供能设备的示意图；

图2展示了供能设备的测量部件的示意图；

图3展示了供能设备的信号发生器的示意图；

图4展示了供能设备与连接的用电器的示意图；

图5展示了用于操作供能设备的方法的顺序的示意图；以及

图6展示了供能设备的输出电压和输出电流相对时间的示意图。

具体实施方式

图1展示了供能设备100的示意图，所述供能设备具有测量部件101，用于感测所述供能设备100的输出电流的电流振幅，以及信号发生器103，用于产生所述供能设备100的输出电压和输出电流。

测量部件101在图2中更详细地图解说明。测量部件101具有测量电阻器201并且反复按时间间隔感测供能设备100(参见图1)的输出电流的电流振幅。测量部件101根据测量电阻器201二端的电压降U_A-U_M，感测输出电流的电流振幅，U_A指测量部件的输出端的输出电压，U_M指测量电阻器201二端的电压。

如图2中所示，测量电阻器201以测量分流器的形式提供。流过测量电阻器201的电流引起与其成正比的电压降U_A-U_M并被测量。测量电阻器201与测量电路203并联，测量电阻器201二端的电压降用于测量电流振幅。测量电阻器201的电阻值例如在毫欧姆范围内或更低，即几十分之一或几百分之一毫欧姆。

信号发生器103(参见图1)与测量部件101电连接。图3展示了包括变压器300的信号发生器103的示意图。变压器300具有被施加输入电压U_ein的初级侧301和接着提供标称输出电压U_nom的次级侧303。

信号发生器的变压器在其初级侧301上具有初级绕组305，初级绕组305被直接馈送输入电压U_ein，即来自供能网络的AC电压和供能网络的网络频率，并且在其次级侧303上具有提供输出电压U_nom的次级绕组307。信号发生器103的变压器300将输入电压U_ein，即来自供能网络的AC电压转变为所需的输出电压值U_nom并且确保与电力网的电流隔离。

变压器300的次级侧303上的次级AC电压可通过整流器和平滑电容器(在图3中未展示)转变为DC输出电压，DC输出电压可在信号发生器103的输出端提供。下游的线性稳压器和缓冲电容器(在图3中未展示)也可能提供能保持恒定的输出电压U_nom。

图4展示了供能设备100的示意图，在其输出端405连接了用电器401。电容器403与所述用电器401并联。电容器403提供备用电容，其在最小负载电流和最小负载电压下提供预定最小功率。插入备用电容确保连接到供能设备100的用电器401超过电流阈值，特别是第二电流阈值，结果是供能设备100改变到其活动状态，以便自动地向连接的用电器401供能。

连接的用电器401可以是电气设备、电动机、PLC用电器(可编程逻辑控制器)、工业设施、可以安装在顶帽式轨道上的设备、控制柜或另一电气用电器。连接的用电器可以用DC电压或AC电压工作。

图5展示了操作供能设备100的方法500的顺序的示意图。操作供能设备100的方法500首先包括通过测量部件101感测501供能设备100的输出电流601的电流振幅。输出电流601的感测到的电流振幅接着与可设定的或预先存储的电流阈值比较。在与第一电流阈值I1和第二电流阈值I2比较503之后，根据比较503的结果，降低505输出电压603或者增加507输出电压603。

如果供能设备100处于其第一工作状态605，即其活动状态，其中连接到供能设备100的用电器401被供给能量，如果感测到501低于第一电流阈值I1的电流阈值，能量供给装置100从其第一工作状态605改变到其第二工作状态607。通过将供能设备100的输出电压603的电压振幅降低505到可设定的或预先存储的输出电压值U_low实现此转换。第二工作状态607是节能状态，用降低的输出电压U_low工作。

如果供能设备100处于其第二工作状态607，即节能状态，如果感测到501高于第二电流阈值I2的电流阈值，能量供给装置100从其第二工作状态607改变到其第一工作状态605。通过将供能设备100的输出电压603的电压振幅增加507到可设定的或预先存储的输出电压值U_nom实现此转换。第一工作状态605是活动状态，用标称输出电压U_nom工作。

图6展示了供能设备的输出电压和输出电流的示意图。在其第一工作状态605，供能设备100在其输出端提供输出电压值U_nom和输出电流值I_nom或增加到这些值，结果是连接的用电器401可被供能。在图6中展示了第一工作状态605和第二工作状态607中的输出电流601的振幅的时间曲线和输出电压603的振幅的时间曲线。

在时间t₀，连接到供能设备100的用电器401被关闭，结果是输出电流601的振幅直到时间t₁才下降到第一电流阈值I1或低于后者的值，而输出电压603的振幅恒定地维持在输出电压值U_nom。只有对应于时段t₁-t₀的第一延迟间隔609到期后，供能设备100才从其第一工作状态605改变到第二工作状态607。这导致在时间t₁和t₂之间输出电压的振幅减少到输出电压值U_low，且输出电流的振幅减少到第二电流阈值I2。

例如，输出电压的振幅例如从24V降低到例如8V到16V或10-12V，同时输出电流的振幅降低为比额定电流的振幅低5-20％。

在第二工作状态607，反复在等距时间间隔测量剩余输出电流I2。只要输出电流的振幅不超过第二电流阈值I2，供能设备100就维持在其第二工作状态607。只有当具有负载的用电器401在时间t₃连接到供能设备100时，通过用电器401的输出电流601的振幅才增加直到时间t₄，而输出电压603的振幅恒定地保持在输出电压值U_low。连接具有备用电容的用电器401也可导致输出电流601的振幅中的电流峰值(未展示)。在这两种情况下，输出电流的振幅的增加被评估为第二工作状态607的结束。因此，在时间t₄，即包括时段t₄-t₃的第二延迟间隔611到期后，直到时间t₅时，输出电流601的振幅增加到输出电流I_nom，且输出电压的振幅增加到标称输出电压U_nom。

在时间t5，供能设备提供输出电压U_nom和输出电流I_nom，其可用于操作连接的用电器401。输出电压U_nom是例如24V或更高。例如，不超过输出电压U_nom的60V以避免超出安全范围。输出电流I_nom在例如40A与80A之间的范围内。

结合本发明的个别实施例解释和展示的所有特征可以在根据本发明的主题中以不同组合来提供，以便同时实现它们的有利效果。

本发明的保护范围由权利要求给出，并且不受在说明书中解释或在附图中展示的特征的限制。

元件符号说明

100 供能设备

101 测量部件

103 信号发生器

201 测量电阻器

203 测量电路

300 变压器

301 初级侧

303 次级侧

305 初级绕组

307 次级绕组

401 用电器

403 电容器

405 输出端

500 方法

501 感测

503 比较

505 降低

507 增加

601 输出电流

603 输出电压

605 第一工作状态

607 第二工作状态

609 第一延迟间隔

611 第二延迟间隔

I1 第一电流阈值

I2 第二电流阈值

I_nom 第一工作状态下的输出电流振幅

U_nom 第一工作状态下的输出电压振幅

U_low 第二工作状态下的输出电压振幅

U_A 测量部件的输出端的输出电压

U_M 测量电阻器上的电压

U_A-U_M 电压降

U_ein 输入电压

t0 时间

t1 时间

t2 时间

t3 时间

t4 时间

t5 时间