Spannungsgeregeltes Gleichspannungsspeisegerät Die vorliegende Erfindung betrifft ein spannungs geregeltes Glechspannungsspeisegerät mit einem Gleich richter und einem zwischen die zwei Ausgangsleitungen aus dem Gleichrichter geschalteten Ladekondensator und mit einer Gleichspannungsregelschaltungsanord- nung, die aus einem in der einen Ausgangsleitung in Reihe zu dieser Leitung geschalteten steuerbaren Längs widerstand als Stellglied und aus einem durch die Aus gangsspannung des Gerätes gesteuerten Regelverstärker als Regelglied besteht.
Stabilisierte, aus dem Netz gespeiste Speisespan nungsquellen sind bekannt. In Reihe mit der Last liegen ein oder mehrere Transistoren, die über einen oder mehrere Transistoren von der Spannung über der Last gesteuert werden. Derartige, zwischen den Ausgang der ungeregelten Speisespannungsquelle und den Belastungskreis geschaltete Transistoranordnungen arbeiten an sich zufriedenstellend, jedoch lässt sich eine Konstanthaltung der Ausgangsspannung nur durch ein mit dem Regelbereich verglichen, meist grosses Span nungsgefälle über den als Stellglied wirkenden Längs transistoren erreichen. Dieses Spannungsgefälle bewirkt eine hohe Eigenerwärmung des gesamten Gleichspan nungsgerätes und damit einen geringeren Wirkungs grad.
Daneben arbeiten die Regelglieder ebenfalls in folge des Spannungsgefälles in ungünstigen Arbeitspunk ten, was auch hierbei eine Verschlechterung des Wir kungsgrades bewirkt und zu einer Überdimensionierung aller beteiligten Bauelemente führt.
Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, diese Nachteile zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, dass wenigstens die eine Ausgangsleitung aus dem Gleich richter zwischen Gleichrichterausgang und dem An schlusspunkt des Ladekondensators an diese Ausgangs leitung einen Schalter enthält, der durch ein Schalter steuergerät in Abhängigkeit der Spannung über dem Stellglied betätigt wird.
An Hand der beiliegenden Zeichnung ist die Er findung in zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, dabei zeigt Fig. 1 ein Blockschema für die spannungsabhängige Steuerung und Fig. 2 ein Blockschema für eine spannungs- und stromabhängige Steuerung.
Fig. 1 lässt einen aus dem Netz A gespeisten Gleich richter B erkennen. Zwischen die Ausgangsklemmen des Gleichrichters B ist ein Ladekondensator C geschaltet. Eine Ausgangsleitung, beispielsweise die obere, enthält einen steuerbaren Längswiderstand D, der mit einem Regelverstärker E in Verbindung steht. Die geregelte Gleichspannung ist an den Klemmen +F und -F ab nehmbar. Derartige Anordnungen sind bekannt und ge hören zum Stand der Technik. In die eine Ausgangs leitung +I aus dem Gleichrichter B ist ein diese Leitung +I unterbrechender Schalter G eingefügt. Für die Steuerung dieses Schalters G ist ein Schaltersteuergerät H vorgesehen, das in Abhängigkeit der Spannung über dem steuerbaren Längswiderstand D den Schalter G betätigt.
Sowohl der Schalter G als auch das Schaltersteuer gerät H sind jedem Fachmann der Regelungstechnik geläufig. Das Schaltersteuergerät H weist im allgemei nen zwei Schwellwerte auf. Unterschreitet die Spannung über dem Längswiderstand D einen unteren Schwell- wert, so wird eine erste Schaltfunktion ausgelöst und überschreitet die Spannung einen oberen Schwellwert, so löst sich eine zweite Schaltfunktion aus. Entsprechend natürlich auch bei Überschreiten des ersten und Unter schreiten des zweiten Schwellwertes. Beispielsweise könnte ein sogenannter Schmitt-Trigger für eine der artige Schaltsteuerung verwendet werden.
Die Arbeitsweise einer derartigen Anordnung ist leicht verständlich. Der Gleichrichter B lädt den Kon densator C über den geschlossenen Schalter G. Bei angeschlossener Last über den Klemmen +F und -F fliesst ein Strom durch den Längswiderstand D und erzeugt darüber ein Spannungsgefälle. Unterhalb der Nennspannung über dem :Kondensator C muss defini tionsgemäss der Regelverstärker E den Längswiderstand D auf geringstem Widerstandswert halten, so dass nur ein geringes Spannungsgefälle herrscht. Bei Er reichen der Nennspannung beginnt die Regelung durch den Regelverstärker E. Ist die Spannung über dem Ladekondensator C höher als die benötigte Verbraucher spannung, so bildet sich ein Spannungsgefälle über dem Längswiderstand D aus.
Dies bewirkt das Ansprechen des Schaltersteuerb rätes H, das seinerseits den Schalter G öffnet. Es fliesst nun kein Gleichstrom mehr auf den Kondensator C, der sich fortan über die Last entlädt. Ist die Entladung so weit fortgeschritten, dass das Spannungsgefälle über dem Längswiderstand D einen zugelassenen Wert unterschreitet, so wird der Schalter G durch das Schaltsteuergerät H geschlossen.
Diese Anordnung bewirkt, dass nicht mehr die im Gleichrichter B erzeugte Spannung vernichtet wird, son dern, dass sich der Kondensator C nur gerade auf die gewünschte Ausgangsspannung lädt.
Ein besonderer Vorteil einer derartigen Anordnung lässt sich finden, wenn beispielsweise für Laborgeräte verschiedene Spannungen einzustellen sind. Es genügt hierbei, am Regelverstärker E den gewünschten Span nungswert einzustellen. Diese Spannung baut sich dann mit Hilfe der Schaltsteuerung H und des Schalters G über dem Kondensator C selbsttätig auf.
Fig. 2 zeigt über das oben Beschriebene hinaus eine zweite Steuerung des Längswiderstandes D mit einem Stromregelverstärker J, der den Stromfluss zur Last mit dem Spannungsgefälle über einen festen Längs widerstand R misst und daraus Regelsignale erzeugt. Da neben ist noch eine Referenzspannungsquelle K vorge sehen.
Die Ausgangsspannung aus dieser Referenzspan- nungsquelle K ist gleichzeitig dem Spannungsregelver- stärker E, dem Siromregelverstärker J und dem Schal tersteuergerät H zugeführt. Das letztgenannte erhält noch eine weitere Information, nämlich die Gleichspan nung direkt am Ausgang des Gleichrichters B.
Der Spannungsregelverstärker E und der Stromregel verstärker J arbeiten gleicherweise durch Vergleich einer durch das Gleichspannungsgerät gelieferten Spannung mit einer Referenzspannung, so dass nur ein Referenz geber notwendig ist. Daneben wird die Referenzspan- nung auch noch im Schaltersteuergerät H zur Konstant haltung der Ansprechwerte benützt.
Damit arbeitet das Gleichspannungsgerät in der gleichen Weise wie dasjenige gemäss Fig. 1, nur dass hierbei noch zusätzlich die zulässige Stromstärke über wacht und in an sich bekannter Weise durch Verändern des Längswiderstandes geregelt wird.
Wenn im voranstehend beschriebenen Ausführungs- beispiel die vom Ladekondensator abgeflossene Ladung wieder aufzubringen ist, so kann sich aus bekannten Gründen infolge der Phasenlage eine Verzögerung des Einsetzens der Aufladung ergeben. Diese Verzögerung kann bei Einweggleichrichtern bis zu einer Periode, bei Zweiweggleichrichtern bis zu einer Halbperiode aus- machen.
Wird dagegen der Schalter G nicht nur in Abhängigkeit von den Ausgangswerten gesteuert, son dern dazu noch mit der Periodizität des Wechselstromes, so wird die Kapazität des Ladekondensators soweit wie möglich ausgenützt. Der Wechselstrom bewirkt durch seine Änderung ebenfalls ein Einschalten des Schalters G, so dass bei jeder Periode einmal die volle Spannung und einmal die minimal zugelassene Spannung über dem Längswiderstand herrscht.
Im Ausführungsbeispiel wird die Information der Periodizität des Wechselstro mes nach dem Gleichrichter abgenommen, so dass bei Zweiweggleichrichtern die volle Spannung zweimal und die minimal zugelassene Spannung einmal je Periode am Längswiderstand D anliegt.
The present invention relates to a voltage-regulated DC voltage supply device with a rectifier and a charging capacitor connected between the two output lines from the rectifier and with a DC voltage control circuit arrangement consisting of a controllable series resistor connected in series with this line as an actuator and consists of a control amplifier controlled by the output voltage of the device as a control element.
Stabilized voltage sources fed from the network are known. One or more transistors are connected in series with the load and are controlled by the voltage across the load via one or more transistors. Such transistor arrangements, connected between the output of the unregulated supply voltage source and the load circuit, work satisfactorily, but keeping the output voltage constant can only be achieved by a usually large voltage gradient across the series transistors acting as an actuator compared to the control range. This voltage gradient causes a high level of self-heating of the entire DC voltage device and thus a lower degree of efficiency.
In addition, the control elements also work as a result of the voltage gradient in unfavorable working points, which here also causes a deterioration in the degree of efficiency and leads to overdimensioning of all components involved.
The object of the invention is to be seen in overcoming these disadvantages. This is achieved in that at least one output line from the rectifier between the rectifier output and the connection point of the charging capacitor to this output line contains a switch that is actuated by a switch control device depending on the voltage across the actuator.
With reference to the accompanying drawings, the invention is explained in more detail in two exemplary embodiments, FIG. 1 shows a block diagram for the voltage-dependent control and FIG. 2 shows a block diagram for a voltage-dependent and current-dependent control.
Fig. 1 shows a rectifier B fed from the network A. A charging capacitor C is connected between the output terminals of the rectifier B. An output line, for example the upper one, contains a controllable series resistor D, which is connected to a control amplifier E. The regulated DC voltage can be taken from terminals + F and -F. Such arrangements are known and belong to the prior art. In one output line + I from the rectifier B, a switch G that interrupts this line + I is inserted. To control this switch G, a switch control device H is provided, which actuates the switch G depending on the voltage across the controllable series resistor D.
Both the switch G and the switch control device H are familiar to anyone skilled in control engineering. The switch control device H generally has two threshold values. If the voltage across the series resistance D falls below a lower threshold value, a first switching function is triggered and if the voltage exceeds an upper threshold value, a second switching function is triggered. Correspondingly, of course, also when the first threshold value is exceeded and the second threshold value is not reached. For example, a so-called Schmitt trigger could be used for such a switching control.
The operation of such an arrangement is easy to understand. The rectifier B charges the capacitor C via the closed switch G. When the load is connected via the terminals + F and -F, a current flows through the series resistor D and creates a voltage gradient across it. Below the nominal voltage across the: capacitor C, according to the definition, the control amplifier E must keep the series resistance D at the lowest resistance value, so that there is only a small voltage gradient. When the nominal voltage is reached, control by the control amplifier E begins. If the voltage across the charging capacitor C is higher than the required consumer voltage, a voltage gradient across the series resistance D is formed.
This causes the response of the Schaltsteuerb advises H, which in turn opens the switch G. Direct current no longer flows to the capacitor C, which is then discharged via the load. If the discharge has progressed so far that the voltage gradient across the series resistance D falls below a permitted value, the switch G is closed by the switching control device H.
This arrangement has the effect that the voltage generated in the rectifier B is no longer destroyed, but rather that the capacitor C only just charges to the desired output voltage.
A particular advantage of such an arrangement can be found when, for example, different voltages have to be set for laboratory devices. It is sufficient to set the desired voltage value on the control amplifier E. This voltage then builds up automatically across the capacitor C with the help of the switching control H and the switch G.
In addition to what has been described above, FIG. 2 shows a second control of the series resistance D with a current control amplifier J, which measures the current flow to the load with the voltage gradient across a fixed series resistance R and generates control signals therefrom. A reference voltage source K is also provided as well.
The output voltage from this reference voltage source K is fed to the voltage regulating amplifier E, the Sirom regulating amplifier J and the switch control device H at the same time. The latter receives additional information, namely the DC voltage directly at the output of rectifier B.
The voltage control amplifier E and the current control amplifier J work in the same way by comparing a voltage supplied by the DC voltage device with a reference voltage, so that only one reference transmitter is necessary. In addition, the reference voltage is also used in switch control unit H to keep the response values constant.
The DC voltage device thus works in the same way as that according to FIG. 1, except that the permissible current intensity is additionally monitored and regulated in a manner known per se by changing the series resistance.
If, in the exemplary embodiment described above, the charge that has drained from the charging capacitor is to be reapplied, for known reasons the phase position can result in a delay in the onset of charging. This delay can be up to one period with half-wave rectifiers and up to half a period with full-wave rectifiers.
If, on the other hand, the switch G is not only controlled as a function of the output values, but also with the periodicity of the alternating current, the capacitance of the charging capacitor is utilized as far as possible. As a result of its change, the alternating current also causes switch G to be switched on, so that for each period there is once full voltage and once minimum permitted voltage across the series resistance.
In the exemplary embodiment, the information about the periodicity of the alternating current is taken after the rectifier, so that in full-wave rectifiers the full voltage is applied twice and the minimum permitted voltage is applied to the series resistor D once per period.