DD228943A1 - Elektronische siebschaltung - Google Patents

Abstract

Anwendbar zur Glaettung der Ausgangsspannung von statischen Umformern, vorzugsweise von Sperrwandlern, sowohl mit konstanter als auch mit variabler Arbeitsfrequenz, soll die Erfindung ermoeglichen, elektronische Siebschaltungen, die einen im Laengszweig angeordneten und von einem Differenzverstaerker gesteuerten Stellgliedtransistor enthalten, ausgangsseitig parallel zu schalten, ohne die Siebwirkung der Einzelschaltungen und die Stabilitaet der Gesamtanordnung zu beeintraechtigen. Ausgehend von einer Siebschaltung, bei der der invertierende Eingang des Differenzverstaerkers vom Teilerpunkt eines Eingangsspannungsteilers und der nichtinvertierende Eingang vom Teilerpunkt eines Ausgangsspannungsteilers gesteuert wird, wird erfindungsgemaess dem letztgenannten Teilerpunkt wechselspannungsmaessig Massepotential aufgepraegt, und die Wechselanteile der Eingangsspannung werden ueber einen Wechselspannungsteiler dem nichtinvertierenden Eingang zugefuehrt. Der Verstaerkungsgrad des Differenzverstaerkers wird ueber eine Rueckfuehrung zum invertierenden Eingang festgelegt. Figur

Description

Kombinat VEB ^P ^

Elektro-Apparate-Werke Berlin-Treptow ZENTRUM FÜR FORSCHUNG UND TECHNOLOGIE

1055 Berlin, Storkower Str. 101 Büro für Schutzrechte

H 02 J - 1/02

Elektronische Siebschaltung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anwendung der elektronischen Siebschaltung erstreckt sich auf die Glättung der Ausgangsspannung von statischen Umformern, vorzugsweise auf Sperrwandler, sowohl mit konstanter als auch mit veränderlicher Arbeitsfrequenz.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Glättung einer Spannung wird vielfach ein Dämpfungsglied, bestehend aus einer Drosselspule und einem Kondensator, verwendet. Ist die Frequenz der überlagerten Wechselspannung stark veränderlich, und nimmt sie zudem niedrige Werte an, so erfordert zur Erreichung eines angestrebten Siebfaktors die Drosselspule beachtliche äußere Abmessungen, die sehr nachteilige Auswirkungen auf die konstruktive Gestaltung eines Gerätes haben.

Als Ersatz für die voluminöse Drossel haben sich weitestgehend Transistoren im Längszweig der zu glättenden Spannung durchgesetzt. In der DE-AS 18 03 ^77 ist eine solche Lösung beschrieben, wonach vor dem Emitter des Längstransistors ein zusätzlicher Widerstand angeordnet ist. Der Spannungsabfall hierüber steuert einen Vortransistor, der den Basisstrom des Längstransistors so steuert, daß der Strom durch letzteren konstant und unabhängig von den Oberwellen am Eingang wird. Von entscheidendem Nachteil ist die hohe Verlustleistung und der Umstand, daß

T- Τ" ," i. "T

ein Verbraucher mit konstantem und definiertem Stromverbrauch, vorausgesetzt ist.

Sine andere Lösung wird in der DE-AS 11 99 338 angegeben. Zwei Transistoren in Darlingtonschaltung arbeiten als Längsstellglied und werden von einem dritten Transistor angesteuert. Bei diesem liegen sowohl Emitter als auch Basis am Abgriff je eines über der Ausgangsspannung liegenden Spannungsteilers. Zudem ist, der Emitter mit dem einen, und die Basis mit dem anderen Pol der Ausgangsspannung über je einen Kondensator verbunden. Somit erhält der dritte Transistor seinen Gleichstromarbeitspunkt über die Spannungsteiler, während die Wechselanteile der Ausgangsspannung den Transistor über die Kondensatoren so steuern, daß dieser das Längsstellglied gegensinnig öffnet und schließt und somit die .Ausgangswelligkeit weitestgehend kompensiert. Nachteilig wirkt sich wiederum die hohe Verlustleistung aus, die durch, die relativ hohe Spannung über dem Stellglied entsteht.

Eine Lösung, die die bisher genannten Nachteile vermeidet, ist in der DE-AS 26 08 091 angegeben. Hierbei wird der Längstransistor vom Ausgang eines Operationsverstärkers angesteuert, dessen invertierender Eingang am Teilerpunkt eines Spannungsteilers über der Bingangsspannung und dessen nicht invertierender Eingang am Teilerpunkt eines weiteren, über der Ausgangsspannung liegenden Spannungsteilers liegt. Somit läßt sich die Differenzspannung über dem Längstransistor und damit die Verlustleistung durch geeignete Dimensionierung der Spannungsteiler sehr klein halten. Die Kompensation der überlagerten Wechselanteile wird erzielt durch Einfügen eines Kondensators zwischen dem invertierenden Eingang und dem Bezugspotential. Dadurch werden alle Wechselanteile vom invertierenden Eingang abgeleitet, und die Gleichtaktansteuerung ist aufgehoben. Die Wechselanteile, die nach wie vor am nicht invertierenden Eingang liegen, werden nun verstärkt und steuern kompensierend den Längstransistor. Diese Schaltungsanordnung stellt somit einen Kegelkreis dar mit einer Rückführung vom Ausgang auf den Eegelverstärker. Sie erfüllt hohe Anforderungen bezüglich Glättung der Ausgangsspannung bei geringen Verlusten.

Es tun sich jedoch Probleme auf, wenn man zwei oder mehrere Siebschaltungen der vorgehend beschriebenen Art ausgangsseitig parallelschalten will. Diese Notwendigkeit ergibt sich, wenn bei erhöhtem Leistungsbedarf des Verbrauchers zwei Standardstromversorgungen parallel betrieben werden müssen. Es erhalten dann alle Kegelkreise die gleiche Hückführgröße, obgleich sie unterschiedlichen Störgrößen ausgesetzt sind, woraus sich dynamische Instabilitäten der Siebschaltungen ergeben. Die Stabilität für jeden einzelnen Regelkreis mit bekannten Mitteln wiederherzustellen erfordert einen beträchtlichen Aufwand.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, Instabilitäten zu beseitigen, die beim ausgangsseitigen Parallelschalten bekannter elektronischer Siebschaltungen auftreten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Siebschaltung, die einen im Längszweig angeordneten und von einem Differenzverstärker gesteuerten Stellgliedtransistor enthält, wobei die inverse Ansteuerung des Differenzverstärkers vom Teilerpunkt eines Eingangsspannungsteilers aus und die direkte Ansteuerung vom Teilerpunkt eines Ausgangsspannungsteilers aus erfolgt, in der Weise zu verbessern, daß ein ausgangsseitiges Parallelschalten mehrerer derartiger Siebschaltungen unter Aufrechterhaltung der Siebwirkung der Einzelschaltungen und der Stabilität der Gesamtanordnung möglich ist.

Die Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, besitzt die folgenden Merkmale: Ausgehend vom invertierenden Eingang des Differenzverstärkers sind zum Teilerpunkt des Eingangsspannungsteilers hin ein Yorwiderstand und zum Ausgang des Differenzverstärkers hin eine Reihenschaltung angeordnet, die aus einem Eückführwiderstand und einem Rückführkondensator besteht. Zwischen dem Teilerpunkt des Ausgangsspannungsteilers und dem Masseanschluß ist ein Kondensator angeordnet, der diesem

Teilerpunkt wechselspannungsmäßig Massepotential aufprägt. Zwischen diesem Teilerpunkt und dem Eingangsanschluß der Siebschaltung ist ein aus zwei Widerständen bestehender Wechselspannungsteiler angeordnet, dessen Abgriff mit dem niehtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist und dessen masseabgewandtem Widerstand ein Trennkondensator in Eeihe geschaltet ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Emitter-Kollektor-Strecke des Stellgliedtransistors mit einer Schutzdiode so überbrückt, daß die Polung der Schutzdiode mit der der Emitter-Kollektor -Strecke übereinstimmt.

Über der Emitter-Kollektor-Strecke des Stellgliedtransistors bildet sich eine Spannung aus, deren Größe durch die Teilerverhältnisse des Eingangs- und des Ausgangsspannungsteilers festgelegt ist. Die der Eingangsgleichspannung überlagerten Wechselanteile werden kapazitiv abgetrennt und über einen ohmseheη Spannungsteiler dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers zugeführt, der mit seinem Ausgangssignal den Stellgliedtransistor gegensinnig zu den überlagerten Wechselanteilen aussteuert. An dem Differenzverstärker wird mittels 5ückführung vom Ausgang zum invertierenden Eingang eine definierte Verstärkung eingestellt.

Im zulässigen Betriebsbereich ist die über der Emitter-Kollektor-Strecke des Stellgliedtransistors sich einstellende Spannung kleiner als die IPlußspannung der Schutzdiode, so .daß die Schutzdiode nur dann wirksam wird, wenn infolge einer Überlastung des Stellgliedtransistors die Spannung über dessen Emitter-Kollektor-Strecke unzulässig ansteigt.

Ausführungsbeispiel·

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die augehörige Zeichnung zeigt eine elektronische Siebschaltung, in der die erfindungsgemäße Lösung zur Anwendung kommt.

Die in den Eingangsanschluß E eingespeiste, mit einem Wechselanteil überlagerte Eingangsgleichspannung Ue liegt mit dem hohen Potential am Emitter eines Stellgliedtransistors Ts. Dessen Kollektor, an dem das hohe Potential der gesiebten Ausgangs spannung Ua entnommen wird, ist mit dem Ausgangsanschluß A verbunden, an dem eine nicht dargestellte Last angeschlossen · ist. Beide Spannungen, Ue und Ua, fußen auf einem gemeinsamen Hullpotential des Masseanschlusses M. Der Stellgliedtransistor Ts erhält seinen Basisstrom über den Basiswiderstand E6 vom Ausgang des Differenzverstärkers V, der aus der Eingangsgleichspannung Ue gespeist wird. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers V ist über einen Vorwiderstand R4· mit dem Teilerpunkt Te eines Eingangsspannungsteilers verbunden, der aus den Widerständen S2 und E3 besteht und zwischen Eingangsanschluß E und Masseanschluß M angeordnet ist.

Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers V ist über einen Widerstand R7 mit dem Teilerpunkt Ta eines an der Ausgangsspannung Ua liegenden Ausgangsspannungsteilers verbunden, welcher aus den Widerständen E8 und H9 besteht. Die Teilerverhältnisse von Eingangsspannungsteiler und Ausgangsspannungsteiler sind so bemessen, daß die Eingangsspannungsdifferenz am Differenzverstärker Y zu Hull wird, wenn über der Kollektor-Emitterstrecke des Stellgliedtransistors Ts eine vorgegebene Spannung Ud stehenbleibt. Bei Erhöhung des Laststromes am Ausgangsanschluß A wird dieses Gleichgewicht gestört, und die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers V sinkt ab. Hierdurch erhöht sich der Basisstrom des Stellgliedtransistors Ts so weit, daß sich der vorgegebene Wert von Ud wieder einstellt. Bei Verringerung des Laststromes läuft der Vorgang entsprechend umgekehrt.ab.

Hinsichtlich der Wechselanteile liegt der Teilerpunkt Ta infolge eines Kondensators G3 auf Uullpotential. Der Wechselanteil der Eingangsgleichspannung Ue wird von einem Wechselspannungsteiler, bestehend aus den Widerständen S1 und E7, heruntergeteilt, dessen Abgriff an den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers V angeschlossen ist. Der Gleichanteil

wird dabei durch einen Trennkondensator 01 abgetrennt.

Der Aasgang des Differenzverstärkers Y ist über einen Eückführkondensator 02 und einen Bückführwiderstand R5 mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Damit ist die" für die Verstärkung der Wechselanteile ausschlaggebende Proportionalverstärkung des Differenzverstärkers V durch das Verhältnis B5 zu B4 gegeben, wenn B2 und B3 viel kleiner als .14 sind und deshalb vernachlässigt werden können. Der Bückführkondensator 02 bestimmt den integrierenden Anteil und trennt den Gleichanteil der Verstärkerausgangsspannung vom invertierenden Eingang,

Bei geeigneter Dimensionierung der Widerstände 11, B7, B5 und S4 wird der in den Stellgliedtransistor Ts fließende Basisstrom so gesteuert, daß sich die Spannung Ud analog zu den der Eingangsgleichspannung Ue überlagerten Wechselanteilen ändert. Infolgedessen, bleibt das Kollektorpotential des Stellgliedtransistors Ts weitestgehend konstant.

Diese Siebschaltung kann mit anderen gleichartigen Siebschaltungen ohne Stabilitätsverlust ausgangsseitig=. parallel geschaltet werden, weil die Ausgangsspannung Ua dynamisch ohne Einfluß auf den Steuerungsvorgang des Stellgliedtransistors Ts bleibt.

In Erweiterung der Schaltung kann der Stellgliedtransistor Ts mit einer Schutzdiode D überbrückt werden, um bei Kurzschluß am Ausgang die Kollektor-Emitter spannung des StellgÜedtransistors Ts zu begrenzen und:, diesen vor Überlastung zu schützen, Diese einfache Schutzmaßnahme kann-deshalb angewendet werden, weil der Stellgliedtransistor Ts.im zulässigen Betriebsbereich mit einer Spannung Ud zwischen Emitter und Kollektor betrieben wird, deren Wert einen Bruchteil der Schwellspannung der Schutzdiode D beträgt.

Claims (2)

' - ' · - 7 - Erfindungsanspruch

1. Elektronische Siebschaltung mit einer zwischen Eingangsand Aasgangsanschloß angeordneten Emitter-Kollektor-Strecke eines von einem Differenzverstärker angesteaerten Stellgliedtransistors, wobei der invertierende Eingang des Differenzverstärkers vom Teilerpunkt eines zwischen Eingangsand Masseanschluß angeordneten Eingangsspannungsteilers and der nichtinvertierende Eingang vom Teilerpunkt eines zwischen Ausgangs- und Masseanschlaß angeordneten Ausgangsspannungsteilers gesteuert wird, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (T) und dem Teilerpunkt (Te) des Eingangsspannungsteilers ein Vorwiderstand (E4-) und zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des DifferenzVerstärkers (Y) eine !Reihenschaltung aus einem Hückführwiderstand (E5) und einem Hückführkondensator (02) angeordnet ist, daß zwischen dem Teilerpunkt (Ta) des Ausgangsspannungsteilers und dem Masseanschluß (M) ein die Wechselanteile kurzschließender Kondensator (03) angeordnet ist and daß in die Verbindung zwischen dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers (V) und dem Teilerpunkt (Ta) des AusgangsSpannungsteilers ein Widerstand (57) eingefügt sowie zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und dem Eingangsanschluß (E) eine aus einem Trennkondensator (C1) und einem Widerstand (E1) bestehende !Reihenschaltung angeordnet ist, die zusammen mit dem zum Teilerpunkt (Ta) des Ausgangsspannungsteilers führenden Widerstand (E7) einen Wechselspannungsteiler bildet.

2· Elektronische Siebschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Emitter-Kollektor-Strecke des Stellgliedtransistors (Ts) eine Schutzdiode (D) gleichgepolt parallel geschaltet ist·

Hierzu 1 Blatt Zeichnung.