DE1100779B

DE1100779B - Elektronische Regelschaltung fuer Gleichspannungssysteme

Info

Publication number: DE1100779B
Application number: DEG28278A
Authority: DE
Inventors: Reinald Greiller; Karl Kueppers
Original assignee: REINALD GREILLER
Current assignee: REINALD GREILLER
Priority date: 1960-10-29
Filing date: 1959-10-30
Publication date: 1961-03-02
Also published as: GB913130A; FR1272381A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Regelschaltung für Gleichspannungssysteme, bei welcher ein zwischen Eingang und Ausgang geschalteter regelbarer Längs- oder Querwiderstand durch eine Steuergröße so verändert wird, daß eine bestimmte Beziehung zwischen der Eingangsspannung und den Ausgangsgrößen Spannung und/oder Strom geschaffen wird. Bei bekannten Anordnungen dieser Art wird als Regelgröße dabei beispielsweise die Ausgangsspannung und/oder der Ausgangsstrom selbst, die Eingangsspannung, eine Temperatur oder irgendeine andere physikalische Größe, auch eine Kombination dieser Größen, angewendet.

Es ist auch bereits bekannt, bei solchen Regelschaltungen als regelbare Widerstände Röhren und Transistoren zu verwenden.

Solche Regelschaltungen finden häufig bei stabilisierten Netzgeräten Verwendung. Bei bekannten Regelschaltungen für diesen Zweck werden der Transistor oder die Röhre, die zu der Eingangsspannung parallel oder in Serie liegen, durch Steuerströme oder Steuerspannungen, die von Schwankungen der elektrischen Eingangs- oder Ausgangsgröße abgeleitet sind, so ausgesteuert, daß diese Schwankungen durch eine entsprechende Änderung des Spannungsabfalls am Transistor oder an der Röhre ausgeglichen werden.

Bei der Verwendung von Transistoren als geregelten Widerständen tritt die Schwierigkeit auf, daß diese nur eine maximale Kollektor-Emitter-Spannung vertragen. Im Falle des Querwiderstandes liegt bei den bekannten Transistorschaltungen stets die gesamte Eingangsspannung am Transistor an. Aber auch bei Verwendung eines Längswiderstandes kann im Kurzschluß fall die gesamte Eingangsspannung am Transistor abfallen. Dies hat zur Folge, daß die Eingangsspannung stets kleiner sein muß als die zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors. Aus diesem Grunde war es bisher nicht möglich, Regelschaltungen für höhere Eingangsspannungen zu bauen. Die bei transistorgeregelten Schaltungen zulässigen Eingangsspannungen lagen in der Größenordnung bis zu etwa 60 Volt. Der Vorteil transistorgeregelter Schaltungen besteht andererseits darin, daß sie die Regelung großer Ströme gestatten.

Auch bei Verwendung von Röhren als regelbaren Widerständen ist die zulässige, an den Röhren abfallende Spannung durch die Röhrendaten begrenzt. Diese Spannung liegt bei Röhren allerdings wesentlich höher als bei Transistoren. Doch besteht der Nachteil röhrengeregelter Schaltungen darin, daß mit ihnen bei einem vergleichbaren Aufwand nur sehr viel kleinere Ströme geregelt werden können als mit Transistoren.

Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, eine Elektronische Regelschaltung
für Gleichspannungssysteme

Anmelder:
Reinald Greiller,

Gräfelfmg bei München, Freihamer Str. 17, und Karl Küppers, Dachau, St.-Peter-Str. 2

Reinald Greiller, Gräfelfing bei München,

und Karl Küppers, Dachau,
sind als Erfinder genannt worden

transistorgeregelte Schaltung zu schaffen, bei der höhere Spannungen als die zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors geregelt werden können, ohne daß die Gefahr einer Überlastung des Regeltransistors besteht.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die ungeregelte Eingangsgleichspannung von mehreren in Serie geschalteten Quellen geliefert wird, daß zu einer der Quellen, die eine Spannung liefert, welche kleiner als die zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Regeltransistors od. dgl. ist, der Regeltransistor in Serie oder parallel geschaltet ist und daß zu dieser Serien- bzw. Parallelschaltung ein Schalter parallel liegt, der im Falle des Kurzschlusses oder der Überlastung am Ausgang die Serien- bzw. Parallelschaltung überbrückt, bevor der Transistor zerstört wird.

Dadurch, daß der Schalter im Falle eines Kurzschlusses oder einer Überlastung am Ausgang die Parallelschaltung bzw. Serienschaltung aus Transistor und Spannungsquelle überbrückt, kann an dem Transistor nur die Spannung derjenigen Quelle wirksam werden, die zu ihm in Serie geschaltet ist oder parallel liegt. Diese Spannung ist aber kleiner als die zulässige Kollektör-Emitter-Spannung des Transistors, so daß dieser keine spannungsmäßige Überlastung erfährt.

Im Falle des Längswiderstandes wird der Transistor durch die Wirkung des Schalters, wie bereits erwähnt, parallel zur entsprechenden Quelle geschaltet. Daraus ergibt sich die weitere Gefahr, daß der Transistor leistungsmäßig überlastet wird.

Um auch diese Gefahr zu beseitigen, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das Absinken der Ausgangsspannung unter einen bestimmten Wert

109 528/574

im Falle der Überlastung oder des Kurzschlusses Gleichrichterschaltung und einen Ladeblock gebildet, dafür ausgenutzt, den Transistor über eine Sperr- Als Regeltransistor 3' dient ein Leitungs-pnp-Transchaltung an der Basis zu sperren. sistor. Der Transistorverstärker 5' weist drei direkt

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand von gekoppelte Stufen auf. Die dauernd in Durchlaß-Regelschaltungen erläutert, die als geregelte Netz- 5 richtung belastete Diode D₄ des Verstärkers 5' bewirkt geräte ausgebildet sind. In der Zeichnung ist eine geringe positive Vorspannung der Basis des

Fig. 1 das Blockschaltbild eines transistorgesteuerten Transistors 3' gegenüber der Spannung am Kollektor Netzgerätes mit Längsstabilisierung, des Transistors T₂, so daß trotz dessen Restspannung

Fig. 2 eine praktische Ausführung des Netzgerätes der Transistor 3' hinreichend weit gesperrt werden mit Längsstabilisierung gemäß Fig. 1 und io kann.

Fig. 3 das Blockschaltbild eines transistorgesteuerten Der Strom durch den Widerstand R₆ setzt sich aus

Netzgerätes mit Querstabilisierung. dem Kollektorstrom des Transistors T₀ und aus dem

Gemäß Fig. 1 der Zeichnung liefern zwei in Serie Basisstrom des Transistors T₁ zusammen. Eine durch geschaltete Gleichspannungsquellen 1 und 2 die un- eine Änderung der Ausgangsspannung hervorgerufene geregelte Spannung U₁, die kleiner ist als die zulässige 15 Änderung des Basisstromes des Transistors T₀ beKollektor-Emitter-Spannung des Transistors, und die wirkt eine entgegengesetzte, um den Stromverstärkungs-Spannung CJ₂, welche sich zu der gesamten un- faktor verstärkte Änderung des Basisstromes des geregelten Eingangsspannung U₃ addiert. Am oberen Transistors T₁. In gleicher Weise wird der Tran-Ausgang der Spannungsquelle 1 ist der Kollektor C sistor T₂ durch den Transistor T₁ und der Regeleines Transistors 3, der in der beispielsweisen Aus- 20 transistor 3' durch den Transistor T₂ ausgesteuert,
führungsform ein Leistungs-pnp-Transistor ist, an- Im Diskriminator 6' wird die Ausgangsspannung

geschlossen, dessen Emitter E mit der einen Ausgangs- durch die Widerstände R₁ und R₂ geteilt und über die klemme in Verbindung steht. Basis-Emitter-Strecke des Transistors T₀ mit der

Die Basis B des Transistors 3 ist an den Ausgang konstanten Vergleichsspannung der Zenerdiode Z₁ Vereines Verstärkers 5 angeschlossen, dessen Eingang wie- 25 glichen. Dadurch gelangen die Schwankungen der derum an dem Ausgang eines Diskriminators 6 liegt. Ausgangsspannung als Regelgröße an den Verstärker. Parallel zu der Serienschaltung aus dem Transistor 3 Die Stabilität der Ausgangs spannung, d. h. der

und der Spannungsquelle 1 liegt ein Schalter 4. Das Grad der Kompensation von Schwankungen der Ausuntere Ende der Spannungsquelle 2 steht über einen gangsspannung, wird bestimmt durch die Bemessung weiteren Schalter 7 mit der anderen Ausgangsklemme 30 der einzelnen Schaltelemente,
des Netzgerätes in Verbindung. Der Schalter 4 der Fig. 1 wird in der praktisch

Das in Fig. 1 dargestellte Netzgerät wird so ge- ausgeführten Schaltung durch eine Diode D₁ gebildet, regelt, daß die Ausgangsspannung konstant gehalten Die Diode D₁ ist eine hochbelastbare Siliziumdiode wird. von sehr kleinem Durchlaßwiderstand. Wenn die

Zu diesem Zweck wird die Ausgangsspannung in 35 Spannung am Ausgang infolge einer Überlastung oder den Diskriminator 6 eingespeist, welcher die Ab- eines Kurzschlusses unter den Wert der Spannungsweichung der Ausgangsspannung vom Sollwert be- quelle 2' absinkt, wird die Diode D₁ leitend und stimmt und als Regelabweichungsgröße G₁ dem Ver- überbrückt praktisch die Serienschaltung aus der Spanstärker 5 zuführt. Der Verstärker 5 verstärkt die nungsquelle 1' und dem Transistor 3'. Der Tran-Größe G₁ und bringt sie in die für die Aussteuerung 40 sistor 3' wird also in diesem Falle parallel zur Spandes Transistors richtige Phase. Er ist dabei so nungsquelle 1' geschaltet, und die Spannung der Spandimensioniert, daß bei Absinken der Ausgangs- nungsquelle 2' kann an ihm nicht wirksam werden und spannung der Transistor derart ausgesteuert wird, seine Zerstörung verursachen.

daß die an dem Transistor 3 abfallende Spannung U₅ Zur Verhinderung der strombezogenen Überlastung

um etwa den gleichen Betrag kleiner wird. Dadurch 45 des Transistors 3' im Überlastungs- bzw. Kurzschlußwird das Absinken der Spannung U₃ kompensiert. falle ist die Basis des Transistors T₂ über eine nor-

Im Falle einer Überlastung bzw. eines Kurz- malerweise gesperrte Diode D₂ und einen ohmschen Schlusses schließt der Schalter 4 und schaltet damit Widerstand R₃ .mit der Kathode der Diode D₁ verden Transistor 3 parallel zur Spannungsquelle 1. Da- bunden. Über den Widerstand R₃ und die Diode D₂ durch kann die Spannung U₂ am Transistor nicht 5° wird der Verstärker 5' mit dem Kurzschlußkriterium G₂ wirksam' werden, und es wird auf diese Weise eine beaufschlagt. Dieses besteht darin, daß bei Änderung Überlastung des Transistors vermieden. Der über den der Spannungsrichtung an der Diode D₁ im ÜberSchalter 4 fließende Kurzschlußstrom der Spannungs- lastungsfalle. auch die Diode D₂ leitend wird und ein quelle 2 fließt über den lastabhängigen Schalter 7 und Strom über die Basis des Transistors T₂ fließt. Da die bringt diesen zum Ansprechen, wodurch der Strom- 55 Diode D₃ den Weg über den Kollektor des Trankreis unterbrochen wird. sistors T₁ sperrt, wird der Transistor T₂ so stark

Durch das Schließen des Schalters 4 im Über- leitend, daß er den Basisstrom des Regeltransistors 3' lastungsfalle fällt an ihm keine Spannung mehr ab. hinreichend verkleinert. Dadurch wird der Regel-Dieses Kriterium bildet das Sperrkriterium G₂, das transistor 3' so -weit zugemacht, daß er vor einer undem Verstärker 5 zugeführt wird und diesen so be- 60 zulässigen Verlustleitung geschützt ist.
einflußt, daß der Transistor3 so weit gesperrt wird, Der Schalter? ist in der ausgeführten Schaltungs-

daß er auch vor einer strombezogenen Überlastung anordnung eine Schmelzsicherung T, welche nach einer geschützt ist. gewissen Zeit anspricht und den Kreis auftrennt.

Eine praktische Ausführung der Anordnung nach Der ohmsche Widerstand R₅ hat die Aufgabe, den

Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 entsprechen 65 Spitzenstrom durch die Diode D_x zu "begrenzen,
die gestrichelt eingerahmten, mit 1' bis 7' bezeichneten In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung mit Quer-

Schaltungsteile den Schaltelementen 1 bis 7 der An- stabilisierung dargestellt. Bei dieser Schaltung sind Ordnung gemäß Fig. 1. * die Spannungsquellen sowie der Schalter 4", der

Die Gleichspannungsquellen 1' und 2' werden in ge- Diskriminator 6" und der Verstärker 5" in gleicher wohnlicher Weise durch einen Transformator, eine 70 Weise angeordnet wie bei der Schaltung mit Längs-

Stabilisierung gemäß Fig. 1. Im Gegensatz zur längsstabilisierten Schaltung liegt jedoch bei dieser Ausführung der Regeltransistor 3" parallel zur Spannungsquelle 1". Seine Basis ist in gleicher Weise wie bei dem Transistor 3 der Fig. 1 mit dem Ausgang des Verstärkers 5" verbunden. Der Verstärker 5" ist hier jedoch so dimensioniert, daß der Strom durch den Transistor T₃" um denselben Betrag abnimmt, um den der Strom über die Ausgangsklemme steigt.

Auch bei der querstabilisierten Schaltung wird im Überlastungs- oder Kurzschlußfall der Schalter 4" geschlossen. Dadurch kann die Spannung der Spannungsquelle 2" an dem Transistor 3" nicht wirksam werden und diesen zerstören. Da der Schalter 4" in diesem Falle den Transistor 3" direkt und nicht wie bei der Längsstabilisierung die Serienschaltung aus dem Transistor 3' und der Spannungsquelle 1' überbrückt, tritt an ihm praktisch überhaupt keine Spannung auf. Aus diesem Grunde ist bei der querstabilisierten Schaltung im allgemeinen kein strombezogener Überlastungsschutz für den Transistor 3" erforderlich. Nur wenn der Schalter 4" sehr weit vom idealen Schalter mit dem Widerstand O abweicht, kann eine leistungsmäßige Abschaltung wie bei der Schaltung der Fig. 1 und 2 zweckmäßig sein.

Der Schalter 7" unterbricht auch hier nach einer gewissen Zeit den Stromkreis.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Regelschaltung für Gleichspannungssysteme, bei der ein als regelbarer Längs- oder Querwiderstand zwischen Ein- und Ausgang geschalteter Transistor od. dgl. durch eine Steuergröße so verändert wird, daß eine bestimmte Beziehung zwischen der Eingangsspannung und den Ausgangsgrößen Spannung und/oder Strom geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgleichspannung (U₃) von mehreren in Serie geschalteten Quellen (1, 2) geliefert wird, daß zu einer der Quellen (1), die eine Spannung (U₁) liefert, welche kleiner als die zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Regeltransistors (3) ist, der Regeltransistor (3) in Serie oder parallel geschaltet ist, und daß zu dieser Serien- bzw. Parallelschaltung ein Schalter (4) parallel liegt, der im Falle des Kurzschlusses oder der Überlastung am Ausgang die Serien- bzw. Parallelschaltung überbrückt, bevor der Transistor (3) zerstört wird.

2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) durch eine Diode (D₁) von geringem Durchlaßwiderstand gebildet wird, welche bei Überlastung durch das Absinken der Ausgangsspannung (U₄) leitend wird.

3. Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (3) im Überlastungs- oder Kurzschlußfall durch das Absinken der Ausgangsspannung (CT₄) unter einen bestimmten Wert über eine Sperrschaltung (G₂, 5) so weit gesperrt wird, daß seine Verlustleistung einen zulässigen Wert nicht überschreitet.

4. Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsumkehr an der Diode (D₁) das Kurzschlußkriterium (G₂) bildet.

5. Regelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschlußkriterium (G₂) über eine Diode (D₂) an die Basis des Treibertransistors (T₂) des Verstärkers (5) angelegt wird.

6. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Diode (D₁) ein Strombegrenzungswiderstand (R₅) und ein lastabhängiger Schalter (7') in Serie liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 003 820; Sonderdruck aus »Electronics« (November 1956) »Regulated Transistor Power Supply Design«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 528/574 2.61