DE112014006665T5

DE112014006665T5 - Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom in der Stromversorgung einer Last

Info

Publication number: DE112014006665T5
Application number: DE112014006665.6T
Authority: DE
Inventors: Yuriy Igorevich Romanov; Stanislav Vladimirovich Maletskiy
Original assignee: Closed Up JSC
Current assignee: Closed Up JSC
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2017-01-26
Also published as: CN106605182B; US20170083032A1; RU2016141212A3; RU2674010C2; RU2016141212A; CN106605182A; US10444775B2; WO2015174881A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom im Versorgungskreis einer Last, umfasst die nachfolgenden reihengeschalteten Elemente: eine Gleichspannungsquelle (1), einen Transformator (11) zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, einen Transformator (47) zur Umwandlung von Stoßspannung in Gleichspannung, sowie einen Gleichstromregler (60) und eine Last (58), die über einen ihrer Pole mit dem Ausgang des Transformators (47) und über den anderen Pol mit dem Eingang des Gleichstromreglers (60) verbunden ist, und eine Ansteuerschaltung (80), die über einen ihrer Eingänge mit einem der Pole der Last (58) und über den anderen Eingang mit dem Ausgang des Gleichstromreglers (60) und über ihren Ausgang mit dem Steuereingang des Transformators (11) verbunden ist, wodurch bei Änderungen der Last (58) die Bildung einer Regelspannung am Gleichstromregler und die Bereitstellung eines gleichbleibenden Gleichstrompegels im Versorgungskreis der Last (58) gewährleistet werden, dabei wird die maximale Ausgangsspannung auf der Last (58) bei stabilem Strom lediglich durch die ziemlich hohe zulässige Höchstspannung der Elemente begrenzt, aus denen der Stoßspannung-Gleichspannung-Transformator (47) und der Gleichspannung-Stoßspannung-Transformator (11) jeweils bestehen, die jeweils mehrere Hundert Volt oder mehr betragen können. Hierdurch wird der Schwankungsbereich der Last (58) deutlich erweitert.

Description

Die vorgeschlagene technische Lösung betrifft das Gebiet der Elektrotechnik und kann zur Schaffung von Stromversorgungsmitteln verwendet werden, die Gleichstrom in einer konstanten Größe bereitstellen, der durch einen in einem weiteren Bereich variablen Lastkreis fließt.
Ähnliche technische Lösungen sind z.B. aus dem sowjetischen Patent Nr. 1229742 bekannt, das die nachfolgenden wesentlichen Merkmale aufweist:

– eine Gleichspannungsquelle; einen Transformator zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang der Gleichsspannungsquelle verbunden ist,
– einen Transformator zur Umwandlung von Stoß- in Gleichspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Transformators zur Umwandlung von Gleich- in Stoßspannung (DLC-Filter) verbunden ist,
– einen Leitungsregler, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Stoßspannung-Gleichspannung-Transformators verbunden ist;
– einen ersten Spannungsteiler, der mit dem Stoßspannung-Gleichspannung-Transformator parallel geschaltet ist;
– einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen dem Ausgang des Leitungs-Spannungsreglers und dem Minuspol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist;
– eine Last, die über einen ihrer Pole mit dem anderen Pol des Leitungs-Spannungsreglers und über den anderen Pol mit dem negativen Ausgang der Gleichspannungsquelle verbunden ist;
– eine Ansteuerschaltung, die über ihren ersten Eingang mit dem Ausgang des ersten Spannungsteilers, über ihren zweiten Eingang mit dem Ausgang des zweiten Spannungsteilers, und über ihren Ausgang mit dem Steuereingang des Gleichspannung-Stoßspannung-Transformators verbunden ist;

Der vorliegenden Erfindung und der oben beschriebenen Lösung sind die nachfolgenden Aspekte gemeinsam:

– die Gleichspannungsquelle; der Transformator zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang der Gleichsspannungsquelle verbunden ist,
– der Transformator zur Umwandlung von Stoß- in Gleichspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Transformators zur Umwandlung von Gleich- in Stoßspannung verbunden ist,
– der Leitungsregler;
– die Last;
– die Ansteuerschaltung, die über ihren Ausgang mit dem Steuereingang des Gleichspannung-Stoßspannung-Transformators verbunden ist.

Bekannt ist auch eine ähnliche Lösung, siehe die russische Patentanmeldung Nr. 2012133772 bekannt, die den nächstliegenden Stand der Technik darstellt und die nachfolgenden wesentlichen Merkmale aufweist:

– die Gleichspannungsquelle; der Transformator zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang der Gleichsspannungsquelle verbunden ist,
– der Transformator zur Umwandlung von Stoß- in Gleichspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Transformators zur Umwandlung von Gleich- in Stoßspannung verbunden ist,
– einen Leitungsregler, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Stoßspannung-Gleichspannung-Transformators verbunden ist;
– eine Ansteuerschaltung, die über ihren ersten Eingang mit dem Ausgang des Gleichspannung-Stoßspannung-Transformators, über seinen zweiten Eingang mit dem ersten Ausgang des Gleichstromreglers und über seinen Ausgang mit dem Steuereingang des Gleichspannung-Stoßspannung-Transformators verbunden ist;
– eine Last, die über einen ihrer Pole mit dem zweiten Pol des Widerstands des Gleichstromreglers und über den anderen Pol mit dem negativen Ausgang der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung und des Prototyps sind die nachfolgenden Aspekte gemeinsam:

– die Gleichspannungsquelle; der Transformator zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang der Gleichsspannungsquelle verbunden ist,
– der Transformator zur Umwandlung von Stoß- in Gleichspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Transformators zur Umwandlung von Gleich- in Stoßspannung verbunden ist,
– der Gleichstromregler;
– die Last;
– die Ansteuerschaltung, die über einen ihrer Eingänge mit dem ersten Ausgang des Gleichstromreglers und über ihren Ausgang mit dem Steuereingang des Gleichspannung-Stoßspannung-Transformators verbunden ist.

Das technische Ergebnis, das sich weder mit der einen noch mit der anderen oben geschilderten technische Lösung erreichen lässt, liegt in der Erweiterung des Widerstandsbereichs der Last.
Das vorgenannte technische Lösung ist deshalb nicht zu erreichen, weil den Fragen der Erweiterung des Widerstandsbereichs der Last nicht die gebührende Aufmerksamkeit gewidmet worden ist, da die Meinung vertreten wurde, dass der erreichte Widerstandsbereich der Last den aktuellen Bedürfnissen in vollem Maße genüge.
Aus den Eigenschaften und einer Analyse der bekannten analogen technischen Lösungen lдsst sich folgern, dass die Aufgabe zur Bereitstellung einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom aus einem Versorgungskreis mit einer variablen Last mit einem weiteren Widerstandsbereich nach wie vor aktuell ist.
Das vorgenannte technische Ergebnis wird dadurch eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom in einem Versorgungskreis einer Last erreicht, umfassend eine Gleichspannungsquelle, Einen Transformator zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang der Gleichsspannungsquelle verbunden ist, – einen Transformator zur Umwandlung von Stoß- in Gleichspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Transformators zur Umwandlung von Gleich- in Stoßspannung verbunden ist, einen Gleichstromregler, eine Ansteuerschaltung, die über einen ihrer Eingänge mit dem ersten Ausgang des Gleichstromreglers und über ihren Ausgang mit dem Steuereingang des Stoßspannung-Gleichspannung-Transformators verbunden ist, und eine Last, die erfindungsgemäß über einen ihrer Pole mit dem Ausgang des Stoßspannung-Gleichspannung-Transformators und über ihren anderen Pol mit dem Eingang des Gleichstromreglers und dem anderen Ausgang der Ansteuerschaltung verbunden ist, wobei der Gleichstromregler über seinen zweiten Ausgang mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.
Wie oben ausgeführt, ermöglicht die Verbindung der Last mit dem Gleichstromregler, dass bei der Umwandlung der Gleichspannung in Stoßpannung und der Stoßspannung in Gleichspannung der Strom geregelt wird, der durch den Versorgungskreis der Last fließt, und dass eine Ansteuerspannung geschaffen wird, die bei Erreichen des Steuereingangs des Gleichspannung-Stoßspannung-Transformators eine Änderung des Impulsverhältnisses der Pulse sowie die Regelung des Spannungsabfalls auf dem Stromregler ermöglicht. Die maximale Ausgangsspannung auf der Last wird bei stabilem Strom wird dabei lediglich durch die ziemlich hohe zulässige Höchstspannung der Elemente begrenzt, aus denen der Stoßspannung-Gleichspannung-Transformator und der Gleichspannung-Stoßspannung-Transformator jeweils bestehen; deshalb kann auch der Widerstand der Last in einem weiten Bereich schwanken.
So wird ein konstanter Gleichstrom bei gleichzeitiger Erweiterung des Schwankungsbereichs der Last gewährleistet. Hiermit wird auch der vorgenannte technische Effekt erreicht.
Die vorstehende Analyse der bekannten technischen Lösungen hat aufgezeigt, dass keine davon alle wesentlichen Merkmale oder Unterscheidungsmerkmale der vorliegenden Erfindung umfasst, was den Schluss zulässt, dass die Voraussetzung „Neuheit“ der Patentfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom in einem Versorgungskreis einer Last erfüllt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom in einem Versorgungskreis einer Last wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen (1) näher erläutert, die die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch darstellen, welche umfasst:

– eine Gleichstromquelle (1), die aus beliebigen bekannten Komponenten besteht, z.B. Vollschwingungs-Gleichrichter mit Filter;
– eine Hilfs-Gleichspannungsquelle (2), z.B. in Form eines Widerstands (3), der über einen seiner Eingänge (Pol 4) mit dem Pluspol (5) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist, und eines Glimmstabilisators (6), der über eine seiner Kathoden (7) mit dem anderen Pol (8) des Widerstands (3), und über seine Anode (9) mit dem Minuspol (10) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist;
– einen Transformator (11) zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, z.B. in der nachfolgenden Form:
– einen Generator (12) zur Erzeugung von Rechteckimpulsen konstanter Frequenz, der über einen seiner Pole (13) (d.h. der erste Eingang des Transformators (11)) mit dem Ausgang der Hilfsquelle (2) (mit der Kathode (7) des Glimmstabilisators (6)) und über seinen anderen Pol (14) mit dem Minuspol (10) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist,
– eine Bezugsspannungsquelle (15), die über ihren ersten (16) und zweiten (17) Pol mit den Polen (13) und (14) des Generators (12) parallel geschaltet ist,
– ein gesteuerter Schalter (18), der über seinen Eingang (19) mit dem Ausgang (20) des Generators (12) verbunden ist,
– einen Operationsverstärker (21), der über seinen Ausgang (22) mit dem Steuereingang (23) des Schalters (18) und über seinen nicht umkehrenden („+“) Eingang (24) mit dem Ausgang (25) der Bezugsspannungsquelle (15) verbunden ist,
– ein erster Kondensator (26), der über eine seiner Schichten (27) mit dem Ausgang (28) des Schalters (18) und über seine andere Schicht (29) mit dem ersten Pol (30) der primären Spule (31) des Transformators verbunden ist, die wiederum über ihren zweiten Pol (32) mit dem Minuspol (10) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist,
– ein zweiter Kondensator (33), der über eine seiner Schichten (34) mit dem ersten Pol (35) der sekundären Spule (36) des Transformators verbunden ist,
– eine Diode (37), die über ihre Kathode (38) mit der anderen Schicht des zweiten Kondensators (33) und über ihre Anode (39) mit dem zweiten Pol (40) der sekundären Spule (36) des Transformators verbunden ist,
– ein Widerstand (41), der über einen seiner Pole (42) mit der Kathode (38) der Diode (37) und über den anderen Pol (43) mit der Anode (39) der Diode (37) verbunden ist,
– ein MOSFET (44), der über sein Gate (45) mit der Kathode (38) der Diode (37), über seinen Drain (46) (d.h. der zweite Eingang des Transformators (11)) mit dem Pluspol (5) der Gleichspannungsquelle (1) und über seinen Source (50) mit dem zweiten Pol (40) der sekundären Spule (36) des Transformators verbunden ist;
– ein Transformator (47) zur Umwandlung von Stoßspannung in Gleichspannung, z.B. in der nachfolgenden Form:
– eine Diode (38), die über ihren Eingang (die Kathode (49)) mit dem Source (50) des MOSFET (44) (dem Ausgang des Transformators (11)) und über ihre Anode (51) mit dem Minuspol (10) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist,
– eine Drossel (52), die über einen ihrer Pole (53) mit der Kathode (49) der Diode (48) verbunden ist,
– ein Kondensator (54), der über eine seiner Schichten (55) mit dem anderen Pol (56) der Drossel (52) und über die andere Schicht (57) mit dem Minuspol (10) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist;
– eine Last (58), die über einen ihrer Pole (59) mit dem Ausgang des Transformators (47) (mit dem anderen Pol (56) der Drossel (52)) verbunden ist;
– ein Gleichstromregler (60) z.B. in der nachfolgenden Form:
– ein MOSFET (61), der über seinen Drain (62) (d.h. der erste Eingang (63) des Gleichstromreglers (60)) mit dem Pol (64) der Last (58) verbunden ist,
– ein OP-Verstärker (65), der über seinen umkehrenden Eingang (66) („–") mit dem Source (67) (d.h. der erste Ausgang des Gleichstromreglers (60)) des MOSFETs (61) und über seinen Ausgang (68) mit dem Gate (69) des MOSFETs (61) verbunden ist,
– eine Bezugsspannungsquelle, z.B. in der nachfolgenden Form: ein erster Widerstand (70), der über einen seiner Pole (71) mit dem Ausgang der Hilfsquelle (2) (mit der Kathode (7) des Glimmstabilisators (6)), und über seinen anderen Pol (72) mit dem nicht umkehrenden („+“) Eingang (73) des OP-Verstärkers (65) verbunden ist, ein zweiter Widerstand (74), der über einen seiner Pole (75) mit dem anderen Pol (72) des ersten Widerstands (70) verbunden ist,
– ein Widerstand (76), der über einen seiner Pole (77) mit dem anderen Pol (78) des zweiten Widerstands (74) der Bezugsspannungsquelle (d.h. der zweite Ausgang des Gleichstromreglers (60)) verbunden ist, der wiederum mit dem Minuspol (10) der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist, und über seinen anderen Pol (79) mit dem Source (67) des MOSFETs (61) verbunden ist,
– eine Ansteuerschaltung (80), z.B. in der nachfolgenden Form: ein OP-Verstärker (81), der über seinen nicht umkehrenden („+“) eingang (82) d.h. der erste Eingang de Ansteuerschaltung (80)) mit dem Drain (62) des MOSFETs (61) (d.h. der Eingang (63) des Gleichstromreglers (60)), über seinen umkehrenden („–“) Eingang (83) und über den ersten Widerstand (4) mit dem Source (67) des MOSFETs (d.h. der zweite Eingang der Ansteuerschaltung (80)) und über den zweiten Widerstand (85) mit dem Ausgang der Hilfsquelle (2) (mit der Kathode (7) des Glimmstabilisators (6)) verbunden ist, und über seinen Ausgang (86) mit dem umkehrenden („.“) Eingang (87) des OP-Verstärkers (21) des Transformators (11) verbunden ist, der auch der Steuereingang des Transformators (11) ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom in der Stromversorgung einer Last funktioniert wie folgt:
Wird aus den Polen (5) und (10) der Gleichspannungsquelle eine konstante Spannung an den Ausgängen (4) und (9) der Hilfsquelle (2) und den Eingängen (46) und (17) des Transformators (11) erreicht, fängt der Rechteckimpuls-Generator (12) des Transformators (11) an, Impulse zu erzeugen, die vom Ausgang (20) des Generators (12) hin zum Informationseingang (19) des gesteuerten Schalters (18) des Transformators (11) fließen. Ist die Spannung am umkehrenden („–") Eingang (87) des OP-Verstärkers (21) geringer als die Spannung am nicht umkehrenden („+“) Eingang (24) des OP-Verstärkers (21), die auch durch die Spannung am Ausgang (25) der Bezugsspannungsquelle (15) begrenzt ist, so ist die Spannung am Ausgang (22) des OP-Verstärkers (21) derart, dass der gesteuerte Schalter (18) geöffnet wird. Dabei erreichen die Impulse aus dem Ausgang (20) des Generators (12) über den gesteuerten Schalter (18) den Gate (45) des MOSFETs (44) über die nachfolgende Strecke: Erster Kondensator (26), primäre (31) und sekundäre Spule (36) des Transformators, zweiter Kondensator (33) und diesem parallel geschaltete Diode (37) und Widerstand (41). Folglich wandelt der MOSFET (44) eine Gleichspannung der Gleichspannngsquelle (1) in Stoßspannung um, und diese Impulse gehen vom Source (50) des MOSFETs (44) hin zum Pol (53) der Drossel (52), bei dem es sich um den Eingang des Transformators (47) handelt, an dessen Ausgang (56) nach der entsprechenden Umwandlung und Filterung durch den LC-Filter (Drossel (52) und Kondensator (54)) die Gleichspannung zu steigen beginnt. Die resultierende Gleichspannung aus dem Ausgang (56) des Transformators (57) geht durch die Last (58) und trifft am Eingang (63) des Gleichstromreglers (60) (am Drain (62) des MOSFETs (61)) ein.
Mithilfe des z.B. auf dem OP-Verstärker (65), MOSFET (61) und Bezugsstromquelle ausgebildeten Gleichstromreglers (60), wird die Spannung am Widerstand (76) des Gleichstromreglers (60) stabilisiert, wobei die Bezugsspannungsquelle in Form von reihengeschalteten Widerständen (70) und (74) vorliegt.
Infolge der Stabilisierung der Spannung am Widerstand (76) des Gleichstromreglers (60) geschieht folgendes über den Widerstand (76): Vom Source (67) des MOSFETs (61) zum Minuspol (10) der Gleichspannungsquelle (1) fließt Strom ohne Rücksicht auf die Spannung am Eingang (63) des Gleichstromreglers oder die Last (68), und dessen Größe richtet sich nach dem Nennwert des Widerstands (76) und des Spannungspegels am nicht umkehrenden („+“) Eingang (73) des OP-Verstärkers (65) des Gleichstromreglers (60). Wenn dabei die Spannung am nicht umkehrenden („+“) Eingang (73) des OP-Verstärkers (65) des Gleichstromreglers (60) (die sich nach der Spannung am Mittelpunkt (Ausgang (72) des Widerstands (70)) des Spannungsteilers, der durch die Widerstände (70) und (74) ausgebildet ist, richtet) höher ist als die Spannung am umkehrenden („–“) Eingang (66) des OP-Verstärkers, der mit dem Source (67) des MOSFETs (61) und dem Widerstand (76) des Gleichstromreglers (60) verbunden ist, dann ist die Spannung am Ausgang (68) des OP-Verstärkers (65), der mit dem Gate (69) des MOSFETs (61) verbunden ist, derart, dass sich der MOSFET (61) öffnet, und die Spannung am Widerstand (76) steigt solange an, bis die Spannung am Widerstand (76) gleich der Spannung am Mittelpunkt (Ausgang (72) des Widerstands (70)) des durch die Widerstände (70) und (74) ausgebildeten Spannungsteilers ist.
Zu diesem Zeitpunkt endet der Anstieg der Spannung am Ausgang (68) des OP-Verstärkers (65) und somit auch am Source (67) des MOSFETs (61) und erreicht den Wert, bei dem die Spannung an der Schnittstelle zwischen dem Source (67) des MOSFETs (61) und dem Widerstand (76) gleich der Spannung am nicht umkehrenden („+“) Eingang (73) des OP-Verstärkers ist. Die Höhe der angegebenen Spannung ist gleich der Spannung am Mittelpunkt (Eingang (72) des Widerstands (70)) des durch die Widerstände (70) und (74) ausgebildeten Spannungsteilers. Dieser Zustand bleibt bei Änderungen der Spannung am Eingang (63) des Gleichstromreglers (60) sowie bei Änderungen der Last (68) erhalten. Ebenfalls fließt bei Änderungen der Last (58) geregelter Gleichstrom, dessen Wert sich nach der Spannung, die von der gemeinsamen Schnittstelle des ersten Widerstands (70) und des zweiten Widerstands (74) ausgeht, und von der Größe des Widerstands (76) bestimmt.
Mit der Zunahme der Spannung am Eingang (63) des Gleichstromreglers (60) nimmt auch die Spannung am Drain-Source des MOSFETs (61); also muss der Anstieg der Spannung am Drain-Source des MOSFETs (61) geregelt werden. Dazu wird vom Drain (61) des MOSFETs (und dem Pol (64) der Last (68)) eine Spannung auf den nicht umkehrenden („+“) Eingang (82) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung angewendet, und auf den umkehrenden („–“) Eingang (83) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung wird über den ersten Widerstand (84) eine Spannung aus dem Source (67) des MOSFETs (61) des Gleichstromreglers (60) angewendet und über den zweiten Widerstand (85) wird eine Spannung aus der Kathode (7) des Glimmstabilisators (6) der Hilfsquelle (2) angewendet.
Im Ergebnis eines Vergleichs der Spannung am nicht umkehrenden („+“) Eingang (83) und am umkehrenden („–“) Eingang (86) des OP-Verstärkers der Ansteuerschaltung (80), bildet sich am Ausgang (86) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung eine Spannung, die auf den Steuereingang (87) des Transformators (11) wirkt, d.h. auf den umkehrenden („–“) Eingang (87) des OP-Verstärkers (21) des Transformators (11).
Solange die Spannung am nicht umkehrenden Eingang (82) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung (80) geringer ist als die Spannung am umkehrenden Eingang (83) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung (80), wird die Spannung am Ausgang (86) des OP-Verstärkers (81) gering sein. Folglich ist die Spannung am umkehrenden Eingang (87) des OP-Verstärkers (21) des Transformators (11) geringer als die Spannung am nicht umkehrenden Eingang (24) des OP-Verstärkers, der mit dem Ausgang (25) der Bezugsspannungsquelle (15) verbunden ist. Deshalb ist die Spannung am Ausgang (22) des OP-Verstärkers (21) derart, dass der gesteuerte Schalter (18) des Transformators (11) geöffnet wird, und Impulse aus dem Generator (12) des Transformators (11) fließen über die nachfolgende Strecke: Erster Kondensator (26), Spulen (31) und (36) des Transformators; der zweite Kondensator (33) wirkt auf die parallel geschaltete Diode (37) und Widerstand (41) und auf diesem Wege auf Gate (45) und Source (50) des MOSFETs (44). Dabei wirken auf den Eingang (53) des Transformators (47) Spannungsimpulse, die nach der Umwandlung und Filterung im Transformator (47) zum Anstieg der Ausgangsspannung dieses Transformators führen.
Dieser Vorgang geht weiter, solange die Spannung am Drain (62) des MOSFETs (61) des Gleichstromreglers (60) relativ zu dessen Source (67) nicht etwas höher ist als Spannung am Widerstand (84) der Ansteuerschaltung (80) ist.
Wenn dies geschieht, übersteigt die Spannung am nicht umkehrenden Eingang (82) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung (80) die Spannung am umkehrenden Eingang (83) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung (80). Also ist die Spannung an deren Ausgang (86), der mit dem Steuereingang (87) des Transformators (11) verbunden ist, derart, dass die Spannung am umkehrenden Eingang (87) des OP-Verstärkers (21) des Transformators (11) zunimmt und die Spannung am nicht umkehrenden Eingang (24) des OP-Verstärkers des Transformators (11) übersteigt.
Im Ergebnis liegt am Ausgang (22) des Operationsverstärkers (21) des Transformators (11) eine derartige Regelspannung vor, dass der gesteuerte Schalter (18) geschlossen wird und die Impulse aus dem Generator (12) nicht mehr auf das Gate (45) – Source (50) des MOSFETs (44) des Transformators (11) übergehen.
Dabei hört die Spannung am Ausgang (56) des Transformators (47) (sowie am Drain des MOSFETs (61) des Gleichstromreglers (60) zu steigen auf und fängt an abzusinken. Deshalb wird die Spannung am umkehrenden Eingang (87) des OP-Verstärkers (21) wieder geringer sein als die Spannung am nicht umkehrenden Eingang (24) des OP-Verstärkers des Transformators (11).
D.h. der OP-Verstärker (21) des Transformators (11) vergleicht die Spannung der Bezugsspannungsquelle (15) mit der vom Ausgang (86) des OP-Verstärkers (81) der Ansteuerschaltung (81) ausgehenden Spannung und erzeugt an seinem Ausgang (22) eine Regelspannung, die auf den Steuereingang (23) des gesteuerten Schalters (18) wirkt, der seine Kontakte schließt oder öffnet und dadurch das Impulsverhältnis der Impulse ändert, die das Gate (45) – Source (50) des MOSFETs (44) erreichen.
Diese Impulse mit ihrem geänderten Impulsverhältnis gehen vom Ausgang (50) des Transformators (11) hin zum Eingang (53) des Transformators (47), an dessen Ausgang (56) nach der entsprechenden Umwandlung und Filterung durch den LC-Filter (Drossel (52) und Kondensator (54) die Gleichspannung wieder zunimmt und der ganze Vorgang wiederholt sich.
So ist die Spannung am Drain-Source des MOSFETs (61) des Gleichstromreglers (60) gleich der Spannung am Widerstand (84) der Ansteuerschaltung (80) mit kleinen Spannungsimpulsen, und der in der Last (58) fließende Strom hängt dann nicht mehr von Änderungen – ob Verkleinerungen oder Vergrößerungen – der Last (58) selbst ab.
Anzumerken ist, dass erfindungsgemäß die Last (58) über einen ihrer Pole (59) mit dem Ausgang (56) des Transformators (47) und über den anderen Pol (64) mit dem Eingang (63) des Gleichstromreglers und dem anderen Eingang (82) der Ansteuerschaltung (80) verbunden ist; also ist die maximale Ausgangsspannung auf der Last (58) bei stabilem Strom nur durch die zulässige Höchstspannung der Elemente begrenzt, die zum Transformator (47) und zum Transformator (11) gehören, die ziemlich hoch ist und mehrere Hundert Volt oder höher sein kann.
Also kann der Widerstand der Last (58) bei stabilem Laststrom erfindungsgemäß in einem weiten Bereich schwanken.
Die Untergrenze des Widerstands der Last ist der Nullwert (Kurzschluss); dabei funktioniert die Vorrichtung weiter und Gleichstrom fließt weiterhin aus dem Ausgang (56) des Transformators (47) und über den Gleichstromregler (60), dessen Größe sich nach der Spannung am Mittelpunkt des durch die Widerstände (70) und (74) ausgebildeten Spannungsteilers und der Größe des Widerstands (76) des Gleichstromreglers (60) bestimmt.
Die Obergrenze des Widerstands der Last bestimmt sich nach dem Verhältnis des durch den Gleichstromregler (60) fließenden Stroms zur zulässigen Höchstspannung der Elemente, aus denen der Transformator (47) und der Transformator (11) bestehen (sowie auch nach der Spannung der Gleichspannungsquelle (1)), die ziemlich hoch sein können.
So wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung die Bereitstellung eines gleichbleibenden Gleichstrompegels in einem Stromkreis mit einer in einem weiten Bereich variablen Last gewährleistet.

Claims

Vorrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom im Versorgungskreis einer Last, umfassend eine Gleichspannungsquelle, einen Transformator zur Umwandlung von Gleichspannung in Stoßspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang der Gleichspannungsquelle verbunden ist, einen Transformator zur Umwandlung von Stoß- in Gleichspannung, der über seinen Eingang mit dem Ausgang des Transformators zur Umwandlung von Gleich- in Stoßspannung verbunden ist, einen Gleichstromregler, eine Ansteuerschaltung, die über einen ihrer Eingänge mit dem ersten Ausgang des Gleichstromreglers und über ihren Ausgang mit dem Steuereingang des Gleichspannung-Stoßspannung-Transformators verbunden ist, und eine Last, dadurch gekennzeichnet, dass die Last über einen ihrer Pole mit dem Ausgang des Stoßspannung-Gleichspannung-Transformators und über ihren anderen Pol mit dem anderen Eingang der Ansteuerschaltung und dem Eingang des Gleichstromreglers verbunden ist, der über seinen zweiten Ausgang mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.