DE1122148B

DE1122148B - Spannungskonstante, mit Hilfe einer Transistorschaltung geregelte Batteriestromversorgungsanlage

Info

Publication number: DE1122148B
Application number: DES67811A
Authority: DE
Inventors: Karl Saubert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-03-30
Filing date: 1960-03-30
Publication date: 1962-01-18
Also published as: JPS388870B1

Description

Spannungskonstante, mit Hilfe einer Transistorschaltung geregelte Batteriestromversorgungsanlage Die Erfindung betrifft eine spannungskonstante, geregelte Batteriestromversorgungsanlage, insbesondere für Transistorverstärker, bei der die Batterie im Normalbetrieb durch einen Erhaltungsgleichrichter auf voller Ladung gehalten wird und bei der für empfindliche Verbraucher zwischen Verbraucher und Batterie eine aus einer Transistorschaltung mit mindestens einem im Längszweig liegenden Transistor bestehende Regeleinrichtung geschaltet ist, die im Normalbetrieb bei normalen Spannungsschwankungen der Batterie auf konstante Verbraucherspannung regelt.
Solche Batteriestromversorgungsanlagen haben den Nachteil, daß der für die Regelung auf konstante Ausgangsspannung vorgesehene Regler die Ausgangsspannung gegenüber der Batteriespannung nur herabsetzen kann, wodurch diese geregelte Ausgangsspannung kleiner gewählt werden muß als die niedrigste Batteriespannung bei vollkommener Entladung. Zur Spannungshaltung sind mehr Batteriezellen erforderlich, und der Regelbereich des Reglers muß entsprechend groß gemacht werden, wodurch dieser aufwendig und teuer wird. Es sind auch bereits Stromversorgungsanlagen bekanntgeworden, bei denen größere Spannungsschwankungen mit Hilfe eines rotierenden Umformers, der eine Zu- oder Absatzspannung liefert, ausgeglichen werden. Abgesehen von dem hierfür erforderlichen hohen Aufwand liefern solche Maßnahmen allein keine hohen Anforderungen gerecht werdende Spannungskonstanz.
Die spannungskonstante, geregelte Batteriestromversorgungsanlage wird daher gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß in Serie mit der Batterie vor der Regeleinrichtung, insbesondere zwischen der Batterie und dem im Längszweig liegenden Transistor der Regeleinrichtung, ein Zusatzgleichrichter so eingeschaltet ist, daß er für den aus der Batterie entnommenen Strom durchlässig ist und eine von einem aus der Batterie gespeisten Wechselrichter, vorzugsweise von einem Transistor-Wechselrichter, gelieferte Spannung gleichrichtet, so daß die gleichgerichtete Spannung als Zusatzspannung zur Batteriespannung wirkt, und daß parallel zu dem im Längszweig der Regeleinrichtung liegenden Transistor eine überwachungseinrichtung geschaltet ist, die im Normalbetrieb den Zusatzgleichrichter kurzschließt und den Wechselrichter abschaltet, solange die Batteriespannnung so groß ist, daß die Regeleinrichtung in ihrem normalen Regelbereich arbeitet, und die den Kurzschluß des Zusatzgleichrichters aufhebt und den Wechselrichter an die Batterie anschließt, wenn die Batteriespannung so stark absinkt, daß der Regelbereich der Regeleinrichtung nicht mehr ausreicht, die stark abgesunkene Batteriespannung ohne die durch den Wechselrichter gelieferte Zusatzspannung auszuregeln, wobei die durch den Wechselrichter gelieferte Zusatzspannung so bemessen ist, daß die Regeleinrichtung auch bei einer unter den für die Regeleinrichtung zulässigen Normalwert abgesunkenen Batteriespannung in ihrem normalen Regelbereich arbeitet. Die bei dieser Batteriestromversorgungsanlage angewendete spezielle Kombination von Zusatzspannungserzeugung und Regelung unter Verwendung der selbsttätigen Schaltvorrichtung sowie die spezielle voneinander abhängige Bemessung von Zusatzspannung und Regelbereich der Regelung ermöglicht es, bei einem Optimum an Aufwand eine hochwertige Konstanthaltung der Verbraucherspannung auch dann zu erzielen, wenn die Batteriespannung in weiten Grenzen schwankt, wobei die Batteriespannung auch unter den Sollwert der Verbraucherspannung absinken darf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als Überwachungseinrichtung ein zur Emitter-Kollektor-Strecke des im Längszweig liegenden Transistors der Regeleinrichtung parallel geschaltetes Oberwachungsrelais verwendet. Die Schaltungsanordnung wird dabei zweckmäßig so ausgebildet, daß ein Umschaltkontakt des Überwachungsrelais einerseits das Kurzschließen des Zusatzgleichrichters und andererseits das An- und Abschalten des Wechselrichters bewirkt.
Der für den Wechselrichter erforderliche Aufwand kann klein gehalten werden, wenn derselbe mit einer hohen Schaltfrequenz arbeitet. Auch die Siebmittel, die dem Gleichrichter nachgeschaltet sind, bleiben dadurch klein, ganz abgesehen davon, daß der Wechselrichter eine Rechteckkurvenform liefert, die nach Gleichrichtung nur einen geringen Anteil an überlagerter Wechselspannung enthält.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Bei der Batteriespeisung von Transistorgeräten ist normalerweise mit größeren Spannungsschwankungen zu rechnen. Ein Bleiakkumulator mit z. B. zwölf Zellen (24-V-Batterie) wird in der Regel durch einen Erhaltungsgleichrichter auf einer Spannung von 26,4 V gehalten; bei Entladung sinkt die Spannung bis auf 21,6 V ab, und bei Ladung steigt sie bis auf 29 V an. Im ungünstigsten Fall kann die Spannung sogar auf 33 V ansteigen (2,75 V je Zelle). Wird nun von der Stromquelle für besonders empfindliche Verbraucher eine höhere Spannungskonstanz (z. B. ± 10/9) verlangt, so muß in an sich bekannter Weise eine Regeleinrichtung nachgeschaltet werden. Da die niedrigste Batteriespannung 21,6 V beträgt, wird die geregelte Ausgangsspannung bei etwa 21 V liegen. Aus einer 24-V-Batterie können daher empfindliche Einrichtungen nur dann gespeist werden, wenn dieselben mit einer geregelten Spannung von 21 V auskommen.
Da im Normalbetrieb die Batteriespannung ausreichen würde, um einen 24-V-Verbraucher mit konstanter Spannung zu versorgen, wird während des Netzausfalls die Batteriespannung mit Hilfe eines Umrichters um einige Volt aufgestockt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel liegt in Reihe mit der Batterie 1 ein Zusatzgleichrichter 2, dem bei ausreichender Batteriespannung (Normalbetrieb) keine Wechselspannung zugeführt wird. Der Transistorregler 4 hält nun in bekannter Weise die Verbraucherspannung am Verbraucher 5 konstant. Der Spannungsabfall am Stehtransistor, d. h. die Differenz zwischen Speise- und Verbraucherspannung, wird durch ein überwachungsrelais 9 kontrolliert. Sinkt diese Spannung z. B. bei Netzausfall auf die Restspannung des Stelltransistors ab, so wird der Transistor-Wechselrichter 3 selbsttätig eingeschaltet, und der Gleichrichter 2 liefert eine Zusatzspannung von solcher Höhe, daß der Regler wieder in seinem Arbeitsbereich liegt. Wird nach Netzwiederkehr die Batterie 1 durch den am Netz 8 angeschlossenen Ladegleichrichter 7 aufgeladen, so steigt die Speisespannung und damit die Spannung am Stehtransistor des Reglers stark an. Um diesen Transistor vor Überlastung zu schützen, spricht das Überwachungsrelais 9 bei der oberen Spannungsgrenze des Transistors an und schaltet den Wechselrichter wieder ab.
Die Kombination von Zusatzspannungserzeugung und Regelung unter Verwendung der selbsttätigen Schaltvorrichtung ermöglicht eine Konstanthaltung der Verbraucherspannung, wobei die Batteriespannung in weiten Grenzen schwanken kann und sogar unter die Verbraucherspannung absinken darf. Die Einrichtung ist auch brauchbar, wenn bereits die Nennspannung der Batterie unter der Verbraucherspannung liegt. In diesem Fall wird der Wechselrichter auch im Normalbetrieb eingeschaltet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Spannungskonstante, geregelte Batteriestromversorgungsanlage, insbesondere für Transistorverstärker, bei der die Batterie im Normalbetrieb durch einen Erhaltungsgleichrichter auf voller Ladung gehalten wird und bei der für empfindliche Verbraucher zwischen Verbraucher und Batterie eine aus einer Transistorschaltung mit mindestens einem im Längszweig liegenden Transistor bestehende Regeleinrichtung geschaltet ist, die im Normalbetrieb, bei normalen Spannungsschwankungen der Batterie, auf konstante Verbraucherspannung regelt, dadurch gekeazeichnet, daß in Serie mit der Batterie vor der Regeleinrichtung, insbesondere zwischen der Batterie und dem im Längszweig liegenden Transistor der Regeleinrichtung, ein Zusatzgleichrichter so eingeschaltet ist, daß er für den aus der Batterie entnommenen Strom durchlässig ist und eine von einem aus der Batterie gespeisten Wechselrichter, vorzugsweise von einem Transistor-Wechselrichter, gelieferte Spannung gleichrichtet, so daß die gleichgerichtete Spannung als Zusatzspannung zur Batteriespannung wirkt, und daß parallel zu dem im Längszweig der Regeleinrichtung liegenden Transistor eine überwachungseinrichtung geschaltet ist, die im Normalbetrieb den Zusatzgleichrichter kurzschließt und den Wechselrichter abschaltet, solange die Batteriespannung so groß ist, daß die Regeleinrichtung in ihrem normalen Regelbereich arbeitet, und die den Kurzschluß des Zusatzgleichrichters aufhebt und den Wechselrichter an die Batterie anschließt, wenn die Batteriespannung so stark absinkt, daß der Regelbereich der Regeleinrichtung nicht mehr ausreichend ist, die stark abgesunkene Batteriespannung ohne die durch den Wechselrichter gelieferte Zusatzspannung auszuregeln, wobei die durch den Wechselrichter gelieferte Zusatzspannung so bemessen ist, daß die Regeleinrichtung auch bei einer unter den für die Regeleinrichtung zulässigen Normalwert abgesunkenen Batteriespannung in ihrem normalen Regelbereich arbeitet.
2. Spannungskonstante, geregelte Batteriestromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als überwachungseinrichtung ein zur Emitter-Kollektor-Strecke des im Längszweig liegenden Transistors der Regeleinrichtung parallel geschaltetes 17berwachungsrelais verwendet ist.
3. Spannungskonstante, geregelte Batteriestromversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltekontakt des Überwachungsrelais einerseits das Kurzschließen bzw. Inbetriebsetzen des Zusatzgleichrichters und andererseits das Ab- bzw. Zuschalten des Wechselrichters bewirkt.
4. Spannungskonstante, geregelte Batteriestromversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter mit einer hohen Schaltfrequenz arbeitet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 666 551.