DE1166908B - Anordnung zur Erzeugung einer mittels eines Laengstransistors stabilisierten kleinen Gleichspannung fuer hohe Stroeme - Google Patents

Description

• Anordnung zur Erzeugung einer mittels eines Längstransistors stabilisierten kleinen Gleichspannung für hohe Ströme Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung einer stabilisierten kleinen Gleichspannung für hohe Ströme durch Gleichrichtung einer Netzspannung und Stabilisierung der gleichgerichteten Spannung mittels eines. stetig ausgesteuerten Längstransistors. Unter Stabilisierung wird hierbei verstanden, daß die Ausgangsspannung von Schwankungen der Belastung sowie von Schwankungen des speisenden Netzes unabhängig ist.
• Die Stabilisierung von Gleichspannungen mittels eines Transistors. ist bereits bekannt. Der grundsätzliche Aufbau einer bekannten Schaltung ist in F i g. 1 dargestellt. Eine Netzwechselspannung UE wird über einen Transformator 17 und einen Brückengleichrichter 18 gleichgerichtet. Zwischen der gleichgerichteten Spannung UA' und der Ausgangsspannung U,1 liegt als steuerbarer Längswiderstand ein Leistungstransistor 21, an dessen Kollektor-Emitter-Strecke ständig eine Spannung abfällt, die in der Weise verändert wird, daß die Ausgangsspannung UA von Schwankungen der Netzspannung UF und der Belastung unabhängig ist. Die zur Steuerung des Transistors 21 erforderliche Schaltung ist in F i g. 1 nur durch einen Pfeil an der Basis des Transistors 21 angedeutet.
• Der Belastbarkeit eines Leistungstransistors sind nun nicht nur durch die maximale Verlustleistung Grenzen gesetzt, sondern auch durch maximale Spannungs- oder Stromwerte. Das bedeutet, daß' bei hohen Spannungen und kleinen Strömen oder bei hohen Strömen und kleinen Spannungen der Transistor nicht bis an die Grenze seiner abführbaren Verlustleistung belastet werden darf. Der Transistor ist also schlecht ausgenutzt.
• Es ist ferner bekannt, den im Zuge der Leitung liegenden Transistor zum Zwecke der Stabilisierung im Schaltbetrieb zu betätigen. Hier wird der Transistor nicht als kontinuierlich veränderbarer Widerstand auf den jeweils erforderlichen Widerstand eingestellt; vielmehr kommen nur zwei Schaltzustände in Betracht: volle Aufsteuerung, volle Zusteuerung. Auf diese Weise wird die Verlustleistung am Transistor wesentlich herabgesetzt. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Ausgangsspannung aus intermittierenden Rechteckblöcken besteht, zu deren Glättung umfangreiche Glättungsmittel erforderlich sind. Da bei kleinen Spannungs- und großen Stromwerten die Belastbarkeit des Transistors nicht durch die maximale Leistung, sondern durch den maximalen Strom begrenzt wird, bringt der Schaltbetrieb gegenüber der Kennliniensteuerung im vorliegenden Falle auch keinen großen Vorteil. Aus der Gleichrichtergefäßtechnik ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der eine Wechselspannung zunächst über einen steuerbaren Gleichrichter gleichgerichtet wird und dann. über einen mit konstanter Frequenz Wochselnehter wieder in eine Wechselspannung übergeführt wird. DieseAnordnung dient zur Erzeugung von Spannungen, die in ihrer Größe und in ihrer Frequenz sehr konstant sein sollen. Die konstante Größe wird durch die sehr genaue Steuerbarkeit des Gleichrichters armicht. Der WechselrIchtor wird vorgesehen, um eine konstante Frequenz zu erreichen. Hierzu wird der Wechselrichter durch .einen sehr genauem Quarzfrequenzgeber gesteuert. Der Grund für diese Anordnung isst also in erster Linie die Erzeugung einer konstantem Frequenz. Die Probleme, die diadurch entstehen, daß die Ausgangsspannung sehr klein, dieAusgangsströme jedoch sehr groß sein, sohlen, spielten. bei dieser Anordnung, in der keine Transistoren verwendet werden, kenne Rolle.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erzeugung eiuier stabilisierte. kleinen Gleichspannung für hohe Ströme durch Gleichrichtung einer Netzspannung und Stabilisierung der gleichgerichteten Spannung mittels eines stetig ausgesteuerten Längstransistors zu schaffen, bei welcher der Längstransistor bis an die Grenze seiner zulässigen Verlustleistung ausgenutzt wird.
• Erfindungsgemäß wird zur maximalen leistungsmäßigen Ausnutzung des Längstransistors zwischen diesem und dem Ausgang ein an sich bekannter, im Schaltbetrieb arbeatender und von einem Reehteckspannungsgenerator gesteuerter, hinreichend spannungsunersetzender Wechselrichter mit nachgeschaltetean Gleichrichter angeordnet.
• Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in F i g. 2 abgebildet. Soweit in F i g. 2 und 1 gleiche Bezugszeichen verwendet werden, handelt es sich um einander entsprechende Bauelemente. Mit B ist in F i g. 2 ein. an sich bekannter Wechselrichter bezeichnet. Er besteht aus den beiden Schalttransistoren 5 und 6 und dem Transformator 7. Die Steuerung dieses Wechselrichters, d. h. die einander ablösende Auf- und Zusteuerung der beiden Schalttransistoren 5 und 6, geschieht durch einen an sich bekannten Rechteckspannungsgenerator A. Dieser besteht ebenfalls aus zwei Schalttransistoren 1 und 2 und einem Transformator 4, dessen Kernmaterial eine rechteckförmige Magnetisierungscharakteristik besitzt. Die vom Wechselrichter gelieferte, durch den Transformator 7 hinreichend untersetzte Rechteckspannung wird mittels der Gleichrichter 8 und 9, der Glättungsdrossel 10 und des Glättungskondensators 11 gleichgerichtet. Sie stellt die stabilisierte Ausgangsspannung UA der Anordnung dar. Die Speisung des Wechselrichters B geschieht durch eine Netzspannung UE. Diese wird über einen Transformator 17 auf einen geeigneten Spannungswert transformiert, über einen Gleichrichter 18 gleichgerichtet, über Kondensatoren 19 und 20 geglättet und über einen Längstransistor 21 mit den Leitungen 16 und 15 dem Wechselrichter zugeführt. Der stabilisierende Leistungstransistor 21 wird in der Weise gesteuert, daß die Ausgangsspannung UA von Lastschwankungen und von Schwankungen des speisenden Netzes UE unabhängig ist. Dies erfolgt durch die Differenz aus der Spannung einer Spannungsquelle 29 und dem Spannungsfall an einem Widerstand 30. In. dem Ausführungsbeispiel ist zur Verstärkung des Steuerstromes für den Leistungstransistor 21 noch ein weiterer Transistor 22 vorgesehen. Der Widerstand 30 liegt im Kollektorkreis eines Steuertransistors 28. Die Arbeitsspannung dieses Steuertransistors besteht aus der Summe der Spannungen der Spannungsquellen 25 und 29. Der Steuertransistor 28 wird durch die Differenz aus einer veränderlichen Sollspannung und der Ausgangsspannung UA gesteuert. Die Sollspannung selbst besteht hierbei aus der Differenz der konstanten Spannung einer Zenerdiode 23 und der an einem veränderlichen Widerstand 26 abfallenden Spannung. Der Widerstand 26 wird über einen Vorwiderstand 27 von der Spannungsquelle 25 gespeist. Die Zenerdiode 23 wird über einen Vorwiderstand 24 ebenfalls von der Spannungsquelle 25 gespeist. Der Widerstand 24 und die Zenerdiode 23 können auch durch eine an die Stelle der Zenerdiode tretende konstante Gleichspannungsquelle ersetzt werden.
• Zur Erklärung der Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung wird von einem ausgeregelten Zustand ausgegangen. Die Spannung der Spannungsquelle 29 abzüglich des Spannungsfalles am Widerstand 30 bringt den Leistungstransistor 21 in einen Punkt seiner Kennlinie, bei dem die an der Emitter-Kollektor-Strecke abfallende Spannung gerade so groß ist, daß die Ausgangsspannung UA den vorgeschriebenen Wert annimmt. Nimmt man nun an, daß infolge einer erhöhten Belastung die Ausgangsspannung UA wegen auftretender erhöhter Spannungsabfälle sinkt, so sinkt auch die in dem Emitterbasiskreis des Steuertransistors 28 im Sinne einer Aufsteuerung wirkende Spannung. Der Transistor 28 wird also weiter zugesteuert, wodurch sich der Spannungsfall am Widerstand 30 verkleinert. Dadurch wird der von der Spannungsquelle 29 verursachte Emitterbasisstrom des Leistungstransistors 21 vergrößert und der Leistungstransistor 21 weiter aufgesteuert, so daß die Ausgangsspannung UA wieder auf den vorgeschriebenen Wert ansteigt. Überlegungen gelten bei einer Veränderung der Netzspannung UE.
• Durch die Anordnung nach der Erfindung können die auf den Leistungstransistor 21 einwirkenden Strom- und Spannungswerte so gewählt werden, daß dieser bis an seine Verlustleistungsgrenze ausgenutzt wird.
• Die Anordnung nach der Erfindung ist besonders vorteilhaft als Prüfgerät für Gleichrichterplatten verwendbar, da frier hohe Ströme (30 bis 100 Ampere) bei kleinen (etwa 1 Volt), jedoch gut stabilisierten Spannungen erforderlich sind.
• Es sei noch erwähnt, daß bei der Anordnung nach der Erfindung wie bei den bekannten Anordnungen bei größeren Ausgangsleistungen mehrere Längstransistoren je nach Erfordernis in Reihe oder parallel geschaltet werden können.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur Erzeugung einer stabilisierten kleinen Gleichspannung für hohe Ströme durch Gleichrichtung einer Netzspannung und Stabilisierung der gleichgerichteten Spannung mittels eines stetig ausgesteuerten Längstransistors, dadurch gekennzeichnet, daß zur maximalen leistungsmäßigen Ausnutzung des Uängstransistors (21) zwischen diesem und dem Ausgang ein an sich bekannter, im Schaltbetrieb arbeitender und von einem Rechteckspannungsgenerator (A) gesteuerter, hinreichend spannungsuntersetzender Wechselrichter (B) mit nachgeschaltetem Gleichrichter (8, 9) angeordnet wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichriet, daß die Steuerung des Längstransistors (21) durch die Differenz der festen Spannung einer Gleichspannungsquelle (29) und dem Spannungsfall an einem Widerstand (30) geschieht, der im Kollektorkreis eines Steuerungstransistors (28) liegt, in dessen Emitterbasiskreis eine einstellbare Sollspannung und dieAusgangsspannung (UA) gegeneinander in Reihe geschaltet sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollspannung aus der Differenz einer konstanten, beispielsweise in einer Zenerdiode (23) gewonnenen Spannung und der an einem einstellbaren Widerstand (26) abfallenden Spannung besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 756 091; deutsche Auslegeschrift Nr. 1049 962; USA.-Patentschrift Nr. 2 751549.