DE1170049B - Geregelte Gleichspannungsquelle - Google Patents

Description

• Geregelte Gleichspannungsquelle Es ist bekannt, Gleichspannungen dadurch zu stabilisieren, daß man den Stromflußwinkel einer Spitzengleichrichteranordnung in Mittelpunktschaltung durch einen in den Gleichrichterzweigen liegenden selbstgesättigten Transduktor steuert und die Steuerwicklung mit der Differenzspannung aus der zu stabilisierenden Ausgangsspannung (UA) und einer Normalspannung (UZ) speist. Verwendet man als Spannungsnormal z. B. eine Silizium-Zenerdiode oder ein ähnliches nichtlineares Schaltelement mit begrenztem Stabilisierungsbereich, so arbeitet dieses einerseits wegen der rückgespeisten Wechselspannung aus der Steuerwicklung entweder nur teilweise im optimalen Kennlinienbereich, oder es sind an sich bekannte Siebmittel in einem solchen Umfang im Steuerzweig erforderlich, daß erhebliche Phasendrehungen verursacht und die Stabilitätsbedingungen des Reglers verschlechtert werden. Außerdem erfordert trotz einer solchen Siebung das nichtlineare Schaltelement eine zusätzliche Hilfsspannungsquelle, wenn es auch bei kleiner Regelabweichung - also in der Nähe der Übereinstimmung von Soli- und Istspannung - genügend Strom führen soll, um im Gebiet kleiner dynamischer Innenwiderstände zu arbeiten. Zum Dritten haben diese bekannten Schaltungen schließlich den Nachteil, daß durch die Steuerwicklung des Transduktors Steuerströme nur in einer Richtung fließen können. Da selbstgesättigte Transduktoren einfacher Bauart jedoch beim Steuerstrom Null noch nicht ganz öffnen, wäre es zur vollen Ausnutzung des Transduktors in manchen Fällen vorteilhaft, wenn der Steuerstrom auch nach Erreichen des Nullwertes kontinuierlich in die entgegengesetzte Richtung wechseln kann.
• Die Erfindung betrifft eine geregelte Gleichspannungsquelle mit einem Transduktor in Selbstsättigungsschaltung, mit dessen Arbeitswicklungen je ein Gleichrichter in Reihe liegt, an deren Verbindungspunkt ein parallel zur Last angeordneter Ladekondensator geschaltet ist, wobei als Vergleichsspannung die an einem nichtlinearen Schaltelement, vorzugsweise einer Zenerdiode, abfallende Spannung dient, und die Nachteile bekannter Anordnungen werden dadurch vermieden. daß der Einfluß der aus der Steuerwicklung des Transduktors rückgespeisten Wechselspannung auf das nichtlineare Schaltelement dadurch vermindert wird, daß dieses ohne Hilfsspannungsquelle einen Vorstrom über einen Hilfswiderstand erhält, der einerseits an eine Siebdrossel und an das nichtlineare Schaltelement und andererseits an den anderen Anschluß der Steuerwicklung des Transduktors angeschlossen wird. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein weiterer Hilfswiderstand so eingefügt, daß die Steuerwicklung des Transduktors im Brückennullzweig einer von der gleichgerichteten Spannung gespeisten Brücke liegt, in deren beiden Zweigen sich jeweils das nichtlineare Schaltelement und die mit der geregelten Spannung zu speisende Last bzw. die Hilfswiderstände gegenüberstehen, wobei die Spannungen an den Hilfswiderständen kleiner als die stabilisierte. Spannung an der Last sind.
• Folgende Beispiele sollen die Wirkungsweise erläutern: In A b b. 1 speist die ungeregelte Wechselspannung ZIE über einen Transformator Ü eine Mittelpunktgleichrichterschaltung mit den Gleichrichterelementen Gl und dem Ladekondensätor C. Vor den Gleichrichtern Gl hegt je eine Arbeitswicklung des selbstsättigenden Transduktors T. Der Steuerkreis besteht aus der Zenerdiode Z, die als eine Spannungsquelle UZ mit dem dynamischen Innenwiderstand r dargestellt ist,einer relativ kleinen Siebdrossel Dr und der Steuerwicklung des Transduktors T. Am Ausgang liegt an der geregelten Spannung UA die Last RA. Die Wirkungsweise der an sich bekannten Regelschaltung, aus der zunächst der Hilfswiderstand R wegzudenken ist, wird als bekannt vorausgesetzt.
• Diese Schaltung würde mit einer Akkumulatorenbatterie als Vergleichsnormal (r.- r 0) eine Regelkurve a nach A b b. 3 ergeben. Die ungünstige Aussteuerung der Zenerdiode führt jedoch zu einer Regelkurve b nach A b b. 3. Durch Einführen des Hilfswiderstandes R fließt ein Vorstrom durch die Zenerdiode, der den Arbeitspunkt in Richtung zu niedrigeren dynamischen Innenwiderständen r verschiebt.
• Jede Änderung der Eingangsspannung UE hat eine bestimmte Änderung des Transduktorsteuerstroms IS zur Folge. Mit der Änderung des Steuerstroms 1, ändert sich aber auch die Differenz zwischen der Vergleichsspannung UZ und der Ausgangsspannung UA. Diese Differenz ergibt den Regelfehler, so daß der Absolutwert der Spannungsdifferenz UA - UZ in Abhängigkeit vom Steuerstrom IS ein Maß für die Regelgenauigkeit ist. Bezeichnet man den Widerstand der Steuerwicklung des Transduktors T und der Wicklung der Drossel Dr mit R" so folgt für die Schaltung nach A b b. 1: Nimmt man praktisch vorkommende Werte für 1" RS und r an, so führt eine Verkleinerung von R zur erstrebten Erhöhung des Zenerdiodenstroms 1z auf den »Mindestwert,« bei dem der dynamische Innenwiderstand r ausreichend klein wird, zu einer erheblichen Erhöhung des Wertes UA - Uz und damit zu einer Verschlechterung der Regelung. Den Zusammenhang zwischen UA - UZ und Iz zeigt die Gerade c in A b b. 4, die Regelkurve ist in A b b. 3 mit c bezeichnet. Die erhebliche Verbesserung gegenüber der Regelkurve b in A b b. 3 erlaubt es, einen wesentlichen technischen Fortschritt durch die Einführung des Widerstandes R anzunehmen.
• Durch die Einführung eines weiteren Hilfswiderstandes RH nach der in A b b. 2 gezeigten Schaltung wird es schließlich möglich, den Zenerdiodenstrom 1z zu erhöhen, ohne eine nennenswerte Einbuße an Regelverstärkung durch eine Stromteilung zwischen R, und R in Kauf nehmen zu müssen. Der entsprechende Zusammenhang zwischen U,4 - UZ und I, nimmt hier folgende Form an: Diese Gleichung geht für RH = 0 in die obengenannte Gleichung für die Schaltung nach A b b. 1 über. Die Auswertung ergibt für den Zusammenhang zwischen dem Zenerdiodenstrom 1Z und der Spannungsdifferenz UA - UZ Kurve d in A b b. 4. Beim »Mindestwert« des Zenerdiodenstroms 1z, der für einen günstigen Kennlinienpunkt mit kleinem dynamischem Innenwiderstand r notwendig ist, wird die Regelgüte infolge des Stromflusses durch den Widerstand R nur noch um etwa 101/o verschlechtert gegenüber einer entsprechenden Verschlechterung um nahezu 2000/0 bei der Schaltung nach A b b. 1. Die zugehörige Regelkurve d in A b b. 3 nähert sich dann auch der Regelkurve a, die mit einer Akkumulatorenbatterie (vernachlässigbarer Innenwiderstand r) aufgenommen war und bei der der Regelfehler nur noch durch den Widerstand RS der Transduktor- und Drosselwicklung bestimmt ist.
• Die Steigung der Geraden d nach A b b. 4 kann durch die Größe des Hilfswiderstandes RH beeinflußt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Geregelte Gleichspannungsquelle mit einem Transduktor in Selbstsättigungsschaltung, mit dessen Arbeitswicklungen je ein Gleichrichter in Reihe liegt, an deren Verbindungspunkt ein parallel zur Last angeordneter Ladekondensator geschaltet ist, wobei als Vergleichsspannung die an einem nichtlinearen Schaltelement, vorzugsweise einer Zenerdiode, abfallende Spannung dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der aus der Steuerwicklung des Transduktors (T) rückgespeisten Wechselspannung auf das nichtlineare Schaltelement (Z) dadurch vermindert wird, daß dieses ohne Hilfsspannungsquelle einen Vorstrom über einen Hilfswiderstand (R). erhält, der einerseits an einer Siebdrossel (Dr) und an dem nichtlinearen Schaltelement (Z) und andererseits an dem anderen Anschluß der Steuerwicklung des Transduktors angeschlossen wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Hilfswiderstand (RH) so eingefügt wird, daß die Steuerwicklung des Transduktors (T) im Brüekennullzweig einer von der gleichgerichteten Spannung gespeisten Brücke liegt, in deren beiden Zweigen sich jeweils das nichtlineare Schaltelement (Z) und die mit der geregelten Spannung (UA) zu speisende Last (R,1) bzw. die Mswiderstände (R und RH) gegenüberstehen, wobei die Spannungen an den Hilfswiderständen kleiner als die stabilisierte Spannung (UA) an der Last (RA) sind. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 693 572, 2 858 499; R. B. H u r 1 e y, »Junction Transistor«, Verlag von John Wiley & Sons, New York (1958), S. 224; Siemens-Zeitschrift (1955), S. 392; Bull. SEV, 50 (1959), S. 341 bis 348.