DE1226193B

DE1226193B - Circuit arrangement for regulating the output voltage of a medium voltage power supply by means of transistors

Info

Publication number: DE1226193B
Application number: DES62324A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard Klause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-03-26
Filing date: 1959-03-26
Publication date: 1966-10-06

Description

Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Mittelspannungsnetzgerätesmittels Transistoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Mittelspannungsnetzgerätes mittels Transistoren.Circuit arrangement for regulating the output voltage of a medium-voltage power supply Transistors The invention relates to a control circuit arrangement the output voltage of a medium-voltage power supply using transistors.

Es ist ein Netzspannungsgerät bekanntgeworden, bei dem zur Regelung der Ausgangsspannung in die Zuleitung zum Lastwiderstand ein Transistor ein-,geschaltet ist, dessen Widerstand über einen oder bei höherer Regelgenauigkeit mehrere weitere Transistoren in Abhängigkeit von der durch Vergleich der Ausgangsspannung mit einer konstanten Spannung gewonnenen Steuerspannung beeinflußt wird. Diese Schaltung besitzt den Nachteil, daß sie abhängig ist von der geringen Spannungsfestigkeit des einen in die Leitung eingeschleiften Transistors.A mains voltage device has become known for regulating of the output voltage in the supply line to the load resistor, a transistor is switched on whose resistance is above one or, with higher control accuracy, several more Transistors depending on the by comparing the output voltage with a constant voltage obtained control voltage is influenced. This circuit possesses the disadvantage that it depends on the low dielectric strength of one transistor looped into the line.

Diese Schwierigkeit wird bei einem bekannten elektronischen Schalter dadurch vermieden, daß in die Leitung eine der angelegten Spannung und der Spannungsfestigkeit der einzelnen Transistoren entsprechende Anzahl von Transistoren in Reihe geschaltet wird. Diese Schaltungsanordnung dient jedoch lediglich zum Schließen oder Öffnen des Stromkreises eines Relais, und es sind keine Vorkehrungen getroffen, um die bei einer Regelschaltung erforderliche kontinuierliche Veränderung der Widerstände dieser Transistoren zu ermöglichen.This problem arises with a known electronic switch thereby avoided that in the line one of the applied voltage and the dielectric strength the number of transistors corresponding to the individual transistors connected in series will. However, this circuit arrangement is only used for closing or opening of the circuit of a relay and no precautions are taken to prevent the Continuous change of the resistances required for a control circuit to enable these transistors.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Mittelspannungsnetzgerätes vermeidet den Nachteil der bekannten Regelanordnung. Beider erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt in Übereinstimmung mit einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung im Längszweig zwischen den Ausgangsklemmen zum Anschluß des Verbrauchers und dem Netzgleichrichter eine Kette von in ihrer Zahl durch die Spannung am Netzgleichrichter und ihre Spannungsfestigkeit bestimmten hintereinandergeschalteten Transistoren, die hinsichtlich des Spannungsabfalls zwischen Kollektor und Emitter in Abhängigkeit von einer aus einerVergleichsspannung und derAusgangsspannung abgeleiteten Steuerspannung unter Verwendung den einzelnen Gliedern der Transistorkette zugeordneter Schaltungselemente gesteuert werden, die dem ersten Glied der Transistorkette die abgeleitete Steuerspannung zuführen.The circuit arrangement according to the invention for regulating the output voltage a medium-voltage power supply avoids the disadvantage of the known control arrangement. Both the circuit arrangement according to the invention is in accordance with one further known circuit arrangement in the series branch between the output terminals to connect the consumer and the power rectifier a chain of in their Number determined by the voltage at the mains rectifier and its dielectric strength series-connected transistors, which in terms of the voltage drop between Collector and emitter depending on one of a comparison voltage and the control voltage derived from the output voltage using the individual elements the transistor chain associated circuit elements are controlled, the first Supply the derived control voltage to the link of the transistor chain.

Erfindungsgemäß bilden die den einzelnen, durch einen Leistungstransistor und gegebenenfalls durch - in an sich bekannter Weise entsprechend der abzugebenden Leistung parallelgeschaltete - weitere Transistoren gebildeten Gliedern der Transistorkette zugeordneten, Schaltungselemente eine parallel zu der Transistorkette liegende Reihenschaltung, die mit der abgeleiteten Steuerspannung gespeist wird, ferner führen die Schaltungselemente einerseits die an den dem jeweiligen vorhergehenden Glied zugeordneten Schaltungselementen abgenommene Steuerspannung - im Fall des ersten Gliedes die abgeleitete Steuerspannung - dem ihnen zugeordneten Glied zu und geben andererseits an die dem jeweiligen nachfolgenden Glied zugeordneten Schaltungselemente eine Steuerspannung ab, deren Bezugspotential dem des zu steuernden Leistungstransistors des nachfolgenden Gliedes entspricht.According to the invention, they form the individual by means of a power transistor and, if necessary, by - in a manner known per se corresponding to the one to be dispensed Power connected in parallel - further transistors formed links in the transistor chain associated circuit elements a series circuit lying parallel to the transistor chain, which is fed with the derived control voltage, also lead the circuit elements on the one hand, the circuit elements assigned to the respective preceding link Taken control voltage - in the case of the first link, the derived control voltage - to the link assigned to them and, on the other hand, to the respective following Member associated circuit elements from a control voltage, their reference potential corresponds to that of the power transistor to be controlled in the following element.

Während bei der Erfindung die den im Längszweig angeordneten Transistoren zugeordneten Schaltungselemente.in Reihe geschaltet und mit der abgeleiteten Steuerspannung gespeist sind, sind diese Schaltungselemente im Fall der letzterwähnten bekannten Schaltungsanordnung parallel -geschaltet. Ferner speist die abgeleitete Steuerspannung lediglich einen der Transistoren; die Parallelschaltung der erwähnten Schaltungselemente wird dagegen von einer Spannung gespeist, die sich aus den Kollektor-Emitter-Spannungen sämtlicher im Längszweig liegender Transistoren additiv zusammensetzt. Aus diesen Unterschieden folgt, daß die Steuersteilheit bei der Erfindung größer ist und daß beim Auftreten von Änderungen der Ausgangsspannung die Transistoren nicht, wie bei der bekannten Schaltungsanordnung, leistungsmäßig unterschiedlich belastet werden, was für die bekannte Schaltungsanordnung bei gleichem Regelbereich einen größeren Aufwand an Transistoren erfordert.While in the invention the transistors arranged in the series branch associated circuit elements connected in series and with the derived control voltage are fed, these circuit elements are known in the case of the latter Circuit arrangement -connected in parallel. The derived control voltage also feeds only one of the transistors; the parallel connection of the circuit elements mentioned on the other hand, is fed by a voltage that is derived from the collector-emitter voltages of all transistors lying in the series branch additively. From these Differences follows that the control steepness is greater in the invention and that when there are changes in the output voltage the transistors do not, as at the known circuit arrangement, are loaded differently in terms of power, which is a larger one for the known circuit arrangement with the same control range Requires effort on transistors.

In der F i g. 1 ist ein schematisches Schaltbild- zur Erläuterung der Schaltungsanordnung. gemäß der Erfindung gezeigt. Die Anschlußpunkte 1 und Z sind mit dem nicht gezeigten Netzgleichrichter verbunden" während die Anschlußpunkte 3 und 4 die Anschlußklemmen für den Verbraucher darstellen. Im oberen Längszweig des Leitungszuges liegen die Leistungstransistoren LT., LT2 bis LT" in einer ihrer Spannungsfestigkeit entsprechenden Zahl (erstes bis x-tes Glied). Aus dem Vergleich der einer konstanten Spannungsquelle entnommenen Spannung U« mit der Spannung U2 wird eine Steuerspannung abgeleitet, die nach Verstärkung den Spannungsabfall zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E des Leistungstransistors LT, usw. bis zum x-ten Glied so steuert, daß die Ausgangsspannung U2 ,auf den gewünschten Wert eingeregelt wird. Durch die Reihenschaltung der Verstärker wird einerseits die Möglichkeit gegeben, auch dem Transistor LT, eine zur Erzielung einer großen Regelsteilheit erforderliche große Steuerspannung zuzuführen, während andererseits die einzelnen Verstärker hinsichtlich ihrer Spannungsfestigkeit sämtlich mit der gleichen die Spannung zwischen Basis und Emitter der Leistungstransistoren darstellenden Steuerspannung beansprucht werden.In FIG. 1 is a schematic circuit diagram for explaining the circuit arrangement. shown according to the invention. The connection points 1 and Z are connected to the not shown power rectifier "while the connection points 3 and 4 represent the terminals for the consumer. In the upper longitudinal branch of the cable run, the power transistors LT., LT2 are to LT" in one of its withstand voltage corresponding number (first to x th link). From the comparison of the voltage U «taken from a constant voltage source with the voltage U2, a control voltage is derived which, after amplification, controls the voltage drop between the collector C and the emitter E of the power transistor LT, etc. up to the x-th element so that the Output voltage U2, is regulated to the desired value. By connecting the amplifiers in series, it is possible, on the one hand, to also supply the transistor LT with a large control voltage required to achieve a large control steepness, while on the other hand the individual amplifiers all have the same control voltage, which represents the voltage between the base and emitter of the power transistors, with regard to their dielectric strength will.

Die Schaltungsanordnung kann auch dahin ergänzt werden, daß Schwankungen der Eingangsspannung U1 zusätzlich noch durch das Steuerglied St ausgeregelt werden.The circuit arrangement can also be supplemented so that fluctuations in the input voltage U1 are additionally regulated by the control element St.

In der F i g. 2 ist ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung mit Transistorvorverstärkern T2 bis T" und einem Vorstufentransistor T1 gezeigt. Der Arbeitspunkt des Vorstufentransistors T1 wird so gewählt, daß bei d U2 = -d U2... die Spannung den minimalen Transistorstrom durch den Vorstufenverstärker T1 ergibt und damit der Arbeitspunkt des Leistungstransistors LT, durch den Basisstrom und den Basiswiderstand W1 mit geringstem Spannungsabfall UCE am Leistungstransistor LT, bestimmt ist. Entsprechendes gilt für die folgenden Leistungstransistoren.In FIG. 2 shows an example of a circuit arrangement with transistor preamplifiers T2 to T "and a preamplifier transistor T1. The operating point of the preamplifier transistor T1 is chosen so that at d U2 = -d U2... The voltage gives the minimum transistor current through the pre-stage amplifier T1 and thus the operating point of the power transistor LT is determined by the base current and the base resistance W1 with the lowest voltage drop UCE at the power transistor LT. The same applies to the following power transistors.

Steigt die Ausgangsspannung U2 von d U2 = 0 aus um -1-d U2 an, so wird das Potential am Emitter E des Vorstufentransistors T1 um verschoben, so daß die Spannung UBE um den Betrag ins Negative wächst. Der Strom durch den Vorstufentransistor T1 nimmt zu und entsprechend die Spannung am Basiswiderstand W1, so daß der Spannungsabfall am Leistungstransistor LT:, steigt. Der Transistorvorverstärker T2 erhält die im Basiswiderstand W1 geteilte Ausgangsspannung des Vorstufentransistors T1 als Steuerspannung, und der Strom durch den Transistorvorverstärker T2 nimmt genauso wie beim Vorstufentransistor T1 zu, so daß auch der Spannungsabfall am Leistungstransistor LT2 in gleichem Maße wie bei dem Leistungstransistor LT:, steigt. Entsprechend verhalten sich die folgenden Glieder. Durch diese Schaltung wird dadurch, daß die Steuerspannung für den Transistorvorverstärker der jeweiligen Stufe um den Verstärkungsfaktor herabgeteilt am Basiswiderstand des Transistorvorverstärkers des vorhergehenden Gliedes abgegriffen wird, erreicht, daß alle Leistungstransistoren hinsichtlich ihres Spannungsabfalles gleichmäßig gesteuert werden. In der F i g. 3 ist zur Erhöhung der Regelgüte ein weiterer Vorstufentransistor T", vorgeschaltet. Damit die Regelung phasenrichtig erfolgt, sind hier Basis und Emitter des Vorstufentransistors Tla gegenüber dem Vorstufentransistor T1 (F i g. 2) vertauscht an die Vergleichsspannung und Ausgangsspannung angeschlossen. Durch weitere Vorstufentransistoren kann die Regelgüte weiter erhöht werden.If the output voltage U2 increases from d U2 = 0 by -1-d U2, the potential at the emitter E of the pre-stage transistor T1 changes shifted so that the voltage UBE by the amount grows into the negative. The current through the pre-stage transistor T1 increases and the voltage across the base resistor W1 increases accordingly, so that the voltage drop across the power transistor LT :, increases. The transistor preamplifier T2 receives the output voltage of the preamplifier T1 divided in the base resistor W1 as a control voltage, and the current through the transistor preamplifier T2 increases in the same way as with the preamplifier T1, so that the voltage drop across the power transistor LT2 increases to the same extent as with the power transistor LT :. . The following members behave accordingly. With this circuit, the fact that the control voltage for the transistor preamplifier of the respective stage is tapped down by the gain factor at the base resistance of the transistor preamplifier of the preceding element ensures that all power transistors are uniformly controlled with regard to their voltage drop. In FIG. 3, a further pre-stage transistor T ″ is connected upstream to increase the control quality. In order for the regulation to take place in the correct phase, the base and emitter of the pre-stage transistor Tla are connected to the comparison voltage and output voltage in an interchanged manner compared to the pre-stage transistor T1 (FIG. 2) the control quality can be further increased.

In der Schaltungsanordnung der F i g. 4, in der vom ersten Glied nur der Leistungstransistor LT mit Vorstufenverstärker gezeigt ist, ist noch ein dberstromschutz vorgesehen. Der überstrom ruft an dem kleinen Längswiderstand W, einen erhöhten Spannungsabfall hervor, der unter Vermittlung der Steuerschaltung St,. den Leistungstransistor LT, der Kette und damit auch die übrigen Transistoren der Kette sperrt. Die Beanspruchung der Leistungstransistoren erfolgt dann nur noch auf Spannung bei begrenztem Strom.In the circuit arrangement of FIG. 4, in which only the power transistor LT with pre-stage amplifier of the first element is shown, an overcurrent protection is also provided. The overcurrent causes an increased voltage drop at the small series resistance W, which, with the mediation of the control circuit St ,. blocks the power transistor LT, the chain and thus also the other transistors in the chain. The power transistors are then only stressed to voltage with limited current.

Bildet man die Steuerschaltung St. als bistabilen Kippgenerator, z. B. gemäß F i g. 5, mit den Transistoren KT, und KT 2 aus, so schaltet je nach Wahl des Längswiderstandes W, oder durch - Verstellung seines Abgriffes bei einem somit wählbaren Stromwert der bistabile Kippgenerator durch den Spannungsabfall an dem kleinen Längswiderstand W.ij vom bevorrechteten ersten in den zweiten stabilen Zustand um und sperrt die Kette. Bei dieser Schaltung besitzt der Vorstufentransistor T1 mit dem Transistor KT, des Kippgenerators den gemeinsamen Arbeitswiderstand Wa.If the control circuit St. is formed as a bistable ripple generator, e.g. B. according to FIG. 5, with the transistors KT, and KT 2 off, so switches depending on the choice of the series resistance W, or by - adjustment of its tap at a thus selectable current value of the bistable relaxation generator due to the voltage drop across the small series resistance W.ij from the privileged first to the second stable state and locks the chain. In this circuit, the pre-stage transistor has T1 with the transistor KT, of the relaxation generator, the common working resistance Wa.

Zu dem Überstromschutz kann noch ein überspannungsschutz durch Parallelschaltung des Überspannungsableiters F zu der Transistorkette gemäß F i g. 6 und gegebenenfalls unter Einfügung der Sicherung Si gemäß F i g. 7 hinzutreten. Es kann auch, wie in F i g. 8 gezeigt, durch Einfügung des niederohmigen Relais E eine elektromagnetische Abschaltung erfolgen.In addition to overcurrent protection, overvoltage protection through parallel connection can be added of the surge arrester F to the transistor chain according to FIG. 6 and if applicable with the insertion of the fuse Si according to FIG. 7 join. It can also, as in F i g. 8, by inserting the low-resistance relay E, an electromagnetic one Shutdown.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for regulating the output voltage a medium-voltage power supply using transistors, in which in the series branch between the output terminals for connecting the consumer and the mains rectifier Chain of in their number by the voltage on the mains rectifier and their dielectric strength certain series-connected transistors, in terms of voltage drop between collector and emitter depending on one of a comparison voltage and the output voltage derived control voltage using the individual Links of the transistor chain associated circuit elements are controlled, the feed the derived control voltage to the first link of the transistor chain, thereby characterized in that the individual, through a power transistor and optionally by - connected in parallel in a manner known per se according to the power to be delivered - Circuit elements associated with further transistors formed links of the transistor chain form a series circuit lying parallel to the transistor chain, which is connected to the derived control voltage is fed, and that the circuit elements on the one hand those assigned to the respective preceding link Circuit elements Taken control voltage - in the case of the first link, the derived control voltage - to the link assigned to them and on the other hand to the respective following Link associated circuit elements emit a control voltage, their reference potential corresponds to that of the power transistor to be controlled in the following element.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the series connection contains one transistor preamplifier per link in the chain.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the circuit elements assigned to the first member contain one or more pre-stage transistors.

4. Circuit arrangement according to Claim 2, characterized in that the control voltage for the transistor preamplifier of the respective link divided down by the gain factor on the working resistance of the upstream transistor preamplifier is tapped.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4 with overcurrent protection, characterized in that the overcurrent at a small series resistance causes an increased voltage drop, which, through the intermediary of a control circuit, is the first link in the series transistor chain and thus locks all other links in a short time.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the control circuit consists of a bistable There is a relaxation generator caused by the voltage drop at the small series resistance switches from the preferred first to the second stable state and the chain locks.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the overcurrent shutdown by changing the size of the small series resistance is adjustable. B.

Circuit arrangement according to Claim 7, characterized in that that the overcurrent shutdown by tap adjustment on the small series resistance is adjustable.

9. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that that one of the transistors of the bistable relaxation generator with the pre-stage transistor of the first link has a common working resistance.

10. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that an overvoltage protection path is parallel to the chain of power transistors.

11. Circuit arrangement according to Claim 10, characterized in that a fuse is inserted in the longitudinal branch is.

12. Circuit arrangement according to claim 10, characterized in that one Electromagnetic switching device in the series branch in the event of overvoltage that Device switches off. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1012 994; U.S. Patent Nos. 2,751,549, 2,835,829; IRE-Tr., CT 3 (March 1956), P. 50, 51; Telefunken-Zeitung, 31 (September 1958), p. 172.