DE1297191B - Gleichspannungsregler mit Laststrombegrenzung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungsregler gliedtransistor auf einen bestimmten Wert begrenzt mit Laststrombegrenzung, bei dem ein Stellglied- wird.

Transistor und ein Meßwiderstand in Reihe mit der Es ist ferner ein Spannungsregler mit Laststrom-

Last liegen, begrenzung und Schutz des Stellgliedtransistors vor

Um geregelte Netzgeräte mit einem in Reihe mit 5 Überlastung bekannt, bei dem der Stellgliedtransistor der Last liegenden Stellglied-Transistor kurzschluß- und ein mit einem Widerstand parallel geschalteter fest zu machen, ist es bekannt, Stellglied-Transistoren Hilfstransistor im Strompfad in Reihe liegen. Der mit größeren Verlustleistungskennwerten zu verwen- Stellgliedtransistor wird mittels eines Transistorverden, als es für den Normalbetrieb erforderlich ist, stärkers so gesteuert, daß die Ausgangsspannung so daß auch im Kurzschlußfall die maximal zulässige io konstant bleibt. Steigt an der Kollektor-Emitter-Verlustleistung nicht überschritten wird. Solche Tran- strecke dieses Transistors die Spannung aus irgendsistoren sind im Vergleich mit den für den Normal- einem Grund unzulässig hoch an, so wird der norbetrieb erforderlichen aber erheblich teuerer und malerweise leitende Hilfstransistor dadurch so geräumlich größer. steuert, daß er die überschüssige Spannung aufnimmt.

Auch bei den bekannten Serienreglern, die mit 15 Die für einen Transistor gefährliche Überspannung Laststrombegrenzung arbeiten, ist der Stellglied- wird somit auf zwei Transistoren verteilt. Außerdem transistor nicht vor Überlastung geschützt. Bei die- wird beim Überschreiten eines bestimmten Lastsen Reglern wird die Regelspannung durch Vergleich stromwertes der Hilfstransistor mittels eines weiteren der Ausgangsspannung mit einer Konstantspannung Transistors gesperrt, wobei gleichzeitig der Stellgliedgewonnen und einem meist mehrstufigen Transistor- so transistor voll durchgeschaltet wird und der Lastverstärker zugeführt, der den oder die im Laststrom- strom dann nur durch den Widerstand begrenzt ist, pfad mit ihren Kollektor-Emitterstrecken liegenden dem der Hilfstransistor parallel liegt. Steigt jetzt die Stellgliedtransistoren zur Konstanthaltung der Last- Eingangsspannung weiter an, so steigt auch der Lastspannung steuern. Ein Transistor dieses Verstärkers strom und der Spannungsabfall am Hilfstransistor in wird durch die Laststrombegrenzungsanordnung be- 25 unerwünschter Weise an.

einflußt. Diese enthält einen Transistor, der erst bei Es ist auch eine elektronische Sicherung für ein

Überschreiten einer Schwellspannung durch den stabilisiertes Netzgerät mit einem in Abhängigkeit Spannungsabfall an einem im Laststrompfad ange- vom Verbraucherstrom im Sinne einer Laststromordneten Widerstand im Sinne einer Laststrombe- begrenzung gesteuerten Stellgliedtransistor bekannt, grenzung wirksam wird. Der Lastwiderstand darf 30 bei der dieser Transistor zusätzlich in Abhängigkeit dabei nur so klein werden, daß die Stellgliedtransi- von der an seiner Kollektor-Emitterstrecke abfallenstoren, durch die dann zwar ein konstanter Strom den Spannung in der Weise gesteuert wird, daß er fließt, aber an denen eine steigende Spannung ab- oberhalb einer bestimmten Last nichtleitend und fällt, nicht leistungsmäßig überlastet werden. unterhalb dieser Last selbsttätig leitend wird. Der

Zur Vermeidung dieses Nachteiles sind Gleich- 35 Laststrom wird dabei also plötzlich abgeschaltet. Spannungsregler entwickelt worden, die bei Überlast Schließlich ist ferner ein Regler für eine aus einem

den Strom begrenzen und schließlich abschalten. Bei Wechselstromnetz abgeleitete, wenig gesiebte Gleicheinem solchen bekannten Gleichspannungsregler ist spannung bekannt, bei dem dem Stellgliedtransistor aber nach der Abschaltung die Rückstellung auf ein Spannungsteiler aus einem Widerstand und einer Normalbetrieb nur dann möglich, wenn die Last 40 Zenerdiode parallel liegt und der Abgriff des Spankurzzeitig abgetrennt wird oder zumindest auf solche nungsteilers mit der Basis des Stellgliedtransistors Werte zurückgeht, bei denen ein Viertel des maximal verbunden ist, um durch diese Gegenkopplung die zulässigen Laststromes fließt. Wenn jedoch die Rück- Welligkeit der Ausgangsspannung zu verringern, stellung unter Vollast erfolgen soll, muß ein Rück- Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen kurz-

stellschalter vorgesehen und damit von Hand der 45 schlußfesten Gleichspannungsregler mit einem in Laststrom unterbrochen werden. Reihe mit der Last liegenden Stellgliedtransistor zu

Bei einem weiteren bekannten Gleichspannungs- schaffen, bei dem dieser Transistor hinsichtlich seiner regler wird ebenfalls ein Schutz des Stellgliedtransi- Verlustleistung nur etwa dem Normalbetrieb bemessen stors vor Überlastung erzielt. Erreicht der Last- zu sein braucht, bei dem ferner die Rückstellung strom einen unzulässig hohen Wert, so läßt die Span- 50 auf Normalbetrieb nach einem Überlastungsfall auch nung an einem im Laststrompfad liegenden Wider- unter Vollast automatisch und in einfacher Weise stand ein Relais ansprechen, welches über ein Ver- erfolgen kann und bei dem bei Überlast noch mögzögerungsglied in die Konstantspannungsregelung liehst viel Ausgangsleistung zur Verfügung stehen derart eingreift, daß der Stellgliedtransistor vollständig soll, ohne den Stellgliedtransistor zu gefährden. Dies sperrt und damit den Laststrom abschaltet. Weil 55 wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der damit nun auch wieder der Stromfluß durch das Transistor nach erfolgter Laststrombegrenzung und Relais aufhört, wird nach einer bestimmten Ver- bei wachsender Überlast derart steuerbar ist, daß zögerungszeit die Laststromabschaltung wieder rück- der Verlauf der Funktion Kollektorstrom in Abgängig gemacht. Der Laststrom wird im Über- hängigkeit von der Spannung zwischen Kollektor lastungsfall also ständig aus- und wieder einge- 60 und Emitter etwa dem Verlauf der Hyperbel der schaltet. Um nun dabei während der kurzen Ein- zulässigen Verlustleistung folgt, ohne diese zu überschaltzeit den Transistor nicht zu überlasten, wird schreiten.

durch die an der Kollektor-Emitterstrecke des Stell- An Hand eines Ausführungsbeispieles wird die

gliedtransistors abfallende Spannung und durch eine Erfindung näher erläutert.

an einer Zenerdiode gewonnene Konstantspannung 65 In F i g. 1 ist der Verlauf der Hyperbel N der ein weiterer Transistor von einem bestimmten zulässigen Verlustleistung und der Verlauf des KoI-Schwellwert ab gesteuert und durch ihn ein Trans- lektorstromes/c in Abhängigkeit von der Kollektorduktor so beeinflußt, daß die Spannung am Stell- Emitterspannung Uce eines Stellgliedtransistors TS

aufgetragen, der in einem Gleichspannungsregler gemäß F i g. 2 angeordnet ist. Die zum Beispiel von einem Netzgerät stammende Eingangsspannung ist mit Ue und die geregelte Ausgangsspannung mit Ua bezeichnet. An Ein- und Ausgang sind Speicherkondensatoren Cl, C2 angeschlossen; weitere Kondensatoren können am Ausgang als Teil der Last zugeschaltet werden. Im negativen Strompfad liegt in bekannter Weise mit dem Stellglied-Transistor TS ein Widerstand R1 in Reihe, an dem die Steuerspannung für die Begrenzung des Laststromes abgenommen wird. Parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des Transistors TS liegt ein Spannungsteiler, der — ausgehend vom Kollektor — aus einer Zenerdiode Zl, einem Widerstand R 3 und einem Widerstand R 2 besteht. Der Verbindungspunkt beider Widerstände R 2, R 3 ist mit der Basis eines Transistors Tl und über einen Widerstand R 4 und eine weitere Zenerdiode Z 2 sowie über einen Widerstand R S und eine Hilfsspannungsquelle Uh mit dem Ausgangspunkt -Ua ver- so bunden. Der Emitter des Transistors Π liegt über einen Widerstand R 6 an dem mit dem Widerstand R 5 verbundenen positiven Pol der Hilfsspannungsquelle Uh, während sein Kollektor über einen Widerstand R 7 an der Basis des Transistors TS und über einen Widerstand R 8 an der Regelspannung Ur liegt. Die Regelspannung Ur wird in bekannter, nicht dargestellter Weise aus der Ausgangsspannung Ua abgeleitet und steigt an, wenn die Ausgangsspannung Ua fällt (und umgekehrt). Die Regelspannung wird durch einen Transistor T 2 begrenzt, dessen Kollektor an den Verbindungspunkt der Widerstände Rl, RS, dessen Basis an den Emitter des Transistors TX und dessen Emitter an den Ausgangspunkt -Ua angeschlossen ist.

Im normalen Betriebszustand des Gleichspannungsreglers ist die Zenerdiode Zl gesperrt, so daß der aus ihr und dem Widerstand R 3 gebildete Teil des der Kollektor-Emitterstrecke parallelliegenden Spannungsteilers unwirksam ist. Die durch den Laststrom am Widerstand R1 erzeugte Spannung und die Hilfsspannung Uh treiben durch den Widerstand R 5 einerseits und durch den Widerstand R 6 und die Basis-Emitterstrecke des Transistors TX andererseits einen Strom, der sich in einen Strom über den Widerstand R 2 und einen Strom über den Widerstand R 4 und die Zenerdiode Z 2 aufteilt. Der Transistor TX wird dabei in einem schwachleitenden Zustand gehalten. An der Basis des Transistors Γ 2 stellt sich dann ein gegenüber seinem Emitter positives Potential ein, so daß der Transistor Γ 2 gesperrt und die Regelspannung durch ihn nicht beeinflußt wird.

Steigt der Laststrom nun bis zum maximal zulässigen Kollektorstrom Jm (F i g. 1) an, so wird der Transistor TX durch die zunehmende Spannung am Widerstand R1 so weit ausgesteuert, daß der Transistor Γ 2 zu leiten beginnt und die Regelspannung begrenzt. Die Regelspannung wird derart begrenzt, daß mit zunehmender Überlast am Reglerausgang der Laststrom konstant bleibt. Dabei steigt die KoI-lektor-Emitterspannung Uce des Transistors TS an (waagerechter Teil der Kurve). Ist sie bis zum Wert UX gestiegen, so wird die Zenerspannung der Zenerdiode Zl erreicht. Die Zenerdiode Zl beginnt zu leiten, wodurch das Potential an der Basis des Transistors Tl so verschoben wird, daß der Kollektorstrom Jc (Laststrom) zu fallen beginnt. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Zenerdiode Z 2 in Sperrrichtung vorgespannt. Diese Vorspannung nimmt mit steigender Kollektor-Emitterspannung des Transistors TS zu und erreicht bei U 2 die Zenerspannung der Zenerdiode Z 2, die damit in Sperrichtung leitend wird. Das Potential an der Basis des Transistors Tl verschiebt sich damit derart, daß der Kollektorstrom Jc bis zur maximal möglichen Spannung Um (entspricht etwa der Spannung Ue) flacher und der Verlustleistungshyperbel N besser angepaßt verläuft.

Die in F i g. 1 dargestellte Kurve wird bei größer werdendem Lastwiderstand von rechts nach links durchfahren. Nach Aufhebung eines Kurzschlusses, der auch durch Zuschalten von Kondensatoren am Ausgang des Reglers während seines Betriebes bedingt sein kann, kann der Regler automatisch sofort den Vollaststrom liefern; der Transistor TS wird nie überlastet, da die Kollektorstrom-Spannungskennlinie immer unterhalb der Verlustleistungshyperbel bleibt.

Es ist möglich, den aus dem Widerstand R 4 und der Zenerdiode Z 2 bestehenden Teil des Spannungsteilers einzusparen und die Kollektorstrom-Spannungskennlinie mit der zwischen den Spannungen UX und U 2 bestehenden Steilheit bis zur Spannung Um verlaufen zu lassen, wenn die Steilheit durch eine entsprechende Dimensionierung der Zenerdiode Zl und Spannungsteilerwiderstände R 2, R 3 etwas anders gewählt wird. Um den Transistor TS leistungsmäßig besser auszunutzen, ist es andererseits aber auch möglich, den Abschnitt UX bis Um in mehr als zwei Abschnitte zu unterteilen. Zu diesem Zweck wären weitere Zenerdioden und Widerstände ähnlich der Zenerdiode Z 2 und dem Widerstand R 4 vorzusehen, wobei diese Zenerdioden nacheinander bei bestimmten Kollektor-Emitterspannungen des Transistors TS in Sperrichtung leitend werden müßten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gleichspannungsregler mit Laststrombegrenzung, bei dem ein Stellglied-Transistor und ein Meßwiderstand in Reihe mit der Last liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (TS) nach erfolgter Laststrombegrenzung und bei wachsender Überlast derart steuerbar ist, daß der Verlauf der Funktion Kollektorstrom in Abhängigkeit von der Spannung zwischen Kollektor und Emitter etwa dem Verlauf der Hyperbel (N) der zulässigen Verlustleistung folgt, ohne diese zu überschreiten.

2. Gleichspannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors (TS) ein nichtlinearer Spannungsteiler parallel liegt, über den die Laststrombegrenzungseinrichtung (T 1, T 2, R S) beeinflußt wird.

3. Gleichspannungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Kollektor des Transistors (TS) verbundene Teil des Spannungsteilers eine Zenerdiode (Z 1) enthält, deren Zenerspannung bei einer etwa der zulässigen Verlustleistung des Transistors bei maximal zulässigem Laststrom entsprechenden Kollektor-Emitterspannung (U X) des Transistors liegt und die damit den Übergang vom konstanten begrenzten Laststrom auf einen angenähert nach der Verlustleistungshyperbel abfallenden Laststrom festlegt.

4. Gleichspannungsregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der ge-

nannten Zenerdiode (Z 1) mindestens eine weitere Zenerdiode (Z 2) in dem mit dem Emitter des Transistors (TS) gekoppelten Teil des Spannimgsteilers angeordnet ist, deren Zenerspannung erst bei einer Kollektor-Emitterspannung (U 2) des Transistors (TS) liegt, die größer als die zum Erreichen der Zenerspannung der ersten Zenerdiode (Z 1) erforderlichen ist und durch die ein flacherer, der Verlustleistungshyperbel besser angepaßter Verlauf des Kollektorstromes erzielbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen