DE1438014B1 - Schaltung zur Regelung einer Gleichspannung unter Verwendung eines Halbleitergleichrichters - Google Patents

Description

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Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine stieg der Zufuhrspannung wird die Kathode des

geeignete Schaltung zur Regelung einer Gleichspan- Gleichrichters 16 in erhöhtem Maße positiv, so daß

nung unter Verwendung eines Halbleitergleichrichters ein Punkt sehr schnell erreicht wird, bei dem die

zu schaffen. Steuerelektrode mit Bezug auf die Kathode negativ

Es ist bekanntgeworden, steuerbare Halbleiter- 5 wird und der Gleichrichter abgeschaltet wird. Der gleichrichter, sogenannte Thyristoren, für Regel- Kondensator 19 wird nun in die Belastung entladen, zwecke in der Gleich- und Wechselstromtechnik an- so daß die Kathode des Gleichrichters weniger posizuwenden (AEG-Sonderdruck »Steuerbare Silizium- tiv wird. Indessen, da die Spannung an der Steuer-Gleichrichter und ihre Anwendung« Z 32/RGF 57 092, elektrode über die Zenerdiodel8 noch immer auf-Inf.-Mappe 38/10 vom August 1961, S. 4, 5, 7; io rechterhalten wird, wird der Gleichrichter 16 wieder ETZ-B 12 [1960], Nr. 19, S. 456; BB-Mitteilungen eingeschaltet. Dieses Spiel wiederholt sich mit jedem März/April 1961, S. 267 bis 270 und 273; AIEE- Anstieg der nichtgeregelten Spannung, wobei fest-Trans. 801 vom Mai 1961, S. 154). Diese bekannten gestellt werden kann, daß, je höher die ungeregelte Halbleitergleichrichter werden mittels eines Steuer- Spannung wird, desto kürzer die Perioden werden, impulses an deren Steuerelektroden gezündet und in 15 während derer der Gleichrichter 16 leitend ist. Die den leitenden Zustand versetzt, sie bleiben in dem Schaltung erzeugt somit eine geregelte Ausgangsleitenden Zustand, bis der Stromfluß durch diese spannung, die nur wenig von der Zündspannung der Halbleiter praktisch auf Null abfällt. Zenerdiode 18 abweicht.

Der »ein- und ausschaltbare Gleichrichter«, der Der Zweck des Widerstandes 15 ist die Begren-

bei der erfindungsgemäßen Schaltung verwendet 20 zung des Stromes, der durch den Gleichrichter 16

wird, besitzt eine wichtige zusätzliche Eigenschaft, fließt, auf einen sicheren Wert, wenn der letztere ein-

indem er durch Anlegung eines Impulses von ent- geschaltet ist.

gegengesetzter Polarität augenblicklich in den nicht- In dem abgeänderten Ausführungsbeispiel, das in ^

leitenden Zustand versetzt werden kann. Fig. 2 gezeigt ist, ist der Widerstand 15 durch eine

Eine Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung 25 Drosselspule 20 ersetzt, zu der parallel eine Diode

ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung als 21 geschaltet ist. Die Drosselspule 20 begrenzt den

Halbleitergleichrichter einen ein- und ausschaltbaren Betrag des Anstiegs des Stromes, ergibt indessen

Gleichrichter enthält, dessen Ein- und Ausschalt- keine Verlustleistung in der gleichen Weise wie der

Stromkreis einen ersten Widerstand aufweist, der die Widerstand 15, da die Energie in diesem Falle in der

Steuerelektrode des Gleichrichters mit einer ein- 30 Drosselspule gespeichert wird. Die Diode 21 bildet

gangsseitigen ersten Klemme verbindet, und ferner, die erforderliche Leitungsbahn für den Fall, daß der

daß in dem gleichen Stromkreis eine Zenerdiode an- Gleichrichter 16 abgeschaltet ist.

geordnet ist, die die Steuerelektrode auf einer im I_n Fig. 3 ist das zweite Ausführungsbeispiel der-

wesentlichen konstanten Spannung hält. art abgeändert, daß ein zweiter Kondensator 22 und

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Aus- 35 ein dritter Widerstand 23 in Reihe zwischen den

führungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnun- Klemmen 13, 14 geschaltet sind, so daß sie parallel

gen näher erläutert werden. mit dem Kondensator 19 liegen. Ein zwischenliegen-

In F i g. 1 sind bei der erfindungsgemäßen Schal- der Punkt zwischen dem Kondensator 22 und Widertung eine erste und zweite Klemme 11 und 12 vor- stand 23 ist über eine Vierschichtdiode 24 mit einem gesehen, die zum Anschluß an eine nichtgeregelte 40 Punkt zwischen der Zenerdiode 18 und der Steuer-Gleichstromquelle bestimmt sind, so daß sie im Be- elektrode des schaltbaren Gleichrichters 16 vertrieb eine positive bzw. negative Polarität aufweisen, bunden.

und ferner eine dritte und vierte Klemme 13, 14, die Im Betrieb wird der Gleichrichter 16 wie im ersten

zum Anschluß an eine Belastung vorgesehen sind, Beispiel eingeschaltet, an diesem Punkt wird der ä

wobei die Klemmen 12, 14 miteinander verbunden 45 Kondensator 22 durch den Widerstand 23 auf- ^

sind. geladen, bis die Zündspannung der Vierschichtdiode

Die Klemmen 11 und 13 sind über einen Wider- 24 erreicht ist, wobei dann ein Impuls an die Steuerstand 15 in Reihe mit der Anode und Kathode eines elektrode angelegt wird, um den ein- und ausschaltein- und ausschaltbaren Gleichrichters 16 verbunden, baren Gleichrichter 16 abzuschalten. Wenn die Zenerwobei die Steuerelektrode des ein- und ausschalt- 50 diode 18 nicht mehr leitend ist, wird der Gleichbaren Gleichrichters mit der Klemme 11 über einen richter 16 unmittelbar eingeschaltet, wobei der Konweiteren Widerstand 17 und mit der Klemme 12 über densator 22 entladen wird, da an diesem Punkt die eine Zenerdiode 18 verbunden ist. Darüber hinaus Vierschichtdiode 24 nicht mehr leitend ist und ein sind die Klemmen 13 und 14 noch durch einen Kon- Strom zur Steuerelektrode über den Widerstand 17 densator 19 überbrückt. 55 fließt. Die Entladungszeit des Kondensators 22 ist

Die Zenerdiode 18 wird so gewählt, daß sie bei der sehr kurz gewählt, so daß, wenn die erforderliche erforderlichen Ausgangsspannung sich in dem leiten- Ausgangsspannung nicht erreicht wurde, das Verden Zustand befindet. Unter Annahme, daß der Kon- hältnis zwischen der Ein- und Abschaltperiode des densator 19 entladen ist, fließt im Betrieb Strom über Gleichrichters 16 hoch ist. Indessen, wenn die Zenerden Widerstand 17 zur Steuerelektrode des Gleich- 60 diode 18 leitend ist, wird der Gleichrichter 16 nicht richters 16 so, daß dieser in den leitenden Zustand unmittelbar eingeschaltet, nachdem der Kondensator versetzt wird. Hierauf fließt Strom durch den Gleich- 22 entladen wurde, sondern wird momentan eingerichter 16 zur Belastung und gleichzeitig zum Kon- schaltet, wenn die Kathodenspannung wie in dem densator 19, so daß dieser aufgeladen wird. Die ersten Beispiel genügend abgefallen ist.
Spannung an der Zenerdiode 18 steigt nun an, bis die 65 Es kann festgestellt werden, daß der Kondensator Diode leitend wird. An diesem Punkt wird die Steuer- 22, der Widerstand 23 und die Vierschichtdiode 24 elektrode des Gleichrichters 16 bei einer konstanten einen Impulsgenerator bilden, der Impulse für das Spannung gehalten, jedoch bei einem weiteren An- Abschalten des ein- und ausschaltbaren Gleichrich-

ters 16 erzeugt und hierbei eine noch genauere Regelung der Gleichspannung als im ersten Ausführungsbeispiel ergibt.

In F i g. 4 ist eine Abänderung der Schaltung nach F i g. 2 dargestellt, hier ist die Steuerelektrode des Gleichrichters 16 nicht mit der Klemme 12 über die Zenerdiodel8 verbunden, sondern liegt am Kollektor eines n-p-n-Transistors 25 an, dessen Emitter mit der Klemme 12 über die Zenerdiode 18 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 25 ist ferner mit to der Kathode des Gleichrichters 16 über einen Kondensator 26 verbunden, während die Basis des Transistors mit den Klemmen 13 und 14 über die Widerstände 27 bzw. 28 geschaltet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuerelektrode des Gleichrichters 16 vorzugsweise nicht mit der Klemme 11 über den Widerstand 17 verbunden, sondern liegt über den Widerstand 17 an einer Klemme 29 an, die ein höheres positives Potential hat.

Im Betrieb ist der Gleichrichter 16 nur eingeschaltet, nachdem der Kondensator 26 aufgeladen wurde. Der Transistor 25 verbleibt abgeschaltet, bis die erforderliche Ausgangsspannung erreicht ist. An diesem Punkt wird die Zenerdiode 18 leitend, der Transistor 25 wird leitend, und der Kondensator 26 wird entladen und dann mit der entgegengesetzten Polarität wieder aufgeladen. Es fließt ein Strom zur Steuerelektrode, so daß der Gleichrichter 16 abgeschaltet wird.

In diesem Beispiel ist die Betriebsfrequenz der Schaltung von dem Kondensator 26 abhängig. Die Frequenz wird genügend niedrig gewählt, um einen übermäßigen Verlust an Energie zu vermeiden. Darüber hinaus können auch andere Arten von Transistorverstärkern, die ein oder mehrere Transistoren enthalten, verwendet werden.

In F i g. 5 wurde die Schaltung nach F i g. 4 dadurch abgeändert, daß der Kollektor des Transistors 25 mit der Kathode des ein- und ausschaltbaren Gleichrichters 16 über einen Widerstand 30 und den Kondensator 26 in Reihe geschaltet und mit der Steuerelektrode über den Widerstand 30 und eine Vierschichtdiode 31 in Reihe verbunden ist. Die Klemme 29 ist fortgelassen. In diesem Beispiel wird der Kondensator 26 nur aufgeladen, wenn der Transistor25 leitend ist, und der Gleichrichter 16 wird abgeschaltet, wenn die Spannung an dem Kondensator 26 genügend hoch ist, um die Vierschichtdiode 31 zu zünden. Der Gleichrichter 16 wird wieder eingeschaltet, wenn die Ausgangsspannung auf einen solchen Wert abgefallen ist, daß der Strom, der durch den Transistor 25 fließt, ungenügend ist, um die Vierschichtdiode 31 in dem leitenden Zustand aufrechtzuerhalten.

Die Schaltung benötigt einen größeren Strom für das Abschalten des Gleichrichters 16 als in F i g. 4.

In dem Beispiel, das in F i g. 6 gezeigt ist, ist die Schaltung nach F i g. 4 derart abgeändert, daß der Widerstand 17 zwischen der Klemme 29 und der Kathode bzw. Anode eines Paares von parallelgeschalteten Vierschichtdioden 32, 33 angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Anode bzw. Kathode der Dioden 32 bzw. 33 mit der Steuerelektrode über einen Widerstand 34 verbunden. Wie in F i g. 4 wird eine höhere positive Spannung an die Klemme 29 als an die Klemme 11 angelegt, und die Anordnung ist derart, daß zum Einschalten des Gleichrichters 16 der Kondensator 26 zuerst über den Widerstand 17 auf eine Spannung aufgeladen werden muß, die genügend ist, um eine der beiden Vierschichtdioden 32, zu zünden.

Der ein- und ausschaltbare Gleichrichter 16 wird abgeschaltet, wie in dem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf F i g. 5 erläutert wurde.

Diese Schaltung sieht schnellwirkende Impulse für die Ein- und Ausschaltung des Gleichrichters 16 vor, wobei der Leistungsverlust geringer ist.

In weiteren Abänderungen der Schaltungen nach F i g. 2 bis 6 kann an Stelle der Verbindung des Widerstandes 17 direkt entweder mit der Klemme 11 oder mit der Klemme 29 der Widerstand 17 mit der Klemme 11 über eine Drosselspule geschaltet werden. Darüber hinaus kann, falls es erwünscht ist, ein zusätzlicher Widerstand zwischen der Anode des Gleichrichters und der zweiten Klemme geschaltet werden. leder dieser Änderungen erleichtert das Abschalten des ein- und ausschaltbaren Gleichrichters.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vierschichtdiode parallel zum Kondensator derart geschaltet, daß ein Signal zum Abschalten des Gleichrichters 16 nur dann an die Steuerelektrode angelegt wird, wenn die genannte Vierschichtdiode leitend ist. Ferner wird eine weitere Vierschichtdiode gegenparallel zur genannten Vierschichtdiode angeordnet.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Regelung einer Gleichspannung unter Verwendung eines Halbleitergleichrichters, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung als Halbleitergleichrichter einen ein- und ausschaltbaren Gleichrichter (16) enthält, dessen Ein- und Ausschaltstromkreis einen ersten Widerstand (17) aufweist, der die Steuerelektrode des Gleichrichters (16) mit einer eingangsseitigen ersten Klemme (11) verbindet, und ferner, daß in dem gleichen Stromkreis eine Zenerdiode (18) angeordnet ist, die die Steuerelektrode auf einer im wesentlichen konstanten Spannung hält (F i g. 1).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (22, 23. 24) für die Zufuhr von Impulsen an die Steuerelektrode zum Abschalten des Gleichrichters (16) vorgesehen ist und die Anordnung derart gewählt ist, daß der Gleichrichter (16) unmittelbar nach dem Abschalten wieder eingeschaltet wird, es sei denn, die Zenerdiode (18) ist leitend (Fig. 3).

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator eine Vierschichtdiode (24) enthält, die derart angeordnet ist, daß sie bei einer vorbestimmten Ausgangsspannung leitend wird (F i g. 3).

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (26) zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Gleichrichters (16) so angeordnet ist, daß er aufgeladen wird, wenn die Zenerdiode (18) leitend ist (Fig. 4).

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistorverstärker (25) zwischen der Zenerdiode (18) und dem Kondensator (26) vorgesehen ist (Fig. 4 und 6).

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vierschichtdiode parallel zu dem Kondensator (26)

derart geschaltet ist, daß ein Signal zum Abschalten des Gleichrichters (16) nur dann an die Steuerelektrode angelegt wird, wenn die Vierschichtdiode leitend ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Vierschichtdiode gegenparallel zu der genannten Vierschichtdiode angeordnet ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des Gleichrichters (16) mit der ersten Klemme (11) über einen Widerstand (15) verbunden ist (i)

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des Gleichrichters (16) an der ersten Klemme über eine Drosselspule (20) anliegt, die parallel zu einer Diode (21) geschaltet ist (F i g. 2 bis 6).

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (17) mit der ersten Klemme (11) verbunden ist.

11. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (17) mit der ersten Klemme über eine Drosselspule geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen