DE1438247B1

DE1438247B1 - Reglerschaltung mit Transformator und Schalttransistor

Info

Publication number: DE1438247B1
Application number: DE19621438247D
Authority: DE
Inventors: Brolin Stephen Joseph; Mills John Kenneth
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1961-09-29
Filing date: 1962-09-28
Publication date: 1970-05-14
Also published as: BE623037A; NL283544A; US3115600A; FR1342258A; JPS4324247B1; US3229194A; GB1021811A

Description

Die Erfindung betrifft eine Reglerschaltung mit einer an eine Gleichstromquelle über eine Last angeschlossenen Reihenschaltung aus einer Primärwicklung eines Transformators und einer Emitter-Kollektor-Strecke eines Schalttransistors und mit einer Sekundärwicklung des Transformators im Steuerstromkreis des Schalttransistors zur Regelung der Spannung an der Last oder des Stromes durch eine Last.

Bei bekannten Spannungsreglern wird meistens ein durch die Ausgangsspannung gesteuertes Impedanzelement in Reihe zwischen die Stromquelle und den Verbraucher geschaltet. Die Impedanz des Elementes und damit die an ihm abfallende Spannung ändert sich entsprechend der Spannungsänderung am Verbraucher und hält eine konstante Spannung am Verbraucher aufrecht. Das Impedanzelement kann man sich als einen stetig veränderbaren Widerstand vorstellen, der den Spannungsunterschied zwischen der Quelle und dem Verbraucher aufnimmt. Dieses Regelelement verbraucht daher große Leistungen und benötigt Kühleinrichtungen zum Abführen der zwangläufig erzeugten Wärme. Der Wirkungsgrad dieser Regler ist dadurch selbst unter günstigsten Bedingungen auf einen Bereich von etwa 70 °/o beschränkt.

Es ist auch bekannt, an Stelle eines solchen stetig veränderbaren Widerstandes einen Schalttransistor vorzusehen, der in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung durch einen Taktgeber rhythmisch in den Sättigungs- und den Sperrzustand gebracht wird. Im Sperrzustand des Transistors übernimmt ein aus einer Längsdrossel und einem Querkondensator bestehendes Glättungssystem die Lieferung der Verbraucherenergie. Bei einer solchen Anordnung lassen sich zwar höhere Wirkungsgrade erzielen, aber der Aufwand für die Steuerung des Schalttransistors ist wegen des erforderlichen Taktgebers verhältnismäßig hoch.

Weiterhin wurde bereits eine Anordnung zur Konstanthaltung einer Gleichspannung vorgeschlagen, die aus einer Gleichstromquelle derart abgeleitet ist, daß die schwankende Eingangsgleichspannung stets größer ist als die konstant gehaltene Gleichspannung und daß der aus der Gleichstromquelle entnommene Gleichstrom kleiner ist als der gesamte mittlere, über den Lastwiderstand fließende Gleichstrom, daß in einem Längszweig eine als Energiespeicher verwendete Drossel vorgesehen ist, die eingangsseitig durch einen elektronisch gesteuerten Umschalter, bestehend aus einem Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke im Längszweig liegt, und einer Diode im Querzweig, periodisch zwischen den beiden Eingangsklemmen hin- und hergeschaltet wird, und daß am ausgangsseitigen Anschluß der Drossel ein im Querzweig liegender Glättungskondensator angeordnet ist. Die Besonderheit des älteren Vorschlages besteht darin, daß der im Längszweig liegende Schalttransistor über seine Basis-Emitter-Strecke abhängig von in einer zweiten Wicklung der Drossel durch deren Flußänderungen erzeugten Spannungen periodisch in ⁶Q Durchlaß- bzw. Sperrichtung geschaltet wird, daß der den Kollektorstrom begrenzende Basisstrom des Schalttransistors während dessen Durchlaßzeit in einen größeren, durch die Emitter-Kollektor-Strecke und in einen kleineren, durch die Emitter-Basis-Strecke eines Steuertransistors geleiteten Teilstrom aufgespalten ist, wobei dem kleineren Teilstrom in einem Widerstand über einen Stelltransistor ein Zusatzstrom überlagert wird, der von der konstant zu haltenden Ausgangsspannung durch Vergleich derselben mit einem Spannungsnormal abgeleitet ist, und daß der Basis-Emitter-Stromkreis des Schalttransistors über eine während dessen Startzeit durchlässige Diode geschlossen ist. Bei dem älteren Vorschlag wird die Drossel also als Energiespeicher benutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Reglerschaltung zu schaffen, die bei hohem Wirkungsgrad nur einen geringen Aufwand erfordert. Die Erfindung geht dazu aus von einer Reglerschaltung der eingangs genannten Art und sieht vor, daß eine erste Kombination von Schaltelementen zur Steuerung der Geschwindigkeit, mit der sich der Magnetfluß in der Primärwicklung des Transformators aufbaut, und damit zur Steuerung der Zeitdauer, während der ein Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors fließt, in den Stromkreis der Sekundärwicklung des Transformators eingeschaltet ist und daß eine zweite Kombination von Schaltelementen zur Steuerung der Geschwindigkeit, mit der der Magnetfluß in der Primärwicklung des ^ Transformators sich abbaut, und damit zur Steue- f rung der Zeitdauer, während der kein Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors fließt, in den Stromkreis der Sekundär- oder von Tertiärwicklungen des Transformators einschaltbar ist.

Der Schalttransistor bildet mit dem Transformator einen zwischen die Stromquelle und den Verbraucher geschalteten Oszillator, und die Regelung kommt dadurch zustande, daß der Wert der je Periode an den Verbraucher angelegten Spannung bzw. des über den Verbraucher fließenden Stromes gesteuert wird. Da der Schalttransistor nur jeweils im Sperr- und Sättigungszustand betrieben wird, ist der Wirkungsgrad der Reglerschaltung hoch. Trotzdem bleibt der Aufwand niedrig, weil keine komplizierten Steuerschaltungen für den Schalttransistor, beispielsweise ein gesonderter Taktgeber, erforderlich sind. Die erfindungsgemäßen Reglerschaltungen lassen sich also einfach, zuverlässig und billig aufbauen, so daß sich vielfache Anwendungsmöglichkeiten ergeben.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnun- t gen noch näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines einfachen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3, 4 und 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen eine Steuerung der Ausgangsspannung angewendet wird,

F i g. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind eine Gleichstromquelle 1, ein Verbraucher 2, eine Wicklung 3, ein Transformator 4 mit den Wicklungen 5 und 6, ein pnp-Transistor 7, Widerstände 8 und 9 sowie eine Diode 10 vorgesehen.

Die Gleichstromquelle 1 ist mit dem Verbraucher 2, der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 7 und der Transformatorwicklung 5 in Reihe geschaltet. Die Wicklung 3 liegt parallel zur Transformatorwicklung 5. Die Transformatorwicklung 6 ist mit dem Widerstand 9 und der Diode 10 in Reihe geschaltet. Der Widerstände verbindet die Basis des Transistors 7 mit der Verbindung zwischen der Transformatorwicklung 6 und dem Widerstand 9.

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Die in den Zeichnungen benutzte Punktkennzeich- parallel zur Transformatorwicklung 5 liegt. Wenn es nung stellt ein Hilfsmittel dar, durch das die Polarität sich bei dem Stromwandler 4 um einen idealen oder einer in einer Wicklung induzierten Spannung be- fast idealen Transformator handelt, kann die Spule stimmt werden kann. Ein Punkt an einer Wicklung mit dem gleichen Ergebnis auch über die Transforbedeutet, daß die Polarität der in dieser Wicklung 5 matorwicklung 6 oder eine Tertiärwicklung geschaltet am Punkt induzierten Spannung gleich der Polarität werden, vorausgesetzt, daß die Induktivität entspre-

der Spannung ist, die am Punkt jeder weiteren Wick- chend dem Quadrat des Windungsverhältnisses der

lung im gleichen Magnetfeld auftritt. Wicklungen richtig angepaßt ist.

Wenn die Gleichstromquelle 1 in den Stromkreis Weniger offensichtlich ist es, daß die Wicklung als eingeschaltet ist, fließt ein kleiner Strom über den 10 besonderes Bauteil ganz fortgelassen und durch eine Verbraucher 2, die Emitter-Kollektor-Strecke des gleichwertige Nebenschlußinduktivität im Transfor-Transistors 7 und die Transformatorwicklung 5. Wie mator 4 ersetzt werden kann, die durch einen Luftman aus der Punktkennzeichnung sieht, wird in der spalt im Kern oder durch andere Maßnahmen ver-Wicklung 6 eine Spannung induziert, die den Transi- wirklicht werden kann. Die Wirkungsweise der Schalstor 7 weiter in den leitenden Zustand treibt. Zweck- 15 tang wird durch diese Abänderung nicht berührt. Da mäßig kann das Windungsverhältnis der Wicklung 5 man sich zur Erleichterung des Verständnisses diese zur Wicklung 6 so sein, daß der Transistor 7 sofort Art jedoch besser vorstellen kann, wird im folgenden in den Sättigungszustand gebracht wird. Dann ist der eine getrennte Wicklung beibehalten. Aus wirtschaft-Strom durch den Verbraucher 2 im wesentlichen liehen Gründen wird man aber in der Praxis die Indurch die Spannung der Stromquelle 1 und die Impe- 20 duktivität in den Transformator einbauen,
danz des Verbrauchers 2 gegeben, da die Spannungs- Die Elemente 11, 12, 23, 20, 21, 22, 19, 17, 18 abfalle am gesättigten Transistor und an der Trans- und 16 der F i g. 2 entsprechen den Elementen 1 bis formatorwicklung 5 vernachlässigt werden können. 10 der F i g. 1. Der Kondensator 13 hegt parallel zum Da die Impedanz der Wicklung 3 vielfach größer als Verbraucher 12, und die Spule 14 liegt in Reihe zur die wirksame Impedanz der Transformatorwicklung 5 25 Gleichstromquelle 11, dem Verbraucher 12, der Kolist, fließt anfangs fast der gesamte Strom durch die lektor-Emitter-Strecke des Transistors 19 und der Wicklung 5. Das ergibt sich aus der Tatsache, daß die Wicklung 21. Der Kondensator 13 und die Spule 14 Wicklung 5 in erster Näherung als ein Widerstand bilden ein Tiefpaßfilter, das vor dem Verbraucher 12 erscheint, dessen Wert durch die im Quadrat des Win- liegt und den Strom glättet. Die Diode 15, die parallel dungsverhältnisses übertragene Impedanz der Wick- 30 zur Reihenschaltang der Filterspule 14 mit dem Verlung 6 bestimmt wird. Mit der Zeit steigt der Strom braucher 12 liegt, bildet einen Entladungsweg für die in der Wicklung 3 jedoch so weit an, daß die Wick- in der Spule 14 gespeicherte Energie, wenn der Tranlung den gesamten durch den Verbraucher 2 fließen- sistor 19 gesperrt ist. Ein weiterer Kondensator 24 den Strom führen würde. Die dazu erforderliche Zeit liegt parallel zu der Diode 15, um das Einschalten

is, angler, 4, wobei « den _ges_mt» S_ttOm- » J-,J'^ZZ^tÄ*Z

kreis widerstand und L die Induktivität der Wick- der nach Fig. 1.
lung 3 darstellt. Dieser Zustand wird jedoch nicht er- Die Elemente 31, 32, 41, 40, 47, 39, 37, 34, 48, 36, reicht. Wenn sich der durch die Wicklung 5 fließende 33 und 38 der Fi g. 3 entsprechen den Elementen 11, Strom so weit verringert, daß der Transistor 7 aus 40 12, 13, 14, 24, 15, 17, 20, 21, 22, 23 und 19 der dem Sättigungszustand kommt, steigt der Widerstand Fig. 2. In Fig. 3 ist eine Tertiärwicklung 35 des der Emitter-Kollektor-Strecke und der Gesamtstrom Transformators 34 in Reihe zur Emitter-Kollektornimmt ab. Die Induktivität der Wicklung 3 wirkt je- Strecke des Transistors 44 und der Diode 46 geschaldoch jeder plötzlichen Stromänderung entgegen. tet. Am Verbraucher 32 liegen zwei parallele Strom-Wenn der Strom durch die Wicklung 3 zu fallen be- 45 kreise. Der erste enthält die Zenerdiode 42 und den ginnt, bricht der die Wicklung umgebende Fluß zu- Widerstand 43, während der zweite aus demPotentiosammen und induziert eine EMK in entgegengesetzter meter 45 besteht. Der Emitter des Transistors 44 liegt Richtung, die ihrerseits einen Strom durch die Trans- an der Verbindung der Diode 42 mit dem Widerstand formatorwicklung 5 in entgegengesetzter Richtung 43, während die Basis des Transistors 44 mit der Anzum Verbraucherstrom fließen läßt. Wie man aus der 50 zapfung des Potentiometers 45 verbunden ist. Die Punktkennzeichnung sieht, ist die Richtung des durch Wirkungsweise der Schaltang in F i g. 3 ist im wesentden Widerstand 9 und die Diode 10 fließenden Stro- liehen gleich der Wirkungsweise der Schaltang in mes jetzt so, daß der Transistor 7 sperrt. F i g. 2, mit der Ausnahme, daß die zusätzlichen Bau-

Dieser Betriebszustand bleibt bestehen, bis die elemente 42, 43, 44, 45, 46 und 35 eine Steuerung

Energie in der Wicklung 3 abgeflossen ist. Das wie- 55 der Sperrzeit des Transistors 38 in Abhängigkeit von

derum hängt von der rückwirkenden Impedanz der der Spannungsänderung am Verbraucher in der fol-

Wicklung 6 ab, und die Sperrzeit des Transistors 7 genden Weise ermöglichen. Wenn der Transistor 38

kann durch Verändern der Impedanz der Elemente, auf die in Verbindung mit F i g. 1 beschriebene Weise

die den Stromkreis der Wicklung 6 bilden, gesteuert gerade in den Sperrzustand gebracht wurde, hängt die

werden. Wenn die Energie in der Wicklung abgeflos- 6o Sperrzeit von der Geschwindigkeit ab, mit der der

sen ist, beginnt ein neuer Zyklus. Es sei darauf hin- Fluß im Kern der Wicklung 33 verschwindet. Die

gewiesen, daß die Speicherzeit nicht auftritt, die bei Punktkennzeichnung zeigt, daß die Diode 46 im

anderen Schaltungen zum Verbrauch der überschüs- Stromkreis der Tertiärwicklung 35 sperrt, wenn der

sigen Minoritätsträger im Transistor erforderlich ist, Transistor 38 leitet. Wenn der Transistor 38 in den

da sich der Transistor nicht im Sättigungszustand be- 65 Sperrzustand gebracht ist, leitet dagegen die Diode,

findet, wenn er in den Sperrzustand gebracht wird. Steigt die Spannung am Verbraucher 32, so erscheint

Als Folge davon schaltet der Transistor schneller. ein entsprechender Teil des Spannungsanstiegs am

Bis jetzt wurde angenommen, daß die Wicklung 3 Abgriff des Potentiometers 45. Da die Zenerdiode 42

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dauernd im Bereich der Durchbruchspannung ar- Wicklung 75 geschaltet, um eine den Spanmmgsände-

beitet, bleibt die an ihr liegende Spannung konstant, rungen am Verbraucher entsprechende Vorspannung

und der gesamte Spannungsanstieg am Verbraucher zwischen Basis und Emitter des zusätzlichen Tran-

32 erscheint am Widerstand 43. Daher verringert sich sistors 79 zu erzeugen. Der Widerstand 81 begrenzt

die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 44, und 5 den Basisstrom. Die Kollektor-Emitter-Strecke des

der Kollektorstrom fällt ab. Dann ist die Zeit, die der Transistors 79 liegt in Reihe zur Emitter-Basis-Strecke

Fluß im Kern der Wicklung 33 zum Verschwinden des Regeltransistors 78 und der Wicklung 77. Da der

braucht, größer, und es ergibt sich eine längere Sperr- Widerstand 80 in Reihe mit dem Verbraucher 72

zeit des Transistors 38, wodurch der ursprüngliche liegt, verursachen Belastungsänderungen entspre-

Spannungsanstieg am Verbraucher kompensiert wird. io chende Spannungsänderungen an diesem Widerstand

Es sei bemerkt, daß ein weiterer Transistor in be- und beeinflussen den Basis-Emitter-Strom und damit kannter Weise in den Steuerkreis für die Sperrzeit den Kollektorstrom durch den Transistor 79. Das eingeführt werden kann, wenn eine besondere Ver- wiederum begrenzt den Stromfluß durch die Emitterstärkung verlangt wird. Basis-Strecke des Transistors 78 und die Wicklung 77

Die Elemente 51, 52, 53, 55, 54, 61, 58, 59, 69, 15 und steuert so die Einschaltzeit des Transistors. Es

62, 63, 65, 64, 66 und 68 der Fig. 4 entsprechen den sei bemerkt, daß die Schaltungen der Fig. 1 bis 4

Elementen 31, 32, 33, 48, 34, 39, 37, 46, 47, 40, 41, ebenfalls die Ein- und Ausschaltzeit des Transistors

42, 43, 44 und 45 der F i g. 3. Der Transistor 60 der steuern.

F i g. 4 ersetzt die Tertiärwicklung 35 der F i g. 3, Aus Durch entsprechende Abänderungen können entder Punktkennzeichnung geht hervor, daß die Diode 20 weder npn- oder pnp-Transistoren oder gleichwertige 59 in Sperrichtung vorgespannt ist, während der Bauelemente wie pnpn-Schalter, mechanische Schal-Transistor 57 leitet, und daß sie leitet, um einen ter usw. in den Ausführungsformen der F i g. 1 bis 5 Stromkreis über die Emitter-Kollektor-Strecke des verwendet werden.

Transistors 60 zum Abfließen der Energie im Kern In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein der Wicklung 53 zu schließen, wenn der Transistor 57 35 Widerstands-Kondensator-Netz in Verbindung mit gesperrt ist. Die Wirkungsweise dieser Schaltung kann einer Diode verwendet werden, um den Regeltransiam besten verstanden werden, wenn man annimmt, stör gegen hohe Stoßsperrspannungen beim Umschaldaß die Spannung am Verbraucher 52 steigt. Da die ten zu schützen und neben dieser Schutzwirkung auch Spannung über der Zenerdiode 65 konstant ist, steigt den Wirkungsgrad des Reglers zu verbessern. Die die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 66 ent- 30 Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck sprechend der Einstellung des Potentiometers 68 an. wird durch Anwendung von Temperaturkompensa-Das bewirkt einen größeren Strom im Transistor 66 tion, Stoßspannungsschutz und Frequenzsteuerung und im Transistor 60. Die Zeit, die der Fluß im Kern ermöglicht. Ein wesentlicher Vorteil der Einrichtender Spule 53 zum Verschwinden braucht, hängt also gen für den Stoßspannungsschutz und die Temperaumgekehrt von der an ihr liegenden Spannung ab. 35 turkompensation besteht darin, daß sie die Gesamt-Ein vergrößerter Kollektorstrom im Transistor 60 vorteile des Systems mit Bezug auf den Wirkungsvergrößert demnach die Geschwindigkeit, mit der der grad, geringe Kosten, Einfachheit und Zuverlässigkeit Fluß in der Spule 53 verschwindet, und dadurch nicht vermindern sondern vergrößern,
wiederum wird die Sperrzeit des Transistors 57 ver- Die Schaltung der F i g. 6 enthält eine Gleichstromgrößert, wodurch der ursprüngliche Spannungsanstieg 4° quelle 91, pnp-Transistoren 95, 117, 130, einen am Verbraucher kompensiert wird. Transformator 100 mit den Wicklungen 97, 98, 99,

Die Elemente 71, 78, 83, 73, 75, 74, 77, 84, 91, Spulen 92, 122, Kondensatoren 93, 120, 135, tempe-85, 86, 87, 89, 90 und 72 der F i g. 5 entsprechen den raturabhängige, nichtlineare Widerstände 113, 125, Elementen 51, 57, 61, 53, 55, 54, 56, 62, 69, 63, 64, 129,133, Dioden 96,111,116,119,121,137, Zener-65, 66, 68 und 52 der Fig. 4. Die Ein- und Aus- 45 dioden 124, 128, 132, eine Sicherung 123, Widerschaltzeiten der Schaltungen nach Fig. 1 bis 4 wer- stände94, 112, 115, 118, 126, 131, 134, Potentioden von der Temperatur, dem Verbraucher und auf meter 114, 127 und einen Verbraucher 136.
andere Weise beeinflußt. Wenn der Verbraucher je- Die Gleichstromquelle 91 ist in Reihe geschaltet mit doch konstant ist, kann die Fehleranzeigeschaltung der Filterdrossel 92, der Wicklung 97, der Kollektorvom Verbraucher getrennt werden, und es ergeben 50 Emitter-Strecke des Transistors 95, der Filterdrossel sich feste Ein- und Ausschaltzeiten (s. Fig. 5). Wenn 122, die Sicherung 123 und dem Verbraucher 136. Der bei einer solchen Anordnung der Verbraucher ver- Kondensator 93 liegt zwischen der Verbindung der änderlich ist, während die Spannungsquelle konstant Drossel 92 mit der Wicklung 97 und der positiven ist, wird das Verhältnis der Schaltzeiten weiter ge- Klemme der Gleichstromquelle 91 und bildet in Verregelt, obwohl die Ein- und Ausschaltzeiten nicht 55 bindung mit der Drossel 92 ein L-Eingangsfilter. Am mehr fest sind. Die Schaltung kann weiter verändert Verbraucher 136 liegt der Filterkondensator 135, der werden, um Änderungen der Eingangsspannung zu in Verbindung mit der Drossel 122 ein L-Ausgangsfilkompensieren, indem ein Teil der Eingangsspannung ter bildet. Außerdem liegen am Verbraucher 136 drei dem Fehlersignal zugeführt wird. Zu diesem Zweck parallele Stromwege, deren erster aus der Zenerdiode wird der die Widerstände 82 und 88 enthaltende 60 132, dem temperaturabhängigen Widerstand 133 und Spannungsteiler in die Schaltung eingefügt, der auch dem Widerstand 134 besteht. Der zweite parallele in den Schaltungen nach F i g. 3 und 4 verwendet Stromweg umfaßt den Widerstand 126, das Potentiowerden kann, um die Spannungsänderungen der meter 127, die Zenerdiode 128 und den temperaturab-Stromquelle auszugleichen. Die Tertiärwicklungs- hängigen Widerstand 129, während der dritte parallele schaltung gemäß F i g. 5 entspricht der nach F i g. 4. 65 Stromweg die Zenerdiode 124 und den Varistor 125 Ein zusätzlicher Widerstand 80 ist in Reihe mit der umfaßt. Die Diode 121 liegt in Reihe zum Verbrau-Gleichstromquelle 71, dem Verbraucher 72, der eher 136, der Sicherung 123 und der Drossel 122. Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 78 und der Der Kondensator 120 und die Diode 119 sind an die

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Diode 121 angeschaltet und bilden gemeinsam mit nicht beeinflußt. Die Wicklung 99 wirkt jedoch auf dem Widerstand 118, der parallel zur Diode 119 die Wicklung 97 wie eine parallelgeschaltete Impeliegt, eine Schutzeinrichtung für den Kollektor und danz. Daher fließt zu Anfang der größte Teil des Emitter des Transistors 95. Der Anlaßwiderstand 94 Stromes durch die gekoppelte Impedanz und nicht führt von der Verbindung der Drossel 92 mit der 5 als Magnetisierungsstrom durch die Induktivität der Wicklung 97 zur Basis des Transistors 95. Die Basis- Wicklung 97. Später fließt immer mehr und mehr Emitter-Strecke des Transistors 95 umfaßt in Rei- Strom durch die Induktivität der Wicklung 97, bis der henschaltung das Potentiometer 114, den nichtline- Basisstrom des Transistors 95 nicht mehr ausreicht, aren Widerstand 113 und die Wicklung 99. Der um den Sättigungszustand des Transistors 95 auf-Widerstand 112 Hegt parallel zu dem nichtlinearen 10 rechtzuerhalten. Der Punkt, an dem der Transistor Widerstand 113. Die Diode 111 liegt zwischen der 95 aus dem Sättigungsbereich herausgebracht wird, Verbindung der Wicklung 99 mit dem nichtlinearen hängt von der Üxponentialdämpfung des Basis-Widerstand 113 und der Basis des Transistors 95. Stromes ab, die wiederum von der Induktivität der Die Diode 116 und die Emitter-Kollektor-Strecke des Wicklung 97 und der gekoppelten Impedanz parallel Transistors 117 liegen in Reihe zur Wicklung 98. 15 zur Wicklung 97 abhängt. Durch Steuern der Impe-Der Widerstand 115 und die Diode 137 sind in Rei- danz des Stromkreises der Wicklung 99 kann daher henschaltung zwischen die Verbindung der Wicklung eine Frequenzsteuerung erzielt werden. Wenn der

98 mit der Diode 116 und die Basis des Transistors Transistor 95 aus dem Sättigungsbereich heraus-117 gelegt. Der Kollektor des Transistors 117 ist mit kommt, nimmt der Strom durch die Wicklung 97 ab, dem Kollektor des Transistors 130 verbunden, wäh- 20 der im Kern des Transformators 100 gespeicherte rend der Emitter des Transistors 130 mit der Basis Fluß bricht zusammen und induziert eine Spannung des Transistors 117 und mit dem Schleifer des Po- in der Wicklung 99, die so gerichtet ist, daß sie den tentiometers 127 verbunden ist. Die Basis des Tran- Transistor 95 sperrt. Die Polarität der in der Wicksistors 130 ist über den Widerstand 131 an die Ver- lung 98 induzierten Spannung ist so gerichtet, daß bindung des temperaturabhängigen Widerstandes 133 25 die Dioden 116 und 137 leiten, wie im folgenden bemit dem Widerstand 134 gelegt. Die Diode 96 liegt schrieben wird.

parallel zur Wicklung 97. Um den Kollektor und Emitter des Transistors 95 Obwohl in der in Fig. 6 gezeigten Schaltung nur gegen die hohen umgekehrten Stoßsperrspannungen pnp-Transistoren verwendet werden, können auch zu schützen, die durch den zusammenbrechenden npn-Transistoren eingesetzt werden. Die temperatur- 30 Fluß in der Filterdrossel 122 entstehen, ist das aus abhängigen nichtlinearen Widerstände können Vari- den Dioden 119 und 121, dem Widerstand 118 und stören sein, d. h. nichtlineare Widerstände, bei denen dem Kondensator 120 bestehende Netzwerk vorsieh der Spannungsabfall als Funktion der Tempera- gesehen. Der Kondensator 120 lädt sich über den tür ändert. Widerstand 118 mit der in der Zeichnung angegebenen Wenn die Gleichstromquelle 91 eingeschaltet ist, 35 Polarität auf, während der Transistor 95 leitet. In stellt der Widerstand 94 mit dem Potentiometer 114, dem Augenblick, in dem der Transistor sperrt, induder Parallelschaltung des Varistors 113 mit dem Wi- ziert der zusammenbrechende Fluß in der Filterdrosderstand 112, der Wicklung 99 und dem Verbraucher sei 122 eine Spannung mit der angegebenen Polarität, einen Spannungsteiler dar. Der Spannungsabfall am Wie aus den angegebenen Polaritäten ersichtlich ist, Potentiometer 114, der Parallelschaltung des Vari- 40 fängt der Kondensator 120 augenblicklich die durch stors 113 mit dem Widerstand 112 und der Wicklung den zusammenbrechenden Fluß induzierte Spannung

99 reicht aus, um den Transistor 95 leitend werden auf und schützt dadurch den Transistor während zu lassen. Der Varistor 113 wird verwendet, um ver- seiner Fallzeit, d. h. während der Zeit, die der Tranbesserte Anlaß- und Belastungsregelkennlinien zu er- sistor braucht, um vom Sättigungszustand in den zielen. Eine verbesserte Belastungsregelung ergibt 45 Sperrzustand überzugehen. Bei diesem Übergang sich aus der Tatsache, daß bei großen Belastungs- wirkt der Transistor als veränderlicher Strombegrenströmen der Widerstand des Varistors abnimmt, wo- zungswiderstand und nimmt große Leistungen auf, durch wiederum die Einschaltzeit des Transistors ver- selbst wenn die Fallzeit außerordentlich kurz ist. Da längert wird, wie im folgenden beschrieben wird. die Spannung am Transistor 95 während der Fallzeit Wenn der Transistor 95 leitet, fließt ein Strom von 50 auf diese Weise vermindert wird, muß der Energieder Gleichstromquelle 91 über den Verbraucher 136, verbrauch im Transistor 95 ebenfalls vermindert sein, die Sicherung 123, die Filterdrossel 122, die Emitter- Die Elemente 118,119 und 120 dienen also dazu, die Kollektor-Strecke des Transistors 95, die Wicklung Energieaufnahme während der Fallzeit zu vermin-97, die Filterspule 92. Als Transformator 100 wird dem, wodurch sowohl die Betriebssicherheit als auch zweckmäßig ein Wandler verwendet, bei dem die 55 der Wirkungsgrad der Schaltung verbessert werden. Windungszahl der Wicldungen 98 und 99 mehrfach Kurz nachdem der Transistor 95 in den Sperrzustand größer als die Windungszahl der Wicklung 97 sind. gebracht ist, ist der Kondensator 120 entladen, und Der in der Wicldung 97 durch den Strom erzeugte der Strom in der Drossel 122 fließt durch den Serien-Fluß induziert in der Wicldung 99 eine Spannung, die kreis, der die Diode 121 und den Verbraucher 136 den Transistor 95 augenblicklich in den Sättigungs- 60 umfaßt. Die an der Kollektor-Emitter-Strecke des bereich bringt. Der innere Widerstand des Transi- Transistors 95 während des Sperrzustandes aufstors 95 im Sättigungsbereich kann dann vernach- tretende Spannung entspricht daher im wesentüchen lässigt werden. Die Polarität der in den Wicklungen der Spannung der Gleichstromquelle 91. Die Diode 97, 98 und 99 induzierten Spannungen ergibt sich aus 96 führt in Verbindung mit dem Transistor 117, wie der Punktkennzeichnung. Es sei bemerkt, daß die 65 im folgenden beschrieben wird, die im Transforma-Polarität der in der Wicldung 98 induzierten Span- tor 100 gespeicherte Energie während der Zeitspanne, nung so gerichtet ist, daß die Dioden 116 und 137 in welcher der Transistor 95 nicht leitet, ab. Die sperren, so daß die Wicklung 98 die Wicklung 97 Spannung an der Wicklung 97 ist daher auf die

Claims

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kleine Durchlaßspannung der Diode 96 begrenzt, wo- Bauteilen gleich ist. Wenn z. B. Germanium benutzt durch die Transistoren 95, 117 und 130 gegen hohe wird, beträgt dieser Spannungsabfall jeweils 0,2 Volt. Spannungen während der Sperrzeit des Transistors 95 Wenn man die Spannungen in dem Stromkreis, der geschützt werden. Die Diode 1 führt dem Transistor aus den leitenden Dioden 116 und 137, dem Wider-95 einen negativen Basisstrom zu, so daß der Transi- 5 stand 115 und der Basis-Emitter-Strecke des Transistor schnell von der Sättigung in den Sperrzustand stors 117 besteht, addiert, sieht man, daß sich die schaltet. Zweckmäßig ist die Diode 111 eine Ger- Spannungsabfälle an der Diode 137 und am Basismaniumdiode, die einen Stromweg mit geringem Emitter-Übergang des Transistors 117 gegenseitig Widerstand im Basiskreis des Transistors 95 herstellt, aufheben, da die Spannung am Widerstand 115 gleich um dessen Ruheverluststrom (Icbo) zu liefern. Da- io der im wesentlichen konstanten Durchlaßspannung durch wird ein ordnungsgemäßes Arbeiten der Schal- der Diode 116 ist.

tung bei hohen Umgebungstemperaturen gewähr- Obwohl diese Fehleranzeigeschaltung die gleichen

leistet. Leistungsverluste wie die üblichen Einrichtungen

Die Zeit, die erforderlich ist, um die im Kern des dieser Art aufweist, ist der Gesamtwirkungsgrad der

Transformators 100 gespeicherte Energie abzuführen, 15 in Fig. 6 dargestellten erfindungsgemäßen Schaltung

bestimmt die Ausschaltzeit des Transistors 95, wäh- nicht beeinträchtigt, da die Fehleranzeigefunktion des

rend der Stromkreis von der Gleichstromquelle zum Reglers nur sehr wenig Energie verbraucht.

Verbraucher unterbrochen ist. Die Ausschaltzeit wird Wenn die Energie im Kern des Transformators 100

durch das Netzwerk bestimmt, das die Wicklung 98, auf einen ausreichenden Wert abgefallen ist, ist die

die Dioden 116 und 137 und die Transistoren 117 20 an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 95 auf-

und 130 enthält. Dieses Netzwerk wirkt in der folgen- tretende Spannung groß genug, um den Transistor 95

den Weise. Wenn die am Verbraucher auftretende wieder leitend werden zu lassen, und es beginnt eine

positive Spannung ansteigt, steigt auch die Spannung neue Arbeitsperiode. Die Filterdrossel 122 und der

an dem temperaturkompensierten parallelen Strom- Kondensator 135 bilden ein L-Ausgangsfilter, so daß

kreis an, der die Zenerdiode 132, den Varistor 133 25 die am Verbraucher 136 auftretende Spannung wäh-

und den Widerstand 134 enthält. Die Stellung des rend der ganzen Arbeitsperiode im wesentlichen kon-

Schleifers des Potentiometers 127 ist für jeden Ver- stant ist.

wendungszweck fest, so daß die zwischen dem Emit- Die Zenerdiode 124 und der Varistor 125 bilden ter des Transistors 130 und der positiven Seite des einen Schutz des Verbrauchers für den Fall, daß die Verbrauchers auftretende Spannung im wesentlichen 30 Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors 95 konstant ist, da die Zenerdiode 128 dauernd im Zener- einen Kurzschluß aufweist. Im Normalbetrieb sperrt bereich betrieben wird. Der Varistor 129 ergibt eine die Zenerdiode 124. Wenn der Transistor 95 ausfällt Temperaturkompensierung für diese konstante Be- und einen Kurzschluß zwischen Emitter und Kollekzugsspannung. Ein positiver Spannungsanstieg am tor aufweist, beginnt die Ausgangsspannung zu stei-Verbraucher tritt daher auch am Widerstand 134 auf. 35 gen. Wenn die Ausgangsspannung dieZenerspannung Dieser Spannungsanstieg erscheint in dem Stromkreis, der Zenerdiode 124 überschreitet, die durch den Vader aus dem Widerstand 134, dem Varistor 129, der ristor 125 geändert werden kann, fließt ein großer Zenerdiode 128, einem festen Abschnitt des Poten- Stromstoß über diesen Weg und bringt die Sicherung tiometers 127, der Emitter-Basis-Strecke des Transi- 123 zum Ansprechen. (Die Zenerspannung der Diode stors 130 und dem Basisstrom-Begrenzerwiderstand 40 124 kann dadurch geändert werden, daß der Varistor 131 besteht, als proportionaler Spannungsanstieg an 125 je nach Verwendungszweck kurzgeschlossen der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 130, was oder nicht kurzgeschlossen wird),
wiederum bewirkt, daß die Kollektorspannung des Es sei bemerkt, daß bei der beschriebenen AusTransistors 130 abnimmt. Dadurch wird der Transi- führungsform an Stelle eines Transistorschalters auch stör 117 leitend, aber nicht gesättigt. Da die Zeit, die 45 andere Einrichtungen, wie pnpn-Schalter, mechanider Fluß im Kern des Transformators 100 zum Ver- sehe Schalter usw. mit gleicher Wirkung benutzt werschwinden braucht, umgekehrt von der angelegten den können. Außerdem sei bemerkt, daß der Fehler-Spannung abhängt, weil der Strom im Stromkreis der anzeigetransistor 130 aus der Schaltung entfernt wer-Wicklung 98 (der die Emitter-Kollektor-Strecke des den kann, indem die Basis des Transistors 117 an die Transistors 117 enthält) größer wird, muß die Aus- 5° Verbindung des Variators 133 mit dem Widerstand schaltzeit des Transistors 95 ebenfalls größer wer- 134 und der Emitter des Transistors 117 an den den. Dieses Anwachsen der Ausschaltzeit kompen- Schleifer des Potentiometers 127 gelegt werden. Die siert den ursprünglichen Spannungsanstieg am Ver- Fehleranzeige-Empfindlichkeit geht dann jedoch zubraucher. Wenn der Transistor 95 leitet, verhindern rück,
die Dioden 116 und 137 einen Strom im Kreis der 55

Wicklung 98. Der Widerstand 115 erfüllt die doppelte Patentansprüche:
Aufgabe, den Ruheverluststrom für den Transistor

117 und den Vorspannungsstrom für den Transistor 1. Reglerschaltung mit einer an eine Gleich-

130 zu liefern, so daß dieser auf einen zweckmäßigen stromquelle über eine Last angeschlossenen Rei-

Arbeitspunkt vorgespannt wird. Durch entsprechende ^6o henschaltung aus einer Primärwicklung eines

Wahl der Schaltelemente 116 und 137 ist es möglich, Transformators und einer Emitter-Kollektor-

die richtige Vorspannung am Widerstand 115 zu er- Strecke eines Schalttransistors und mit einer Se-

zeugen. Beispielsweise kann die Diode 116 eine SiIi- kundärwicklung des Transformators im Steuer-

ziumdiode mit einem Spannungsabfall in Durchlaß- Stromkreis des Schalttransistors zur Regelung der

richtung von 0,7 Volt sein. Die Diode 137 kann aus ⁶5 Spannung an der Last oder des Stromes durch die

dem gleichen Halbleitermaterial wie der Basis-Emit- Last, dadurch gekennzeichnet, daß eine

ter-Übergang des Transistors 117 bestehen, so daß erste Kombination von Schaltelementen (8; 17;

der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bei beiden 37; 58; 79, 80, 81; 111,112,113,114) zur Steue-

rung der Geschwindigkeit, mit der sich der Magnetfluß in der Primärwicklung des Transformators aufbaut, und damit zur Steuerung der Zeitdauer, während der ein Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors fließt, in den Stromkreis der Sekundärwicklung des Transformators eingeschaltet ist und daß eine zweite Kombination von Schaltelementen (9, 10; 18, 16; 46, 44 usw.; 59, 60 usw.; 59 usw.; 116,137,115, 117 usw.) zur Steuerung der Geschwindigkeit, mit der der Magnetfluß in der Primärwicklung des Transformators sich abbaut, und damit zur Steuerung der Zeitdauer, während der kein Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors fließt, in den Stromkreis der Sekundär- oder von Tertiärwicklungen des Transformators einschaltbar ist.
2. Reglerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kombination von Schaltelementen eine variable Impedanz enthält und daß die zweite Kombination eine Diode enthält, die mit einer solchen Polung im Stromkreis der Sekundär- oder Tertiärwicklungen liegt, daß ein Strom über sie während der Zeitdauer fließen kann, in der kein Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors fließt.
3. Reglerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kombination von Schaltelementen einen Transistor (44, 60, 89,117) enthält, dessen Impedanz durch eine Fehleranzeigeschaltung (42, 43, 45; 66, 67 usw.; 90; 86, 87, 88 usw.; 130 usw.) in Abhängigkeit von Änderungen der Lastspannung gesteuert wird.
4. Reglerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kombination von Schaltelementen an die Tertiärwicklung (35, 98) anschaltbar ist und eine Diode (46, 116), einen in Reihe zu der Diode und der dritten Wicklung geschalteten Transistor (44,117) und eine Einrichtung (42, 43, 45; 130 usw.) zur Änderung der Impedanz des Transistors in Abhängigkeit von Änderungen der Lastspannung enthält (Fig. 3, 6).
5. Reglerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kombination von Schaltelementen einen Transistor (79) enthält, dessen Impedanz in Abhängigkeit von Änderungen der Lastspannung gesteuert wird, und daß ein Teil des Stromes im Stromkreis der Primärwicklung zur Erzielung einer Stromstabilisierung (über 82) an die zweite Kombination von Schaltelementen angelegt wird (F i g. 5).
6. Reglerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatur-Fühlelemente (125, 129, 133) zur Steuerung des an die zweite Kombination von Schaltelementen angelegten Fehlersignals vorgesehen sind, um Temperaturänderungen auszugleichen (F i g. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen