DE1513237B1

DE1513237B1 - Auf Stromschwankungen ansprechende, mittels Transistoren und eines Steuertransformators spannungsstabilisierte Gleichstromquelle

Info

Publication number: DE1513237B1
Application number: DE19651513237
Authority: DE
Inventors: Johannis Cornelis Lodder
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-06-27
Filing date: 1965-06-23
Publication date: 1971-05-13
Also published as: BE665991A; NL6407351A; NL144070B; GB1086155A; CH430866A; JPS434892B1; US3351848A; SE300653B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine auf Strom- Primärwicklung zwischen der Längsdrosselspule und Schwankungen ansprechende, mittels Transistoren und der entsprechenden Ausgangsklemme angeschlossen ist. eines im Längszweig angeordneten Steuertransforma- Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei-

tors spannur.gsstabilisierte Gleichspannungsquelle mit spielsweise näher erläutert:

einem eine Längsdrosselspule und einen Querkonden- 5 F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines ersten Ausfühsator enthalterden Glättungsfilter. rungsbeispiels der Gleichspannungsquelle nach der

Das Prinzip derartiger Stabilisierungsschaltungen, Erfindung;

nämlich die Verwendung eines Längs- bzw. Quer- F i g. 2 zeigt Strom- und Spannungs-Zeit-Diagram-

transistcrs, ist aus vielen Veröffentlichungen bereits me zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Ausfühbekannt, so z. B. aus der USA.-Patentschrift 3 022 457, io rungsbeispiels, und

der französischen Patentschrift 1129 706 und der F i g. 3 zeigt das Schaltbild eines zweiten, vereindeutschen Auslegeschrift 1 052 529. fachten Ausführungsbeispiels.

Auch sind Stabilisierungsschaltungen mit einer Korn- Das erste Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besitzt

bination aus Längs- und Quergliedern bekannt- einen Gleichrichter 1, z. B. einen aus dem Netz gegeworden, so z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 925 548 15 speisten Gleichrichter bzw. eine Batterie mit nur einem und der britischen Patentschrift 928 814. Spannungsumsetzer, gefolgt von einem Gleichrichter

Schließlich zeigen die deutschen Auslegeschriften mit einem Ausgangsglättungsfilter, das aus einer 1123 749,1155 848,1155 849,1155 850 und 1181 791 Längsdrosselspule 2 und einem Querkondensator 4 Schaltungen, bei denen eine Wechselstromkopplung besteht. Die negative Ausgangsklemme 5 der Gleichfür eine stromschwankungsabhängige Steuerkompo- ao Spannungsquelle ist mit der entsprechenden Klemme nente des Längstransistors vorgesehen ist. des Gleichrichters 1 über die Längsdrosselspule 2 und

Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe die Primärwicklung 3 eines Steuertransformators verzugrunde, bei einer stabilisierten Gleichspannungs- bunden, und ihre positive Ausgangsklemme 6 ist unquelle der eingangs genannten Art die dynamische mittelbar an die entsprechende Klemme dieses Gleich-Ausgangsimpedanz wesentlich herabzusetzen. as richters 1 angeschlossen. Der Hauptstromkreis eines

Die Erfindung besteht darin, daß ein zwischen den Quertransistors 7 vom pnp-Typ liegt zwischen den Ausgangsklemmen angeordneter Querzweig den Ausgangsklemmen 5 und 6, wobei seine Kollektor-Hauptstromkreis eines Quertransistors enthält und ein · elektrode unmittelbar mit der negativen Klemme 5 zwischen der mit der Längsdrosselspule über den und seine Emitterelektrode über einen Widerstand 11 Steuertransformator verbundenen Ausgangsklemme 30. mit der positiven Klemme 6 verbunden ist. Der Haupt- und einem Punkt mit einem Potential, welches höher ^: Stromkreis eines Längstransformators 8, gleichfalls ist als und das gleiche Vorzeichen hat wie das Poten- vom pnp-Typ, liegt zwischen der mit der Längsdrosseltial dieser Ausgangskkmme, angeordneter Längszweig. spule 2 über den Steuertransformator verbundenen den Hauptstremkreis eines Längstransistors enthält, Ausgangsklemme 5 und einem Punkt 17 des Gleichdaß die Basiselektroden der beiden Transistoren mit 35 richters 1 mit einem Poient^:al, das höher ist als und ihren Emitterelektroden gleichstromleitend verbunden das gleiche Vorzeichen hat w:e das Potential der Aussind, so daß die Transistoren bei normalen Spannungs- gangsklemme 5, wobei seine Kollektorelektrcde unvei hältnissen am Ausgang gesperrt sind, und daß mittelbar mit dem Punkt 17 höheren negativen Potenzwischen der Längsdrcsselspule und diesen Basis- tials und seine Emitterelektrode über einen Widerelektroden der Stelltransformator so angeordnet ist, 40 stand 12 mit der negativen Klemme 5 verbunden ist. daß der Quertransistor bei einer Abnahme und der Die Basiselektroden der beiden Transistoren 7 und 8 Längstransistor bei einer Zunahme des Stromes durch sind mit deren Emitterelektroden über Sekundärwickdie Längsdros£e?spiile zeitweise stromleitend ist. hingen 9 bzw. 10 des Steuertransformators gleich-

Dazu sei bemerkt, daß ein Gleichspannungsstabili- stromleitend verbunden, so daß die Transistoren norsator mit einer Verstärkerröhre, deren Hauptstrom- 45 malerweise gesperrt sind.

kreis zwischen den Ausgangsklemmen angeschlossen Bei jeder Änderung der an die Ausgangsklemmen 5

ist, in der USA.-Patentschrift 2 475 613 beschrieben und 6 angeschlossenen Belastungsimpedanz und demwurde. Diese Röhre wird vom Spannungsabfall an nach des Belastungsstromes I₅ (F i g. 2) entsteht ein einem zwischen ihrer Kathode und der negativen Spannungsunterschied Eingangsklemme liegenden Widerstand gesteuert, und 50

ihr Anodenstrom bewirkt einen bei zunehmendem ^ . AL⁵..

Spannungsabfall an diesem Widerstand abnehmenden, ³ j _t

größeren Spannungsabfall an einem zwischen positiven

Eingangs- und Ausgangsklemmen als Längsimpedanz an der Primärwicklung 3 des Steuertransformators, geschalteten zweiten Widerstand höheren Wertes. 55 und in den Sekundärwicklungen 9 und 10 wird je eine Dieser Stabilisator bewirkt auch einen dynamischen entsprechende Spannung induziert. Die Kopplungs-Ausgleich, jedoch ein beträchtlicher Teil (grundsätz- richtungen sind derart gewählt, daß bei einer Zunahme lieh etwa die Hälfte) des Stromes, den die Gleich- des Belastungsstromes T₅ der Quertransistor 7 weiter Stromquelle liefern, kann, geht in der Röhre verloren, in der Sperrichtung gesteuert wird, während der während ein Röhrenäquivalent der Gleichstromquelle 60 Längstransistor 8 stromleitend wird und den Spanmit herabgesetzter dynamischer Ausgangsimpedanz nungsabfall an der Längsdrosselspule 2 auszugleichen gemäß der Erfindung verhältnismäßig umständlich sucht. Bei einer Abnahme des Belastungsstromes I₅ und nur sehr schwer verwirklichbar wäre. wird der Quertransistor 7 stromleitend und sucht die

Die Länssimpedanz der Gleichspannungsquelle ist Belastungsstromabnahme auszugleichen, während der meist eine Drosselspule. 65 Längstransistor 8 weiter in Sperrichtung gesteuert wird.

Vorzugsweise ist die Basiselektrode jedes Transistors Zur Verstärkung dieser Ausgleichseffekte sind die

mit dessen Emitterelektrode über eine Sekundärwick- Basis-Emitter-Kreise zweier weiterer Leistungstranlung des Steuertransformators verbunden, dessen sistoren 13 und 14 über die Emitter-Belastungswider-

stände 11 bzw. 12 der Transistoren 7 und 8 angeschlossen, während die Kollektorelektrode des Transistors 13 über einen Strombegrenzungswiderstand 15 mit der negativen Ausgangsklemme 5 und die des Transistors 14 über einen Strombegrenzungswiderstand 16 mit dem Punkt 17 verbunden ist.

Eine Gleichspannungsquelle nach F i g. 1 wurde praktisch mit einem geregelten Gleichrichter 1 mit einer Ausgangsspannung von 16 V und einem maximalen Belastungsstrom von 6 Amp. verwirklicht, dessen statische Stabilität besser war als 1%·

Ohne die Transistoren 7, 8, 13 und 14 erniedrigte sich die Ausgangsspannung, trotz der Stabilisation, kurzzeitig um einen Wert Δ V₅ von etwa 2,5 V oder etwa 15 °/₀ bei plötzlicher Belastung mit einem Strom I₅ von 6 Amp., und es ergab sich beim Abschalten des Belastungsstromes I₅ eine kurze Spannungsspitze Δ V₅ von etwa 1,5 V oder etwa 10 %> wie es auf den zwei oberen Zeilen der F i g. 2 dargestellt ist. Dies war auf die dynamische Impedanz der Gleichspannungsquelle, insbesondere auf deren Längsdrosselspule 2, zurückzuführen.

Durch Anschluß der Transistoren 7, 8, 13 und 14 wurde die Amplitude der Spannungsstörungen an den Ausgangsklemmen 5, 6 bei gleichen Belastungsänderungen auf etwa 100 mV Spitze zu Spitze bei plötzlicher Belastung und auf etwa 50 mV Spitze zu Spitze bei plötzlichem Abschalten der Belastung herabgesetzt. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß die Transistoren als stark gegengekoppelte Verstärker wirken, die jeder Änderung des Stromes durch die Längsdrosselspule 2 entgegenwirken, indem sie den plötzlichen Belastungsstromunterschied zeitweise selber liefern oder aufnehmen. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei plötzlichem Ein- oder Ausschalten eines Belastungsstromes I₅ von 6 Amp. der durch die Längsdrosselspule 2 und die Primärwicklung 3 fließende Strom /_s, wie auf der unteren Zeile der F i g. 2 gezeigt, langsam und linear zunimmt und langsam und nahezu exponentiell abnimmt, und zwar in einer Zeit von etwa 0,2 Sekunden. Ist der Gleichrichter 1 mit einer Spannungsstabilisierungsvorrichtung versehen, so ist die Änderung des Stromes I₃ so langsam, daß diese Vorrichtung die Ausgangsspannung stets auf ihrem ursprünglichen Wert aufrechterhalten kann. Wie dem auch sei, am Ausgang des Gleichrichters 1 tritt keine plötzliche Stromänderung mehr auf und demnach auch kein Spannungssprung.

Eine Herabsetzung der dynamischen Ausgangsimpedanz der Gleichstromquelle wäre auch, auf die übliche Weise, mittels eines an die Ausgangsklemmen 5 und 6 angeschlossenen Kondensators verwirklichbar. Jedoch ein Kondensator von mehr als 1 Farad wäre notwendig, um die Spannungsstörungen an den Ausgangsklemmen in vergleichbarem Maße zu reduzieren.

F i g. 3 zeigt das Schaltbild eines zweiten, stark vereinfachten Ausführungsbeispiels. Darin sind die weiteren Transistoren weggelassen. Der Quertransistor 7' ist ein Leistungstransistor vom npn-Typ. Seine Emitterelektrode ist unmittelbar mit der negativen Ausgangsklemme 5 und seine Kollektorelektrode ist mit der positiven Klemme 6 über einen Strombegrenzungswiderstand 15 verbunden. Der Längstransistor 8 ist ein Leistungstransistor vom pnp-Typ, dessen Emitterelektrode unmittelbar mit der Ausgangsklemme 5 und dessen Kollektorelektrode über einen Begrenzungswiderstand 16 mit dem Punkt 17 verbunden ist. Da die zum Betrieb eines Transistors erforderliche Kollektorgegenspannung nicht hoch zu sein braucht, ist der Punkt 17 in diesem Falle der Anschlußpunkt der Längsdrosselspule 2 mit dem Gleichrichter 1. Die Basiselektroden der beiden Transistoren 7' und 8 sind an dasselbe Ende einer gemeinsamen Sekundärwicklung 10 des Steuertransformators angeschlossen, deren anderes Ende mit den Emitterelektroden der beiden Transistoren und mit der negativen Ausgangsklemme 5 verbunden ist.

Dieses vereinfachte Ausführungsbeispiel wirkt auf gleiche Weise wie das nach F i g. 1, mit dem Unterschied, daß der durch den Kollektorkreis eines jeden der Transistoren 7' und 8 fließende Ausgleichsstrom «'-mal größer ist als der von der Sekundärwicklung 10 induzierte Vorwärtsstrom, während bei dem ersten Ausführungsbeispiel der gesamte Ausgleichsstrom «'+(a'+l)|8'-mal größer ist als der Strom durch die entsprechende Sekundärwicklung, wobei «' den Kollektor-Basis-Stromverstärkungsgrad der Transistoren 7' und 8 oder 7 und 8 und ß' den der Transistoren 13 und 14 der F i g. 1 darstellt. Dies bedeutet, daß bei entsprechender Herabsetzung der dynamischen Ausgangsimpedanz das Transformationsverhältnis des Steuertransformators 3, 10 des zweiten Ausführungsbeispiels um etwa (<x'+l)-mal größer sein soll als das zwischen der Primärwicklung 3 und einer jeden der Sekundärwicklungen 9 und 10 des Steuertransformators des ersten Ausführungsbeispiels.

Naturgemäß sind noch zahlreiche weitere Ausführungsformen und Varianten möglich. So wäre z. B. auch eine kapazitive Kopplung zwischen der Längsdrosselspule und den Basiselektroden der Transistoren anwendbar, z. B. mit zwei komplementären Transistorer, wie den Transistoren T und 8 der F i g. 3, oder in Verbindung mit einem Phasenumkehrtransistor zum Steuern eines der Transistoren eines Transistorpaares von gleicher Leitfähigkeit wie die Transistoren 7 und 8 oder 13 und 14 der F i g. 1.

In den meisten Fällen ist es aber vorteilhafter, einen Steuertransformator zu verwenden und J?C-Netzwerke mit ihren von denen der Längsdrosselspule verschiedenen charakteristischen Eigenschaften zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche:

1. Auf Stromschwankungen ansprechende, mittels Transistoren und eines im Längszweig angeordneten Steuertransformators spannungsstabilisierte Gleichspannungsquelle mit einem eine Längsdrosselspule und einen Querkondensator enthaltenden Glättungsfilter, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den Ausgangsklemmen (5, 6) angeordneter Querzweig den Hauptstromkreis eines Quertransistors (7') enthält und ein zwischen der mit der Längsdrosselspule (2) über den Steuertransformator verbundenen Ausgangsklemme (S) und einem Punkt (17) mit einem Potential, welches höher ist als und das gleiche Vorzeichen hat wie das Potential dieser Ausgangsklemme, angeordneter Längszweig den Hauptstromkreis eines zweiten Längstransistors (8) enthält, daß die Basiselektroden der beiden Transistoren (T, 8) mit ihren Emitterelektroden gleichstromleitend verbunden sind, so daß die Transistoren bei normalen Spannungsverhältnissen am Ausgang gesperrt sind, und daß zwischen der Längsdrosselspule (2) und diesen Basiselektroden der Steuertransformator so angeordnet ist, daß der Quertransistor (T) bei einer Abnahme und der

Längstransistor (8) bei einer Zunahme des Stromes durch die Längsdrosselspule (2) zeitweise stromleitend ist (F i g. 3).

2. Gleichspannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode jedes Transistors (T, 8) mit dessen Emitterelektrode über eine Sekundärwicklung (10) des Steuertransformators verbunden ist, dessen Primärwicklung (3) zwischen der Längsdrosselspule (2) und der entsprechenden Ausgangsklemme (5) angeschlossen ist.

3. Gleichspannungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Herabsetzung der dynamischen Ausgangsimpedanz der Emitterkreis eines jeden Transistors (7, 8) einen Widerstand (11, 12) enthält, an den der Basis-Emitter-Kreis je eines weiteren Verstärkertransistors (13, 14) des gleichen Leitfähigkeitstyps angeschlossen ist, dessen Kollektorelektrode jeweils

mit der Kollektorelektrode des ihn steuernden Transistors (7, 8) verbunden ist (F i g. 1).

4. Gleichspannungsquelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Quertransistor (7 bzw. T) und der Längstransistor (8) von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen sind.

5. Gleichspannungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode des Quertransistors (7') und des Längstransistors (8) an die mit der Längsdrosselspule (2) verbundene Ausgangsklemme (5) angeschlossen sind (Fig. 3).

6. Gleichspannungsquelle nach einem der Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des Quertransistors (7') und des Längstransistors (8) gemeinsam über die Sekundärwicklung (10) des Steuertransformators mit ihren Emitterelektroden verbunden sind (F i g. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen