DE1513503C3 - Regeleinrichtung zur Strom- und Spannungsregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung zur Strom- und Spannungsregelung unter Verwendung eines Stelltransistors im Hauptstromkreis und zweier Steuerkreise zur Steuerung des Stelltransistors, von denen ein Steuerkreis zur Stromregelung einen Meßwiderstand im Hauptstromkreis und der andere Steuerkreis zur Spannungsregelung einen Meßwiderstand im Querzweig der Schaltung enthält.

Eine derartige Schaltung ist bekannt (USA.-Patentschrift 29 74 270).

Es ist auch bereits bekannt, je einen Meßwiderstand im Quer- und Längszweig am Ausgang einer Serienregelschaltung zu verwenden, die beide in Verbindung mit einer Referenzspannungsquelle auf den Eingang eines Regelverstärkers arbeiten. Beide Meßwiderstände liegen in einem Steuerkreis wobei die zusätzliche Verwendung des Strommeßwiderstandes im Laststromkreis der Störgrößenaufschaltung dient. Durch den Strommeßwiderstand wird eine dem Laststrom proportionale Spannung an den Eingang des Regelverstärkers zurückgeführt, um die Konstanz der Ausgangsspannung zu verbessern, (AEG-Mitteilungen 50 [196O]Nr. 1/2, S. 54, Bild 2).

Stromgeregelte Geräte werden u. a. zur Gleichstromreihenspeisung von Transistor-Verstärkern auf Kabelstrecken benötigt, damit die Verstärker auch bei Widerstandsänderungen des Kabels durch Temperatur oder auch bei Ausfall eines Verstärkers in dieser Strekke stets mit konstantem Strom gespeist werden. Bei öffnung der Fernspeiseschleife, z. B. durch Beschädigung, soll die Spannung auf einen Maximalwert entweder aus Gründen des Berührungsschutzes oder auch, um das Ansprechen von Spannungsableitern auf der Strecke zu vermeiden, begrenzt werden.

Dadurch, daß in bekannten Schaltungen Strom- und Spannungsänderungen in voneinander getrennten Steuerkreisen ausgewertet werden, ist die Betriebssicherheit dieser Regelschaltung oft nicht ausreichend, da z. B. ein Versagen der Spannungsbegrenzung in stromgeregelten Geräten durch einen im Normalbetrieb unerkannten Bauteileausfall nicht festgestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, die diese Nachteile vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beiden Steuerkreisen ein gemeinsamer Steuertransistor zur Ansteuerung des Stelltransistors und ein gemeinsames Glied zur Erzeugung einer Referenzspannung für den Steuertransistor zugeordnet sind und daß die Steuerkreise durch Dioden entkoppelt sind.

Wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als Glied zur Erzeugung der Referenzspannung eine Z-Diode möglichst geringer Arbeitsspannung oder eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode verwendet, dann kann die Spannungsbegrenzung in stromgeregelten Geräten als Spannungsregelung ausgenutzt werden, sofern eine geringe Ausgangsspannungstoleranz zugelassen ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Übergang der Regelschaltung von der Strom- j regelung auf eine Spannungsregelung dadurch verstei- j lert werden, daß die Abnahme der Steuerspannung am Spannungsmeßwiderstand über eine Z-Diode erfolgt, deren maximaler Spannungswert etwas unterhalb des Mindestwertes der zu begrenzenden Spannung bleiben muß.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird an Hand der Figur näher erläutert.

In Stromregelschaltungen darf deren Ausgangsspannung bei Vergrößerung des Lastwiderstandes einen Endwert nicht übersteigen (Spannungsbegrenzung).

Die Stromregelung erfordert eine Regelgröße, die als Spannungsänderung an einem Widerstand Ri im Hauptstromkreis am Ausgang der Schaltung auftritt. Die Regelgröße für die Spannungsbegrenzung wird an einem im Querzweig liegenden Spannungsteiler (Potensometer) R 2, der vor dem Strommeßwiderstand R 1 liegt, abgenommen. Die an den Eingangsklemmen £ zugeführte Gleichspannung wird über das Stellglied Transistor TsI und den Strommeßwiderstand R 1 an die Ausgangsklemmen A geführt. Das Stellglied Ts 1 wird durch eine an der Z-Diode GrA stabilisierte Hilfsspannung geöffnet. Der Sollwert des konstanten Stromes wird am veränderbaren Widerstand R1 eingestellt.

Spannungsänderungen an den Meßwiderständen R J und R 2 steuern den gemeinsamen Steuertransistor Ts 2. Zusammen mit der Z-Diode CrI zur Bildung einer für beide Regelvorgänge gültigen Referenzspannung ist die Basis-Emitterstrecke des Transistors Ts 2 dem Strom- und dem Spannungssteuerkreis zugeordnet. Die Entkopplung der beiden Steuerkreise erfolgt durch die Dioden Gr 2 und Gr 3.

Steigt bei einem angeschlossenen Lastwiderstand der Ausgangsstrom über den eingestellten Wert an, so erhöht sich der Spannungsabfall am Meßwiderstand R l gegenüber der Spannung am Referenzglied GrI. Die an der Basis-Emitterstrecke des Transistors Ts 2 auftretende Differenzspannung bewirkt, daß die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors leitend wird. Diese bildet einen Parallelzweig für die Hilfsspannung des Stellgliedes, so daß nun ein Teil des Steuerstromes an dem Transistor Ts 1 vorbeifließt. Der Durchlaßwiderstand des Stellgliedes steigt infolgedessen an.

Wird der Lastwiderstand soweit vergrößert, daß bei

dem eingestellten Strom die Ausgangsspannung über einen zugelassenen Maximalwert ansteigt, so steigt auch die Spannung am Spannungsmeßwiderstand R 2, bis die Regelgröße der Spannung gegenüber dem Referenzglied Gr 1 überwiegt und ihrerseits den Transistor Ts2 ansteuert. Der Spannungsabfall am Stellglied wird wiederum solange erhöht, bis die Ausgangsspannung auf den zu begrenzenden Wert abgesunken ist. Die maximale Ausgangsspannung wird am Widerstand R 2 eingestellt.

Für die Strom-Spannungs-Kennlinie dieser Schaltung ergibt sich folgender Verlauf: Vom Lastwiderstand R = O an wird der Strom konstant gehalten. Die Spannung steigt proportional mit dem Lastwiderstand. Ist eine eingestellte maximale Spannung erreicht, so geht der Regler von der Stromregelung auf eine Spannungsregelung über. Bis zum Leerlauf erhöht sich je-

doch die Ausgangsspannung noch um den Betrag des Spannungsabfalles am Meßwiderstand R 1.

Nimmt man ein Referenzglied GrI möglichst niedriger Spannung, z. B. eine Diode in Durchlaßrichtung, so ist auch der Spannungsabfall am Widerstand R 1 geringer und die Spannungsbegrenzung kann dann als Spannungsregelung ausgenutzt werden, wenn eine kleine Ausgangstoleranz zugelassen ist. Den nahezu rechtwinkeligen Knick der Strom-Spannungskurve kann man weiter versteuern, wenn man die Regelgröße der Spannung am Meßwiderstand R 2 über eine im Schaltschema nicht dargestellte Z-Diode in Reihe mit der Diode Cr 2 wirksam werden läßt. Der maximal mögliche Spannungswert dieser Z-Diode muß dabei etwas unter dem Mindestwert der zu begrenzenden Spannung liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung zur Strom- und Spannungsregelung unter Verwendung eines Stelltransistors im Hauptstromkreis und zweier Steuerkreise zur Steuerung des Stelltransistors, von denen ein Steuerkreis zur Stromregelung einen Meßwiderstand im Hauptstromkreis und der andere Steuerkreis zur Spannungsregelung einen Meßwiderstand im Querzweig der Schaltung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Steuerkreisen ein gemeinsamer Steuertransistor (Ts 2) zur Ansteuerung des Stelltransistors (Ts 1) und ein gemeinsames Glied (CrI) zur Erzeugung einer Referenzspannung für den Steuertransistor (Ts 2) zugeordnet sind und daß die Steuerkreise durch Dioden (Gr2, Gr3) entkoppelt sind.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Glied (GrI) zur Erzeugung der Referenzspannung eine Z-Diode mit möglichst geringer Arbeitsspannung oder eine Diode in Durchlaßrichtung verwendet wird.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Sleuerkreis zur Spannungsregelung eine Z-Diode in Reihe mit der der Entkopplung dienenden Diode (Gr2) vorgesehen ist.