DE1513535C3 - Transistorisierter Gleichspannungs regler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen transistorisierten Gleichspannungsregler mit mindestens einem in Abhängigkeit von Ausgangsspannungsschwankungen geregelten, in einer der beiden Versorgungsleitungen angeordneten Stellglied-Transistor und mit einem ein Iaststromabhängiges Signal liefernden Steuertransistor, in dessen Basis-Emitterkreis ein vom Laststrom durchflossener Widerstand in Reihe mit einer Vorspannungsquelle angeordnet ist.

In der Nachrichtenübertragungstechnik werden häufig aus Gründen einer hohen Übertragungsqualität sehr konstante Versorgungsspannungen für dis einzelnen Übertragungsgeräte benötigt. Das trifft vor allem für die Modulatoren pulscodemodulierter Systeme zu. Geregelte Netzgeräte sind bekannt. Sie sind meistens so aufgebaut, daß auf den Netztransformator und den nachgeschalteten Gleichrichter ein Stellglied, das häufig aus widerstandsgesteuerten Transistoren besteht, folgt, welches von einer Stellgröße gesteuert wird. Die Stellgröße wird dadurch erzeugt, daß die Ausgangsspannung des Netzgerätes mit einer von einem Bezugsnormal gelieferten Spannung verglichen wird, wodurch sich aus der Differenz beider Spannungen die Stellgröße ergibt.

Zum Schutz von als Stellglied arbeitenden Transistoren in Spannungsregelschaltungen gegen Überlastung ist es auch bekannt, den Spannungsabfall an einem vom Laststrom durchflossenen Widerstand mit einer der Ausgangsspannung proportionalen Spannung im Basis-Emitterkreis eines Steuertransistors zu vergleichen. Bei unzulässig hohem Laststrom (Kurzschluß am Ausgang der Spannungsregelschaltung) wird der Steuertransistor leitend gesteuert, wodurch der Stelltransistor gesperrt wird (USA.-Patentschrift 3 100 863).

Aus Spannungsstabilisierungsschaltungen, die mit einer Parallelregelung arbeiten, ist auch die Verwendung von im Querzweig an der zu regelnden Spannung liegenden gesteuerten Transistoren bekannt, die an einem im Längszweig liegenden Widerstand in Abhängigkeit vom Querstrom über den Transistor einen zusätzlichen Spannungsabfall hervorrufen (Tungsram, Technische Mitteilungen 1963, S. 352 bis 378).

Der Einsatz von Netzgeräten zur Stromversorgung bei pulscodemodulierten Systemen erfordert eine hochkonstante Ausgangsspannung, Es muß dabei gewährleistet sein, daß die Regelung auch dann sicher arbeitet, wenn bei starken Belastungsschwankungen sich gegebenenfalls die Energierichtung umkehrt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannungsregelschaltung zu schaffen, deren Regelung auch bei auftretenden Rückströmen nicht ausfällt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem transistorisierten Gleichspannungsregler der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß parallel zum Ausgang des Gleichspannungsreglers eine von der Emitter-Kollektor-Strecke mindestens eines Lasttransistors gebildete, vom Kollektorstrom des Steuertransistors laststromabhängig steuerbare Grundlast angeschaltet ist und daß die Vorspannungsquelle so gepolt und bemessen ist, daß die Spannungsdifferenz, gebildet von dem am Widerstand vom Lastslrom erzeugten Spannungsabfall und der Vorspannung, den Steuertransistor sowie den bzw. die Lasttransistoren sperrt, sobald der Laststrom einen nur relativ kleinen Bruchteil des Nenn-Laststromes überschreitet.

Ein Rückstrom, der die Regelwirkung gewöhnlicher Spannungsregelschaltungen unterbinden würde, kann immer dann auftreten, wenn ein Verbraucher zwischen die Spannungsregelschaltung und eine Spannungsquelle, die bezüglich der Ausgangsspannung der Regelschaltung höhere Spannung und gleiche Polarität aufweist, geschaltet wird. Durch Anwendung der laststromabhängig steuerbaren Grundlast wird die Regelung nicht unterbrochen. Wegen seiner besonderen Eigenschaften läßt sich die als Grundlast verwendete Regelschaltung auch als Entkopplungsvierpol für Wechselspannungen vorteilhaft verwenden.

Die Vorspannung des Steuertransistors läßt sich in einfacher Weise durch eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode erzeugen. Schaltet man in Reihe zum Lasttransistor einen Widerstand ein, so wird dadurch ein Schutz des Transistors vor Zerstörung bei allzu großen Rückströmen erreicht, da ein Teil der vom Transistor sonst aufzunehmenden Verlustleistung von dem Widerstand vernichtet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild der transistorisierten Spannungsregelschaltung mit steuerbarer Grundlast. Eine gleichzurichtende Spannung wird über einen Netztransformator 1 einer Gleichrichterschaltung 2 zugeführt. Dem Ausgang dieses Gleichrichters ist ein Stellglied 3 nachgeschaltet. Die Aus-

gangsspannung U₂ am Ausgang des Stellgliedes wird einem Regelverstärker 4, der aus mehreren Transistor-Verstärkerstufen bestehen kann, zugeführt. Der Transistor der ersten Verstärkerstufe dient hierbei als Vergleichstransistor. Am Eingang dieses Vergleichstransistors liegt ebenfalls die von einem Bezugsnormal 5 gelieferte Bezugsspannung U_b. Die durch den Vergleich erhaltene Stellgröße, die im speziellen Fall als Regelstrom I₀ erhalten wird, wird dem Stellglied 3 zugeführt. Das Stellglied 3 ist im allgemeinen als gesteuerter Transistor oder als Transistor-Kaskadenstufe ausgebildet. Parallel zum Ausgang des Netzgerätes liegt eine gesteuerte Grundlast 7, die bei Rückstrom den überwiegenden Anteil desselben aufnimmt, so daß die Regelung im Netzgerät aufrechterhalten wird.

In Fig. 2 sind weitere Einzelheiten des Ausführungsbeispiels gezeigt. Γη Reihe zu dem Stellglied 3, das als Transistor ausgebildet ist, liegt im Zuge der einen Versorgungsspannungsleitung der ohmsche Widerstand /?₅. Parallel zu diesem Widerstand ist die Emitter-Basisstrecke eines Steuertransistors T₇ angeordnet. Der Kollektor dieses Transistors liegt über einen Widerstand R_H an der anderen Versorgungsspannungsleitung. Der Steuertransistor T₇ wird mittels einer Batterie mit einer Vorspannung U_u angesteuert. Die Vorspannung ist so gewählt, daß der Transistor T₇ bei minimalem Laststrom gerade noch geöffnet ist. Der Kollektor dieses Transistors ist mit der Basis eines Lasttransistors T₈ verbunden, und der Emitter dieses Transistors T₈ ist wiederum an die Basis eines weiteren Lasttransistors T₉ geführt, so daß die beiden Transistoren eine Gleichstromverstärkeranordnung bilden. Der Kollektor des Lasttransistors T₈ ist mit dem Kollektor des Lasttransistors T₀ und beide Kollektoren sind über einen Widerstand /?,, mit der negativpoligen Versorgungszuleitung verbunden.

Da der Steuertransistor T₇ bei minimalem Laststrom leicht durchgesteuert ist, sind auch die Lasttransistoren T₈ und T₉ durchgesteuert, so daß ein Teil des Laststromes als Stabilisierungsruhestrom l_z über die aus den beiden Lasttransistoren T₈ und T₉ bestehende Grundlast fließt. Wird der aus dem Netzgerät entnommene Strom erhöht, so werden, bedingt durch den Spannungsabfall am ohmschen Widerstand R₅, der Steuertransistor T₇ und damit auch die von ihm abhängigen Lasttransistoren T₈ und T₉ gesperrt. Die

ίο Regelung dieses Netzgerätes erfolgt von seinem Ausgang über die schematisch dargestellte Regeleinrichtung 6. Die Regelung ist also bei Werten um den minimalen Laststrom bzw. bei höheren Werten gewährleistet. Ein nunmehr auftretender Rückstrom l_K wirkt dem Regelstrom /₍, entgegen, so daß der Spannungsabfall am Widerstand R_& nunmehr wieder verringert wird, wodurch der Steuertransistor T₇ immer mehr durchgesteuert wird und damit auch die Lasttransistoren T₈ und T₉ öffnet, so daß der nunmehr fließende Rückstrom zu seinem größten Teil über die Kollektor-Emitterstrecke des Lasttransistors T_n und den Widerstand R₉ abfließt. Dadurch wird aber erreicht, daß der Regelstrom /,, aufrechterhalten wird und auch bei auftretendem Rückstrom stets eine gute Regelung gewährleistet ist.

Die Schaltung arbeitet also so, daß eine Ruhestromstabilisierung vorhanden ist, die für wachsende, positive Lastströme allmählich abgeschaltet wird. Erst wenn der Rückstrom derart groß würde, daß der Regelstrom /₍,_n, der den Stabilisierungsruhestrom darstellt, ganz verschwinden würde, würde die Regelung aussetzen. Es ist daher zweckmäßig, die Schaltung so auszulegen, daß auch bei höchstem vorkommendem Rückstrom noch ein Regelstrom /,, übrig bleibt. Da bei zunehmendem Rückstrom f_K der Strom /,, nur sehr langsam abnimmt, benötigt man nur einige Prozent des maximalen Rückstromes als Ruhestrom /„„.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Transistorisierter Gleichspannungsregler mit mindestens einem in Abhängigkeit von Ausgangsspannungsschwankungen geregelten, in einer der beiden Versorgungsleitungen angeordneten Stellglied-Transistor und mit einem ein laststromabhängiges Signal liefernden Steuertransistor, in dessen Basis-Emitterkreis ein vom Laststrom durchfiossener Widerstand in Reihe mit einer Vorspannungsquelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum' Ausgang des Gleichspannungsreglers eine von der Eniitter-Kollektor-Strecke mindestens eines Lasttransistors (T₈, 7₉) gebildete, vom Kollektorstrom des Steuertransistors (T.) laststromabhängigsteuerbare Grundlast angeschaltet ist und daß die Vorspannungsquelle so gepolt und bemessen ist, daß die Spannungsdifferenz, gebildet von dem am Widerstand (V?,.) vom Laststrom erzeugten Spannungabfal! und der Vorspannung, den Steuertransistor (T₇) sowie den bzw. die Lasltransistoren (T_n, T_;j) sperrt, sobald der Laststrom einen nur relativ kleinen Bruchteil des Nenn-Laststromes überschreitet.

2. Transistorisierter Gleichspannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung (U₀) durch eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode erzeugt ist.

3. Transistorisierter Gleichspannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den Ausgangselektroden des oder der Lasttransistoren (T_s, T,,) ein Widerstand (V?,,) geschaltet ist.