DE1538303A1

DE1538303A1 - Spannungsgeregeltes Gleichspannungsgeraet

Info

Publication number: DE1538303A1
Application number: DE19661538303
Authority: DE
Inventors: Zoltan Bedoe; Walter Meyer
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1966-01-26
Filing date: 1966-10-26
Publication date: 1969-09-25
Also published as: FR1508655A; ES336009A1; CH432631A; SE301828B; US3432726A; NL6701095A; GB1151078A

Description

OR. M. EULE DR. IV. BERG ■ DIPL-IKG. C. STAPF 1538303

PATE N TAUW ALT E H I LBLESTRASS62a

Anwaltsalrije 14-529. 26. Okt. 1966

Il

ALBISWERK 2HSICH A. G., Zürich

Spannungsgeregeltes Gleichspannungsgerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein spannungsgeregeltes Gleichspannungsgerät mit im Leiter mit positiver Spannung in Reihe zur Last geschalteter Kollektor-Emitterstrecke eines Regeltransistors, dessen Basisstrom von einem Steuerverstärker geliefert wird.

Stabilisierte, aus dem Netz gespeiste Speisespannungsquellen sind bekannt. In Reihe mit der Last werden dabei ein oder mehrere Transistoren angeordnet, die über einen oder mehrere Transistoren von der Spannung über der Last gesteuert werden. Derartige, zwischen den Ausgang der ungeregelten Speisespannungsquelle und den Belastungskreis geschaltete Transistoranordnungen arbeiten an sich zufriedenstellend, Bei Auftreten von lieber las tungen infolge zu hohen Stromkonsums oder infolge Kurzschlusses in der Last ergeben sich Schwierigkeiten. Bis jetzt sind als Schutz für solche Fälle Sicherungen,

909839/0870

Relais oder dgl. verwendet worden. Bei Verwendung von Sicherungen hat es sich gezeigt, dass der Transistor meist schon vor der Sicherung zerstört wurde.

Pur einen wirksamen Schutz sollte es möglich sein, einen bestimmten Strom über dem Nennwert der Speisespannungsquelle wenigstens für eine begrenzte Zeitdauer zuzulassen, jedoch bei Kurzschluss sollte das Gerät möglichst rasch abgeschaltet werden. Sind in der Last Tantal-Kondensatoren verwendet, so ist auch eine hohe Welligkeit, wie sie beispielsweise bei Ausfall einer Phase in dreiphasigen Gleichrichtern entsteht, gefährlich. Die Schutzschaltung sollte auch in diesem Falle ansprechen und das Speisegerät abschalten.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der der Gleichstrompfad im Speisegerät bei andauernder Ueberbelastung, bei Kurzschluss in der Last und bei hoher Welligkeit unterbrochen wird. Dies wird dadurch erreicht, dass ein zwischen dem Regeltransistor und einer Lastanschlussklemme eingefügter Widerstand und eine parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Regeltransistors und zum Widerstand geschaltete bistabile Schaltstufe vorgesehen ist, deren Steuereingang durch eine mit einer Reihenschaltung einer Zenerdiode und einem Halbleiterelement mit Ventilwirkung überbrückte Spannungsintegrierschaltung zur Integration der Spannung über dem Widerstand mit dem lastseitigen Anschluss des Widerstandes und ferner über einen Kondensator mit dem Leiter mit negativer Spannung verbunden ist.

909839/0670

An Hand der Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigt Fig, 1 ein •Schaltungschema und Fig. 2 eine Auslöse-Charakteristik.

An die Eingänge E1 und 12 in Fig. 1 ist ein nicht dargestellter Gleichrichter angeschlossen, der in bekannter Weise ein- oder mehrphasigen Wechselstrom in Gleichstom umwandelt. Die Ausgänge A1 und A2 sind für den Anschluss einer Last vorgesehen. Der Eingang E1 ist mit dem Ausgang Al über eine Leitung LI, der Eingang E2 ist mit dem Ausgang Al über eine Leitung L2 verbunden. Ein Transistor HS, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in der Leitung L1 zwischen dem Eingang E1 und dem Ausgang A1 liegt, dient zur Regelung der Gleichspannung. Die Steuerung für die Regelung erfolgt aus einem Verstärker V, dem eine Vergleichsspannung UR und eine zwischen den Ausgängen A1 und A2 herrschende Spannung zugeführt werden. Die zwischen den Ausgängen A1 und A2 liegende Spannung wird zum Zwecke der Regelung über einen einstellbaren Spannungsteiler mit den Widerständen R5» Ro und R7 abgenommen, wobei als Widerstand R6 ein i Potentiometer vorgesehen ist. Ein Kondensator C3 parallel zum genannten Spannungsteiler dient zur Siebung.

Zwischen dem Transistor HS und dem Ausgang A1 ist ein Potentiometer RI vorgesehen. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors HS und zum Potentiometer R1 ist eine bistabile Schaltstufe BS geschaltet. Der Abgriff des Potentiometers R1 ist über einen Widerstand.R2 auf den Eingang d«r bistabilen Sqhaltstufe BS geführt. An diesen Eingang sind ferner noch ein Kondensator C1, der Kollektor eines Transistors H3 und ein

9Q9839/0670

Kondensator C2 angeschlossen. Der Kondensator C1 ist mit seinem zweiten Anschluss auf die Leitung L1 und der Kondensator C2 auf die Leitung L2 geführt. Die Basis des Transistors H3 ist einerseits über einen Widerstand Rk mit der Leitung zwischen Verstärker V und Basis des Regjsltransistors HS verbunden und andererseits auf die Kathode einer Zenerdiode G geführt, deren Anode mit der Leitung L1 verbunden ist. Der Emitter des Transistors H3 ist über einen Strombegrenzer-Widerstand R3 an die Leitung L1 angeschlossen.

Zwischen dem Eingang E1 und dem Kollektoränschluss des Steuertransistors HS ist ein Unterbrechungskontakt D vorgesehen," der bei Betätigung die Zuleitung zum Kollektor unterbricht.

In diesem Ausführungsbeispiel ist als bistabile Schaltstufe BS eine bekannte bistabile Schaltung mit zwei komplementären Transistoren H1 und H2 vorgesehen. Dabei ist der Transistor H1 ein NPN- und der Transistor H2 ein PNP-Transistor. Die Basis des Transistors H1 ist mit dem Kollektor des Transistors H2 verbunden und ist zugleich der Steuereingang der bistabilen Schaltstufe BS. Die Basis des Transistors H2 ist mit dem Kollektor des Transistors H1 verbunden. Der Emitter des Transistors H1 ist mit der Leitung LI und der Emitter des Transistors H2 mit der Verbindungsleitung zwischen Verstärker V und Regeltransistor HS verbunden.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung wird nachfolgend unter Annahme der drei zu überwachenden Störungen: Ueberstrom, Kurzschluss und Welligkeit beschrieben.

909839/0670

Im Normalfall ist die bistabile Schaltstufe BS nichtleitend; somit wird die Gleichspanntang zwischen den zwei Leitungen L1 und L2 in bekannter Weise durch den Transistor HS geregelt.

Bei Ueberstrom steigt der Spannungsabfall über dem Widerstand R1,und der Kondensator C1 wird über den Widerstand R2 geladen. Steigt die Spannung über dem Kondensator C1 über die Ansprechspannung des Transistors H1, so wird dieser leitend. Durch die gegenseitige Rückkopplung zwischen den Transistoren H1 und H2 werden beide Transistoren rasch leitend und bilden einen Kurzschluss über der Basis-Emitter-Strecke des Transistors HS, so dass dieser abgeschaltet wird. Die Ladezeit des Spannungsintegrationsgliedes mit dem Widerstand R2 und dem Kondensator C1 hängt bekanntlich von den Zeitkonstanten ab, die die WeTte dieser zwei Glieder bilden. Damit kann eine beliebige Ansprechcharakteristik gewählt werden, die beispielsweise einer trägen Schmelzsicherung entspricht, so dass kurzzeitige Stromspitzen über dem normalen Belastungsniveau kein Ansprechen verursachen.

Bei Kurzschluss steigt der Spannungsabfall am Widerstand RI stark an, so dass schliesslich die Zenerspannung an der Zenerdiode G überschritten wird. Mit dieser Spannung, die an die Basis des Transistors H3 gelangt, wird dieser leitend und bewirkt das Schalten der bistabilen Schaltstufe BS. Da dieser Kreis sehr niederohmig ist, bewirkt der Kondensator CI praktisch keine Verzögerung. Die Ansprechgrenze kann durch Wahl der Zenerspannung der Zenerdiode G oder des Widerstandswertes des Widerstandes R1 festgelegt werden.

909839/0670

Ist der Gleichrichter, der auf die Eingangskiemmen E1 land E2 wirkt, ein dreiphasiger Gleichrichter, so werden vielfach nach dem Gleichrichter keine Siebmittel vorgesehen. Bei Wegfall einer Phase entsteht eine Brummspannung, die durch die Regelung nicht genügend ausgeglichen werden kann. Diese Brummspannung gelangt über den Kondensator C2 auf den Eingang der bistabilen Schaltstufe BS. Sobald die Spannungsamplituden die Ansprechspannung überschreiten, so schaltet die bistabile. Schaltstufe BS.

In Fig. 2 ist eine Charakteristik für die Auslösung der bistabilen Schaltstufe dargestellt. Auf der Abszisse ist die Ansprechzeit t und auf der Ordinate der in der Leitung L1 fliessende Strom I dargestellt. Es ist bekannt, dass bei einem Strom Ip, der etwa dem 1,5-fachen Nennstrom entsprechen mag, durch Wahl der Zeitkonstanten mit dem Kondensator C1 und dem Widerstand R1 eine bestimmte Ansprechzeit gegeben ist. Steigt der Strom I an, so wird die Ansprechzeit t immer kleiner, bis sie bei Kurzschluss strom I. eine Zeit t.. erreicht. Bei diesem Strom I₁ leitet die Zenerdiode G und damit auch der Transistor H3. Damit spricht die Schaltung sofort an, und der Transistor HS sperrt. Wenn die Störung behoben ist, so muss die bistabile Schaltstufe beispielsweise durch Unterbrechen der Gleichspannung mit einem Kontakt D abgeschaltet werden.

Selbstverständlich lässt die Erfindung Modifaktionen an diesem Ausführungsbeispiel zu. So könnte beispielsweise der Transistor H3 durch eine Diode ersetzt werden, nur müsste man dann auf die verstärkte Wirkung eines Transistors verzichten. Die Kurzschluss-Schutzschaltung mit der Zenerdiode G kann für

909839/0670

spezielle Anwendungszweeke auch weggelassen werden, was vor allem bei Speisegeräten für kleine Leistungen der Fall wäre. Auch die bistabile Schaltstufe BS muss nicht die dargestellte Form aufweisen.

25.1.1966
Wh/Luh

909839/0670

Claims

Patentansprüche

Spannungsgeregeltes Gleichspannungsgerät mit im Leiter mit positiver Spannung in Reihe zur Last geschalteter Kollektor-Emitter-Strecke eines Steuertransistors (HS), dessen Basisstrom von einem Regelverstärker (v) geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Regeltransistor (HS) und einer Lastanschlussklemme (Al) eingefügter Widerstand (R1) und eine, parallel zur Basis-Emitter—Strek— ^ ke des Regeltransistors (HS) und zum Widerstand (Rl) geschaltete bistabile Schaltsttife (BS) vorgesehen ist, deren Steuereingang durch eine mit einer Reihenschaltung einer' Zenerdiode (g) und einem Halbleiterelement mit Ventilwirkung (H3) überbrückte Spannungsintegrierschaltung (R2, Ci) zur Integration der Spannung über dem Widerstand (Rl) mit dem lastseitigen Anschluss des Widerstandes (Ri) und ferner über einen Kondensator (C2) mit dem Leiter mit negativer Spannung (LZ) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bistabile Schaltstufe (BS) aus zwei komplementären Transistoren (HI-, H2) besteht, von denen jeweils der Kollektor des einen mit der Basis des anderen verbunden ist, der Emitter des einen Transistors (H1) auf den Leiter mit positiver Spannung (Li) und der Emitter des anderen Transistors (HZ) auf die Basis des Regeltransistors (HS) geführt ist und die Ansteuerung an der Basis des Transistors (H1) erfolgt, dessen Emitter mit dem Leiter (L1) verbunden ist,

90 9839/0670

3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (R1) ein Potentiometer ist.

k. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s dass die Spannungsintegrierschaltung aus einem Kondensator (C2) zwischen dem Eingang der bistabilen Schaltstufe (BS) und dem einen Gleichstromleiter (L2) und aus einem Widerstand (R2) zwischen dem genannten Eingang und der Emitterzuleitung des Regeltransistors (HS) bestehen.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und k, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (R2) auf den Abgriff des Potentiometers (Rl) geführt ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement mit Ventilwirkung (HS) ein weiterer Transistor (H3) ist, der emitterseitig mit einem Widerstand (RS) auf den Emitter des Regeltransistors (HS), kollektorseitig mit einem Widerstand (R4) auf die Basiszuleitung des Regeltransistors (HS) geführt ist, und dessen ' Basis über einen Widerstand (R^) mit dem Kollektor verbunden und die Zenerdiode (g) an die Basis angeschlossen ist.

909839/06 7 0

ν*-

L e e r s e i t e