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Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilleierung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schlaltungsänordnung zur Stabilisierung einer an einem Lastwiderstand
anliegenden Spannung. Bekanntlich kann die Spannung durch kontinuierliche Regelung
stabilisiert werden unter Verwendung von Netzgeräten mit Transistoren als Stellglieder.
Derartige Netzgerätä haben einen kleinen Leistungefaktor und eine hohe Verlastleistunge
Diese Nachteile sind durch die kontinuierliche Regelung bedingt. Hauptsächlich entstehen
die Verluste an den Transistoren, die als Längeglieder geschaltet eind.und diese
Verluste sind abhängig von den an den Transistoren-auftre tenden Spannungeabfällen.
Bei weiteren bekannten Netzgeräten werden anstatt der kontinuierlich geregelten
Transistoren geschaltete Transistoren oder Thyristoren verwendet. Dadurch verringert
sich mwar die Verlustleistung erheblich, aber hinter den geschalteten Transistoren
ist eine relativ aufwendige Siebung erforderlich, um die Welligkeit der stabilisierten
Spannung zu vermindern. Diene bekannten Netzgeräte mit geschalteten Stellgliedern
haben somit den Nach-
teil, daß durch die relaiiv aufwendige Siebung
die Regelgeachwindigkeit herabgesetzt wird. Die Erfindung bezweckt eine Schaltungsanordnung
anzugeben, die bei kleiner Verluntleistung ein Optimum an Regelgenauigkeit gewährleistet.
Erfindungegemäß wird sowohl eine an sich bekannte erste Regelstufe mit geschaltetem
ersten Stellglied als auch eine ebenfalls an sich bekannte zweite Regelstufe mit
kontinuierlich geregelt« zweiten Stellglied verwendet. Dabei:*ist das erste Stellglied
eingangsoeitig und das zweite Stellglied lastaeitig Im Lastetromkreie in Serie angeordnet,
und der Spannfi geabfall am zweiten Stellglied wird unter Verwendung der ersten
Regelatute weitgehend konstant gehalten.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
zeichnet sich durch rela'biv geringen technischen Aufwand und durch eine kleine
Verlustleistung aus, da der Spannungsabfall der zweiten Regelalaufe - welche
wegen ihres kontinuierlich geregelten Stellgliedes Im wesentlichen die Verlustleistung
bestimmt - klein und weitgehend konstant gehalten wird. Außerdem zeichnet
sich -die erfindungegemäße Schaltungsanordnung durch eine große Regelgenauigkeit
aus, da das kontinuierlich geregelte zweite Stellglied Inatseitig angeordnet ist.
Schließlich ist'die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem relativ großen
Bereich"' beispielsweise in einem Bereich zwischen 0 und 300 Volt
verwendbar. Um die Schaltungsanordnung zur Spannungestabilleierung gegen Uberlastung
zu schützen, ist es zweckmäßig, in Serie zum zweiten Stellglied einen etrombegrenzenden
Widerstand zu schalten und die Spannung an dieser Serienkombination - bestehend
aus dem zweiten Stellglied und dem strombegrenzenden Widerstand unter Verwendung
der ersten Regelatufe weitgehend konstant zu halten. Im folgenden werden
die Erfindung und ein Ausführungsbeispiel derselben anhand der Piguren
1 bis 3 beschrieben, wobei gleiche Bauteile In verschiedenen Piguren
mit gleichem Bezugezeichen gekennzeichnet sind. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
prinzipielle Darstellung einer Spannungsstabilisierung Fig. 2 ein etwas ausführlicheres
Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung Pig.
3 eine ausführliche Darstellung einer Schaltungeanordnung zur Spannungsatabilisierung
unter Verwendung von Transistoren als Stellglieder. -
Nach Pig,
-) sind die Klemmen 19 2 über einen mit größerer Strichstärke dargestellten
Lastatromkrein über die Klemmen 3
bzw. 4 an einen eventuell komplexen
- Laetwiderstand Z angeschlovsen. In diesen Lastetromkreie Ist eingangsseitig
das
geschaltete Stellg12.ed St I- und ausgangsseitig (aulf der Seite
des Lastwiderstandes Z) da*ä kontinuierlich geregelte Stellglied St2 atigeordnet.
An den Klemmen 1 und 2 liegt die ungeregelte Eingangsspannung ul. An den
Klemmen 3 und 4 liegt die stabilisierte Ausgangsspannung u2. Das Stellglied
Stl wird mittels d#r Regelstufe RStl derart geschaltet, daß die Spannung u an den
Schaltungspunkten 5 und 6 und damit'am Stellglied St2 weitgehend konstant
bleibt. Dieses Stellglied St2 wird unter Verwendung der ilegelstufe-RSt2 derart
geregeltg daß die Ausgangespannung u2 stabilisiert wird. Die erste Regelstufe RStl
überwacht somit die Spannung u am
zweiten Stellglied St2 und hält sie mit-Hilfe
des ersten Stellgliedes Stl ungefähr konstant. Das zweite Stellglied St2 verursacht
somit nur eine geringe Verlastleistung, da diese-Verlustleistung im wesentlichen
vom-Spannungeabfall an diesem zweiten Stellglied St2 abhängig ist. Diese Regelvorrichtung
ist unempfindlich gegen Überbelantung, falle der Strom J im Laatetromkreis
bei klein werdendem-Laetwiderstand Z begrenzt wird. Dazu genUgt eine eihfache Anordnung
zur Strombegrenzung, die in den Lastetromkreie eingeschaltet sein soll und die in
Fig. 1 als Widerstand R gestrichelt dargestellt ist. Bei klein werdendem
Laetwiderstand Z kmm der Strom J
einen vorgegebenen-inaximal zulässigen
Wert J nicht Ubör--i max schreiten. Dies deshalb, weil das Stellglied
Stl die Spannung an der Serienkombination*des Widerstandes R mit dem Stellglied
St2 konstant hält und damit der Strom J den Wert
nIcht Uberschreiten kann. Dabei bedeutet 'JRS2 die minimale Rest3pannung am Stellglied
St2.
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Die Verjustleistung am Stellglied Stl ist nur abhängig von Strom
J, der unter Verwendung des Widerstandes R auf Jmax begrenzt wird. Die maximale
Verlustleistung am'Stellglied Stl beträgt daher nur (U bedeutet die minimale Restiman
- "RS1 RSI
spannung am Stellglied Stle)# Die Schaltungsanordnung
nach Fig. 2 zeigt außer den bisher beschriebenen Bauteilen die Siebmittel Sl, S2v
S3 und die Drossel Dr. Diese Schaltungsanordnung arbeitet besondere verlustarm,
da für den Fall, daß die Spannung ul'wesentlich größer als die Spannung u2 wirdp
der größte Teil der Spannungedifferenz ul - u2 von der induktiven Gegenspannung
der Drossel Dr kompensiert wird. Die Schaltungsanordnung nach Pig. 3 ist
über die Klemmen 9 und 10
an die Gleichrichterschaltun_g
11 angeschlossen, welche über die Schaltungspunkte 12, 13 die ungeregelte
Gleichspannung al abgibt. Im Lastkreiä ist die Drossel Dr (M6it:) der Transistor
14 (Type 2N3055) der strpmbegrenzende Widerstand R (3 Ohm) und der
Transistor 15 (Type 2N3055) geschaltet. Der Transistor 14 dient als
Stellglied Stl und wird im Schaltbetrieb betrieben. Der Transistor 15 dient
als Stellglied St2@ ist als Längewiderstand geschaltet und wird kontinuierlich
geregelt. Die Kondensatoren 16 (2mP), 17 (linP) und 18 (2mP)
dienen zur Glättung-Die Drossel Dr hat zwei Wicklungen, von denen die-eine im Lastkreis
liegt, wogegen die andere in Serie zur Diodä 19 (SiO1B) geschaltet ist. Auf
diese Weise wird verhindert, daß beim periodischen Abschalten den Stromes
ä durch den Laetatromkreie die Gegenspannung (in der ersten Wicklung der
Drossel Dr) nicht allzu groß wird und der Transistor 14 nicht zerstört wird. Die
Regelstufe RStl besteht aus den Transistoren 21, 22 (der Typen BSY38)
- die als Differenzstufe geschaltet sind -
ferner aus den Widerständen
23 bis 28 und aus der Zehnerdiode 29 (1304o). Der Gleichrichter 31"
die Widerstände 32, 33, der Kondensator 34 und die Zehnerdiode
35 (1310e) dienen zur Erzeugung einer Betrieboopannung, wobei an die Klemmen
36 und 37 eine Wechselspannung von 50 Hz angeschlossen ist.
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Die Regelstufe RSt2 besteht aus den Transistoren 40, 41 (der Tipen
BPY50) aus den Widerständen 42 bis 46-und.aus dem -,
Potentiometer
47.
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An den Scbaltungspunkten 48 und 6 wird --in 4er Zehnerdiode
29
eine Vergleichsapannung aowGhl für die Regelt-stufe RStl als auch für die
Regelstufe RSt2 abgegriffen. Der Kondensator 51
dient zur Glättung der Vergleichsspannung.
Die Schaltung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 ist zum
Stabili?ieren
einer Spannung u29 deren Größe im relativ weiten Bereich von 2 bis 100 Volt
liegen kann, geeignet, wobei vorausgesetzt wird; daß die Spannung ul entsprechend
10 bis 200 Volt beträgt. -
Die Regelstufe RStl arbeitet in an sich
bek-annter Weise, wobei die an der Zehnerdiode 29 abgegriffene Vergleichaspannung
mit der an den Schaltungspunkten 5 und 6 abgegriffenen Spannung u
verglichen und in Abhängigkeit von einer evtl. auftretenden Spannungsdifferenz der
Transistor 14 derart gesahaltet wird, daß die Spannung u konstant bleibt,> Atich
die Regelatufe RSt2 arbeite-'## In an sich bekannter Weise und bewirkt eine kontinuierliche
Widerstandsänderung des Transistors 15.
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Bei der,Schaltungsanordnung nach Pig. 3 beträgt die
Eingangsspanaung ul 75 Volt. Es wird vorausgesetzt, daß sich diese Eingangsspannung
ul um den Betrag von t 30 % ändern kann.
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Die stabilisierte Spannung u2 hat einen Betrag von 30 Volt.
Diese Spannung u2 ist unter Verwendung des Potentlometers 47 innerhalb der Grenzen
von 20 % änderbar. Die Änderungen der .stabilisierten Spannung u2
soweit sie von der Eingangsapann ul abhängig sind - betragen bis zu
f 0906 %. Die Änderungen dieser stabilisierten Spannung-u2 soweit sie vom.Betrag
des Lastwiderstandes Z abhängig sind betragen 0,3 %. Die Restwelligkeit ist
kleiner als 091 % der stabilisierten Spannung u2ö