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Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung für Stromversorgungsgeräte
der Nachrichtentechnik, insbesondere der Fernmeldetechnik
Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungs-
regelung für Stromversorgungsgeräte
der Nachrichtentechnik, ins-
besondere der Fernmeldetechnik, bei
der zwischen zwei Gleichspannungseingangsklemmen der Anlage die Primärwicklung
eines
Übertragers, die Kollektor-Emitter-Schaltstrecke eines Schalt-
transistors
und ein zugleich parallel zu den Ausgangsklemmen ge-
schalteter Ladekondensator
in Reihe liegen, wobei der Kollektor
des Schalttransistors mit der PrimLNrwicklung
des Übertragers verbunden ist, bei der ferner die Basis des Schalttransistors
mit
einer in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung am Ladekonden-
sator periodisch
gchaltenden Steuereinrichtung verbunden ist
und bei der die Sekundärwicklung
des Übertragers zwecks in den
Schaltpausen erfolgenden Abgabe von Transformatorenenergie
mit
ihrem einen Ende an die zu dem Schalttransistor führenden Lade-kondensatorklemme
und mit ihrem anderen Ende in Reihe mit einem
Gleichrichter an die andere
Ladekondensatorklemme angeschlossen
ist.
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Es ist eine Schaltungsanordnung unter der deutschen Patentschrift 1
123 719 bekannt, bei der in einem Längszweig eine als Energie-Speicher
verwendete Drossel vorgesehen ist, die eingangsseitig
durch einen elektronisch
gesteuerten Umschalter, bestehend aus
einem Transistor, dessen
Kollektor-EmitterrStrecke im Längszweig
liegt, und einer
Diode, die den Emitter des Transistors mit der positiven Ausgangsklemme-verbindet,
hin und her geschaltet wird. Am ausgangsseitigen Anschluß der Drossel ist ein im
Querzweig liegender Glättungskondensator angeordnet. Bei bestimmten Anforderungen,
die an eine solche Schaltung zu stellen sind, muß man die Bauelemente, besonders
den Übertrager so bemessen, daß nach erfolgter Ausschaltung bei der Wiedereinschaltung
des Transformators an diesem sehr hohe Stromspitzen auftreten kÖnnen. Die Ursache
ist darin zu suchen, daß beim Wiedereinschalten des Schalttransistors die Ladungsträger
in der Rückladediode D1 noch nicht völlig abgebaut sind und durch den Wiedereinschaltvorgang
des Schalttransistors nahezu ein Kurzschluß besteht, der allein von dem Innenwiderstand
des an den Klemmen A und B der Schaltungsanordnung nach der Zeichnung angeschlossenen
Stromquelle begrenzt wird.
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Die nach dem Wiedereinschalten des Schalttransistors durch den Regler
auftretenden kurzzeitigen Stromspitzen werden nach der Erfindung dadurch vermieden,
daß ein zweiter Übertrager mit seiner Primärwicklung in den Stromlauf zwischen die
Primärwicklung des ersten Übertragers und die Eingangsklemme der Gleichspannung
und mit seiner Sekundärwicklung in Reihe mit einem zweiten Gleichrichter, dessen
Anode mit dem Emitter des Schalttransistors verbunden ist, parallel zu dem Ladekondensator
geschaltet ist.
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Die Erfindung wird in einem Beispiel an Hand der Zeichnung näher
beschrieben. Zwischen zwei Gleichspannungseingangsklemmen A und
B
der Anlage liegen die Primärwicklung P1 eines Übertragers Trl, die Primärwicklung
P2 «lnes zweiten Übertragers Tr2, die Kollektor-Emitter-Schaltstrecke eines Schalttransistors
Tal und ein zugleich parallel zu den Ausgangsklemmen C und D geschalteter
Ladekondensator
C1 in der vorgenannten Reihenfolge in Reihe, wobei der Kollektor den Schalttransistors
Tal mit der Primärwicklung P1 des Übertragers Trl verbunden ist. Die Basis des Schalttransistors
Tsl ist mit einer in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung am Ladekondensator C1
periodisch schaltenden Regeleinrichtung R verbunden. Die Sekundärwicklung S1 des
Übertragers Trl ist mit ihrem einen Ende an die zu dem Schalttransistor Tsl führende
Ladekondensatorklemme C1 und mit ihrem anderen Ende'in Reihe mit einem Gleichrichter
D1 an die andere Ladekondensatorklemme C1 angeschlossen. Die Sekundärwicklung S2-des
zweiten Übertragers Tr2 ist ebenfalls mit ihrem einen Ende an die zu dem Schalttransistor
führende Ladekondensatorklemme C1 und mit ihrem anderen Ende in Reihe mit einem
zweiten Gleichrichter D2 an die andere Ladekondensatorklemme C1 angeschlossen. Im
folgenden wird die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung näher erläutert. An
die Klemme A sei eine negative Betriebsspannung von beispielsweise -60V und an die
Klemme B das Bezugspotential angelegt. An den Klemmen C und D wird die geregelte
Ausgangsspannung von beispielsweise 24 V an den Verbraucher V abgegeben.
Der Schalttransistor Tal wird durch die Regelein-
richtung R periodisch
ein- und ausgeschaltet, wobei das Tastverhältnis in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung
geändert wird.
Bei leitendem Schalttransistor Tsl fließt e.n
Strom über die beiden Primärwicklungen P1 und P2 .der Übertrager Trl Tr2 und der
Ladekondensator Cl wird aufgeladen. Der Ladestrom wird in seinem Anstieg und damit
auch in seiner Höhe durch die Induktivität der Primärwicklung P1 des Übertragers
Trl begrenzt. Dabei-wird im Magnetfeld der Primärwicklung P1 des Übertragers Trl
Energie gespeichert. Wenn eine gewisse Spannung am Lade- . kondensator C1 erreicht
ist, reagiert die Regeleinrichtung R derart" daß sie den Schalttransistor Tsl sperrt.
Der bisher über die beiden Primärwicklungen P1 und P2 der Übertrager Trl und Tr2
geflossene Strom würde an dem Schalttransistor Tsl eine sehr hohe Spannung aufbauen,
um den Strom übenden Schalttransistor Tsl zu erzwingen. Dies hätte zur Folge, daß
dadurch der Schalttransistor Tsl zerstört würde. Diese Energie wird übee die Sekundärwicklung
S1 des Übertragers Trl und eine Rückladediode D1 an den Ladekondensator Cl abgegeben,
während der Schalttransistor Trl gesperrt ist. Dabei sinkt die Spannung an dem Ladekondensator
Cl ab und von der Regeleinrichtung R wird der Schalttransistor Tsl wieder geöffnet.
Die Rückladediode Di. ist aber noch leitend und die Energie ist noch nicht ganz
abgebaut. Durch das Öffnen des Schalttransistors Tsl wird die Spannung an der Sekundärwicklung
S1 des Übertragers Trl umgepolt. Infolge der Trägheit der Rückladediode Dl, die
jetzt in umgekehrter Richtung leitend ist, wird die Sekundärwicklung S1 des Übertragers
Trl über die Rückladediode Dl und den Ladekondensator Cl kurzgeschlossen. Dieser
Kurzschlußwiderstand transformiert sich auf die Primärseite P1 des Übertragers Trl.
Zwischen den Klemmen A Land
besteht also ein ganz geringer Widerstand,
der allein durch den ohmschen Innenwiderstand der im Hauptstromkreis liegenden Bauteile
bestimmt wird.
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Diese Stromspitze, hervorgerufen durch die als Kurzschluß wirkende
Wiedereinschaltung des Schalttransistors Tsi, wird nun nach der Erfindung dadurch
begrenzt, daß man einen zweiten Übertrager Tr2 mit seiner Primärwicklung P2 in den
Stromlauf einschaltet und dessen Sekundärseite S2 über eine zweite Rückladediode
D2 mit der Kathode gegen die am Bezugspotential liegende Seite des Ladekondensators
C1 schaltet und die zweite Klemme der Sekundärseite S2 des Übertragers Tr2 an die
andere Seite des Ladekondensators C1 schaltet. Diese beiden Übertrager Trl und Tr2
sind nach ihrem Windungsverhältnis so bemessen, daß während der Schaltpause im ungünstigsten
Falle die gesamte gespeicherte Energie abgegeben wird, Dann ist beim Wiedereinschalten
des Schalttransistors Tsl die Induktivität der Primärwicklung P2 des Übertragers
Tr2 völlig wirksam. Die Induktivität dieser Wicklung wird so groß gewählt, daß während
der Zeit, die zum Abbau der Ladungsträger der Rückladediode D1 erforderlich ist,
der Strom über den Schalttransistor Tsl einen zulässigen Wert nicht überschreitet.
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Durch günstige Bemessung kann man erreichen, daß während der Ladepause
des Ladekondensators C1 nicht die gesamte magnetische Energie abgegeben. wird. Dann
liegt der Spitzenwert des Ladestromes nahe dem Strommittelwert, und dies gestattet
die Ver-
Wendung eines typenmäßig kleinen Schalttransistors
TsI.Außerdem ist dann das Tastverhältnis in einem weiten Belastungsbe-
reich
unabhängig vom Laststrom und das Tastverhältnis ist
praktisch
nur noch von der Eingangsspannung abhängig und wird
sich somit nur
noch in geringem Maße ändern.