DE1908261A1 - Regulierte Stromversorgungseinheit - Google Patents

Description

Fisher Radio Corporation, Long Island City, N.Y. /USA

Regulierte Stromversorgungseinheit

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gegen

TemperaturSchwankungen unempfindliche Stromversorgungseinheit mit einem Paar von Ausgangsklemmen für den Anschluß einer Belastung.

Ein großer Nachteil bei der Verwendung von Festkörper-Schaltelementen besteht in der Tatsache, daß derartige Schaltelemente auf Temperaturschwankungen sehr empfindlich reagieren. Für die meisten Anwend.ungsfälle kann diese Eigenschaft bei der Konstruktion von Geräten außer acht frelassen werden. In Stromkreisen mit kritischen Strom- oder Spannungswerten ist diese Eigenschaft jedoch von äußerster Wichtigkeit.

-2-909837/1069

So müssen beispielsweise regulierte Stromversorgung^- einheiten mit Spannungsregulierenden Stromkreisen an ihren Ausgangsklemmen eine konstante Potentialdifferenz aufweisen. Bei aus Festkörper-Schaltelementen bzw. Halbleiterelementen bestehenden Stromversorgungseinheiten bexdrkten Temperatur-Schwankungen entsprechende Veränderungen der Eigenschaften der einzelnen Komponenten, was notgedrungenermaßen zu Spannungsänderungen an d.en Ausgangsklemmen führt. Demzufolge sind derartige Stromversorgungseinheiten oft ungeeignet.

In der Vergangenheit sind viele Temperaturkompensations kreise vorgeschlagen worden, die jedoch eine sehr große Anzahl von einzelnen Schaltelementen aufweisen. Demzufolge sind derartige Stromversorgungseinheiten sowohl im Hinblick auf ihre Kosten als auch ihren Platzbedarf relativ unwirtschaftlich.

Es ist somit Ziel der vorliegenden Erfindung, eine auf TemperaturSchwankungen unempfindliche Stromversorgungseinheit zu schaffen, die äußerst einfach in ihrer Konstruktion, zuverlässig im Betrieb und wirtschaftlich in der Herstellung ist, und die mit einem relativ kleinen Volumen gebaut werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zxiischen den Ausgangsklemmen eine Serienschaltung mit einem eine konstante Spannung erzeugenden Element unfl einer Impedanz angeordnet ist, wobei die absoluten Größen der Temperaturkoeffizienten dieser Elemente entgegengesetzt und. gleich sind, und daß parallel mit dem aus den Elementen bestehenden Serienkreis eine Quelle konstanten Stromes angeordnet ist.

Entsprechend der erfindungsgemäßen regulierten Stromversorgungseinheit bewirkten TemperatürSchwankungen gleiche,

-3-909837/1069

jedoch entgegengesetzte SpannungsVariationen an dem eine konstante Spannung· erzeugenden Element, wobei zusätzlich ein Impedanzelement vorgesehen ist, das die Wirkungen der Temperaturschwankung des ersten Elementes kompensiert. Demzufolge wird das an den Ausgangsklemmen auftretende Potential unabhängig von TemperaturSchwankungen konstant gehalten.

Eine derart regulierte Stromversorgungseinheit hat zusätzlich den Vorteil, daß sie "bei Überbelastungen nicht ausbrennt, da beim Auftreten einer Überbelastung - beispielsweise beim Kurzschließen der Ausgangsklemmen - der Stromkreis automatisch abgeschaltet wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist, die ein Schaltäiagramm der erf ind.ungs gemäß en regulierten Stromversorgungseinheit darstellt.

In der Zeichnung ist eine regulierte Stromversorgungseinheit 10 dargestellt, die ein Paar von Ausgangsklemmen 12, I^ für den Anschluß an eine nicht gezeigte Belastung aufweist. Zwischen den Klemmen 12, I^ ist über eine Leitung ü.6 eine Serienschaltung 17 angeordnet, die aus einer rückwärts geschalteten Zener diod.e 18 und einem einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisenden Widerstand. 20 - beispielsweise einem Thermistor - besteht. Die Klemme 1^4- ist weiterhin über eine Leitung 22 mit Erde verbunden. Parallel zu dem aus der Zenerdiode 18 und dem Widerstand 20 bestehenden Serienkreis 17 ist eine konstante Stromquelle 21 vorgesehen, die einen konstanten Strom an den Serienkreis 17 abgibt.

Das an den Ausgangsklemmen 12, 1Λ auftretende Potential ist gleich der Summe der Potentialabfalle an dem Widerstand 20 und der Zenerdiode 18. Während in dem Zenergebiet

909837/1069 -h-

der Spannungsabfall an der Zenerdiode 18 im wesentlichen unabhängig von dem durch dieselbe fließenden Strom ist, ist der Spannungsabfall am Widerstand 20 direkt proportional zu dem durch denselben fließenden Strom. Der durch den Serienkreis 17 fließende konstante Strom erzeugt demzufolge an diesem Serienkreis 17 und somit auch an d.en Ausgangsklemmen 12, 14- eine konstante Spannung.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß Zenerdioden oberhalb einer bestimmten Spannung einen positiven Temperaturkoeffizienten haben, so daß der Spannungsabfall an diesen «Elementen mit zunehmender Temperatur sich erhöht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist hingegen der Widerstand 20 so gewählt, daß er einen Temperaturkoeffizienten aufweist, der gleich groß, jedoch entgegengesetzt dem Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode 18 ist. Demzufolge kompensieren sich die an den Elementen 18, 20 auftretenden Spannungsabfälle derart, daß das an den Ausgangsklemmen 12 und I^ auftretende Potential auf einer vorgewählten konstanten Höhe bleibt.

Wenn beispielsweise bei einem bestimmten Potential die Zenerdiode 18 einen Temperatur-koeffizienten von +2OmV/ C

aufweist, dann ist der Widerstand 20 derart gewählt, daß er einen Temperaturkoeffizienten von -20mV/°C bei einem bestimmten Stromwert aufweist. Wenn demzufolge die Temperatur sich um 1 G erhöht, dann steigt der Spannungsabfall an der Zenerdiode 18 um 20 mV, während der Spannungsabfall am Widerstand 20 um 20 mV abnimmt. Demzufolge ist die durch Temperatur Schenkungen bedingte Potentialänderung an dem Serienkreis 17 und damit an den Ausgangsklemmen 12, \h gleich Hull. Demzufolge erzeugt die regulierte Stromversorgungseinheit 10 zwischen ihren Ausgangsklemmen 12, lh - unabhängig von Temperaturschwankungen - ein im wesentlichen konstantes Potential.

-5-909837/1069

Die Quelle konstanten Stromes 24- weist ein Paar von Eingangsklemmen 26, 28 auf, an welchen eine Gleichstromquelle 30 angeschlossen ist, die wahlweise aus einer Batterie oder einer mit Gleichrichtern versehenen Wechselstromauelle besteht. Die Klemme 28 ist mit Erde verbunden. Zwischen den EingangskTemmen 26, 28 und den Ausgangsklemmen 12, 14- ist ein Stromsteuerkreis 32 vorgesehen, der einen konstanten Strom an den Serienkreis 1? und damit an 'eine zwischen den Klemmen 12, 14- angeordnete Belastung abgibt.

Der Stromreffulierkreis 32 weist einen eine variable Impedanz aufweisenden pnp-Transistor 34- auf, dessen Emitter mit der Eingangsklemme 26 über eine mit äinem Widerstand 36 versehene Leitung 38 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 34- ist hingegen über eine Leitung 4-0 mit der Ausgangsklemme 12 verbunden. An dem Transistor 34· ist ferner ein negativer RückkoTrolungskreis 4-2 angeschlossen, der den durch den Kollektor des Transistors 34- fließenden Strom konstant hält.

Der Rückkopplungskreis 4-2weist einen eine variable Impedanz aufweisenden npn-Transistor 4-4- auf, dessen Basis über eine Leitung 4-6 mit der Leitunec 4-0 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 4-4- ist hingegen einerseits'mit der Basis des Transistors 34-, andererseits über eine mit einem Widerstand 80 versehene Leitung 50 mit der Eingangsklemme verbunden. Der Emitter des Transistors 4-4- ist 'durch in Serie angeordnete Widers bände 52, 54- mit Erde verbunden. Wie dargestellt, ist der Widerstand zwischen Ausgangsklemmen 56, 58 angeordnet, an we'lche eine ein konstantes Potential ergebende beliebige Belastung g-mreschlossen werden kami. Somit tritt an -lan Klemmen 56, 58 ein konstantes Potential auf. Zusätzlich ist zwischen dem Emitter und dem Kollektor des

-6-909337/1089

Transistors 44 ein Widerstand 60 vorgesehen, dessen Bedeutung im'folgenden noch erörtert sein soll.

Im Falle, daß die Gleichstromquelle 30 eine mit Gleichrichtern versehene Wechselstromauelle ist, scheint es wünschenswert, zusätzliche Filterelemente vorzusehen. Demzufolge ist ein parallel zum Widerstand. 48 angeordneter Kondensator 62 und. ein den Widers:-.?id 54 überbrückender Kondensator 64 vorgesehen, um Wechselstromsummsignale auszuschalten.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Stromversorgung seinheit ist wie folgt:

Es zeigt sich, daß das zwischen der Basis des Transistors 44 und Erde auftretende Potential konstant ist, da dieses Potential durch den Serienkreis 17 bestimmt ist. Der Wider- ' stand. 60 ist genügend hoch gewählt, so daß er einen vernachlässigbaren kleinen Strom zieht. Demzufolge bewirkt das konstante Potential auf dem Emitter-Kollektorpfad des Transistors 44 eine konstante Potentialdifferenz.

Der durch die Kollektorelektrode des Transistors 44 fließende Strom ist gleich der Summe des Stromes durch d.en Widerstand 34 und den Widerstand 48. Da dieser Basisstrom gegenüber dem durch den Widerstand 48 fließenden Strom vernachlässigbar ist, kann angenommen werden, daß der Transistor 44 einen durch den Widerstand 48 fließenden konstanten Strom aufrechterhält. Demzufolge ist der an dem Widerstand 48 auftreber.de Spannungsabfall konstant.

Da eier Widerstand 48 parallel mit dem aus dem Widerstand 36 und der Basis-Emittertrennschicht des Transistors 34 bestehenden Kreis anKeord.net ist, ist der Spannungsabfall an diesem Seri,enkreis in gleicher Weise konstant gehalten.

909837/1069

-7-

so daß durch den Emitter-Kollektorpfad des Transistors 34 ein konstanter Strom fließt. Demzufolge ist auch der durch die Leitung: 4-0 - a.h. den Kollektor des Transistors 3*4- fließende Strom konstant.

Es ergibt sich, daß die Quelle konstanten Stromes 34-automatisch die Transistoren 34-_r 44 gegenüber Belastung schützt. Wenn beispielsweise zwischen den Klemmen 12, 14 ein Kurzschluß auftritt, erniedrigt sich der durch die Zählkreise 17 fließende Strom. Demzufolge nimmt das an der Basiselektrode des Transistors 44 auftretende Potential in gleicher Weise ab, wodurch der durch den Emitterkollektorpfad dieses Transistors 44 fließende Strom abnimmt. Dadurch nimmt ebenfalls das an dem Widerstand 4-8 auftretende Potential ab, so daß der durch den Emitter-Kollektorpfad des Transistors 34· fließende Strom abfällt. Diese Wirkung wird solange fortgesetzt,bis die Transistoren 3^i 44 abgeschaltet sind, wobei Schaden an diesen Elementen verhindert sind.

Aus den oben aufgeführten Erwägungen ergibt sich, daß der Transistor 44- anfänglich keinen Strom führt. Demzufolge ist ein Widerstand 60 vorgesehen, um zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 44- einen Spannungsabfall zu erzeugen, um anfänglich eine Stromleitung zu bewirken.

Es sei jedoch bemerkt, daß anstelle der Transistoren 34-, 4-4- die Transistoren entgegengesetzter bzw. komplementärer Leitfähigkeit verwendet werd.en können, wobei jedoch entsprechende Änderungen der Vorspannung erzeugenden Elemente vorgenommen werd.en müssen.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß somit eine aus Festkörper-Schaltelementen bestehende regulierte Stromversorgungseinheit 10 geschaffen worden ist, die eine konstante Au s/ran rs spannung unabhängig von Temperatur Schwankungen erzeugt .

909837/1069 _₈_

Claims (1)

1. ~· c —

   Patentansprüche

   Gegen Temperatuschwankungen unempfindliche" Stromver-'sorgungseinheit mit einem Paar von Ausgangsklemmen für den Anschluß einer Belastung, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Ausgangsklemmen (12, 1^) eine Serienschaltung (17) mit einem eine konstante Spannung erzeugenden Element (18) und einer Impedanz (20) angeordnet ist, wobei die absoluten Größen der Temperaturkoeffizienten dieser Elemente (18, 20) entgegengesetzt und gleich sind, .und daß parallel mit dem aus den Elementen (l8, 20) bestehenden Serienkreis (17) eine Quelle konstanten Stroms (?Λ) angeordnet ist.

   2. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das eine konstante Spannung erzeugende Element (18) eine Zenerdiode ist.

   3. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1, d.adurch gekennzeichnet , daß d.ie Quelle konstanten Stromes (?Λ) ein erstes aktives Schaltelement (3*0 aufweist, an ä.essen Eingangsklemme eine mit einer der Ausgangsklemmen (1*0 verbundene Gleichstromquelle (30) und an dessen Steuer- und Ausgangsklemmen ein negativer Rückkopplungskreis (A-2) angeschlossen ist.

   k. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 3» dadurch gekennzei chnet , daß der negative Hückkopplungskreis (h-2) ein zx\reites aktives Schaltelement (*J4) aufweist, dessen Steuerklemme mit der Ausgangsklemme des ersten aktiven S ehalt elements (3^+) ^un^ dessen Ausgangsklemme über einen Widerstand (^8) mit der Eingangsklemme des ersten aktiven Schaltelementes (3*0 verbunden ist.

   909837/1069 ~⁹~

   5. Stromversorirungrseinheit nach Anspruch ^Ll·, dadurch pr e kennzeichnet, daß die beiden aktiven Schaltelemente (3^> ^) Transistoren P¹Xt enterecensresetzten Leitfähigkeiten sind .

   6. Stromversorfmnpiseinheit nnch Ansuruch 5, dadurch
   gekennzeichnet, . daß der Emitter des ersten Transistors (3^) über eine Impedanz (36) mit der Gleichstromauelle (30) verbunden ist, und daß ^urch den Rückkopplun^skreis (^2) die Summe der Spannunprsabfälle dieser Imttedanz (36) und der Emitter-Basistrennschicht des ersten
   Transistors (3^) konstant gehalten ist.

   909837/1069

   Leerseite