DE1920522C - Vorrichtung zur Gleichspannungsregelung - Google Patents

Description

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Die Erlindiing bezieht sich auf eine Vorrichtung kopplungsschleife einen Sehwellwertverstärker eiuzur Regelung der von einer Spannungsquelle und hält, welcher je nach der Polarität des abgenommenen einem Leisiungsversiärker gelieferten Cikichspan- Spannungsbruchleils eine von zwei parallelgeschaluuiig, πι welcher ein Bruchteil der Ausgaiiysspanniing teten bistabilen Kippschaltungen steuert, die in ihren an einem an den Ausgang dieser Vorrichtung auge- 5 niehlhomologen Zuständen jeweils eine Spannung schlo^ciicn Spannungsteiler abgreifbar ist und auf Null bzw. eine Spannung vorbestimmter Größe, jeden Eingang einer über den Verstärker geschlossenen doch entgegengesetzter Polarität, abgeben, welche Ciegenkopplungsschk-ife geführt ist. einen mit dem Leistungsverstärker verbundeiUM

Die Vorrichtung ist insbesondere ziu Lieferung Operationsintegrator steuern.

einer geregelten, von schnellen Änderungen freien, io Unter den obenerwähnten Anwendungsbedingun-

jedoeh lediglich gemäß einem vorbestimmten Gra- gen weist diese Vorrichtung den Vorteil auf, daß die

dienten veränuerlichen Spannung unabhängig von Änderungen der Ausgangssp'innuiig einer linearen

den Anwendimgsbedingungen bestimmt. Funktion i.i Abhängigkeit von der Zeit folgen.

Ls sind verschiedene Arten von Reglern bekannt, Darüber hinaus besteht bei Einsetzen eines Poten- und /war Regler mit zwei Einstellungen, proportional, 15 tiomeiers in den Ausgangsspannungsteiler auch die

integral und'oüer dilferentiell arbeitende Regler, was Möglichkeit, eine kontinuierliche Änderung der Aus-

jeweils von der Beziehung abhängt, welche die Stel- gangsspannung vom Wert Null bis zu ihrem Maxiir.al-

lung des Regelorgans rvi.t dem Abstand zwischen den wert hervorzurufen.

Vorzeichen- und Meßwerten der zu regelnden Größe An Eland der Figuren wird die Erfindung bcispiels- \ erbindet. Bei Reglern mit zwei Einstellungen ist es ₂₀ weise näher erläutert. Es zeigen

auch bekannt, in der Gegenkopplungsschleife zur Fig. 1 und 2 allgemeine Blockschaltbilder einer

Steuerung des Regelorgans einen Modulator zu ver- Anordnung zur geregelten Spannungszuführung,

wenden, dessen Periodenverhältnis in Abhängigkeit Fig. 3 das Blockschaltbild der erfindungsgemäl.'.en

vom Regelbereich geändert wird. Vorrichtung zur Spannungsregelung und

Ir. dem besonderen Fall von Gleichspannungs- 35 Fig. 4 A, 4B Diagramme, welche sich auf die

reglem beMehl, das Regelorgan im allgemeinen aus Umwandlung der Spannungsänderungrn zwischen

einem oder mehreren Transistoren, welche als Unter- den Eingängen und dem Ausgang des Rechenintegra-

brechcr oder als veränderlicher Widerstand arbeiten tors beziehen.

und am Ausgang, der zu regelnden Speisespannungs- In dem allgemeinen Blockschaltbild einer in Fig. 1

quelle in Reihe mit der Beiast jug gi ehaltet sind. 30 dargestellten Anordnung zur geregelten Stromvcrsor-

Zur Steuerung dieses Transistors verwendet man hau- gung ist mit I eine Spannungsqucllc oder ein Steuer-

lig einen bestimmten Bruchteil der Ausga;.gsspannung oszillator bezeichnet, welche beispielsweise aus dem

des Reglers, und dieser Spannungsbruc'nteil wird in Spannuncsnelz oder aus einem Oberlagcrungsoszilla-

liiicm Diikreii/.verstärker mit einer Bezimsspannuiig tor bestehen können. Mit 2 ist ein Verstärker be-

verglichen. Dieser liefert direkt oder über einen 35 zeichnet, welcher eine Spannungs- und Leistungs-

Modui.itor dk Steuerspanniing des Transistors der- \erstärkun« bewirkt. Mit 3 ist die Gegenkopplungs-

arl, daß d:r Bcieich tier Eingangsspannungen des schleife bezeichnet, die dazu bestimmt i.i!. die Stabili-

Dilleren/.versCirkers gegen Null geht. tat der Ausgangsspannung durch Vergleich dieser

Die auf diesem Prinzip beruhenden Vorrichtungen Spannung mit einer Bezugsspannimg und durch Steue-

li.ibeti ilen Nachteil, daß die Ausgangsspannung trotz 40 rung ties Verstärkers 2 zu gewährleisten.

der Kigeluig sehr schnelle Änderungen, insbeson- F j g. 2 gibt ein ausführlicheres Blockschaltbild

ueie unter tkn folgenden Anwendungsbedingungen einer solchen Spannungsversorgung wietler, bei wcl-

aufweisen kann: eher tier Steucroszillator K) beis|)ielsweise Signale mit

InlK-irielM.i.hnie der Vorrichtunu. wobei die einer Eolgefrequenz von 4 kll/liefert. Mit 21 ist ein

Aus,; nusspamiung im voraus festliegt wird; 45 Eeistungsos/illaior he/cirlinel. welcher durch die

■VilW!v"ikhinhi''ie der Vomchtim·'· Gleichspannung gesteuert wird. <!"e von der Gegeu-

Aniknm/dcr Auseam-pamunu-' ' nach In- kopplungssclil^ifc abgegeben wird, wobei die Gegen

nrinl-n linie ' koppliings'-chleife die vom Steucros/illator K) abge-

gebeiK.i Spannungssignale aiii die gewünschte Span-

Bei zahlreichen Anuendiim'i 11 l.iinnen iln.se plölz- v> :11mg und die gewünschte Leistung bringt. Am Ausliehen Aiuk 1 nni'.en I iir das nut dei Au\i:am:v.pi mining iiang verfügt man daher über eine Hochspannung/·.' .■cspeisie t Κ -,iiomsilie (ietät sturend und sog.ti nach Duiehgang durch einen Spaiinungsverdoppler gehihilich weiden, lli'i .piclswci'.c sind im Lall einer 22 und -.lurch cine Gleichiichterschaltuug 23. I in I loi hsp.iiiniiiirsvci-.uijiiiiig /111 l'ularisu nun: der in Bruchteil der Aiisgangsspaiinung/·. wird mittels tier dir Kciuphvsik '-crVsenikliii Dekktoreii diese Nadi- ,v. Schaltung 31 abgezweigt und mit einer Beziigsspan· i'.ik infolge dei hoben Ι.ιηρΙιικΙΙιι likeil dir I.uuMiitis mim: verglichen, und die I chk: spannung wird auf sliile der Vorvcrsläikcr gegen plöl/liche Spannungs- den Mingang eines Veislarkci:-, 32 gegeben, welcher anikiiiiiL'cn hesondcis ungünslig. die für die Speisung der l.eistungsstufe 33 erfordcr-

/icl (let Eflindung ist die Verineidiing des Auflie- liehe (ik'ichsp.innung liefert.

lens dieser plötzlichen Änderungen am Ausgang der 60 In den bekannten Schaltungen ist die am Ausgang

Regelvorrichtung und die Begrenzung der Geschwür- der Lcistungsslufe verfügbare Spaniuingsliöhe pro-

digkiil dieset Änderungen ,nil einen vorbestimmten porlionnl zu der von der Gegenkopplungsschleife

regelbaren Weit mittels Einrichtungen, welche die gelieferten Glcichspanniiiigshöhe, und ihre Amplilu-

liiifiihrung einer /eilkonslaiilen in die (iegenkopp- (k'uiinderungen geben die Vet änderungen dieser

liingsschkife in Art einer Regelung mit integraler 65 Gleichspanntmgshöhe zur Steuerung des LeiMungs-

Wirkun;.' uestatlen. os/illators 21 wieder.

Die lingangs geiiaiinle Regclvorrichlung ist erl'in- MrfiiidtiMgsgemuf.l ist die Gegenkopplungsschleife

.iiitii.k.,,.iiiiili tladurt h uekennzcii liiiet, daß die Gegen- durch eine derartige Kombination von Elementen ge-

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bikk-i. dall die plötzlichen Aiulerungen der Aus- porlionale Inlorinalion wird mn Punkt A ahucnoin-

uaiiijs-panuiing /■., insbesondere die in den Zeitpunk- men. Die Spannung am I'liuki .1 ist Null, wenn die

tender lubeiriebii.,hme und AuUerbelriebnahme auf- Spannung/:' den durch die Re^lung des Polenlio-

iRieinkn steilen Mauken, am Ausgang der Schleife meters 40 M.ruesdiriebenen We rl besitzt.

ii! \iiderungen umgesetzt werden, welche in Abhän- 5

!■ii-kcii Mm der Zeil einer linearen Eiinklion mit vor- A¹I

!■..■-iininiter Sieigung folgen. Diese Steigung kann dar- IC

u!i! hinaus in Abhängigkeit von der Art der durch

,Ik iieregelie Spannung zu versorgenden Schaltungen wobei Vp die Spannung des Gleitkontakt des Poien-

,liiucsiLlli und gewählt werden. _l0 tjnmeiers 40 und R 1, Rl die Werte der Widerstände

Ι· ι g. 3 zeigt eine Ausfuhrungsform der erlindungs- 41, 42 sind. Wenn der Wen von /:' nicht gleich dem

;.. !niißen Regelschaltung. Die Abzweigschaltung Ul durch die obige Beziehung (I) definierten Werl ist, ist

i·,; ein Spannungsteiler, welcher aus dem Widerstands- die Spannung des Punktes .1 nicht Null, und ein von

::i/ 41, 42 und aus einem Potentiometer 40 besteht, Null verschiedenes Signal wird infolgedessen auf den

uobei der Spannungsteiler zwischen die als positiv 15 Eingang des Verstärkers 43 gegeben,

angenommene Ausgangsspannung E und eine nega- Wenn man beispielsweise annimmt, daß der Wert

tive Spannungsquelle geschaltet ist. (Wenn die Polari- von E bezüglich seines vorg·. ,hriebenen Werts zu

tat der Ausgangsspannung E negativ ist. ist die Span- hoch ist, ist die Spannung am Kinkt Λ positiv. Unter

rungsquelle positiv). diesen Umständen geben die Schaltungen 43-43/1

Mit 43 ist ein Verstärker mit Gleichstromkopplung ao ein Setzsignal auf die bistabile Schwellwertschaltung

bezeichnet, dessen Eingang mit der gemeinsamen 44: die Spannung bei El wird auf - V gebracht, die

Klemme A der Widerstände 41, 42 verbunden ist und Spinnung bei El bleibt Null. Der Integrator 50, wel-

v dchem eineSchwelIwertschaltung43/l nachgeschal- eher auf einem Eingang eine negative Spannungsstufe

K-1 ist, deren Schwellwert um die Spannung Null erhält, erzeugt eine Ausgangsspannung Vs, welche

geregelt wird. Diese letztere befindet sich daher je 25 eine wachsende lineare Änderung mit der Steigung

nach der Polarität der Spannung bei A in der einen ,1 , . ..„.,.. .. . . ~

oder anderen Stellung. An ihren Ausgang sind par- + rc ^aufwelst· ^{Wle ln r}'' 8- ^4A dargestellt, wobei R

HlIeI zwei bistabile Schaltungen 44, 45 angeschlossen, und C die Werte des Widerstandes 49 und des Kon-

v.elche derart geschaltet sind, daß die eine in ihrer densators 48 bezeichnen. Diese Spannung Vi, welche

Ruhestellung verbleibt, wenn die andere sich in der 30 sich linear ändert und zur Gegenkopplung auf den

Arbeitsstellung befindet, und umgekehrt. Wenn daher Oszillator 21 gegeben wird, bringt ein entsprechendes

die bistabile Kippschaltung 44 in die Arbeitsstellung Sinken der Ausgangsspannung /: mit sich, bis die Be-

geschaltet ist, gibt sie an ihrem Ausgang eine negative Ziehung (1) gültig ist, wobei die Spannung am

Spannung --V, beispielsweise 24 V, ab, während Punkt A Null und sodann negativ wird. Diese Ände-

die bistabile Kippschaltung 45, die sich in der Ruhe- 35 rung der Polarität wird durch die Schweliwcrtschal-

Stelhing I--findet, eine Spannung Null abgibt. Wenn tung43/l festgestellt, welche ihren Zustand ändert:

umgekehrt die bistabile Kippschaltung 45 in die Ar- die bislabile Kippschaltung 44 wird in ihren Bezugs-

b.itsstellung geschaltet ist, gibt sie eine positive zustand zurückgesetzt, in welchem sie eine Spannung

Spannung IV, beispielsweise 4 24 V, ab, während Null auf den Eingang El de:; Integrators 50 gibt,

die bistabile Kippschaltung 44 dann eine Spannung 40 während die bistabile Kippschaltung 45 kippt und

Null abgibt. Diese beiden bistabilen Kippschaltungen eine Spannung hV auf den Eingang £2 gibt. Die

Sind h .'i.pielsweise mittels komplementärer Transi- Steigung der am Ausgang des Verslärkcrs 47 verfiig-

storen hergestellt, welche derart gesättigt oder gc- baren linearen Spannung Vs kehrt sich um und

Sperrt werden können, daß der an ihrem Kollektor , ,., 1 ...,,,.

_', a . 1 t 1· c nimm den Wert — ,„. an, wie in Eig. 413 darqe-

■bgenommenc Ausgang entweder au! die Spannung 45 KC ^{b b}

Null oder auf die Spannnut: der Spanniingsquclle stellt, was umgekehrt wie beim vorangehenden EaII

( 24 V für die Kippschaltun» 44. * 24 V für die eine Vergrößerung tier Ausgangsspannung E hervor-

KippschalHing 45) gebracht ist. ruft. Die Spannung bei A wiril wieder positiv usw.,

Die Ausgänge der hisUih^:!cn Kippschaltungen 44, ι\,>ύ durch aufeinanderfolgende Annäherungen er-

45 sind mit den Eingängen E 1. El eines Operations- 50 reicht die Spannung bei A ihren Glcichgewichls/u-

inieLiators 50 verbunden, weicher von einem Opera- stand,

ttonsversliirker 47 mit drei Eingängen/·.'!. 1:2, Ei Theoretisch existiert dieser Zustand bei einem

{ebiidet ist. der Widerstünde 4'> in semen Eingangs- Gleichgewichtszustand der Schwellwertschaltung icisen und einen Kondensator 48 in einem Gegen- 43,1 und en'\prkht diesem Gleichgewichtszustand, loppliingskanal aufweist. Der Ausgang des Verstiir- 55 wobei die Schwellwertschaltung in der Art eines Differs 47 ist mil dem Leistiingsoszilhilor 21 verbunden. ferenzverstärkers arbeilet. Die bistabilen Kippschal-Ein Ein-Aus-Schalter 46 mit zwei Gekoppelten be- lungcn 44, 45 geben dabei quasi gleichzeitig Spanweglichen Koniakten geslatlet: nungeii V und I V auf die 1 ingänge /·.' 1, /·. 2. Die

, .... ,. ι, ,, ι- ,1 . ι ι- Spannung bei A ließt sodann in der Umgebung von

in der MN Stellung Λ/ die Abtrennung der 1 in- , I₁, ^b... , ■ , _v ■ <i ·-, ,

... , , 11 ι .-ι ·. κ · ^r>" Null. Praktisch weist die Anordnung 43 43.1 einen gange /: I. /: 2, wobei der Luigang /: 3 ...It kei- Vcrs.ä.kungsfaktor auf. daß dieser Gleichner Spaiinungsuudle verbunden ist; gcwichls/ustnnd nur ein unbeständiger Zustand ist, πιder AlIS-Melung A «die Kurzsch Ii ellungder J Kippschaltungen 44, 45 liefern Eingänge /: I. Ll und den Ansei,,h.H des Em- ^ichzeitig die Spannunpen -V, I V. da die Kanus/: 3 au emc Spaniiungsque Ie, beispiels- *· ... , ^b , .· . . ^h. . . ' ' ' . ^h -v, , )j ν ⁵ ii^rii'üert; ÄiiJeruni! bei/1. beispielsweise die R.uischweise von _4 . spannung, dieselben in einen bestimmten Zustand Diese· Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: setzt,
line zum Werl der Atisgangslioclispäunimi; /. pm- Uliler diesen Umständen wird der Ausgang des

Verstärkers 47 durch Vorzciclicnändcrungcn seiner Ausgiingsspanmingl'.T mil der Steigung „ konstant

moduliert, wolwi die sehr geringen Amplituden dieser Spannung ständigen Obergängen der Spannung bei A auf beiden Seilen ihres Oleichgcwichtswcrlcs entsprechen.

Nach der Erläuterung der Arbeitsweise wird nunmehr untersucht, wie sich die Vorrichtung verhält, wenn man dieselbe in die drei obenerwähnten, besonderen Anwendungsartcn versetzt:

a) Inbetriebnahme oder Einschaltung. — Der Schalter 46 befindet sich in der Aus-Stellung. Nachdem die Ausgangsspannung mittels des Potentiometers 40 auf den gewünschten Wert eingestellt ist, schaltet man den Schalter 46 in die Stellung M. Man befindet sich daher in dem Fall, daß die Spannung bei A negativ ist, so daß sich die Ausgangsspannung E gemäß dem oben erläuterten Vorgang von Null auf den dem eingestellten Wert entsprechenden Wert linear erhöht.

b) Außerbctricbnahme oder Ausschaltung. — Wenn der Schalter 46 in die Stellung AR geschaltet wird, «vährcnd die Vorrichtung in Betrieb ist, schließt er die Eingänge £1 und El kurz. Die Spannung — V wird auf den Eingang £3 gegeben, so daß alles verläuft, wie wenn die bistabile Kippschaltung 44 umgeschaltet hätte. Die Spannung £ vermindert sich, bis sie den Wert Null erreicht hat, eine Diodenschaltung begrenzt das Ansteigen der Ausgangsspannung des Integrators 50. wenn deren Polarität positiv wird.

c) Änderung der Ausgangsspannung nach der Inbetriebnahme oder Einschaltung. — Die Stromversorgungsanlage ist bereits in Betrieb, wenn man den Wert der Spannung E durch Einwirkung auf das Potentiometer 40 verändert. Infolgedessen l)cfindet man sich in einem der beiden oben erläuterten Fälle, je nachdem, ob der neu eingestellte Spannungswert größer oder kleiner ist als der existierende Spannungswert E.

Man sieht daher, daß unter diesen besonderen Anwendungsbedingungen jede plötzliche Änderung der Spannung E infolge der Anwesenheil des Integrator· im wesentlichen ausgeschaltet ist, wobei der Integrator diese Änderung in eine lineare Änderung umsetzt, deren Steigung darüber hinaus, beispielsweise durch Änderung der Kapazität des Kondensators 48 einstellbar ist. Die Spannung E kann so ohne Schwierigkeit vom Wert Null bis zu ihrem Maximalwert eingestellt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der von einer Spannungsqucllc und einem Leistungsverstärker gelieferten Gleichspannung, in welcher ein Bruchteil der Ausgangsspannung an einem an den Aus-

IS gang dieser Vorrichtung angeschlossenen Spannungsteiler abgreifbar ist und auf den Eingang einer über den Verstärker geschlossenen Gegenkopplungsschleife geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegcnkopplungs-

ao schleife einen Schwellwertverstärker (43, 43 Λ) enthält, welcher je nach der Polarität des abgenommenen Spannungsbruchteils eine von zwei parallelgcschalteten bistabilen Kippschaltungen (44, 45) steuert, die in ihren nichthomologen Zuständen jeweils eine Spannung Null bzw. eine Spannung vorbestimmter Größe, jedoch entgegengesetzter Polarität, abgeben, welche einen mit dem Leistungsverstärker (21) verbundenen Operationsintegrator (50) steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gekoppelte Ein-Aus-Schalter vorgesehen sind, deren einer in seinei Aus-Stellung den Ausgang der bistabilen Kippschaltungen kurzschließt und deren anderer in seiner Aus-Stellung eine Hilfsspannung auf den Eingang des Operationsinlegrators (50) gibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung mit Hilfe eines in den Spannungsteiler ge-

schalteten Potentiometers (40) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Operationsintegrators (50) mittels eines einstellbaren Kondensators (48) verän-

<5 derbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen