DE1952796A1 - Schaltungsanordnung zur verlustarmen Stabilisierung einer Eingangswechselspannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur verlustarmen Stabilisierung einer Eingangswechselspannung

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Description

Schaltungsanordnung zur verlustarmen Stabilisierung einer Eingangewechselspannung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur verlustarmen Stabilisierung einer Eingangswechselspannung gegen Spannungsschwankungen, insbesondere für Netzanschlußgeräte.
Bei Netzanschlußgeräten, besonders wenn sie für Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden, besteht das Problem, Schwankungen der Eingangswechselspannung - im folgenden nur noch Eingangsspannung genannt - bezüglich ihres Scheitelwertes so gut wie möglich zu unterdrücken, so daß das zu versorgende Gerät in seinem Betrieb nicht beeinträchtigt werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, durch die Schwankungen* des Scheitelwertes der Eingangsspannung so vermindert werden, daß das au versorgende Gerät in seinem Betrieb nicht mehr beeinträchtigt wird. Dabei soll die Eingangsspannung durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in ihrer Form nicht verändert werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der eine Anschlußpunkt für die Ein- , gangsspannung mit einem Anschluß der Primärwicklung eines ersten Transformators verbunden ist, der andere Anechlußpunkt für die Eingangsspannung über Schalter, die durch eine Auswerteschaltung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert der Eingangsspannung gesteuert werden, so an Anzapfungen der Primärwicklung des ersten Transformators angeschlossen ist, daß bei steigender Eingangsspannung
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die zur Transformation der Eingangsspannung ausgenutzte Windungszahl der Primärwicklung größer wird.
Durch die Schalter wird also die Eingangsspannung so an die Anzapfung der Primärwicklung des ersten Transformators gelegt, daß "beim Ansteigen der Eingangs spannung diejenige Anzapfung gewählt wird, durch die die Windungszahl der Primärwicklung größer wird. Dadurch wird trotz größerer Eingangsspannung die Größe der Ausgangsspannung auf den richtigen Wert gehalten.
Erfolgt die Umschaltung von einer Anzapfung auf eine andere unterbrechungsfrei, so bleibt die Form der Eingangsspannung erhalten und es sind keine zusätzliehen Aufwendungen für Funkenstörung und Siebung notwendig.
Durch die spannurigsabhängige Umschaltung auf der Primärseite des ersten Transformators wird erreicht, daß für mehrere Ausgangsspannungen eine gemeinsame Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Eingangsspannung verwendet werden kann.
Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert werden. In der Fig. 1 wird die Eingangs spannung zwischen Anschlußpunkten R und MP angelegt. Der Anschlußpunkt R ist mit einem Anschluß der Primärwicklung eines ersten Transformators TRI verbunden, der Anschlußpunkt MP ist über einen Stromwandler SW an die geschaltete Strecke von Schaltern S1, S2 bis SH angeschlossen, die die Leitung von dem Anschlußpunkt MP auf Anzapfungen A1,
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A2 Ms AN der Primärwicklung des ersten Transformators TR1 durchschaltet. Als Schalter S1, S2 Ms SN können Triacs verwendet werden. N ist eine beliebige ganze Zahl.
Die Schalter S1, S2 Ms SN werden von einer Auswerteschaltung AW in Abhängigkeit der Eingangsspannung so durchlässig gesteuert und somit die Eingangsspannung an diejenige Anzapfung A1 Ms AN des Transformators TR1 gelegt, daß Schwankungen der Eingangsspannung über der Sekundärwicklung des Transformators TR1 auf das w-fache reduziert werden. Wenn also z.B. die Eingangsspannung unzulässig größer wird, dann wird durch die Schalter S1 Ms SN diejenige Anzapfung A1 Ms AN des Transformators TR1 an den Anschlußpunkt MP angeschlossen, durch die die wirksame Windungszahl der Primärwicklung des Transformators TR1 so vergrößert wird, daß die durch die Störung verursachte Vergrößerung der Eingangsspannung nicht voll auf die Sekundärwicklung des Transformators TR1 wirken kann.
Die Auswerteschaltung AW, die die Schalter S1 Ms SN ansteuert, besteht aus einem Meßteil M, aus einem Nulldurchgangsindikator NI und einem Steuerteil ST. Der Meßteil M liegt an der Sekundärwicklung eines zweiten Transformators TR2, dessen Primärwicklung mit den Anschlußpunkten R und MP für die Eingangsspannung verbunden ist. Er ist über mehrere Leitungen L1 bis LN mit dem Steuerteil ST verbunden. Auf jeweils einer dieser Leitungen L1 bis LN tritt dann ein Signal auf, wenn die Eingangsspannung eine von übereinanderliegenden, den Schaltzeitpunkt der Schalter S1 Ms SN bestimmenden Schwellen überschreitet. Wenn also z.B, die Eingangsspannung die erste Schwelle überschreitet, erscheint auf der Leitung L1 ein Signal, wird die zweite Schwelle überschritten, auf der Leitung L2 usw. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß in dem Meßteil M eine- Gleichrichterschaltung angeordnet ist, deren Ausgang
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über Spannungsteiler an die Eingänge von Differenaverstärkern gelegt ist. Die Schwelle, hei der diese Differenzverstärker ansprechen, sind gestaffelt. Die Anzahl der Differenzverstärker, die nach dem Nulldurchgang der Eingangespannung ansprechen, hängt also von der Amplitude der Ein- gangsspannung ab.
Die Anzahl der Differenzverstärker ist um 1 kleiner, als die Anzahl der Schalter S1 bis SN, da, wenn die Amplitude der Eingangsspannung die erste Schwelle nicht überschreitet, derjenige Schalter angesteuert werden muß, dessen Anzapfung mit der kleinsten Windungszahl an dem Anschlußpunkt MP liegt. Dies wäre im Ausführungsbeispiel der Schalter S1.
Der Nulldurchgangsindikator NI ist ebenfalls mit dem Steuerteil SiD verbunden. Er gibt an den Steuerteil SiD dann ein Signal ab, wenn der Strom über die Schaltstrecken der Schalter S1 bis SN (Schalterstrom)durch "O" geht und damit gewährleistet ist, daß alle Schalter S1 bis SN geöffnet sind. Zur Stromversorgung ist der Nulldurchgangsindikator NI über eine Leitung VL an die Sekundärwicklung des iDraneformators TR2 angeschlossen. Um feststellen zu können, daß alle Schalter Sf bis SN geöffnet sind, ist der Nulldurchgangsindikator NI mit einem Stromwandler SW verbunden.
Eine mögliche Ausführung des Nulldurchgangsindikators NI ist in Fig. 2 gezeigt. An die Sekundärwicklung des Strom-.wandlers SW sind in einer Mittelpunktssehaltung drei Dioden
30. D1, D2 und D3 angeschlossen. Die Anoden der Dioden D1 bzw. D2 sind jeweils über je eine weitere Diode D4 bzw. D5 mit einem ersten Eingang eines invertierten Schaltverstärkers VST verbunden. Am Punkt P sind die Kathodenanschlüsse der Dioden D1, D2 der Mittelpunktsanschluß der Sekundärwicklung des Stromwandlers SW und ein zweiter Eingang des Schalt-
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Verstärkers VST zusammengeführt. Der zweite Eingang des Schaltverstärkers VST ist außerdem über einen Widerstand R1 mit dem Anschlußpunkt Mp verbunden. Die Versorgungs«» leitung VL ist an den Schaltverstärker VST und über einen Widerstand R? an den ersten Eingang des Schaltverstärkers angeschlossen. Zur Spannungsbegrenzung für den Pail, daß der Stromwandler nicht angeschlossen ist, liegt ein Widerstand R3 zwischen den Eingängen des Schaltverstärkers VST.
Fließt ein Schalterstrom durch die Primärwicklung des Stromwandlers SW, dann ißt abhängig von der Richtung des Schalterstromes entweder die Diode D1 oder die Diode D? durchlässig, und über die Diode D3 kann der Sekundärstrom in den Wandler zurückfließen. Dabei ist das Potential zwischen dem Punkt P und der Anode der momentan sperrenden Dioden D1 bzw. D2 positiv. Über eine der Dioden DA bzw. D5 liegt am ersten Eingang des Schaltverstärkers das niedrigere Potential als am zweiten Eingang, der direkt mit dem Punkt P1 verbunden ist. Am Ausgang liegt dementsprechend niedriges Potential. Nur wenn der Schalterstrom durch Null geht, erzeugt der Stromwandler keine Spannungsdifferenz an den Dioden D1, D2, D3; jetzt kann von + VL, R2 über D4, D5 und D1, D2 sowie R1 ein Strom nach Mp fließen. Das Potential am ersten Eingang des Schalterverstärkers ist jetzt höher als an dem zweiten, am Ausgang entsteht also hohes Potential. Der Schaltverstärker gibt also immer beim Nulldurchgang des , Schalterstromes ein Signal ab.
Der Steuerteil ST wählt die vom Meßteil M abgegebenen Signale aus und bereitet aufgrund der gemessenen Spannung das Schliessen eines der Schalter S1 bis SN vor. Der ausgewählte Schalter wird aber erst dann geschlossen, wenn der Nulldurchgangsindikator NI beim folgenden Nulldurchgang des Schalterstromes ebenfalls ein Signal an den
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Steuerteil ST abgibt. Welcher der Schalter S1bis SH · angesteuert wird, hängt von der im Meßteil M gemessenen Eingangsspannung ab, also davon, welche der Schwellen die Eingangsspannung überschreiten werden, dementsprechend welche Differenzverstärker angesprochen haben und welche Leitungen L1 bis LN ein Signal an den Steuerteil ST liefern. Der Steuerteil ST kann z.B. bistabile Kippschaltungen enthalten, von denen je eine mit einer Leitung L1 bis LiT verbunden ist. Entsprechend den von der Eingangsspannung überschrittenen Schwellen wird eine entsprechende Anzahl von bistabilen· Kippschaltungen gesetzt. Die Ausgänge dieser bistabilen Kippschaltungen sind mit einem logischen Schaltungsteil verbunden, der in Abhängigkeit vom Setzzustand die stabilen Kippschaltungen einen der Schalter S1 bis SW auswählt, aber diesen ausgewählten Schalter erst dann ansteuert, wenn ein Signal vom Nulldurchgangsindikator IiI geliefert wird.
Die schaltungstechnische Ausführung des Meßteiles M und des Steuerteiles ST kann auch auf eine andere Weise geschehen als wie beschrieben worden ist. So ist es möglich, daß der zweite Transformator TR2 zum Messen der Eingangsepannung durch eine Sekundärwicklung auf dem ersten Transformator TR1 und eine Kompensationsschaltung im Steuerteil ST.ersetzt wird oder es kann die Vereorgungsspaimung für den Meß- und Steuerteil sowie den Nulldurohgangaindikator von einer Sekundärwicklung des ersten Transformators bezogen werden. Dazu ist es notwendig, daß beim Einschalten der Schaltungsanordnung der Schalter SN leitend gesteuert wird. Dies kann durch eine Serienschaltung aus einem Widerstand R5 und zwei Zenerdioden ZD1,. ZD2 geschehen, die zwischen den Steuereingang des Schalters SN und die Anzapfung AN geschaltet ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann selbstverständlich auch auf 6Ln dreiphasiges Netzgerät mit einem Drehstromtransformator erweitert werden.
7 Patentansprüche
2 Figuren
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Claims (7)

  1. Pa t e η t a η s ρ r ü c h e
    Schaltungsanordnung zur verlustarmen Stabilisierung einer Eingangsspannung gegen SpannungsSchwankungen, insbesondere für Netzanschlußgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußpunkt für die Eingangsspannung mit einem Anschluß der Primärwicklung eines ersten Transformators (TR1) verbunden ist, ein anderer Anschlußpunkt (MP) für die Eingangs spannung über Schalter (S1 bis SN), die durch eine Auswerteschaltung (AW) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert der Eingangsspannung gesteuert werden, so an Anzapfungen (A1 bis AN) der Primärwicklung des ersten Transformators (TR1) angeschlossen ist, daß bei steigender Eingangsspannung die zur Transformation der Eingangsspannung ausgenutzte Windungszahl der Primärwicklung größer wird.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von einer Anzapfung (A1 bis AN) auf die andere durch die Schalter (S1 bis SN) im Zeitpunkt des Nulldurchganges des Schalterstromes erfolgt.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung aus einem Meßteil (M), einem Nulldurchgangsindikator (NI) und einem Steuerteil (ST) besteht, daß der Meßteil (M) über einen zweiten Transformator (TR2) mit den Anschlußpunkten (R, MP) für die Eingangsspannung, über verschiedene Leitungen (L1 bis LN) mit dem Steuerteil (ST) verbunden ist, wobei nacheinander jeweils auf einer der Leitungen (L1 bis LN) ein Signal auftritt, wenn die Eingangsspannung eine von übereinanderliegenden Schwellen überschreitet, daß ein Eingang des Nulldurchgangsindikators (NI) an den Ausgang eines Stromwandlers (SW) zur Feststellung dee Öffnens des bisher geschlossenen
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    Schalters und sein Ausgang zu einem Eingang des Steuerteiles (ST) angeschlossen ist, wobei am Ausgang des Null durchgangsind ilen tors (NI) ein Signal erscheint, wenn der Eingangsstrom durch den Nullpunkt geht und die Schalter (S1 Ms SN) geöffnet sind und daß je ein Ausgang· des Steuerteiles (ST) mit einem Steuereingang ,Ie eines Schalters (S1 bis SN) verbunden ist und je einer der Steuereingänge der Schalter (S1 bis SN) dann ein Signal erhält, wenn dem Steuerteil (ST) auf den Leitungen (L1 bis LN) ein Signal und von dem Nulldurchgangsindikator (NI) ein weiteres, den Schältzeitpunkt bestimmendes Signal zugeführt wird.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Meßteil (M) mit einer Gleichrichterschaltung und mit die Schwellen bestimmenden Differenzverstärkern, deren Anzahl um 1 kleiner ist, als die Anzahl der Schalter (S1 bis SN).
  5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (S1 bis SN) Triacs vorgesehen sind.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3f dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transformator (G-R2) zum Messen der Eingangs spannung durch eine Sekundärwicklung auf dem ersten Transformator (TR1) und einer Kompensationssehaltung im Steuerteil (ST) ersetzt wird.
  7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung für Meß- und Steuerteil (M, ST) sowie den Nulldurchgangsindikator (NI) von einer Sekundärwicklung des ersten Transformators (TR1) bezogen wird, wenn beim Einschalten der Schalter (S1) durch eine erete
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    INSPECTED
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    und zweite Zenerdiode (ZD1, ZD2) und einen. Widers (R5) leitend gesteuert wird.
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