DE2007694B2

DE2007694B2 - Spannungsregelgerät mit schaltendem Stellglied

Info

Publication number: DE2007694B2
Application number: DE2007694A
Authority: DE
Inventors: Guenther 8000 Muenchen Mieth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2007694C3; DE2007694A1

Description

Es ist bekannt, in Stromversorgungsgeräten für die Versorgung von Verbrauchern mit konstanter Spannung Regelschaltungen mit stetig wirkenden oder schaltenden Stellgliedern zu verwenden. Wegen ihres günstigen dynamischen Verhaltens müssen stetige Regler vor allem dann eingesetzt werden, wenn Verbraucher eine stark schwankende Belastung darstellen. Nachteilig ist dagegen, daß stetig wirkende Regler einen ungünstigen Wirkungsgrad besitzen und zum Abführen der in Wärme umgesetzten Verlustleistung einen beachtlichen Aufwand erfordern.

Spannungsregelgeräte mit schaltendem Stellglied haben einen bedeutend besseren Wirkungsgrad, dafür aber wegen der notwendigen Speicherdrossel ein "' schlechteres dynamisches Verhalten bei Lastschwankungen. Bei plötzlicher Entlastung schwingt die Ausgangsspannung über den Sollwert, bei stoßartiger Belastung unterschreitet sie den Sollwert u. U. erheblich und pendelt sich dann auf den statischen Wert der ίο Regelgröße ein. Die Dauer des Einschwingvorgangs hängt von der Dämpfung und von der Eigenfrequenz ab. Die bei Entlastung auftretenden sog. Überschwinger können durch Zenerdioden oder ähnlich wirkende Schaltungen auf zulässige Werte begrenzt werden.
Es ist auch bereits aus der DE-AS 16 Ib 728 bekannt, einen Zweipunktregler und einen Stelig-Regler in einem Stromversorgungsgerät derart zu kombinieren, daß die Ausgangsspannung des Zweipunktreglers an einen nachgesehalteten Stetig-Regler geführt ist. Mangels -" eines Drossei-Siebgliedes am Ausgang des Zweipunktreglers soll die der Ausgangsspannung überlagerte Störwechselspannung durch die Serienregelschaltung ausgeg'ichen werden. Diese Schaltung kann durch pulsierende Belastung entstehende Spanntingseinbrüehe nicht kompensieren, ohne daß dafür eine sehr hohe Verlustleistung am Stetig-Regler in Kauf genommen würde.

Eine andere bekannte Stroinversorgungs-Regelschaltung (US-PS 32 84 692) besteht aus der Hintereinander- ^!1) schaltung eines Schaltreglers und eines Stetig-Reglers (Serienregler). Der Stelltransistor des Schaltreglers dieser Schaltung wird in Abhängigkeit vom Spannungsabfall an der Reihenschaltung des stetig arbeitenden Stelltransistors des Serienrcglcrs und eines Strommeß- ^!> Widerstandes gesteuert. Dadurch werden die Verluste am Stetig-Regler gering gehalten. Das dynamische Verhalten der Schaltung wird ausschließlich vom Schaltregler bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, die bei gutem Wirkungsgrad auch ein entsprechend gutes dynamisches Verhalten aufweist, so daß bei pulsierender Belastung Spannungseinbrüche am Ausgang des Stromversorgungsgerätes nicht mehr auftreten. Die Erfindung geht dabei von der bekannten

■'> Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus (DE-AS 16 16 728).

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Bemessung der Meßspannung für das in der Hilfsschaltung arbeitende, stetig wirkende Stellglied wird erreicht, daß dieses bei etwa konstanter Belastung des Stromversorgungsgerätes nicht stromführend ist. Jeder Spannungseinbruch, der bei plötzlich ansteigender Belastung vom Schaltregler nicht mehr überbrückt ^r>^r> werden kann, wird vom stetig wirkenden Stellglied in der Hilfsschaltung sofort ausgeregelt. Danach übernimmt der Schaltregler wieder unverzögert und ohne störenden Ausgleichsvorgang die Last, wobei gleichzeitig die Hilfsschaltung stromlos wird. Der zusätzliche ^hl) Aufwand für die Hilfsschaltung mit dem stetig wirkenden Stellglied kann daher wegen der nur kurzen Einsatzzeiten relativ sehr niedrig gehalten werden.

Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Aufwand für die Hilfsschaltung dadurch weiter verringert werden, daß dem schaltenden Stellglied und dem stetig wirkenden Stellglied eine gemeinsame Referenzspannungsquelle zugeordnet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand

eines Ausführungsbeispiels erläutert.

In Fig. 1 ist ein als Schaltregler ausgebildetes, durch eine Hilfsschaltung ergänztes Spannungsrcgelgerät im Prinzip dargestellt. Die F i g. 2 zeigt den Soannungsverlauf am Ausgang bei plötzlichem Übergang von Leerlauf auf Vollast.

Der Schallregler nach Fig. I besteht in bekannter Weise im wesentlichen aus dem schaltenden Stellglied TsI und der Speicherdrossel Dr im Längszweig und der Freilaufdic'le D und der Speicherkapazität C im Querzweig der Regelschaltung, deren Eingang E mit einer zu stabilisierenden Spannungsquelle und deren Ausgang Λ mit einem Verbraucher verbunden ist.

Zur Ansteuerung des Stellgliedes TsI befindet sich am Ausgang der aus den Widerständen Ri bis R 3 bestehende Mcßspannungsteiler, an dem eine der Ausgangsspannung proportionale Meßspannung abgegriffen wird, die im Steuerkreis des Regeltransistors Ts 2 mit der Referenzspannung der Z'jnerdiode Z verglichen wird. Vom Ausgang des Transistors Ts 2 wird ein Regelumsetzer R gesteuert, der Steuersignale für das Stellglied TsI liefert.

Die Hilfsschaltung besteht im wesentlichen aus einem stetig arbeitenden Stellglied Ts3, dessen Emitter-Kollektorstrecke einen gesteuerten Parallelzweig zur Reihenschaltung aus schaltendem Stellglied TsI und Speicherdrossel Dr des Schaltreglers darstellt. Die Steuerung des Parallelzweiges erfolgt wie beim Schaltregler in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung, jedoch mit einem etwas kleineren Sollwert. Am Verbindungspunkt der Widerstände Ri und R 2 des Meßspannungsteilers wird eine Meßspannung abgegriffen, die im Basis-Emitterkreis des zweiten Regeltransistors Ts4 ebenfalls mit der Referenzspannung der Zenerdiode Z verglichen wird. Vom Ausgang des Regeltransistors Ts4 wird der .Steuertransistor Ts 5 über den Widerstand #4 gesteuert. Die Emitter-Kollektorstrecke dieses Transistors ist der Emitter-Basisstrekke des Stellgliedes Ts 3 parallel geschaltet und beeinflußt so dessen Basisstrom.

Der Hilfsschaltung kann selbstverständlich auch eine völlig selbständige Regelschaltung zugeordnet werden.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Solange am Ausgang des Spannungsregelgerätes keine plötzlichen Laständerungen auftreten, wird der gesamte Laststroni aus dem Schaltregler geliefert. Das stetig arbeitende Stellglied is! dann gesperrt, da es im Bereich der zulässigen Toleranzen für die Ausgangsspannung für eine etwas kleinere Sollspannung als der Schallregler ausgelegt ist. Da beide Stellglieder das gleiche Referenzspannimgselement (Zenerdiode Z) benutzen, wird für das stetig wirkende Stellglied Ts 3 am Meßspannungsteiler eine über der Meßspannung für den Schaltregler liegende Spannung abgegriffen.

ι» Sinkt die Ausgangsspannung infolge einer stoßartigen Belastung kurzzeitig auf den Sollwert für die Hilfsschaltung, dann übernimmt der Transistor Ts 3 vorübergehend den Laststrom und verhindert ein weiteres Absinken der Spannung. Der in F i g. 2

ι"· dargestellte Verlauf der Ausgangsspannung bei einem Laststoß, z. B. von Leerlauf auf Vollast, zeigt, daß die Spannungsregelung über den Schaltregler (Kurve ajiim etwa 20% unierschwingt und nach leichtem IJberschwingen wieder den statischen Wert erreicht. Bei der

2« erfinclungsgcmäUcn Schaltung gehl die Spannung mir auf den Wert der stetigen Schaltung zurück (Kurve b) und erreicht anschließend nach einem vernachlässigbar kleinen Überschwingen den statischen Wert der Ausgangsspannung.

y> Im Falle einer Überlastung des Stromversorguiigsgcrätes muß außer dem Schaltregler auch die Hilfsschaltung mit dem stelig wirkenden Stellglied geschützt sein. Das kann z. B. in der Weise geschehen, daß den Parallelzweigen mit den Stellgliedern je ein Strommeß-

J» widerstand zugeordnet ist und daß die Strombegrenzung bei gleicher Strombegrenzungscharakteristik in der Hilfsschaltung vor der im Schaltregler einsetzt. Die Begrenzungscharakteristiken können sich auch so unterscheiden, daß der Schaltregler im Überslroinfall

i"> eine Konstantstrom-Kennlinie aufweist und die Hilfsschaltung eine rückläufige Kennlinie besitzt. Dadurch kann sicher verhindert werden, daß die Hilfsschaltung im Überstromfall den Kurzschlußstrom aufnehmen muß.

ti Die Stromüberwachiing kann auch so durchgefühlt werden, daß eine Überwachungsschaltung beide Regel teile beeinflußt. Die Schaltungsteile für die Stromüberwachiing sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nicht dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spannungsregelgeräl mit schallendem .Stellglied und einer ihm nachgesehalteten Speichereinrichtung, bei dem das schaltende Stellglied in Abhängigkeit von einer an einem Meßspar.mmgsteiler abgenommenen, der Ausgangsspannung proportionalen Meßspannung nach Vergleich mit einer Referenzspannung über einen Regelumsetzer gesteuert wird und mil einem weiteren, stetig arbeitenden Stellglied, das von einer der Ausgangsspannung proportionalen Meßspannung nach Vergleich mit einer Referenzspannung ausgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektorstrecke des stetig arbeitenden Steilgliedes (Ts3, Ts5; Hilfsschaltung) zwischen dem Pol der Eingangsspannung des Regelspannungsgerätes, der mit dem schaltenden Stellglied verbunden ist, und der entsprechenden Ausgangsklemme des gleichen Längszweiges angeordnet ist und daß bei gleicher Referenzspannung die vom Meßspannungsteiler für die Aussteuerung des stetig arbeitenden Stellgliedes (TsX Ts 5) abgegriffene zweite Meßspannung größer als die erste und derart bemessen ist, daß bei Absinken derselben auf einen Wert entsprechend dem Soliwert das stetig arbeitende Stellglied allein die Last übernimmt.

2. Spannungsregelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem schaltenden Stellglied (TsI) und dem stetig wirkenden Stellglied (Ts 3, Ts 5) eine gemeinsame Referenzspannungsquelle (Z) zugeordnet ist.

3. Spannungsregelgerät nacii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stellglieder (Ts 1; Ts.V Ts 5) getrennte Regelschaltungen besitzen.

4. Spannungsregelgerät nach einem der vorhergehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem schaltenden (TsI) und dein stetig arbeitenden Stellglied (Ts 3/ Ts 5) eine gemeinsame Siromüberwachungsschaltung zugeordnet ist.

5. Spannungsregelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Stellglieder getrennte Stromüberwachungsschaltungen vorgesehen sind, daß die Strombegrenzung für das stetig arbeitende Stellglied gegenüber dem schaltenden Stellglied bei kleineren Werten des Stromes einsetzt und daß die Begrenzungscharakteristiken angepaßt sind.

6. Spannungsregelgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung getrennter Stromüberwachungsschaltungen für das schaltende Stellglied (TsI) eine Konstantstrom-Charakteristik und für das stetig arbeitende (Ts 3/ 7s 5) eine fallende Charakteristik wirksam ist.