DE2007694C3 - Spannungsregelgerät mit schaltendem Stellglied - Google Patents

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 danri eingesetzt werden, wenn Verbraucher eine stark schwankende Belastung darstcl· len. Nachteilig ist dagegen, daß stetig wirkende Regler einen ungünstigen Wirkungsgrad besitzen und zum Abführen der in Wärme umgesetzten Verlustleistung einen beachtlichen Aufwand erfordern.

Spannungsregelgerflte 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 IQ Regelgröße ein. Die Dauer des Einschwingvo. gangs hängt von der Dämpfung und von der Eigenfrequenz ab. Die bei Entlastung auftretenden sog. Oberschwinger können durch Zenerdioden oder ähnlich wirkende Schaltungen auf zulässige Werte begrenzt werden.
Es ist auch bereits aus der DE-AS 16 16 728 bekannt, einen Zweipunktregler und einen Stetig-Regler in einem Stromversorgungsgerät derart zu kombinieren, daß die Ausgangsspannung des Zweipunktreglers an einen nachgeschalteten Stetig-Regler geführt ist. Mangels eines Drossel-Siebgliedes am Ausgang des Zweipunktreglers soll die der Ausgangsspannung überlagerte Störwechselspannung durch die Serienregelschaltung ausgeglichen werden. Diese Schaltung kann durch pulsierende Belastung entstehende Spannungseinbrüehe nicht kompensieren, ohne daß dafür eine sehr hohe Verlustleistung am Stetig-Regler in Kauf genommen würde.

Eine andere bekannte Stromversorgungs-Regelschaltung (US-PS 32 84 692) besteht aus der Hintereinander-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 Serienreglers und eines Strommeßwiderstandes 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 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 Aufwand für die Hilfsschaltung mit dem stetig wirkenden Stellglied kann daher wegen der nur kurzen liinsatzzeiten relativ sehr niedrig gehalten werden.

Gemäß der Vorteilhaften Weilerbildung der Erfin^

dung kann der Aufwand für die Hilfsschaltung dadurch

<" weiter verfingert werden, daß dem schaltenden Stellglied und dem stetig wirkenden Stellglied eine gemeinsame Referenzspannuriigsquelle zugeordnet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand

eines Ausführungsbeispiels erläutert.

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

Der Schaltregler nach Fig. 1 besteht in bekannter Weise im wesentlichen aus dem schaltenden Stellglied TsI und der Speicherdrossel Dr im Längszweig und der Freilaufdiode D und der Speicherkapazität C im Querzweig der Regelschaltung, deren Eingang E mit einer zu stabilisierenden Spannungsquelle und deren Ausgang A mit einem Verbraucher verbunden ist.

Zur Ansteuerung des Stellgliedes TsI befindet sich am Ausgang der aus den Widerständen Ri bis R 3 bestehende Meßspannungsteiler, an dem eine der Ausgangsspannung proportionale Meßspannung abgegriffen wird, die im Steuerkreis des Regeltransistors Ts2 mit der Referenzspannung der Zenerdiode 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 zus einem stetig arbeitenden Stellglied Ts 3, dessen Emitter-Kollektorstrecke einen gesteuerten ParaJlelzweig 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 R\ und R2 des Meßspannungsteilers wird eine Meßspannung abgegriffen, die im Basis-Emitterkreis des zweiten Regeltransistors Ts 4 ebenfalls mit der Referenzspannung der Zenerdiode Z verglichen wird. Vom Ausgang des Regeltransistors Ts4 wird der Steuertransistor Ts 5 über den Widerstand R4 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, v/ird der gesamte Laststrom aus dem Schaltregler geliefert. Das stetig arbeitende Stellglied ist dann gesperrt, da es im Bereich der zulässigen Toleranzen für die Ausgangsspannung für eine etwas kleinere Sollspannung als der Schaltreg ler ausgelegt ist. Da beide Stellglieder das gleiche Referenzspannungselement (Zenerdiode Z) benutzen, wird für das stetig wirkende Stellglied Ts 3 am Meßspannungsteiler eine über der Meßspannung für den Schaltregler liegende Spannung abgegriffen.

iü 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 dargestellte Verlauf der Ausgangsspannung bei einem Laststoß, z. B. von Leerlauf auf Vollast, zeigt, daß die Spannungsregelung über den Schaltregler (Kurve a)um etwa 20% unterschwingt und nach leichtem Überschwingen wieder den statischen Wert erreicht. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung geht die Spannung nur auf den Wert der stetigen Schallung zurück (Kurve b) und erreicht anschließend nach eint·.' vernachlässigbar kleinen Überschwingen den statisch :n Wert der Ausgangsspannung.

Im Falle einer Überlastung des Stromversorgungsgerätes muß außer dem Schaltregler auch die Hilfsschaltung m.i dem stetig wirkenden Stellglied geschützt sein. Das kann z. B. in der Weise geschehen, daß den Parallelzweigen mit den Stellgliedern je ein Strommeßwiderstand 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 Überstromfall

π eine Konstanlstrom-Kennlinie aufweist und die Hilfsschaltung eine rückläufige Kennlinie besitzt. Dadurch kann sicher verhindert werden, daß die Hilfsschaltung im Überstromfall den Kurzschlußstrom aufnehmen muß.

ίο Die Stromüberwachung kann auch so durchgeführt werden, daß eine Überwachungsschaltung beide Regelteile beeinflußt. Die Schaltungsteile für die Stromüberwuchung sind im Ausführungsbeispiel nach Fi g. 1 nicht dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Spannungsregelgerät mit schaltendem Stellglied und einer ihm nachgeschalteten Speichereinrichtung, bei dem das schaltende Stellglied in Abhängigkeit von einer an einem Mcßspannungsteiler abgenommenen, der Ausgangsspannung proportionalen Meßspannung nach Vergleich mit einer Referenzspannung über einen Regelumsetzer gesteuert wird und mit 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 Stellgliedes (Ts3, TsS; 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 (Ts 3, Ts 5) abgegriffene zweite Meßspannung größer als die erste und derart bemessen ist, daß bei Absinken derselben auf einen Wert entsprechend dem Sollwert das stetig arbeitende Stellglied allein die Last übernimmt.

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

3. Spannungsregelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stellglieder (Ts 1; Ts 3/ Ts 5) getrennte Regelschaumigen besitzen.

4. Spannungsregelgerät nach ei .em der vorhergehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem schaltenden (Tsi) und dem stetig arbeitenden Stellglied (Ts 3/Ts 5) eine gemeinsame Stromüberwachungsschaltung 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 (Ts\) eine Konstantstrom-Charakteristik und für das stetig arbeitende (Ts 3/Ts 5) eine fallende Charakteristik wirksam ist.