DE2011283C

DE2011283C - Spannungsregeleinrichtung

Info

Publication number: DE2011283C
Application number: DE19702011283
Authority: DE
Inventors: Koji Kodaira; Sekt Kunio Higashimurayama; Matsumura (Japan). G05f3-10
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-03-12
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1973-01-11

Description

Hch ist es bekannt (vgl. USA.-Patentschrift 3,022,457), für eine einstufige Transistorspannungsregeleinrichtung eine Reihenschaltung einer Z-Diode mit PTC-Charakteristik und drei Dioden mit NTC-Charakteristik zu verwenden. Außerdem ist es für einen Transistorverstärker in einer Spannungsregelanordnung nicht mehr neu (vgl. USA.-Patentschrift 3,178,633), zwei gegensinnig geschaltete Dioden mit PTC-Charakteristik vorzusehen.

Des weiteren ist eine Spannungsregeleinrichtung bekannt (vgl. französische Patentschrift 1,273,328), bei der im Emitter-Basis-Kreis eines Transistors ein temperaturabhängiges Bauelement liegt

Schließlich sind auch für sich Halbleiterbauelemente mit positivem Teraperatur-KoefPzienten bekannt (vgl. »Elektrie« 1968, Heft 2, S. 73. gemäß Strom-Spannungs-Kurve Bild 2).

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. ! das Schaltbild einer bekannten Spannungsregeleinrichtung;

F i g. 2 die Kennlinie der bekannten Spannungsregel einrichtung von Fig. 1 und der erfindungsgemäßen Spannungsregeieinrichtung:

F i g. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannung3regeleinrichtung und

Fig. 4 die Spannungs-Strom-Kennlinie eines Thermistors mit positiven¹ Widerstands-Temperatur-Koeffizienten, wie er für die erfindungsgemäße Spannungsregeleinrichtung verwendet wird.

Zur Erläuterung des Umstands, daß eine Zündschaltung zu Schwierigkeiten in der Spannungsregelung bei kleiner Last Ihrt. ist eine übliche Spannungsregeleinrichtung in F i g. 1 abgebildet.

In Fig. 1 bezeichnet Q, einen Stelltransistor, Q₂ einen eine Regelabweichung verstärkenden Transistor, R₁ und A₂ Widerstände eines Spannungs-Fühlers über rler Ausgangsspannung V₀, R₁ einen Emitterwiderstand des Transistors Q₂, Z eine Referenzdiode, R_t einen Zündwiderstand für den transistor Q₂, welcher Widerstand als NAenschlußwiderstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Stelltransistors Q₁ angeordnet ist, 8 eine Last und 2 eine Stromquelle, bestehend aus einer Wechselspannungsquelle 3, einer Gleichwchteranordnung 5 und einem Schalter 4.

in dieser Schakung vird beim Schließen des Schalters 4 ein Zündstrom (Basisstrom) in den Transistor Q₂ über den Zündwiderstand R_t eingespeist. Wenn der Transistor Q₁ arbeitet, beginnt der Stelltransist ι r Q₁ zu arbeiten. Der Betrieb dieser Spannungsregeleinrichtung wird nämlich durch den Zündwiderstand Λ₄ eingeleitet. Ohne den Zündwiderstand Λ₄ würde weder der Stelltransistor Q₁ noch der Transistor Q₂ zu arbeiten beginnen, selbst wenn der Schalter 4 geschlossen würde, so daß keine geregelte Spannung an die Last 8 abgegeben werden könnte.

Der Zündwiderstand R_A ist also für das Inbetriebnehmen der Spannungsregeleinrichtung unerläßlich. Der Zündv.iderstand A₄ hat jedoch den Nachteil, daß er Schwierigkeiten in der Spannungsregelung bei kleiner Last verursacht, wie Fig. 2 zu entnehmen ist. Wenn der Laststrom gering ist (kleine Last), dann steigt die LastHemmenspannung V₀ an, so daß die Spannungsregelung verlorengeht. Daher ist bei dieser bekannten Spannungsregeleinrichtung der Betriebsbereich der Laut 8 bei geregelter Spannung eingeschränkt Die Spannungsregeleinrichtung ist also nicht für kleine Last geeignet

Es soll jetzt die erfindungsgemäße Spannungsregeleinrichtung beschrieben werden:

In Fig. 3 ist ein Transistor Q₁ als Stelltruisistor zur Einstellung der an die Last angelegten Spannung vorhanden, während eine Schaltung 1 einen Spannungsfühler im Kollektorkreis des Stelltransistors Q, bildet. Der Spannungsfühler umfaßt Widerstände A₁

ίο und R₂ zum Erfassen der Kollekiorspanmrag des Stelltransistors Q₁, eine Referenzdiode (Z-Diode) Z zur Gewinnung eines Soll-Potentials und einen Emuierwiderstand A₃ eines weiteren Transistors Q₂. Dieser mit dem Spannungsfühler 1 verbundene Tran-

sistor Q₂ verstärkt die vom Spannungsfühler 1 erfaßte Regelabweichung bis zum Pegel des Basisansteuersignals des Stelltransistors Q₁. Die Emiferspannung des Stelltransistors -^₁ wird relativ zur Kollek torspannung des Stelltransistc rs Q₁ durch die Referenzdiode Z konstant gemacht. Die Basisspannung des Transistors Q₂ folgt der Änderun* der Kollektor Spannung des Stelltransistors Q₁. Wie in der Spannungsregeleinrichtung von Fig. 1 ist eine Stromquelle 2 vorhanden, die eine Wechselspannungsquelle 3, einen Schalter 4 und eine übliche Gleichrichteranordnung 5 zum Gleichrichten des Wechselstroms von der Wechselspannungsquelle 3 und zur Einspeisung der gleichgerichteten Spannung in Eingangsanschlüsse /, und /, der Spannungsregeleinrichtung umfaßt. 8 stellt eine Last zwischen Ausgangsanschlüssen O₁ und O₂ dar.

Erfindungsgemäß ist ein Thermistor R₅ vorhanden, der einen positiven Widerstands-Temperatur-Koeffizienten hat. von dem ein Ende mit der Basis des Stelltransistors Q₁ und das andere Ende mit einer Leitung l_c für ein gemeinsames Bezugspotential verbunden ist. Die Spannungs-Strom-Kennlinie des Thermistors A₅ bei konstanter Umgebungstemperatur ist in Fig. 4 aufgetragen, wonach der Thermistor /J₅ niederohmig bei niedriger angelegter Spannung und hochohmig bei hoher Spannung ist. Als Thermistor A₅ können übliche Thermistoren mit positivem Widerstands Temperatur-Koeffizienten benutzt werden.

Es soll jetzt das Einschwingverhalten der erfindungsgemäßen Spannungsregeieinrichtung betrachtet werden, wenn der Schalter 4 geschlossen wird. Wenn der Schalter 4 geschlossen wird, wird anfangs der Thermistor /J₅ nicht erhitzt, so daß er niederohmig ist. Daher fließt ein Strom zur Basis des Stelltransistors Q₁ über den Thermistor R_s. Dann wird der Stelltransistor Q₁ leitend gemacht, und er legt eine Spannung V₁ vom Eingangsanschiuß i, am Ausgangsanschluß O ι als Spannung K₀ an. Durch das Anlegen der Spannung V₀ am Spannungsfühler 1 wird die 5 Ausgiiposspannung V₀ auf ein Potential eingeregelt, das vorbestimmt ist durch die Widerstände R₁ und R₇, die , Referenzspannung V₁ der Referenzdiode Z und den Verstärkungsfaktor des Transistors Q₂ durch die Mitkopplung des Transistors Q₂. Zu diesem Zeitpunkt nimmt, da eine höhere Spannung als die kritische Spannung V_n, von Fig. 4 am Thermistor R₅ angelegt wird, dessen Widerstandswert wegen des ihn durchfließenden Stroms zu, wodurch der normale Betrieb des Stelltransistors Q₁ und des Transistors Q₂ nicht gestört wird.

Erfindungsgemäß wird . also ganz am Anfang, wenn der Schalter 4 geschlossen wird, der Zündstrom des Stelltransistors Q₁ durch den Thermistor

R₅ geleitet, der sich im niederohmigen Zustand befindet. Im normalen Betriebszustand der Spannungsregeleinrichtung ist jedoch der Thermistor R₅ so hochohmig, daß die Basis des Stelltransistors Q, von der Leitung I₀ des gemeinsamen Bezugspotentials getrennt ist.

Durch die Spannungsregeleinrichtung gemäß der Erfindung kann daher eine Spannungsregelung auch

Für kleine Lasten vorgenommen werden, so daß der wirksame Betriebsbereich Δ I größer wird (vgl. Fig. 2).

Erfindungsgemäß ist also ein Thermistor mit positivem Widerstands-Temperatur-Koeffizienten vorgesehen. Auf einfache Weise kann dadurch ein größerer Betriebsbereich bei niedriger Leistungsaufnahme erzielt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Spannungsregeleiiirichtung, die zwischen einer Stromquelle und einer Last angeordnet ist, mit einem Stelltransistor, der einen Emitter, eine Basis and einen Kollektor zur Regelung der an die Last angelegten Spannung aufweist und dessen Emitter an die Stromquelle anschließbar ist, mit einem Ausgangsanschluß, der einerseits an den Kollektor to des Stelltransistors und andererseits an.die Last angeschlossen ist, mit einem Spannungsfühler, der mit dem Kollektor des Stelltransistors zur Erfassung eines Regelabweichungssignals proportional zu der Potentialdifferenz zwischen dem Ist-Poten- π tial am Ausgangsanschluß und einem Soll-Potential verbunden ist, und mit einer Verstärkerschaltung, die zwischen der Basis des Steiltransistors und dem Spannungsfühler angeordnet ist, um das Regelabweichungssignal zu verstärken und das verstärkte Regelabweichungssignal in die Basis als Stellsignal einzuspeisen, so daß der Leitwert des Stelltransistors durch das Stellsignal verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermistor (JJ₅) mit einem positiven Widerstands-Temperatur-Koeffizienten zwischen der Basis des Stelltransistors (öi) und einem gemeinsamen Bezugspotential (Leitung /_c) angeordnet ist, der beim Zünden des Stellfansistors niederohmig ist und einen Zündstrom in den Stelltransistor abgibt, während er ausreichend hochohinig zuifi Trennen der Basis des Stelltransistors von uero gemeinsamen Bezugspotential beim normalen Betr.-b des Stelltransistors ist (Fig. 3, 4).

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsregel einrichtung, die zwischen einer Stromquelle und einer 4s Last angeordnet ist, mit einem Stelltransistor, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor zur Regelung der an die Last angelegten Spannung aufweist und dessen Emitter an die Stromquelle anschließbar ist, mit einem Ausgangsanschluß, der einerseits an den Kollektor des Stelltransistors und andererseits an die Last angeschlossen ist, mit einem Spannungsfühler, der mit dem Kollektor des Stelltransistors zur Erfassung eines Regelabweichungssignals proportional zu der Potentialdifferenz zwischen dem Ist-Potential am Ausgangsanschluß und einem Soll-Potential verbunden ist, und mit einer Verstärkerschaltung, die zwischen der Basis des Stelltransistors und dem Spannungsfühler angeordnet ist, um das Regelabweichungssignal zu verstärken und das verstärkte Regelabweichungssignal in die Basis als Stellsignal einzuspeisen, so daß der Leitwert des Stelltransistors durch das Stellsignal verstellbar ist Eine derartige Spannungsregeleinrichtung soll eine konstante Gleichspannung an die Last unabhängig von Schwankungen der Stromquelle abgeben.

Eine derartige Spannungsregeleinrichtung, bei der die Last mit der Kollektorseite und die Stromquelle nut der Emitterseite des Stelltransistors verbunden ist, wird auch KollektorfolgeT-Spannungsregeleinrichtung genannt.

Die Kollektorfolger-Spannungsregeleinrichtung hat eine bessere Welligkeitsunterdrücknng als die üblichen Ernitterfolger-Spannungsregelemrichtungen, jedoch den Nachteil, daß sie eine Zündschaltung benötigt

Als Zündschaltung ist eine Schaltung bekannt, bei der ein Widerstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Stelltransistors oder zwischen der Basis des Stelltransistors und einer Spannungsversorgungsleitung geschaltet ist Bei beiden Schaltungen kann je-Joch kerne Spannungsregelung bei geringer Last vorgenommen werden, d.h. der wirksame Regelbereich ist durch Lastschwankungen beschränkt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsregeleinrichtung der eingangs genann ten Art anzugeben, bei der die Spannungsregelung bei kleiner Last unbeeinflußt bleibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ge löst, daß ein Thermistor mit einem positiven Wider stands-Temperatur-Koeffizienten zwischen der Basis des Stelltransistors und einem gemeinsamen Bezugs potential angeordnet ist. der beim Zünden des Stell transistors niederohmig ist und einen Zündstrom in den Stelltransistor abgibt, während er ausreichend hochohmig zum Trennen der Basis des Stelltransi stors von dem gemeinsamen Bezugspotential beim normalen Betrieb des Stelltransistors ist

Bei der erfindungsgemäßen Spannungsregeleinrich rung wird also der Zündstrom in den Stelltransistor über den Thermistor eingespeist.

Demgegenüber war lediglich bekannt eine Anord nung zur temperaturabhängigen Regelung der Aus gangsspannung einer Energiequelle (vgl. Deutsche Auslegeschrift 1,200,426), die ein?? temperaturempfindliche Brücke und eine mit zwei Eingängen versehene Vergleichsschaltung aufweist von der ein Eingang an einen Diagonalpunkt der Brücke und der andere Eingang an einen Zweig von der Ausgangsseite der Energiequelle angeschlossen ist. Die Brücke hat vier Zweige und enthält in zwei sich gegenüberliegenden Armen temperaturabhängige Widerstände mit niedrigem thermischem Widerstandswert, während die Vergleichsschaltung und die von einer Stromquelle gespeiste Energiequelle jeweils zwei Transistoren aufweist. Durch diese bekannte Anordnung soll eine temperaturabhängige Regelung der Ausgangsspannung einer Energiequelle mit Bezug auf die am Energieverbraucher vorhandene Raumtemperatur erreicht werden, d. h. die Ausgangsspannung soll nicht konstant gehalten werden.

Es ist ferner ein Zweipunktregler, insbesondere für Temperatur Regelungen, bekanntgeworden (vgl. öster reichische Patentschrift 231,012). um bei verhältnis mäßig langsam verlaufenden Vorgängen eint definierte Ein und Ausschaltung zu erzielen. Auch hier ist eine Briickensjhaltung mit einem als Fühler wirkenden temperaturabhängigen Widerstand in Form eines NTC-Widerstarids vorgesehen. Diese temperaturabhängige Brückenschaltung steuert einen zweistufigen Transistorverstärker, der ein Relais schaltet.

Eine andere bekannte Strom- und Spannungsregelanordnung (vgl. USA.-Patentschrift 2,693,572) weist zur Beschallung eines Transistors eine Z-Diode mit PTC-Charakteristik und einen temperaturkompensierenden Widerstand mit PTC-Charakteristik auf. Ähn-