DE2020036A1 - Stromversorgungseinrichtung zur Erzeugung einer konstant geregelten Gleichspannung aus einer Wechselspannung - Google Patents

Stromversorgungseinrichtung zur Erzeugung einer konstant geregelten Gleichspannung aus einer Wechselspannung

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DE2020036A1
DE2020036A1 DE19702020036 DE2020036A DE2020036A1 DE 2020036 A1 DE2020036 A1 DE 2020036A1 DE 19702020036 DE19702020036 DE 19702020036 DE 2020036 A DE2020036 A DE 2020036A DE 2020036 A1 DE2020036 A1 DE 2020036A1
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power
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Reinhard Loehlein
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ZENTRO ELEKTRIK GmbH
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ZENTRO ELEKTRIK GmbH
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

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  • Automation & Control Theory (AREA)
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Description

  • "Stromversorgungseinrichtung zur Erzeugung seiner konstant geregelten Gleichspannung aus einer Wechselspannung" Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung, die aus einer Wechselspannung eine konstant geregelte Gleichspannung erzeugt, und die aus einem Wechselspannungswandler, aus einer elektrischen Regeleinrichtung, die die geregelte Gleichspannung (Istwert) mit einer Vergleichs spannung oder einem Vergleichsstrom (Sollwert) vergleicht und aus diesem Vorgang ein elektrisches Regelsignal erzeugt, und aus einer oder, zur Ausdehnung des Bereiches des Ausgangs stromes der Stromversorgungseinrichtung, aus mehreren in Paralleischaltung angeordneten elektrischen Leistungseinrichtungen besteht und bei der bede Leistungseinrichtung ein elektronisches Stellglied im hauptstromfihrenden Längs zweig enthält, das von einem elektrischen Regelsignal beeinflußt wird.
  • Derartige Stromversorgungseinrichtungen liefern beispielsweise die Betriebsspannungen für eine Vielzahl von elektronischen Daten- und Nachrichtengeräten und -anlagen. Die daraus resultierende Vielfalt an Betriebsspannungen und Maximalströmen erfordert eine Vielfalt in der Dimensionierung der Stromversorgungseinrichtungen. Um hier ein wirtschaftliches Maß zu erreichen, werden, wie allgemein bekannt ist, Stromversorgungseinrichtungen aus Grundgeräten und hinzugefügten Erweiterungsgeräten aufgebaut.
  • So ist in einem Fall bekannt (Druckschrift Nr. 26 916 der Fa.
  • P. Gossen & Co. GmbH, Erlangen, Seite R2/17), ein Stromversorgungsgerät in St eckkart enform durch Zusammenschalten mit einer Deistungssteckkarte und gegebenenfalls zusätzlich noch mit einer Zusatzsteckkarte zu erweitern. Der Erweiterungsbereich ist durch die Kombination von maximal drei Steckkarten begrenzt. Außerdem muß hierzu die Grundsteckkarte modifiziert werden.
  • In einem anderen bekannten Fall (Druckschrift "geregelte Netzgeräte" 1967 der Fa. Hewlett-Packard Vertriebs-GmbH, Frankfurt, Seite 14) ist zu einem als Grundgerät bezeichneten Stromversorgungsgerät ein zweites parallelgeschaltet. Das Parallelgerät wird dadurch auf die Betriebswerte des Grundgerätes geregelt, daß der Regelverstärker des Parallelgerätes die geregelten Gleichspannungen, die zwischen dem Stelltransistor und dem Begrenzerwiderstand bezüglich des Bezugspunktes auftreten, der beiden Geräte miteinander vergleicht. Nach diesem Pr=azip lassen sich zum- Grundgerät mehrere gleichartige Geräte parallelschalten. Jedoch müssen alle Parallelgeräte außer der Leistungseinrichtung den relativ hohen Aufwand einer Regeleinrichtung mit enthalten.
  • Es ist weiterhin bekannt (Elektronik 1965, Heft 11, Seite 330 bis 331) mehrere mit einem Begrenzungswiderstand kombinierte Stellgliedtransistoren parallel zu schalten. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, daß die vorgeschaltete Gleichrichtereinrichtung großvolumige und teuere elektrische Bauelemente enthält.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in weitem Strombereich erweiterungsfähige Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, bei der eine nicht zu modifizierende Grundeinrichtung mit einer beliebigen Anzahl gleichartiger Erweiterungseinrichtungen (Leistungseinrichtungen) kombinierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aede »Leistungseinrichtung eine Gleichrichtungsschaltung enthält, an deren einen Ausgangspol der Eingangspol des elektronischen Stellgliedes angeschlossen ist, deren anderer Pol an das gemeinsame Bezugspotential der Stromversorgungseinrichtung angeschlossen ist und deren Schaltung so ausgebildet ist, daß beim Parallelschalten zweier oder mehrerer Leistungseinrichtungen an den parallelgeschalteten nicht am elektronischen Stellglied liegenden Polen der Gleichrichtungsschaltungen keine Ausgleichsströme fließen, und daß dementsprechend der Wechselspannungswandler in seiner Ausbildung an die Schaltungsausbildung der Gleichrichtungsschaltung der Leistungseinrichtungen angepaßt ist.
  • In einer möglichen Ausbildung der Erfindung besteht die Grundeinrichtung der Stromversorgungseinrichtung aus einer Regelkarte, die eine gedruckte Schaltung mit einer Anschlußvorrichtung, beispielsweise einer mehrpoligen Steckvorrichtung, und die Elemente der Regeleinrichtung und einer erfindungsgemäßen Leistungseinrichtung enthält, und die Erweiterungseinrichtungen bestehen aus den Leistungskarten. Jede Iieistungskarte enthält auf einer gedruckten Schaltung die Elemente der erfindungsgemäßen Leistungseinrichtung und ist mit einer elektrischen Anschlußvorrichtung versehen.
  • Die Kombination der Karten erfolgt beispielsweise in einer Parallelschaltung der Leistungskarten einerseits und einer Parallel schaltung der Eingangsseite des Leistungskartenpaketes mit der Eingangsseite der Beistungseinrichtung auf der Regelkarte und der elektrischen Verbindung des Leistungsausganges der Regelkarte mit dem Stellgrößenanschluß des Beistungskartenpaketes.
  • Die Gleichrichtungsschaltung in der Leistungseinrichtung der Erfindung ist beispielsweise als eine Doppelweggleichrichtung ausgebildet, deren Fußpunkt in diesem Ausführungsbeispiel an den Mittelanzapf der Sekundärwicklung eines als Transformator ausgebildeten Wechselspannungswandlers angeschlossen ist.
  • Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß in einem elektrischen Spannungsbereich åede geforderte Stromgröße einer Stromversorgungseinrichtung mit nur zwei Kartentypen realisiert werden kann. Das bedeutet eine wesentliche Vereinfachung in der Fertigung und in der Lagerhaltung der Karten. Liegen bei den Karten die Pole der Leistungseinrichtung immer auf denselben Anschlußpunkten der Anschlußvorrichtungen, so ergibt sich eine sehr einfache und billige Grundverdrahtung in der Stromversorgungseinrichtung, die durch einfaches Einstecken weiterer Leistungskarten jederzeit eine Erweiterung des Strombereiches der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung zuläßt. Die in der Leistungseinrichtung enthaltenen und an deren Leistungsbedarf optimal angepaßten Gleichrichterschaltungen erlauben die Verwendung kleiner und billiger, auf allen Platten gleicher Bauelemente, trotz der Vielfalt der sich im Strombereich unterscheidenden Stromversorgungseinrichtungen. Ein weiterer Vorteil ist, daß durch die Wärmeabgabe der über einen großen Volumenteil der Stromversorgungseinrichtung verteilt angeordneten Leistungskarten ein verhältnimäßig gleichmäßiges Temperaturfeld entsteht, das leicht zu kontrollieren und zu beherrschen ist.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der dargestellten Zeichnungen naher beschrieben.
  • In derZeichnuag ist: Big. 1 das Blockschaltbild einer Beistungseinrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 das Blockschaltbild einer Regelkarte in einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, Fig. 3 die Schaltung der Stromversorgungseinrichtung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, ilig. 4 und 5 das Blockschaltbild zweier weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Die Leistungseinrichtung 1 gemäß der Erfindung umfaßt im Beispiel der Fig. 1 eine Gleichrichtungsschaltung 2 und ein elektronisches Stellglied 3. Die Gleichrichtungsschaltung wird aus einer Sekundärwicklung 4 eines an einem Wechselstromnetz liegenden Transformators 5-gespeist. Der gleichstromseitige Fußpunkt 6 der Gleichrichtungsschaltung 2 ist an den Nittenanzapf 7 der Wicklung 4 geschaltet. Der andere Gleichspannungspol 8 der Gleichrichtungsschaltung liegt am Leistungseingang des elektronischen Stellgliedes 3, an dessen Leistungsausgang, gleichbedeutend mit dem Leistungsausgang 9 der Bei-stungseinrichtung, die- iusgangsgleichspannung von einem elektrischen Regelsignal an StellgrößeneIngang 10 abhängig ist.
  • Auf einer Regelungskarte 11, die als ein Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist, befindet sich eine Leistungseinrichtung 12 und eine RegeSungseinrichtung 13. Die Gleichrichtungsschaltung 14 liefert die ungeregelte Gleichspannung, die im elektronischen Stellglied 15 auf den geforderten Spannungswert am Leistungsausgang 16 der Stromversorgungseinrichtung in Fig. 2 eingestellt wird. Diese Spannung am Leistungsausgang 16 wird als Istwert in einem Regelverstärker 17 mit der in einer Referenzschaitung 18 erzeugten hochkonstanten Referenz- bzw.
  • Sollwertspannung verglichen. Aus dem Vergleich leitet der Regelverstärker 17 ein Regelsignal für das elektronische Stellglied 15 ab. Im dargestellten Beispiel enthält die Regeleinrichtung 13 eine separate Gleichrichtungsschaltung 19 zur-Speisung ihres Regelverstärkers 17 und ihrer Referenzschaltung 18.
  • In Fig. 3 ist ein Schaltungsbeispiel der in Fig. 2 dargestellten Stromversorgungseinrichtung gezeigt, die mit einer auf einer Leistungskarte befindlichen und in Fig. 1 dargestellten Leistungseinrichtung 1 erweitert ist. Die Gleichrichtungsschaltungen 2 und 14 sind als Doppelweggleichrichterschaltungen ausgebildet, die parallel an eine gemeinsame Sekundärwicklung 4 des Transformators 5 geschaltet sind. Der Mittenanzapf 7 der Wicklung 4 verändert sein Spannungspotential gegenüber dem Gleichspannungspotential am Ausgang 8 bzw. 20 der Doppelweggleichrichterschaltung nicht. Die Fußpunkte 6 und 22 der Doppelweggleichrichterschaltungen liegen deshalb gemeinsam am Mittenanzapf 7 der Wicklung 4 und definieren den freien Bezugspol 23 der Stronversorgungseinrichtung.
  • Die Gleichrichtungsschaltung 19 erzeugt aus der Wechselspannung einer separaten Wicklung 24 des Transformators 5 eine vorstabilisierte Betriebsspannung für den aus zwei Transistorstufen bestehenden Regelverstärker 17 und die Referenzschaltung 18. In der Referenzschaltung erzeugt eine Konstantstromquelle 25 an einem einstellbaren MeRwiderstand 26 eine hochkonstante Soll- bzw. Referenzspannung Ur, die im Regelverstärker der Eingangstransistor 27 an seiner Basis mit der über die Fuhlerleitung 28 an seinem Emitter liegenden Spannung Ua des Leistungsausgangs 16 vergleicht. Die verstärkte Differenzspannung wird als Regelsignal dem elektronischen Stellglied 15, aus einem Treiber- und einem Stellgliedtransistor in Kaskadenschaltung bestehend, zugeführt und damit dessen Regelsignal (Längswiderstandswert) verändert. Das elektronische Stellglied 15 auf der Regelpiatte übernimmt in der dargestellten Schaltung die Funktion einer doppelstufigen Transistortreiberschaltung für das elektronische Stellglied 3 auf der Leistungsplatte 1. Die Ausgangsspannung des Stellgliedes 15 auf der Regelplatte 11 gelangt als Regelspannung über die Regelleitung 29 an die Basis des als Stellglied dienenden Leistungstransistors auf der Leistungskarte 1.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Leistungselnrichtung der Leistungskarte in allen ihren Ansch.lußpunkten parallel zu den Anschlußpunkten der Leistungseinrichtung- auf der Regelkarte geschaltet, so daß der Ausgang des Regelverstärkers sowohl den Stellgrößeneingang des Stellgliedes 15 auf der Regelkarte, als auch den Stellgrößeneingang des Stellgliedes 3 auf der Leistungskarte unmittelbar mit dem Regelsignal bedient.
  • Das Ausführungsbeispiel einer Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 4 entspricht dem um eine oder mehrere Leistungskarten (Fig. 1) erweiterten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.
  • Es zeigt, wie durch einfaches Parallelschalten weiterer Leistungskarten 1a, Ib, .... der Strombereich einer Stromversorgungseinrichtung erweitert wird.
  • In Fig. 5 ist in einem Beispiel dargestellt, wie am Leistungsausgang der Regelkarte zwei (oder mehrere) Leistungskarten als Regelsignalverstärker angeschlossen sind, die je einen Satz parallelgeschalteter Leistungskarten regeln, und wie die Leistungsausgänge aller geregelten Leistungskarten parallelgeschaltet sind und von der Regeleinrichtung überwacht werden.

Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    S Stroversorgungseinrichtung, die aus einer Wechselspannung eine konstant geregelte Gleichspannung erzeugt, und die aus einem Wechselspannungswandler, aus einer elektrischen Regeleinrichtung, die die geregelte Gleichspannung (Istwert) mit einer Vergleichsspannung oder einem Vergleichs strom (Sollwert) vergleicht und aus diesem Vorgang ein elektrisches Regelsignal erzeugt, und aus einer oder, zur Ausdeknung des Bereiches des Ausgangsstromes der Stromversorgungseinrichtung, aus mehreren in Parallelschaltung angeordneten elektrischen Leistungseinrichtungen besteht und bei der jede Leistungseinrichtung ein elektronisches Stellglied im hauptstromführenden Längs zweig sthalt, das von einem elektrischen Regelspiegel beeinflußt wirds dadurch gekennzeichnet, daß jede Leistungseinrichtung (1) eine Gleichrichtungsschaltung (2) enthält, an deren einen Ausgangspol (8) der Bingangspol des elektronischen Stellgliedes (3) angeschlossen ist, deren anderer Pol (6) an das gemeinsame Bezugspotential (23) der Stromversorgungseinrichtung angeschlossen ist und deren Schaltung so ausgebildet ist, daB beim Parallelschalten zweier oder mehrerer Leistungseinrichtungen (1) an den parallelgeschalteten nicht am elektronis@@e@ @@ellglied liegenden Ausgangspolen (6) der Gleichrichtungsschaltungen keine Ausgleichsströme fließen, und daß dementsprechend der Wechselspannungswandler (5) in seiner Ausbildung an die Schaltungsausbildung der Gleichrichtungsschaltung der Leistungseinrichtung angepaßt ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der Leistungseinrichtung auf einer mit einer gedruckten Schaltung und einer elektrischen Anschlußvorrichtung versehenen Karte (Leistungskarte) angeordnet sind.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer mit einer gedruckten Schaltung und einer elektrischen Anschlußvorrichtung versehenen Karte (Regelkarte) die Elemente der Regel einrichtung und die Elemente einer Leistungseinrichtung angeordnet sind, und daß in der gedruckten Schaltung der Ausgang der Regel einrichtung mit dem Stellgrößeneingang des elektronischen Stellgliedes elektrisch leitend verbunden ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Regelkarte und eine Leistungskarte enthält, und daß sowohl die Wechselspannungseingänge der Leistungseinrichtungen auf den beiden Karten.parallelgeschaltet sind als auch die nicht am elektronischen Stellglied liegenden Ausgangspole der Gleichrichtungsschaltungen der Leistungseinrichtungen auf den beiden Karten parallelgeschaltet sind, und daß der Anschlußpunkt für den Ausgang des Stellgliedes auf der Regelkarte elektrisch mit dem Anschlußpunkt für den Stellgrößeneingang des Stellgliedes auf der Leistungskarte verbunden ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennseichnet, daß sie eine Regelkarte und zwei oder mehr Leistungskarten enthält, und daß die Leistungskarten an den Anschlußpunkten für die Pole der Leistungseinrichtungen parallelgeschaltet sind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtungsschaltungeine Doppelweggleichrichterschaltung mit einem nachgeschalteten Glättungskondensator ist, die eingangsseitig an den Anfang und das Ende einer mittenangezapften Wicklung eines als Wechselspannungswandlers ausgebildeten Transformators angeschlossen ist, und deren nicht am elektronischen Stellglied liegender Ausgangspol mit dem Mittenanzapf der Transformatorwicklung verbunden ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Stellglied aus der Reihenschaltung eines Transistors In Emitterschaltung und eines Ausgleichwiderstandes zwischen dem Emitter des Transistors und dem Ausgangspol der Leistungseinrichtung besteht.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5263617A (en) * 1992-12-10 1993-11-23 Martin Bernard E Garment waistband expander apparatus
US7090243B2 (en) 2002-04-02 2006-08-15 Takata Corporation Airbag apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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