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"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.
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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.
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So ist in einem Fall bekannt (Druckschrift Nr. 26 916 der Fa.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der dargestellten Zeichnungen naher beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Ausführungsbeispiel einer Stromversorgungseinrichtung nach Fig.
4 entspricht dem um eine oder mehrere Leistungskarten (Fig. 1) erweiterten Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3.
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Es zeigt, wie durch einfaches Parallelschalten weiterer Leistungskarten
1a, Ib, .... der Strombereich einer Stromversorgungseinrichtung erweitert wird.
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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.