DE2054858A1 - Schaltungsanordnung für mit Transistoren geregelte Netzgeräte - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für mit Transistoren geregelte Netzgeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine schaltungsanordnung für mit Transistoren geregelte Netzgeräte. Mit derartigen Netzgeräten kann die Ausgleichs Spannung unabhingig von den Eingangswechselspannunguänderungen konstant gehalten und die Welligkeit der Gleichspannung (Brummspannung) auf ein Minimum gebracht werden (Siebung). Weiterhin besteht mit der Regelschaltung die Möglichkeit, die Ausgangsspannung in einem bestimmten Bereich stufenlos einzustellen0 In jedem Fall muß die bei der Regelung auftretende Verlustleistung von der Regelschaltung, insbesondere von den Rsgeltransistoren, die gewöhnlich als veränderbare Vorschaltwiderstände zur Last geschaltet sind, aufgebracht werden.
• Diese Verlustleistungen sind oft beträchtlich. Deshalb müssen diese Transistoren mit relativ großen Kühiblechen versehen werden.' Außerdem ist der Wirkungsgrad derartiger mit Transistoren geregelter Netzgeräte nicht gut, da ein großer Teil der dem Netzgerät zugeführten Leistung als Verlustleistung von den Regeltransistoren in Form von Wärme abgegeben wird.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der eingangs genannten Netzgeräte zu verbessern.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ii Wechselstromkreis des Netzgerätes ein in Abhängigkeit von der gewünschten Spannung den Stromfluß unterbrechender und freigebende Schalter angeordnet ist.
• Auf diese Weis wird die vom Netzgerbt aufgenommene Leistung derart geregelt und begrenzt, daß diese ohne weitere Regelung zum gewünschten Wert der gleichgerichteten Spannung führt. In der der Gleichrichter- und Gllttungsschaltung nachgeschalteten Transistorregelschaltung wird nur noch die der Gleichspannung überlagerte Brummspannung gesiebt, und es werden eventuell auftretende Spannungsachwankungen ausgeregelt. Die Regel- bzw. Stabilisierungsverluste sind bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nur noch von der Größe der Brummspannung und Änderung der Netzspannung bestimmt und damit gering. Dadurch ist der Wirkungsgrad wesentlich höher als bei den bekannten mit Transistoren geregelten Netzgeräten. Ein weiterer, sehr wichtiger Vorteil ergibt sich dadurch, daß keine aufwendigen Kühleinrichtungen mehr erforderlich sind und deshalb leistungsstarke Netzteile auf kleinem Raum unterzubringen sind.
• Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird der Schalter in Abhängigkeit der Abweichung der gleichgerichteten Spannung von der gewünschten Gleichspannung gesteuert. Auf diese Weise werden auch eventuell auftretende Schwankungen der Eingangswechselspannung von dem den Schalter steuernden Regelkreis ausgeregelt, so daß die Verlustleistung der Regeltransistoren noch weiter herabgesetzt wird.
• Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird die hinter dem Gleichrichter des Netzgerätes anstehende Spannung über einen zur Einstellung der gewünschten Gleichspannung einstellbaren Spannungsteiler einem Vergleicher zugeführt und dort mit einer Referenzspannung verglichen. Es wird also die gleichgerichtete Spannung direkt als Steuerspannung für den Regelkreis herangezogen, so daß der nachgeschalteten Transistorregelschaltung schon eine geregelte Spannung zugeführt wird.
• Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Regeltransistor (Längstransistor) als veränderbarer Vorschaltwiderstand zur Last geschaltet ist, wird der Schalter in Abhängigkeit der Kollektor-Emitter-Spannung des Regeltransistor gesteuert. Diese Schaltung weist den Vorteil auf, daß die Regelschaltung so eingestellt werden kann, daß der Regeltransistor imzaer in der Nähe seiner Kollektor-Emitter-Restspannung arbeitet und deshalb die Verlustleistung die minimalst notwendige ist und somit das Netsgerät mit dem best möglichen Wirkungsgrad arbeitet.
• Die Erfindung wird vorteilhaft dadurch weitergebildet, daß der Schalter von einer Phasenanschnittsteuerung steuerbar ist. Auf diese Weise tritt keine zusätzliche Welligkeit bzw. Brummspannung auf.
• Eine Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Netzgeräte mit Dopp.lweggleichrichtung. Sie ist dadurch gekannzeichnet, daß al Schalter antiparallel geschaltete und in Primärkreis des Netstransformators angeordnete gesteuerte Gleichrichter Verwendung finden. Durch die Verwendung von gesteuerten Gleichrichtern wird eine schnelle Regelung erzielt und durch die Anordnung derselben auf eine Primärseite des Netztransformators die Verlustleistung gering gehalten, da auf der primärseite eines Netztransformators üblichet Waise kleinere Ströme fließen als auf der Sekundärseite. Außerdam wird dadurch noch die sonst notwendige Glättungsdrossel einquesperrt, da der Netztransformator deren Funktion mit übernimmt. Eine einfachs Ansteuerung ergibt sich, wenn der Schalter ein Triac ist.
• In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Brfindung dargestellt.
• Fig. 1 zeigt ein erstes, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 3 ein Diagramm über den seitlichen Verlauf der gleichgerichteten Spannungen.
• In der nachfolgenden Beschreibung, in der auch die Merkmale der Unteransprüche näher erläutert sind, wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
• In Fig. 1 ist mit dem Wechselstromnetz 1 - 2 ein Netztransformator 3 verbunden. Im Primärkreis des Netatransfornators liegt ein Triac 4 (der Triac konnte auch im Sekundärkreis des Netstransformstors 3 angeordnet sein). Der Triac 4 wird von einer Phasenanschnittsteuerung 5 angesteuert. Da der Netstransformator 3 eine sich ändernde Induktivität darstellt und dadurch der Triac 4 ungewollt durch einen evtl. auftretenden Einschwingvorgang frühzeitig gelöscht würde, wird der Triac 4 nicht durch eine Impulsreihe im Einschaltmoment, sondern durch einen breiten Impuls, der während der ganzen gewollten Einschaltdauer vorhanden ist, angesteuert. Wie aus Fig.4 hervorgeht, kann auch hier eine galvanische Trennung über den Transformator 25 zwischen des Netz und der Regelschaltung angewendet werden. Der Triac 26 wird gesUndet und hält über den Widerstand 27 den Trisc 4 kontinuierlich angesteuert. Die Widerstände 27 und 28 sind so bemessen, daß i1 immer susreichenden Zündstrom und i2 immer ausreichenden Haltestrom für den Triac 26 liefert.
• Der Triac 26 braucht also nur dis Ströme i1 und i2 zu schalton. An die Sekundärwicklung des Netztransformators 3 ist ein Doppelweggleichrichter 6 geschaltet, an dessen Gleichstromausgang ein Glättungskondensator 7 liegt. Die geglättete Spannung UB wird in bekannter Weise einer an sich bekannten Transistorregelschaltung 8 zugeführt, die im wesentlichen aus einem als Vorschaltwiderstand zur Last 10 geschalteten Regeltransistor 9 (Längstransistor), einer die Raferenzspannung liefernden Zenerdiode 14, einem an der gesiebten Ausgangsspannung UA liegendes Potantiometer 11b und einem Regelverstärker 15 bestekt. Die geglättete Spannung UB wird über ein einstellbares Potentiometer 11a und einem Mittelwertbilder 16 einem Vergleicher 12 zugeführt und dort mit einer am Eingang 13 anliegenden Referenzspannung vergli-chen. Die Potentiometer 11a und 11b sind als Tandempotentiometer geschaltet. Der Mittelwertbilder 16 bildet den Mittelwert der mit der Brummspannung überlagerten gleichgerichteten Spannung. Der Ausgang des Vergleichers 12 ist mit der Phasenanschnittsteuerung 5 verbunden, wo aufgrund des Vergleichs Steuerimpulse für den Triac 4 gebildet werden.
• Die Punktionsweise sei im folgenden erläutert. Die Höhe der gewünschten Gleichspannung UA wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung am Tandempotentiometer 11a, 11b eingestellt. Über die Phasenanschnittsteuerung 5 und den Triac 4 wird die aufgenommene Leistung so begrenzt, bis die Spannung am Potentiometer 11a der Referenzspannung bsw. die gleichgerichtete Spannung UB in etwa dem gewünschten Wert entspricht.
• Die Schaltung ist so susgelegt, daß die Gleichspannung UB etwa um die Kollektor-Emitter-Restspannung des Transistors 9 größer als die gesiebte Ausgangsspannung UA ist. Mittels der Triacregelung wird also die an den Klemmen 1, 2 anliegonde Wechselspannung auf die gewünschte Spannung geregalt und die an den Klemmen 1, 2 auftretenden Wechselspannungsänderungen werden susgeregelt. Der Gleichspannung UB ist eine Brummspannung mit der Netzfrequenz überlagert. Diese Brummspannung wird mit der Transistorregelschaltung 8 in bekannter Weise weggesiebt. Die Stabilisierungsverluste sind hier im Gegensatg zu den bekannten Schaltungen lediglich von der Brummspannung bestimmt und daiit gering.
• Wird der Triac lediglich von einem Steuerkreis ohne di.
• Rückführung über 11a und 16 gesteuert, (die gewünschte Spannung wurds dabei fest vorgegeben) so müßten von der Transistorregelschaltung auch die Wechselspannungsänderungen aus geregelt werden.
• Des in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig.1 dadurch, daß der Istwert für den Regelkreis an anderer Stelle, nämlich am Regeltransistor 9 (Längstransistor) abgenommen wird. Dieser Istwert wird direkt über den Mittelwertbilder 16 dem Vergleicher 12 zugeführt. Anstatt des Tandempotentiometers 11a, 11b der Fig.1 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 nur ein Potentiometer 17 zur Einstellung der gewünschten Ausgengsgleichspannung vorzusehen. Außerdem ist in Fig.2 der Regelverstärker 15 in Einzelheiten gezeigt. Diese Schaltung ist in an ich bekannter Weise als Komplementärtransistorschaltung aufgebaut, so daß auf die Funktionsweise dieser Schaltung nicht eingegangen zu werden braucht.
• Die Wirkungawaise des Ausführungsbeispieles nach Pig.2 ist wie folgt: Beim Einschalten der Sohaltung ist sunächst der Triac 4 voll angesteuert, am Regeltransistor 9 fällt n die Restspannung ab und die Ausgangegleichspannung UA hat deshalb im ersten Moment ihren Maximalwert. Sofort regelt die Regelschaltung auf die gewünschte Gleichspannung UA, indem am als Vorschaltwiderstand geschalteten Regeltransistor 9 in entsprechender Spannungsabfall erielagt wird. Dien Spannung, der noch die Brummspannung überlagert ist, wird über den Mittelwertbilder 16 dem Vergleichar 12 zugeführt und dort mit einer Referenzspannung, die am Punkt 13 anliegt, verglichen. Aufgrund des Vergleichsergebnisses wird über die Phasenanschnittsteuerschaltung 5 der Triac 4 so gesteuert, daß die von des Netzgerät an den Klemmen 1 und 2 aufgenommene Leistung in etwa zu der gewünschten Ausgangsspannung UA führt bzw. bis die Kollektor-Emitter-Spannung des Regeltransistors gleich der Referenzspannung am Punkt 13 ist. Diese Roferenispannung wird etwa auf die Größe der Kollektor-Emitter-Restspannung des Transistors 9 eingestellt. An den Klemmen 1, 2 auftretende Wechselspannungsschwankungen werden auch über den Regelkreis 16, 12, 5, 4 ausgeregelt, so daß von der Regelschaltung 8 nur die Brummspannung ausgeregelt wird. Die Verluste am Regeltransistor sind also auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung gering. Die kurzzeitig auftretenden hohen Verluste su Beginn der Regelung sind wegen der Schnelligkeit der elektronischen Bauelemente nicht von Bedeutung.
• Anhand des in Fig.3 dargestellten Diagramms sei die Regelung noch einmal kurz erläutert. Des Diagramm gilt für beide Ausführungsbeispiele. Dargestellt als Funktion der Zeit sind die gleichgerichtete und geglättete Spannung UB und die geregelte und gesiebt. Ausgangs Spannung UA. Die Ausgangsspannung UA soll 17 Volt betragen. In Fig.1 wird diese Spannung mit dem Tandempotentiometer Ile, 11b, in Fig.2 mit dem Potentiometer 17 vorgewählt. Über den Triac-Regelkreis wird die aufgenommene Leistung nun so begrenzt, daß der untere Gleichspannungswert von UB um die Restspannung UR des Transistors 9 über der Spannung UA liegt (UBmin = UR + UA bei einer Restspannung von UR = 1V ist also UBmin = 18V), da im Bereich der Restspannung eine Regelung natürlich nicht möglich ist. Die Brummspannung UBR, die hier einen Wert von 2 VSS hat. kann somit von der Regelschaltung 8 ausgeregelt werden. Die Schwankungen der Ausgangsapannung UA betragen im Extremfall von Vollast/ Leerlauf und Netzschwankungen (+ 15 % - 10 %) um nur wenige Millivolt.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung für mit Transistoren geregelte Metzgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß im Wechselstromkreis des Netzgerätes ein in Abhängigkeit von der gewünschten Gleichspannung den Stromfluß unterbrechender und freigebender Schalter (4) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) in Abhängigkeit der Abweichung der gleichgerichteten Spannung von der gewünschten Gleichspannung gesteuert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter dem Gleichrichter des Netzgerätes anstehende Spannung über einen zur Einstellung der gewünschten Gleichspannung einstellbaren Spannungsteiler (11a) einem Vergleicher (12, Fig.1) zugeführt und dort mit einer Referenzspannung (13, Fig.1) verglichen wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Regeltransistor (Längstransistor) der Regelschaltung als veränderbarer Vorschaltwiderstand zur Last geschaltet ist, dadurch gekannzeichnet, daß der Schalter (4) in Abhängigkeit der Kollektor-Emitter-Spannung des Regeltransistors (9, Fig. 2) gesteuert wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Spannung einem Vergleicher (12, Fig.2) zugeführt und dort mit einer Referenzspannung (13, Fig.2) verglichen wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Anspritohe, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) von einer Phasenanschnittsteuerung (5) steuerbar ist.

7. Schaltungsanordnung einem der vorhergehenden Ansprüche für Netzgeräte mit Doppelweggleichrichtung, dadruch gekennzeichnet, daß als Schalter antiparallel geschaltete und iii Primärstromkreis dea Netstransformatora angeordnete gesteuerte Gleichrichter Verwendung finden.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Triac (4) ist.

L e e r s e i t e