DE2056853A1

DE2056853A1 - Voltage stabilizer with two-point control

Info

Publication number: DE2056853A1
Application number: DE19702056853
Authority: DE
Inventors: Wolf Dipl.-Ing. 8011 Baldham; Bögel Gerold 8011 Zorneding Kahler
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1970-11-19
Filing date: 1970-11-19
Publication date: 1972-05-25

Description

Spannungskonstantgerät mit Zweipunktregelung Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung einer Spannungsquelle mit einem im Längszweig liegenden, in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung betätigten ersten Schalter und einem Speicher, bestehend aus einem LC-Tiefpass und einem während der Sperrphase des ersten Schalters leitenden zweiten Schalter im Querzweig.Voltage stabilizer with two-point control The invention relates to a circuit for stabilizing the output voltage of a voltage source with one located in the series branch, actuated depending on the output voltage first switch and a memory consisting of an LC low pass and a during the blocking phase of the first switch conductive second switch in the shunt branch.

Zn derartigen Schaltungen, vglO 'Ealbleiterbeispiele 1968", Siemens AG., Seite lol f., wird der im Speicher befindliche Kondensator über eine als Drossel ausgebildete Induktivität mit Impulsen aufgeladen, deren Frequenz von der Belastung an der Ausgangsseite der Schaltung abhängig ist0 Bei einem durch eine Referenzspannung definierten Spannungswert des Kondensators wird der erste Schalter gesperrt, so daß der Speicher von der Spannungsquelle elektrisch getrennt wird. Dadurch wechselt die Richtung der Induktionsspannung in der Induktivität und polt den als Diode ausgebildeten zweiten Schalter in Durchlassrichtung, Damit wird während der Sperrphase des ersten Schalters die in der Drossel gespeicherte Energie über die Diode zusätzlich auf den Kondensator umgeladen, Um auch während des Umladevorgangs die Ausgangsspannung konstant zu halten, muß die Induktionsspannung der Drossel die Ausgangs spannung um die etwa t Volt betragende Schleusenspannung der Diode überragen. Vor allem dann, wenn Ausgangs spannung und Diodenschleusenspannung UD etwa im gleichen Bereich liegen, wird mit einer derartigen bekannten Schaltung nur ein sehr geringer Wirkungsgrad erreicht, Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine Schaltung der obengenannten Art anzugeben, bei der durch eine neue Auslegung des Speichers für geringe Ausgangs spannungen ein guter Wirkungsgrad erzielt wird0 Diese Aufgabe ist für eine Schaltung zur Stabilisierung der Ausgangs spannung einer Spannungsquelle mit einem im Längszweig liegenden, in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung betätigten ersten Schalter und einem Speicher, bestehend aus einem LC-Tiefpass und einem während der Sperrphase des ersten Schalters liegenden zweiten Schalter im Querzweig gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der zweite Schalter ein mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke im Querzweig liegender Transistor ist, dessen Basis über eine Induttivität mit der Induktivität des bC-TieEpasses verbunden ist.For such circuits, see O 'Ealbleiterbeispiele 1968 ", Siemens AG., Page lol f., The capacitor located in the memory is used as a choke trained inductance charged with pulses, their frequency depends on the load on the output side of the circuit a reference voltage defined voltage value of the capacitor becomes the first Switch locked, so that the memory is electrically isolated from the voltage source will. This changes the direction of the induced voltage in the inductance and poles the second switch, designed as a diode, in the forward direction, so that the energy stored in the choke during the blocking phase of the first switch Additionally charged via the diode to the capacitor, in order also during the charging process To keep the output voltage constant, the induction voltage of the choke must the output voltage around the gate voltage of the diode, which is about t volts tower above. Especially when the output voltage and the diode lock voltage UD are approximately in the same range, is with such a known circuit only a very low efficiency is achieved, this is where the invention comes in, whose The task is to specify a circuit of the type mentioned above, in which by a new design of the memory for low output voltages a good efficiency is achieved0 This task is for a circuit to stabilize the output voltage of a voltage source with one lying in the series branch, depending from the output voltage actuated first switch and a memory, consisting from an LC low-pass filter and one lying during the blocking phase of the first switch second switch in the shunt branch according to the invention solved in that the second Switch a transistor with its collector-emitter path in the shunt branch is whose base is about an inductivity with the inductance of the bC-TieEpasses is connected.

Während der leitenden Phase des ersten Schalters wird der Strom, der im bC-Tiefpass befindlichen Drossel langsam steigen, so daß durch die Ankoppelung der zweiten Induktivität der in den Querzweig geschaltete Transistor mit seinem Basispotential unter den Schwellwert sinkt und sperrt. Sperrt der erste Schalter, so kehren sich die Richtungen der Induktionsspannungen in den beiden Drosseln um, so daß der zweite Transistor in den leitenden Zustand gehoben wird, und sich die Energie der Drossel im LC-Tiefpass auf den Kondensator umlädt. Da im allgemeinen die Kollektor-Emitter-Spannungen von Transistoren wesentlich geringer sind als die Schleusenspannungen der bisher verwendeten Dioden, wird der Wirkungsgrad einer Schaltung gemäß der Erfindung bei sehr kleinen Ausgangsspannungen dementsprechend erhöht.During the conductive phase of the first switch, the current is the in the bC low-pass throttle slowly rise, so that by the coupling the second inductance of the transistor connected in the shunt branch with his Base potential falls below the threshold value and blocks. If the first switch locks, so the directions of the induction voltages are reversed in the two chokes, so that the second transistor is raised to the conductive state, and the Energy from the choke in the LC low-pass filter transfers to the capacitor. Because in general the collector-emitter voltages of transistors are much lower than the Locking voltages of the diodes used up to now, the efficiency of a circuit according to the invention increased accordingly at very low output voltages.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figur näher erläutert.The invention is illustrated in more detail in an exemplary embodiment with reference to the figure explained.

Eine ungeregelte Gleichspannungsquelle Ul ist über einen eine Zweipunktregelung enthaltenden Vierpol mit einem Laatwiderstand R verbundene Der Vierpol enthält im Längszweig einen Transistor T i sowie eine Drossel L t und im Querzweig einen Kondensator C und einen weiteren Transistor T 2.An unregulated DC voltage source Ul is a two-point control containing quadrupole connected to a Laat resistor R The quadrupole contains im In series branch a transistor T i and a choke L t and in the cross branch a capacitor C and another transistor T 2.

Der Transistor T 1 wird durch einen Differenzverstärker V angesteuert, an dessen einem Eingang einem über eine Zenerdiode ZD gewonnen« Referenzspannung und an dessen anderem Eingang ein an einem Spannungsteiler R t abgenommener Teil der Ausgangsspannung liegt.The transistor T 1 is controlled by a differential amplifier V, at one of its inputs a reference voltage obtained via a Zener diode ZD and at its other input a part taken from a voltage divider R t the output voltage.

Die Basis des mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke im Querzweig liegenden Transistors T 2 ist über eine weitere Drossel L 2, die mit der ersten Drossel magnetisch gekoppelt sein kann, mit dem Punkt t verbunden.The base of the lying with its collector-emitter path in the cross branch Transistor T 2 is on another Throttle L 2, the one with the first Choke can be magnetically coupled, connected to the point t.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: über den Spannungsteiler R 1 wird ein Teil der Ausgangsspannung mit der an der Zenerdiode ZD gewonnenen Referenzspannung in dem Differenzverstärker V verglichen. Ist diese Spannung geringer als die Referenzspannung, so schaltet der Differanzverstärker V den Transistor T 1 in den leitenden Zustand. Dadurch fließt durch die Drossel L 1 ein allmählich steigender Strom, wobei der Kondensator C aufgeladen wird. Überschreitet die an dem Spannungsteiler R 1 abgenommene Spannung die Referenzspannung, so wird der Transistor T 1 gesperrt, wodurch der Ladevorgang im Kondensator C beendet ist.The circuit works as follows: Via the voltage divider R 1 becomes part of the output voltage with the reference voltage obtained at the Zener diode ZD in the differential amplifier V compared. If this voltage is lower than the reference voltage, so the differential amplifier V switches the transistor T 1 into the conductive state. As a result, a gradually increasing current flows through the throttle L 1, the Capacitor C is charged. Exceeds that taken from the voltage divider R 1 If the voltage is the reference voltage, the transistor T 1 is blocked, whereby the Charging in capacitor C has ended.

Während des Ladevorgangs ist der Transistor T 2 gesperrt, da sein Basispotential durch die in der Drossel L 2 erregte Induktionsspannung unter den Schwellwert absinkt. Sobald jedoch der Transistor T 1, wie oben erwähnt, sperrt, wechseln die Induktionsspannungen in den Drosseln L 1 und L 2 ihre Richtung - siehe die strichZ .kt-ierten Pfeile in der Figur so daß der Transistor T 2 aufgesteuert wird-1 und jetzt die in der Drossel L t gespeicherte Energie sich über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T 2 zusätzlich auf den Kondensator C umlädt.During the charging process, the transistor T 2 is blocked, be there Base potential due to the induction voltage excited in the choke L 2 below the Threshold drops. However, as soon as the transistor T 1, as mentioned above, blocks, the induction voltages in the chokes L 1 and L 2 change their direction - see the dashed line arrows in the figure so that the transistor T 2 is turned on becomes -1 and now the energy stored in the choke L t is spread over the collector-emitter path of the transistor T 2 also reloads to the capacitor C.

Da die Kollektor-Emitter-Spannung UCE des Transistors T 2 wesentlich geringer als die Schleusenspannungen UD von herkömmlich verwendeten Dioden ist, kann der Wirkungsgrad durch die in der Erfindung angegebene Schaltung für kleine Ausgangsspannungen verbessert werden. Für herkömmliche Spannungsregler ist der Wirkungsgrad W1 während des Umladevorgangs bei gesperrtem Transistor T t für eine Schaltung gemäß der Erfindung, vgl. die Figur wenn man annimmt, daß die Treibspannung des Transistors T2 2UBE ist, um über einen Widerstand Cnicht gezeigt) den Basisstrom auf l/tO des Kollektorstromes zu begrenzen, Der Gewinn durch eine Schaltung gemäß der Erfindung ist demnach Damit ergibt sich für Kennwerte herkömmlich verwendeter Bauelemente ein Gewinn von etwa 35% für eine zu regelnde Ausgangs spannung von einem Volt und ein Gewinn von ungefähr 20% für eine von zwei Volt.Since the collector-emitter voltage UCE of the transistor T 2 is significantly lower than the gate voltages UD of conventionally used diodes, the efficiency can be improved by the circuit specified in the invention for low output voltages. For conventional voltage regulators, the efficiency W1 is T t during the charge reversal process when the transistor is blocked for a circuit according to the invention, see the figure assuming that the drive voltage of the transistor T2 is 2UBE in order to limit the base current to 1 / tO of the collector current via a resistor C (not shown), the gain from a circuit according to the invention is accordingly This results in a gain of about 35% for characteristic values of conventionally used components for an output voltage to be regulated of one volt and a gain of about 20% for one of two volts.

Die in der Drossel L2 erzeugte, zur Basissteuerung des Transistors T2 benützte Induktionsspannung wird lediglich für geringe zu regelnde Ausgangsspannungen von dem in der Figur mit 1 bezeichneten Punkt abgenommen. Für höhere zu regelnde Ausgangs spannungen ist es zur optimalen Basissteuerung des Transistors T2 notwendig, die Basis-Steuerspannung vom Punkt 2 oder auch vom Punkt 3 abzunehmen.The generated in the inductor L2, for the base control of the transistor T2 used induction voltage is only to be regulated for low output voltages taken from the point indicated by 1 in the figure. For higher to be regulated Output voltages it is necessary for the optimal base control of the transistor T2, take the basic control voltage from point 2 or from point 3.

- Patentansprüche-- patent claims-

Claims

Circuit for stabilizing the output voltage a voltage source with a lying in the series branch, depending on the Output voltage actuated first switch and a memory consisting of a LC low pass and a second conductive during the blocking phase of the first switch Switch in the shunt branch, in that the second switch is a transistor with its collector-emitter path in the shunt arm (T2), its base via a further inductance (L2) with the inductance CL1) of the LC low-pass (L1, C) is connected 2. Circuit according to Claim 1, characterized in that it is e k e n n z e i c h -n e t that the base of the transistor (T2) associated inductance CL2) with the inductance (L1) of the LC low-pass filter (L1C) can be coupled magnetically.