DE2147862B2

DE2147862B2 - DC voltage regulator with differential amplifier - uses phase controlled thyristors to switch AC input through to filter

Info

Publication number: DE2147862B2
Application number: DE19712147862
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing.; Schmidtner Erich; 8000 München Schott
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1971-09-24
Publication date: 1976-10-21
Also published as: DE2147862A1

Abstract

The dc voltage regulator produces a constant dc output from an ac input, and uses phase-controlled thyristors to switch the ac input through to a filter. The thyristors are controlled via a pulse transformer and differential amplifier that compares the dc output with a reference. A transistor switch (TS1) is connected to the differential amplifier's output (DV) and triggers monostable multivibrator (MD) when a given difference is exceeded. The monostable multivibrator then supplies a pulse to the pulse transformer (IT), and the transistor switch is turned off at the end of each half wave of the input signal. A reset circuit is provided having a transistor (TS2) whose collector is coupled with the base of the transistor switch (TS1).

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelschaltung zur Erzeugung einer konstanten Ausgangsgleichspannung aus einer Eingangswechselspannung, bei der durch einen Spannungsregler nach dem Prinzip der Phasenan-Schnittsteuerung der Zündzeitpunkt von Thyristoren, die die Eingangswechselspannung auf ein Siebglied durchschalten, in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung gesteuert wird, und bei der der Spannungsregler einen Differenzverstärker, dessen einem Eingang die Ausgangsspannung und dessen anderem Eingang eine konstante Referenzspannung zugeführt wird, und einen Impulstransformator enthält, über den den Steuereingängen der Thyristoren Zündimpulse zugeführt werden.The invention relates to a control circuit for generating a constant DC output voltage from an input AC voltage, with which by a voltage regulator according to the principle of the phase control the ignition point of thyristors, which the input alternating voltage on a filter element switch through, is controlled depending on the output voltage, and in which the voltage regulator a differential amplifier, one input of which is the output voltage and the other input is a constant reference voltage is supplied, and contains a pulse transformer via which the control inputs the thyristors firing pulses are supplied.

Eine solche Regelschaltung ist bekannt aus Philips Application Note Nr. 105, Regulated Power Supply Using the DO A 40 Operational Amplifier as an Error Detector, 1970.Such a control circuit is known from Philips Application Note No. 105, Regulated Power Supply Using the DO A 40 Operational Amplifier as an Error Detector, 1970.

Zur Stromversorgung, ζ. B. von Datenverarbeitungssystemen, wird die dazu notwendige Betriebsgleich- spannung gewöhnlich aus einer Eingangswechselspannung gewonnen. Diese Betriebsspannung, die im folgenden Ausgangsspannung genannt wird, muß unabhängig von der Belastung und von dem Wert der Eingangswechselspannung konstant sein. Um dies zu erreichen, können Regelschaltungen verwendet werden, die den Zündzeitpunkt von Thyristoren, die die Eingangswechselspannung auf ein Siebglied durchschalten so verändern, daß die Ausgangsspannung in etwa konstant bleibt. Um eine solche Regelschaltung handelt es sich bei der eingangs genannten bekannten Schaltung. Bei dieser bekannten Regelschaltung steuert der Differenzverstärker eine Phasenschieberanordnung. Diese bestimmt jeweils das Einschalten eines Lnpulsgenerators, welcher Zündimpulse an den Impulstransformator liefertFor power supply, ζ. B. of data processing systems, the necessary operational synchronization voltage usually obtained from an AC input voltage. This operating voltage, which is im The following output voltage must be independent of the load and the value of the AC input voltage must be constant. To achieve this, control circuits can be used, the ignition timing of thyristors that switch the input AC voltage through to a filter element change so that the output voltage remains roughly constant. Such a control circuit is involved it is the case of the known circuit mentioned at the beginning. In this known control circuit controls the differential amplifier is a phase shifter arrangement. This determines the activation of one in each case Pulse generator, which sends ignition pulses to the pulse transformer supplies

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einer derartigen Regelschaltung den schaltungsmäßigen Aufwand für die Regelung zu verringern. Diese Aufgabe wird bei einer Regelschaltung der oben angegebenen Art dadurch gelöst, daß der Spannungsregler weiterhin einen an den Ausgang des Differenzverstärkers angeschlossenen Transistorschalter, der leitend gesteuert wird, wenn der Betrag der Ausgangsspannung einen bestimmten Wert überschreitet eine mit dem Ausgang des Transistorschalters verbundene monostabile Kippschaltung, die gekippt wird, wenn der Transistorschalter leitend gesteuert wird und jeweils einen Ausgangsimpuls an den Impulstransformator abgibt, und eine Rücksetzschaltung enthält, die den Transistorschalter am Ende jeder Halbwelle der Eingangswechselspannung in den Sperrzustand versetzt The object on which the invention is based is, in such a control circuit, the to reduce circuit-wise expenditure for the regulation. This task is performed with a control circuit of the type indicated above in that the voltage regulator continues to connect to the output of the Differential amplifier connected transistor switch, which is controlled conductive when the amount of Output voltage exceeds a certain value with the output of the transistor switch connected monostable flip-flop that is flipped when the transistor switch is turned on and each outputs an output pulse to the pulse transformer, and includes a reset circuit which puts the transistor switch in the blocking state at the end of each half cycle of the input AC voltage

Auf diese Weise ist bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung keine Phasenschieberanordnung erfor derlich.In this way, no phase shifter arrangement is required in the control circuit according to the invention so.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Figur dargestellt ist weiter erläutert.The invention is explained further using an exemplary embodiment that is shown in the figure.

Die Regelschaltung zur Erzeugung einer konstanten Ausgangsgleichspannung aus einer Eingangswechselspannung besteht aus dem Spannungsregler SR und einer Anordnung BT zur Gewinnung der Ausgangsspannung aus der Eingangswechselspannung, der Regelstrecke. Die Regelstrecke wird im folgenden »Lastkreis BT« genannt werden.The control circuit for generating a constant DC output voltage from an AC input voltage consists of the voltage regulator SR and an arrangement BT for obtaining the output voltage from the AC input voltage, the controlled system. In the following, the controlled system will be referred to as the “load circuit BT” .

Dem Lastkreis BT wird am Eingang E eine Eingangswechselspannung, z. B. eine Rechteckwechselspannung zugeführt Diese wird durch einen Transformatoi TR auf einen für die Regelschaltung zweckmäßigen Wert herabgesetzt. Die transformierte Eingangswechselspannung führt auf Thyristoren TH1 und TH 2, die als Steilglieder des Spannungsreglers SR verwendet werden. Der Spannungsregler SR verschiebt den Zündzeitpunkt der Thyristoren TH1 und TH 2 gegenüber dem Nulldurchgang der Rechteckwechselspannung so, daß die abgegebene Spannungszeitfläche gleich bleibt. Hinter die Thyristoren THi und TH 2 ist ein Siebglied aus dem Kondensator C1 und der Spule L. geschaltet, das den hinter den Thyristoren TH1 und TH 2 entstehenden schwankenden Strom glättet und dem Ausgang A zuführt. Ein Gleichrichter GR1 ermöglicht den Abbau der in der Spule L gespeicherten Energie vom Nulldurchgang der Rechteckspannung an. Am Ausgang A wird die konstante, geregelte Ausgangs spannung abgenommen. Sie besitzt jedoch noch eine kleine Welligkeit, die zur Regelung verwendet wird.The load circuit BT is at the input E an AC input voltage z. B. a square wave AC voltage is supplied. This is reduced by a transformer TR to a value that is appropriate for the control circuit. The transformed input AC voltage leads to thyristors TH 1 and TH 2, which are used as steep elements of the voltage regulator SR . The voltage regulator SR shifts the ignition timing of the thyristors TH 1 and TH 2 with respect to the zero crossing of the square-wave alternating voltage so that the voltage time area emitted remains the same. A filter element consisting of the capacitor C 1 and the coil L. is connected behind the thyristors THi and TH 2 , which smoothes the fluctuating current occurring behind the thyristors TH 1 and TH 2 and feeds it to the output A. A rectifier GR 1 enables the energy stored in the coil L to be reduced from the zero crossing of the square-wave voltage. The constant, regulated output voltage is taken from output A. However, it still has a small ripple that is used for regulation.

Der Spannungsregler SR besteht aus einem Differenzverstärker DV, einer Referenzspannungsquelle RF, einem Transistorschalter TSi, einer monostabilen Kippschaltung MK, einem Impulstransformator /7" und einer Rücksetzschaltung aus den Dioden Di, D 2 und dem Transistor TS 2. Die Referenzspannungsquelle RF kann zum Beispiel eine Zenerdiode enthalten, mit deren Hilfe eine konstante Referenzspannung erzeugt wird. Die Versorgungsspannung für den Spannungsregler- SR wird aus der Einganpswechselspannuiig mit Hilfe desThe voltage regulator SR consists of a differential amplifier DV, a reference voltage source RF, a transistor switch TSi, a monostable multivibrator MK, a pulse transformer / 7 "and a reset circuit composed of the diodes Di, D 2 and the transistor TS 2. The reference voltage source RF can, for example, be a Zener diode contain a constant reference voltage is generated with the aid. the supply voltage for the voltage regulator SR is determined from the Einganpswechselspannuiig using the

Transformators TA, der Gleichrichterschaltung GR 2 und der Kondensatoren C2, C3 gewonnen.Transformer TA, the rectifier circuit GR 2 and the capacitors C2, C3 obtained.

Die Ausgangsspannung am Ausgang A des Lastkrei- $es BTwird über einen Spannungsteiler aus Widerständen R2, R3 dem einen Eingang des Differenzverstärkers DV zugeführt Der andere Eingang des Differenzverstärkers DV ist an das Potentiometer R 1 angeschlossen, das seinerseits mit der Referenzspannungsquelle RF verbunden ist. Mit Hilfe des Potentiometers R 1 kann der Wert der dem Differenzverstärker DV zugeführten Referenzspannung verändert werden. Dem Differenzverstärker wird somit die Ausgangsspannung des Lastkreises ßTals Ist-Wert und die Referenzspannung als Soll-Wert zugeleitet. Entsteht am Eingang des Differenzvexstärkers aufgrund der in der Ausgangsspannung noch vorhandenen Welligkeit eine Spannungsdifferenz und überschreitet diese Spannungsdifferenz eine vorher festgelegte Schwelle, dann wird der Transistorschalter TSl leitend gesteuert Wird der Transistorschalter TS I aber leitend, dann werden auch die Transistoren TS 3 und TS 4 der monostabilen Kippschaltung MK in den leitenden Zustand geschaltet. Die monostabile Kippschaltung MK ist durch den Kondensator C 4 kapazitiv mit dem Transistorschalter TSl verkoppelt Die monostabile Kippschaltung MK erzeugt also einen Impuls, der als Zündimpuls über den Impulstransformator IT den Steuereingängen der Thyristoren TWl und TH 2 zugeführt wird. Von den Thyristoren THX und TH 2 wird derjenige gezündet, dessen Kathode negativ ist. Es fließt dann ein Strom durch den gezündeten Thyristor zum Siebglied L, Ci. Der gezündete Thyristor bleibt so lange in diesem Zustand, bis die Anoden-Kathodenspannung unter den Wert gesunken ist, der für die Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes notwendig ist. Ist in der monostabilen Kippschaltung MK der Kondensator C5 über den Widerstand Ä6 aufgeladen, dann fällt die monostabile Kippschaltung wieder in ihren Sperrzustand zurück.The output voltage at output A of the Lastkrei- $ it BT is connected via a voltage divider of resistors R2, R3 to one input of the differential amplifier DV is supplied to the other input of the differential amplifier DV is connected to the potentiometer R 1, which is in turn connected to the reference voltage source RF. The value of the reference voltage supplied to the differential amplifier DV can be changed with the aid of the potentiometer R 1. The output voltage of the load circuit βT is thus fed to the differential amplifier as the actual value and the reference voltage as the setpoint value. Is formed at the entrance of Differenzvexstärkers due to the still existing in the output voltage ripple, a voltage difference, and this voltage difference exceeds a predetermined threshold, the transistor switch TSl conductively controlled If the transistor switch TS I but conductive, the transistors TS 3 and TS 4 of the monostable multivibrator MK switched to the conductive state. The monostable multivibrator MK is capacitively coupled to the transistor switch TS1 through the capacitor C 4. The monostable multivibrator MK thus generates a pulse that is fed as an ignition pulse via the pulse transformer IT to the control inputs of the thyristors TW1 and TH 2. Of the thyristors THX and TH 2, the one whose cathode is negative is triggered. A current then flows through the triggered thyristor to the filter element L, Ci. The triggered thyristor remains in this state until the anode-cathode voltage has fallen below the value required to maintain the conductive state. Is in the one-shot MK capacitor C5 charged through resistor Æ6, then one shot falls back into its blocking state.

Damit mit Sicherheit zu Beginn jeder neuen Halbwelle der Eingangswechselspannung auch der Transistorschalter FS 1 gesperrt ist, wird am Ende jeder Halbweüe der Eingangswechselspannung über den Spannungsteiler R 4, R 5 und die Dioden Di, D 2 aus der transformierten Eingangswechselspannung ein Rücksetzimpuls erzeugt, der den Transistor TS 2 kurzzeitig leitend steuert und damit den Transistorschalter TS i sperrt. So that the transistor switch FS 1 is also blocked with certainty at the beginning of each new half-wave of the input AC voltage, a reset pulse is generated from the transformed input AC voltage via the voltage divider R 4, R 5 and the diodes Di, D 2 at the end of each half-wave of the input AC voltage Transistor TS 2 briefly controls conductive and thus blocks the transistor switch TS i.

Ändert sich, zum Beispiel aufgrund der Belastung, die Ausgangsspannung des Lastkreises BT zum Beispiel derart, daß die Spannung betragsmäßig kleiner wird, dann gelangt zu einem früheren Zeitpunkt ein positives Potential zu dem Differenzverstärker DV, der Transistorschalter TSl wird früher leitend gesteuert und damit wird zu einem früheren Zeitpunkt die monostabile Kippschaltung MK gekippt und der Zündimpuls erzeugt. Die Zündung einer der Thyristoren TH1, TH 2 erfolgt somit zu einem früheren Zeitpunkt so daß der Zeitraum, in dem ein Strom durch den gezündeten Thyristor fließt, vergrößert wird und dadurch eine Anhebung der Ausgangsspannung auf den vorgesehenen Wert erfolgt. If the output voltage of the load circuit BT changes, for example due to the load, for example in such a way that the voltage becomes smaller in terms of magnitude, then a positive potential is applied to the differential amplifier DV at an earlier point in time, the transistor switch TSl is switched on earlier and thus becomes conductive an earlier point in time, the monostable multivibrator MK is flipped and the ignition pulse is generated. The ignition of one of the thyristors TH 1, TH 2 thus takes place at an earlier point in time so that the period of time in which a current flows through the ignited thyristor is increased and the output voltage is thereby increased to the intended value.

Entsprechend arbeitet der Spannungsregeier SR, wenn die Ausgangsspannung aus irgendeinem Grunde betragsmäßig größer wird; dann wird der Transistorschalter TS1 später leitend und von der monostabilen Kippschaltung MK wird zu einem späteren Zeitpunkt der Zündimpuls erzeugt Dadurch wird auch der Zeitraum kleiner, in dem ein Strom durch einen der Thyristoren THt bzw. TH 2 fließen kann. Die in der Figur nicht bezeichneten Schaltungselemente dienen zur Einstellung des Arbeitspunktes der Transistoren.The voltage regulator SR works accordingly if the output voltage for any reason is greater in magnitude; the transistor switch TS 1 then becomes conductive later and the triggering pulse is generated by the monostable multivibrator MK at a later point in time. This also reduces the period in which a current can flow through one of the thyristors THt or TH 2 . The circuit elements not designated in the figure are used to set the operating point of the transistors.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Regelschaltung besteht darin, daß der Aufwand für den Spannungsregler SÄ sehr klein ist. Der Grund liegt darin, daß der Spannungsregler SÄ für die Festlegung des Zündzeitpunktes der Thyristoren TH lediglich die in der Ausgangsspannung noch vorhandene Welligkeit verwendet und somit keine zusätzliche Phasenschieberanordnung benötigt.The advantage of the control circuit according to the invention is that the cost of the voltage regulator SÄ is very small. The reason is that the voltage regulator SÄ only uses the ripple still present in the output voltage to determine the ignition timing of the thyristors TH and thus does not require an additional phase shifter arrangement.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1.Control circuit for generating a constant output DC voltage from an input AC voltage, in which the ignition point of thyristors, which switch the input AC voltage through to a filter element, is controlled by a voltage regulator according to the principle of phase control, depending on the output voltage ίο and in which the voltage regulator has a differential amplifier , one input of which is supplied with the output voltage and the other input of which is supplied with a constant 'reference voltage, and contains a pulse transformer via which the control inputs of the thyristors are supplied with 2 ignition pulses, characterized in that the voltage regulator also has a transistor switch connected to the output of the differential amplifier ( DV) ( TS i), which is switched on ω when the amount of the output voltage falls below a certain value, a monostable multivibrator (MK) connected to the output of the transistor switch (TSl), which toggles is when the transistor switch is turned on and emits an output pulse to the pulse transformer (IT) and a reset circuit contains the transistor switch (TSi) at the end of each half cycle of the input AC voltage in the blocking state

2. Control circuit according to claim 1, characterized in that the reset circuit consists of a transistor (TS2) whose collector is connected to the base of the transistor switch (TS I) and whose base is the input ^{AC voltage via a transformer f} TR) and diodes (Di, D 2 ) is supplied.