DE2161784A1 - Two-point controller - Google Patents
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Description
7305-71/H7305-71 / H
RCA 627^9RCA 627 ^ 9
Serial No. 100,008Serial No. 100.008
Filed December 21,1970Filed December 21,1970
RCA-Corporation, New York, N.Y. / USARCA Corporation, New York, N.Y. / UNITED STATES
ZweipunktreglerTwo-point controller
Die Erfindung betrifft einen Zweipunktregler mit einem aktiven Bauelement und einer Induktivität, die in Reihe zwischen eine ungeregelte Gleichspannungsquelle und eine Klemme geschaltet sind, an der eine Gleichspannung zur Verfügung steht, die durch das aktive Bauelement geregelt wird, welches jeweils während einer bestimmten Dauer in den Leitzustand geschaltet und gesperrt wird, um die Größe der geregelten Spannung auf einem relativ konstanten Wert zu halten, und mit einer mit dieser Klemme verbundenen Last, der von der Induktivität Strom zugeführt wird, wenn das aktive Bauelement gesperrt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Spannungsregler vom "Ein-Aus-^Typ.The invention relates to a two-point controller with an active component and an inductance, which are in series are connected between an unregulated DC voltage source and a terminal at which a DC voltage is available, which is regulated by the active component, which in each case during a certain Duration switched to the conducting state and locked to the size of the regulated voltage on a relative constant value, and with a load connected to this terminal, that of the inductance Current is supplied when the active device is disabled. In particular, the invention relates to a On-off type voltage regulators.
In Systemen, die von der ungeregelten Eingangsgleichspannung etwa einer Batterie gespeist werden und auch niedrigere geregelte Spannungen benötigen, ist es üblich, Zweipunkt-Spannungsregler zu verwenden, da die Leistungsverluste bei der Spannungsumsetzung sonst zu groß werden könnten. Ein Zweipunktregler ermöglicht selbst dann einen hohen Umsetzungswirkungsgrad, wenn die Ausgangsspannung nur ein Bruchteil der Eingangsspannung ist. Die Verwendung von Zweipunktreglern In systems that are fed by the unregulated DC input voltage, for example a battery need lower regulated voltages, it is common to use two-point voltage regulators, since the power losses during voltage conversion could otherwise become too great. A two-point controller enables high conversion efficiency even when the output voltage is only a fraction of the input voltage. The use of two-position controllers
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ist daher z.B. für gewisse Empfänger, Kameras, Suchersysteme und andere von einer Batterie gespeiste Einrichtungen bekannt.is therefore e.g. for certain receivers, cameras, viewfinder systems and other battery powered devices are known.
Wenn in einem System mit einem Zweipunktregler auch mehrere von der verfügbaren Eingangsspannung abweichende geregelte Spannungen erzeugt werden sollen, virerden hierfür bisher zusätzliche aktive Bauelemente und entsprechende Schaltungsanordnungen als Gleichspannungswandler eingesetzt. Die Erfindung gibt einen Zweipunktregler an, der diesen Nachteil vermeidet.If in a system with a two-position controller there are also several input voltages that deviate from the available input voltage Regulated voltages are to be generated, previously additional active components were required for this and corresponding circuit arrangements used as DC voltage converters. The invention gives one Two-point controller, which avoids this disadvantage.
Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Zweipunktregler der eingangs angegebenen Art mit der Induktivität eine zweite Induktivität magnetisch gekoppelt ist, an welcher eine Schwingung erzeugt wird, die einer Schwingung an der ersten Induktivität entspricht, und mit welcher ein Gleichrichter gekoppelt ist, der eine zweite Gleichspannung in Abhängigkeit von demjenigen Teil der Schwingung an der ersten Induktivität liefert, welcher erzeugt wird, wenn das aktive Bauelement gesperrt ist.The invention consists in that in a two-point controller of the type specified with the inductance a second inductance is magnetically coupled to which an oscillation is generated, the one Oscillation at the first inductance corresponds, and with which a rectifier is coupled, the one supplies a second DC voltage as a function of that part of the oscillation at the first inductance, which is generated when the active device is disabled.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das aktive Bauelement des Zweipunktreglers, das als Serienregelglied dient, ein Transistor, der seinerseits in Reihe mit der ersten Induktivität geschaltet ist. Die Regelung erfolgt dadurch, daß das aktive Bauelement, bei diesem Beispiel also der Transistor, entsprechend dem gewünschten Ausgangspotential in den Leitzustand gesteuert und gesperrt wird. Während der Sperrperiode ist die Spannung über oder an der Induktivität konstant, da sie hauptsächlich vom Ausgangspotential bestimmt wird.In one embodiment of the invention, the active component of the two-point controller is the series control element serves, a transistor, which in turn is connected in series with the first inductor. the Regulation takes place in that the active component, in this example the transistor, accordingly the desired output potential is controlled and blocked in the control state. During the blocking period the voltage across or across the inductance is constant, as it is mainly determined by the output potential.
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Während der Leitperiode des Transistors ändert sich die Spannung an der Induktivität. Der Mittelwert der an der Induktivität erzeugten Schwingung bleibt durch den Regelbetrieb relativ konstant. Die mit der ersten Induktivität verkoppelte zweite Induktivität, an der eine zur Spannung an der ersten Induktivität proportionale Spannung erzeugt wird, liefert also eine weitere geregelte Spannung. Der mit der zweiten Induktivität gekoppelte Gleichrichter- ist so gepolt, daß er auf die Sperrperiode des aktiven Bauelementes anspricht, bei der die Spitzenspannung an der ersten Induktivität konstant ist. Der Gleichrichter liefert somit eine andere geregelte Spannung dadurch, daß er diesen Spitzenanteil der Schwingung gleichrichtet.During the conduction period of the transistor, the voltage across the inductance changes. The mean value of the oscillation generated at the inductance remains relatively constant due to the control mode. The second inductance, which is coupled to the first inductance and at which a voltage proportional to the voltage at the first inductance is generated, thus supplies a further regulated voltage. The rectifier coupled to the second inductance is polarized so that it responds to the blocking period of the active component, during which the peak voltage at the first inductance is constant. The rectifier thus supplies a different regulated voltage by rectifying this peak portion of the oscillation.
Die Erfindung soll nun an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Zweipunktreglers näher erläutert werden, dessen Schaltungsanordnung schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.The invention is now based on a preferred embodiment of a two-point controller are explained in more detail, the circuit arrangement of which is shown schematically in the drawing is shown.
Zur Grundschaltung des Reglers gehören ein oder mehrere aktive Bauelemente wie z.B. Transistoren 10 und 11, die entsprechend der Größe der geregelten Ausgangsspannung V in den Leitzustand geschaltet und gesperrt werden. Die Umschaltung erfolgt in Abhängigkeit von einer Regelschaltung 15, wie sie in der Zeichnung innerhalb der gestrichelten Linie dargestellt ist.The basic circuit of the controller includes one or more active components such as transistors 10 and 11, the according to the size of the regulated output voltage V can be switched to the master state and blocked. The switchover takes place as a function of a control circuit 15, as shown in the drawing within the dashed line.
Die Regelschaltung 15 schwingt normalerweise mit einer festgelegten Frequenz. Ein Teil der Periode dieser Schwingung wird zum Steuern des Leitzustandes der aktiven Transistoren 10 und 11 gemäß der Abweichung der Ausgangsspannung Vq von einem vorbestimmten Wert genutzt.The control circuit 15 normally oscillates at a fixed frequency. Part of the period of this oscillation is used to control the conductive state of the active transistors 10 and 11 in accordance with the deviation of the output voltage V q from a predetermined value.
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Im normalen Betrieb sind die Transistoren 10 und 11 eingeschaltet oder leitend, wenn die Spannung an der Basis eines in der Regelschaltung 15 vorgesehenen Transistors 20 kleiner ist als die Bezugsspannung an der Basis eines weiteren Transistors 21. Durch das Einschalten der Transistoren 10 und 11 wird das wirksame Bezugspotential an der Basis des Transistors 21 angehoben, denn über einen Rückkopplungswiderstand 25 erfolgt eine Stromeinspeisung. Die Transistoren 10 und 11 bleiben leitend, bis die Spannung an der Basis des Transistors 20 auf den Wert der Spannung an der Basis des Transistors 21 angestiegen ist. Hierdurch werden die Transistoren 10 und 11 ausgeschaltet und bleiben gesperrt, bis die Spannung an der Basis des Transistors 20 wieder absinkt.During normal operation, the transistors 10 and 11 are switched on or conductive when the voltage is applied to the Base of a provided in the control circuit 15 transistor 20 is smaller than the reference voltage the base of a further transistor 21. By switching on the transistors 10 and 11, the effective The reference potential at the base of the transistor 21 is raised, because via a feedback resistor 25 power is fed in. The transistors 10 and 11 remain conductive until the voltage is applied to the base of the transistor 20 has risen to the value of the voltage at the base of the transistor 21. Through this the transistors 10 and 11 are switched off and remain blocked until the voltage at the base of the Transistor 20 drops again.
Wenn im Betrieb die Transistoren 10 und 11 leitend sind, speist die Quelle der ungeregelten Eingangsspannung V. über eine Serienxnduktivität 26 eine Last 37· Wenn andererseits die Transistoren 10 und 11 gesperrt sind, führt die Induktivität 26 der Last 37 weiterhin Strom zu, wobei eine Diode 27 den Rückstromweg bildet.When the transistors 10 and 11 are conductive during operation, the source feeds the unregulated input voltage V. through a series inductance 26 a load 37 · If, on the other hand, the transistors 10 and 11 are blocked, If the inductance 26 continues to supply current to the load 37, a diode 27 forms the return current path.
Für diesen kurz beschriebenen Zweipunktregler sind auch viele andere Schaltungsanordnungen möglich, die in ähnlicher Weise arbeiten.Many other circuit arrangements are also possible for this briefly described two-position controller, which are shown in FIG work in a similar way.
Die Erfindung nutzt nun die an der Induktivität 26 erzeugte Schwingung zur Schaffung einer anderen geregelten Spannung aus, die erzeugt wird, ohne daß hierfür zusätzliche aktive Schaltkreise erforderlich sind. Grundsätzlich ist während der Periode, in der die TransistorenThe invention now uses the oscillation generated at the inductance 26 to create another controlled oscillation Voltage generated without the need for additional active circuitry. Basically is during the period in which the transistors
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10 und 11 gesperrt sind, die Spannung an oder über der Induktivität 26 relativ konstant, da sie hauptsächlich von der Ausgangsspannung Vq abzüglich des verhältnismäßig kleinen Spannungsabfalls an der Diode 27 bestimmt •wird. Der Spannungsabfall an der Diode 27 kann vernachlässigt werden, da die Ausgangsspannung V viel größer ist. Beim Sperrzustand der Transistoren 10 und 11 ist daher die Schwingung an der Induktivität 26 ein moduliertes Signal mit konstanter Amplitude und Impulsbreite. Wenn die Transistoren 10 und 11 leiten, ändern sich die Impulsbreite und die Spitzenamplitude an der Induktivität 26 in Abhängigkeit von der Größe der Eingangsspannung V, und der Impedanz der Last 37· Damit jedoch der Mittel- oder Gleichspannungswert konstant bleibt, hat die Schwingungsform oberhalb und unterhalb einer Referenz- oder Grundlinie gleiche Flächen.10 and 11 are blocked, the voltage at or across the inductance 26 is relatively constant, since it is mainly determined by the output voltage V q minus the relatively small voltage drop across the diode 27. The voltage drop across the diode 27 can be neglected since the output voltage V is much larger. When the transistors 10 and 11 are blocked, the oscillation at the inductance 26 is therefore a modulated signal with a constant amplitude and pulse width. When the transistors 10 and 11 conduct, the pulse width and the peak amplitude at the inductor 26 change depending on the magnitude of the input voltage V, and the impedance of the load 37.However, in order for the mean or DC voltage value to remain constant, the waveform has above and equal areas below a reference or baseline.
Die Induktivität 26 ist die Primärwicklung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung eine mit der Induktivität 26 gekoppelte zweite Induktivität 28 darstellt. Unter Beachtung der richtigen Transformatorphasenwahl ist ein nur in einer Richtung leitendes Bauelement oder ein Gleichrichter 30 mit der Sekundärwicklung, also der zweiten Induktivität 28 gekoppelt. In Verbindung mit einem Kondensator 31 bildet der Gleichrichter 30 einen Spitzendemodulator. Der Spitzengleichrichterkreis entwickelt während der Sperrperiode der Transistoren 10 und 11 über dem Kondensator 31 eine Spannung, deren Größe ungefähr gleich der Spitzenspannung ist, die an der Sekundärwicklung erzeugt wird. Wie oben erläutert wurde, ist diese Spitzenspannung konstant bezüglich des Mittelwertes oder der Grundlinie der Schwingungsform, so daß auch die Spannung am Kondensator 31 während dieserThe inductance 26 is the primary winding of a transformer, the secondary winding of which represents a second inductance 28 coupled to the inductance 26. Taking into account the correct choice of transformer phase, a component that is only conductive in one direction is or a rectifier 30 with the secondary winding, so the second inductor 28 coupled. In conjunction with a capacitor 31, the rectifier 30 forms one Peak demodulator. The peak rectifier circuit develops during the blocking period of the transistors 10 and 11 across the capacitor 31 a voltage, the magnitude of which is approximately equal to the peak voltage applied to the secondary winding is generated. As explained above, this peak voltage is constant with respect to the Mean value or the baseline of the waveform, so that the voltage across the capacitor 31 during this
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Periode konstant ist. Die Verwendung eines Spitzendetektors oder Spitzendemodulators setzt eine Wahl des Kondensators 31 unter Berücksichtigung einer zugehörigen Last 60 voraus. Durch dieses Kriterium wird gewährleistet, daß die Zeitkonstante, die sich ergibt, wenn man den Widerstandswert der Last 60 mit der Kapazität des Kondensators 31 multipliziert, viel größer ist als die Frequenz bzw. Periode, mit der die Regelschaltung 15 schwingt. Weitere Ausgangsspannungen ergeben sich in ähnlicher Weise, wenn man zusätzliche ^ Wicklungen mit zugehörigen zusätzlichen GleichrichternPeriod is constant. Using a peak detector or peak demodulator poses a choice of the capacitor 31 taking into account an associated Last 60 ahead. This criterion ensures that the time constant that results if you multiply the resistance of the load 60 by the capacitance of the capacitor 31, a lot is greater than the frequency or period with which the control circuit 15 oscillates. Other output voltages result in a similar way if one has additional ^ windings with associated additional rectifiers
und Kondensatoren vorsieht. Auch negative Spannungen können erzeugt werden, wozu die Phase der den Induktivitäten 26 und 28 entsprechenden Transformatorwicklungen und der dem Gleichrichter 30 entsprechenden Gleichrichter umgekehrt wird.and capacitors. Negative voltages can also be generated, including the phase of the inductors 26 and 28 corresponding transformer windings and that of the rectifier 30 corresponding Rectifier is reversed.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung soll nun noch genauer beschrieben werden. Der Kollektor des als aktives Bauelement dienenden "Durchlaß"-Transistors 10 ist an den einen Pol der Quelle der ungeregelten Exngangsglexchspannung V. angeschlossen, bei der es sich beispielsweise um eine Batterie handelt. || Der Kollektor des Transistors 10 ist ferner mit dem Emitter des Transistors 11 zusammengeschaLtet, der vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist. Die beiden Transistoren sind in Kaskade geschaltet, damit der notwendige Treiberstrom und eine zusätzliche Stromkapazität zur Verfügung stehen. Demgemäß ist der Kollektor des Transistors 11 über einen Strombegrenzungswiderstand 35 ™i* kleinem Widerstandswert zum Emitter des Transistors 10 rückgekoppelt. Daneben ist der Kollektor des Tran-The circuit arrangement shown in the drawing will now be described in more detail. The collector of the "on" transistor serving as the active component 10 is connected to one pole of the source of the unregulated output voltage V. which is, for example, a battery. || The collector of transistor 10 is also connected to the Emitter of transistor 11 connected together, the is of the opposite conductivity type. The two transistors are connected in cascade so that the necessary Driver current and an additional current capacity are available. The collector is accordingly of the transistor 11 via a current limiting resistor 35 ™ i * small resistance value to the emitter of the transistor 10 fed back. In addition, the collector of the tran-
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sistors 11 unmittelbar oder galvanisch mit der Basis des Transistors 10 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 10 und dem Emitter des Transistors 11 ist über einen großen Kondensator 36 an den anderen, negativen Pol (Masse) der ungeregelten Gleichspannungsquelle angeschlossen, der durch den Kondensator 36 von diesem Verbindungspunkt isoliert wird.The transistor 11 is connected directly or galvanically to the base of the transistor 10. The connection between the collector of transistor 10 and the emitter of transistor 11 is via a large capacitor 36 connected to the other, negative pole (ground) of the unregulated DC voltage source, which is through the capacitor 36 is isolated from this connection point.
Wie schon kurz erläutert wurde, ist der Emitter des Transistors 10 in Reihe mit der Primärwicklung oder Induktivität 26 des erwähnten Transformators geschaltet. Die eine Klemme der Induktivität 26 ist an den Emitter dieses Transistors angeschlossen, ihre andere Klemme an diejenige der Last 37· Darstellungsgemäß liegt parallel zur Last 37 ein Filterkondensator 38, der die Ausgangsspannung V relativ konstant hält. Der Leitzustand der Transistoren 10 und 11 wird durch die Regelschaltung 15 gesteuert, die im wesentlichen in der folgenden Weise arbeitet.As has already been briefly explained, the emitter of the transistor 10 is in series with the primary winding or Inductance 26 of the transformer mentioned switched. One terminal of the inductor 26 is connected to the The emitter of this transistor is connected, its other terminal to that of the load 37 · as shown there is a filter capacitor 38 in parallel with the load 37, which keeps the output voltage V relatively constant. Of the The conduction state of the transistors 10 and 11 is controlled by the control circuit 15, which is essentially in works the following way.
Zum Herleiten einer Betriebsspannung für die Regelschaltung 15 ist eine Verbindung zwischen dem positiven Pol der Quelle der ungeregelten Eingangsspannung V. und einer Spannungsschiene 40 vorgesehen. Diese Verbindung kann auch ein Bauelement enthalten, an dem eine bestimmte Spannung abfällt, etwa eine Zenerdiode oder ein Dämpfungsglied, damit die Spannung an der Schiene JjO niedriger ist als die Eingangsspannung V. . Einen Heferenzwert für den Regler liefert eine Stromquelle 111 , die mit ihrem einen Pol mit der Schiene k0 und mit ihrem anderen Pol mit der Basis eines Folgertransistors 42 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors k2 ist zur Schiene k0 zurückgeführt, während sein EmitterTo derive an operating voltage for the control circuit 15, a connection between the positive pole of the source of the unregulated input voltage V. and a voltage rail 40 is provided. This connection can also contain a component at which a certain voltage is dropped, for example a Zener diode or an attenuator, so that the voltage on the rail JjO is lower than the input voltage V. A Heferenzwert for the controller provides a current source 1 11, which is connected at one pole with the rail k0 and with its other pole to the base of the follower transistor 42nd The collector of the transistor k2 is returned to the rail k0 , while its emitter
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mit den zusammengeschalteten Kollektor- und Basiselektroden eines Transistors kj> verbunden ist, der somit als Diode arbeitet. Der als Kathode aer Diode dienende Emitter des Transistors Ί 3 liegt über eine Reihenschaltung an Masse, die aus Widerständen hk und k$ soifie einem weiteren Transistor 46, dessen Kollektor und Basis ebenfalls zusammengeschaltet sind, und dessen Emitter unmittelbar mit dem Bezugspotentialpunkt verbunden ist, besteht. Die Stromquelle kl liefert Strom an die Basis des Transistors k2 sowie an eine Bezugsspannungs-Zenerdiode 50, die zwischen die Basis des Transistors h2. und Masse geschaltet und so gepolt ist, daß sie im Durehbruchbetrieb in Sperrichtung leitet.is connected to the interconnected collector and base electrodes of a transistor kj> , which thus works as a diode. The aer as a cathode diode serving emitter of transistor Ί 3 is connected via a series circuit to ground, the hk of resistors and k $ soifie another transistor 46, whose collector and base are also connected together, and whose emitter is connected directly to the reference potential point, there . The current source kl supplies current to the base of the transistor k2 and to a reference voltage Zener diode 50, which is connected between the base of the transistor h2. and ground is connected and polarized so that it conducts in the reverse direction in breakdown operation.
Diese vereinfacht dargestellte Regelschaltung ist an sich bekannt und liefert nicht nur eine relativ niedrige Referenzspannung, sondern gewährleistet auch eine Temperaturkompensation. Die von einer geeigneten Stromquelle wie der Quelle kl vorgespannt ο Zeiierdiode 50 gewinnt aus dor ungerejcel < en Eingangsspannung eino !•■labile Kßi er entspannung. Der als Eniitt erf öl £ or arbeitende Trnnristor !l2 dient zum Lsolicron der Ausgangsipanmmg dor Zonortliode 50 und lief ort an ihrem Emitter oiiio dor Zenordiodonspannung niilsjirechende Spannung. Di ο Zpiifirdjode 50 hat einen positiven Tempcraturkoei f i zienten, dor durch die zusätzliche Wirkung dos als Diode jroschaltoten Transistors k3 vnrprößert wird. Die al« Spannung Pt ei 1 er arbeitenden Widerstände kk und kr) reduzieren .'--owohl die genannte Sj)aimung als auch den Temperaturkoefiizienten derart, daß genau der negative Temperaturkoeffizient des als Diode geschalteten Transistors '''6 kompensiert wird.This control circuit, shown in simplified form, is known per se and not only provides a relatively low reference voltage, but also ensures temperature compensation. The voltage biased by a suitable power source such as the source kl ο drawing diode 50 gains from the unrecognized input voltage a! • ■ unstable kisser relaxation. The door gate working as an eniitt for oil ! I2 is used for isolating the output dipane from the zonortiode 50 and ran the same voltage at its emitter oiiio from the zenordiodon voltage. Di ο Zpiifirdjode 50 has a positive Tempcraturkoei fi cient, which is increased by the additional effect of dos as a diode jroschaltoten transistor k 3. Reduce al "Pt voltage ei 1 he working resistors kk and k r) .'-- oth said Sj) aimung and the Temperaturkoefiizienten so as to exactly compensates the negative temperature coefficient of the diode-connected transistor '''. 6
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Hierdurch steht also am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 44 und 45 eine temperaturkorapensxerte Referenzspannung zur Verfügung. In einer typischen Regelschaltung beträgt diese Ausgangsspannung normalerweise etwa + 1,7 Volt, welcher Spannungswert sich für optimale Kompensation ergibt. Bei der Referenzspannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 44 und 45 handelt es sich um diejenige, die an die Basis des Transistors 21 angelegt wird, wie oben erwähnt wurde.This means that the connection point between the Resistors 44 and 45 a temperature corapensxerte reference voltage available. In a typical Control circuit, this output voltage is usually about + 1.7 volts, which voltage value is for results in optimal compensation. At the reference voltage at the junction between resistors 44 and 45 is the one connected to the base of the Transistor 21 is applied as mentioned above.
Die Regelschaltung enthält eine Differenzverstärkeranordnung, die durch die Verstärker 20 und 21 gebildet wird, deren Emitter zusammengeschaltet sind und über einen Widerstand 47 an Masse liegen. Im Prinzip ist der Regler eine einzige Differenzverstärkerstufe mit einer Emitterfolger-Ausgangsanordnung in Darlington-Schaltung mit Transistoren 48 und 49. Der Verstärkungsgrad des Differenzverstärkers ist jedoch größer als im Normalfall. Die große Verstärkung ergibt sich durch Verwendung von Transistoren 52 und 531 die als Kollektorlast für die Transistoren 20 bzw. 21 dienen. DarstelLungsgemäß handelt es sich bei den Transistoren 52 tuid 53 um pnp-Bauelemente, während die Transistoren 20 und 21 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind. Die Emitter der Transistoren 52 und 53 liegen an der Versorgungsspannungsschiene 4o, während ihre Kollektoren entsprechend mit dem Kollektor der Transistoren 21 bzw. 20 verbunden sind. Die Basen der Transistoren 52 und 53 sind zusammengeschaltet, und die Basis ties Transistors 52 ist außerdem mit dem Kollektor dieses Transistors verbunden. Wenn die Transistoren 52 und 53 so ausgewählt werden, daß sie eine große Stromverstärkung haben und optimal angepaßt sind, also gleiche Eigen-The control circuit contains a differential amplifier arrangement, which is formed by the amplifiers 20 and 21, the emitters of which are connected together and across a resistor 47 are connected to ground. In principle, the controller is a single differential amplifier stage a Darlington pair emitter follower output arrangement with transistors 48 and 49. However, the gain of the differential amplifier is greater than normally. The large gain results from the use of transistors 52 and 531 as the collector load serve for the transistors 20 and 21, respectively. As shown the transistors 52 and 53 are pnp components, while the transistors 20 and 21 are of the opposite conductivity type. The emitters of transistors 52 and 53 are connected to the Supply voltage rail 4o, while their collectors correspond to the collector of the transistors 21 and 20 are connected. The bases of the transistors 52 and 53 are interconnected, and the base ties Transistor 52 is also connected to the collector of this Transistor connected. If transistors 52 and 53 are selected to have a large current gain have and are optimally adapted, i.e. have the same properties
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schäften haben, gewährleisten sie, daß der Kollektorstrom des Transistors 53 gleich demjenigen des Transistors 21 sein wird.shafts, they ensure that the collector current of transistor 53 will be the same as that of transistor 21.
Die Betriebsweise dieser Schaltuiigsaiiordnuiig mit den Transistoren 52 und 531 die man "S troiHspiegel"-Schaltung nennt, ist an sich bekannt. Sie bewirkt, daß der Differenzverstärker mit den Transistoren 20 und 21 relativ unabhängig von der Größe ihrer Kollektorströme über den vollen Bereich von Ausgangsspannungseinste1-lungen und EingangsSpannungsschwankungen symmetrisch sein wird. Die oben beschriebene Regelschaltung 15 ist eine einfache schematische Darstellung einer Schaltung, wie sie typisch verwendet wird. Weitere Einzelheiten der genauen Schaltungsanordnung finden sich in einem Aufsatz mit dem Titel "A Versatile Monolithic Voltage Regultitor" von R.J. Widlar, der in USA vori der National Semiconductor Corporation im Februar 1967 veröffentlicht wurde und eine typische Regelschaltung beschreibt, wie sie in der Zeichnung als Schaltung 15 dargestellt ist. Er beschreibt ferner die Verwendung dieser Schaltung in einem Zweipunktregler mit hohem Wirkungsgrad (vgl. insbesondere= Fig. LQ dieser Veröffentlichung).The mode of operation of this Schaltuiigsaiiordnuiig with the transistors 52 and 53 1 called "S troiHspiegel" circuit is known per se. It has the effect that the differential amplifier with the transistors 20 and 21 will be symmetrical relatively independent of the size of their collector currents over the full range of output voltage settings and input voltage fluctuations. The control circuit 15 described above is a simple schematic representation of a circuit typically used. Further details of the exact circuit arrangement can be found in an article entitled "A Versatile Monolithic Voltage Regultitor" by RJ Widlar, which was published in the USA before the National Semiconductor Corporation in February 1967 and describes a typical control circuit as shown in the drawing as a circuit 15 is shown. It also describes the use of this circuit in a two-position controller with high efficiency (cf. in particular = Fig. LQ of this publication).
Im Betrieb wird die Ausgangsspannung V vom Transistor 20 überwacht, dessen Basis mit einem Spannungsteiler verbunden ist, der parallel zur Last 37 gescmltet ist und zwei Widerstände 6L und 62 enthält. Der Widerstand 6l wird durch einen Kondensator 6" überbrückt, der dafür sorgt, daß der volle Ausgangsbnunin an die Basis dt; s Transistors 20 angelegt wird. Wenn die Ausgangs-In operation, the output voltage is V from the transistor 20 monitors, its base with a voltage divider connected, which is connected in parallel to the load 37 and two resistors 6L and 62 includes. The resistance 6l is bridged by a capacitor 6 ", which ensures that the full output bunin to the base dt; s transistor 20 is applied. If the initial
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spannung absinkt, ist die Spannung an der Basis des Transistors 20 kleiiic-r als die Spannung an der Referenzkletnme oder an der Basis des Transistors 21» Hierdurch wird der Kollektor des Transistors 20 negativ, und diese negative Spannung wird der Basis des Schalttransistors 3 1 zugeführt, wodurch dieser leitend wird. Wenn der Transistor 13 leitet, wird die Spannung am Kollektor positiver, so daß auch der Transistor 10 leitet« Hierdurch wird die ungeregelte Eingangs spannung V. an die Last 37 angelegt und die Spannung entsprechend angehoben. Auch die Referenzspannung an der Basis des Transistors 21 wird hj erdurch über den Rückkopplmigswiderstand 25 erhöht. Die Schalttransistoren 10 und 11 bleiben leitend, bis die Spannung an der Basis des Transistors 20 soweit angestiegen ist, daß der Regler wieder ausschaltet, wodurch die Referenzspannung entsprechend absinkt. Ei- bleibt ausgeschaltet, bis die Ausgangsspaniiung vi odor abgesunken ist. Durch die Wirkung des Zweipunldrcj>]prs wird die Schaltung ständig eingeschaltet und ausgeschaltet. Die Einschalt- und Ausschaltzeitdauor i bzw. 1 läßt sich durch folgende Gleichungen ausdrücken:voltage drops, the voltage at the base of transistor 20 is lower than the voltage at the reference terminal or at the base of transistor 21 »This causes the collector of transistor 20 to be negative, and this negative voltage is fed to the base of switching transistor 3 1 which makes it conductive. When the transistor 13 conducts, the voltage at the collector becomes more positive, so that the transistor 10 also conducts. As a result, the unregulated input voltage V. is applied to the load 37 and the voltage is increased accordingly. The reference voltage at the base of the transistor 21 is also increased by means of the feedback resistor 25. The switching transistors 10 and 11 remain conductive until the voltage at the base of the transistor 20 has risen so far that the controller switches off again, whereby the reference voltage drops accordingly. Ei- remains switched off until the initial voltage vi odor has decreased. The circuit is constantly switched on and off by the action of the two-point pressure. The switch-on and switch-off times i and 1 can be expressed by the following equations:
ont
on
O V.
O
off 1 "_ =
off
mV.
m
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wobei:whereby:
V. = ungeregelte Eingangsspannung V = geregelte Ausgangsspannung ZlVn = Spitze-Spitze-Brummspannung.V. = unregulated input voltage V = regulated output voltage ZlV n = peak-to-peak ripple voltage.
Die Schaltoperation erfolgt also mit einer Periode, die gleich der Summe aus der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit ist. Wie die beiden Gleichungen zeigen, ist die Betriebsfrequenz des Reglers relativ unabhängig von der Größe der Last 37. Während der Ausschaltzeit ψ ist die Spitzenamplitude an der Induktivität 26 konstant und ungefähr gleich der Ausgangsspannung V abzüglich eines kleinen Spannungsabfalls an der leitenden Diode.The switching operation therefore takes place with a period that is equal to the sum of the switch-on time and the switch-off time. As the two equations show, the operating frequency of the regulator is relatively independent of the size of the load 37. During the switch-off time ψ , the peak amplitude at the inductance 26 is constant and approximately equal to the output voltage V minus a small voltage drop across the conducting diode.
Für die Regelung der beschriebenen Schalt- oder Zweipunktanordnung wird gewährleistet, daß die für unterschiedliche Eingangsspannungen (V. ) einer Batterie erzeugten Schwingungen einen konstanten Mittelwert haben, der gleich der Ausgangsspannung ist. Für den Fall des Sperrzustandes des Transistors 10 ist das Produkt aus der Ausgangsspannung V und der sich ändernk den Leitperiode gleich dem Produkt aus der sich ändernden Spannung und der Periode während des Leitzustandes des Transistors.For controlling the switching or two-point arrangement described ensures that the different input voltages (V.) of a battery generated vibrations have a constant mean value that is equal to the output voltage. For the In the case of the blocking state of the transistor 10, the product of the output voltage V and the changing k the conduction period is equal to the product of the changing voltage and the period during the conduction state of the transistor.
Durch Verwendung der Induktivität 26 als Teil eines Transformators und durch richtige Polung des Gleichrichters kann infolge dessen während der Ausschaltzeit des Reglers dieses Signal konstanter Spitze zu einer anderen konstanten Ausgangsgleichspannung der Regel-By using inductor 26 as part of a transformer and correct polarity of the rectifier as a result, this signal can become a constant peak during the switch-off time of the controller other constant DC output voltage of the control
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anordnung gleichgerichtet werden, ohne daß irgendein zusätzliches aktives Bauelement notwendig ist. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist die eine Klemme der Sekundärwicklung oder zweiten Induktivität 28 mit der Klemme verbunden, an der die Ausgangsspannung V abgegriffen wird, so daß sich eine weitere Ausgangsspannung ergibt, die größer ist als V . Diese Klemme der Induktivität 28 kann aber auch an Masse oder auf ein anderes Potential gelegt werden, wenn andere Spannungen erzeugt werden sollen.arrangement are rectified without any additional active component is necessary. As in As shown in the drawing, one terminal of the secondary winding or second inductor 28 is connected to the Terminal connected at which the output voltage V is tapped so that there is a further output voltage which is greater than V. This terminal of the However, inductance 28 can also be connected to ground or to another potential if other voltages should be generated.
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Claims (2)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3219964A1 (en) * | 1982-05-27 | 1984-02-09 | ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Switched-mode regulator having a PI and a D regulator in the control loop |
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|---|---|---|---|---|
| NL157476B (en) * | 1969-04-25 | 1978-07-17 | Philips Nv | POWER CIRCUIT FOR A PICTURE DISPLAY DEVICE, WHICH CIRCUIT IN PARTICULAR FOR A PICTURE CONTROL DEVICE CIRCUIT AND EQUIPPED WITH A DC-VOLTAGE CONVERTER. |
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1971
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- 1971-12-16 AU AU36983/71A patent/AU3698371A/en not_active Expired
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- 1971-12-20 BE BE777000A patent/BE777000A/en unknown
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- 1971-12-21 JP JP10406571A patent/JPS47013579A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3219964A1 (en) * | 1982-05-27 | 1984-02-09 | ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Switched-mode regulator having a PI and a D regulator in the control loop |
Also Published As
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| IT944101B (en) | 1973-04-20 |
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