DE2162491C3

DE2162491C3 -

Info

Publication number: DE2162491C3
Application number: DE19712162491
Authority: DE
Inventors: Gero Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Schollmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-16
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2162491B2; DE2162491A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Aufladung eines Speicherkondensators aus einer Gleichspannungsquelle auf eine konstante Spannung mit einem periodisch ein- und ausgeschalteten elektronischen Schalter und mit einer zwischen dem Schalter und dem Speicherkondensator mit diesem in Reihe liegenden Glättungsdrossel und einem parallel zur Reihenschaltung aus der Glättungsdrossel und dem Speicherkondensator liegenden Freilaufweg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer _h0 Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art den Schalter so zu steuern, daß die Ladespannung des Speicherkondensators den Sollwert exakt erreicht und auf keinen Fall überschreitet

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch &5 gelöst, daß in einer Vergleichsschaltung eine der konstanten Spannung entsprechende Sollspannung mit der Summe der Istspannung des Kondensators und einer von dem Strom im Ladekreis abhängigen Meßspannung verglichen wird und jeweils bei Erreichen der Sollspannung durch die Summenspannung von der Vergleichsschaltung ein Abschaltbefehl für den elektronischen Schalter gegeben wird, wobei die Abhängigkeit der Meßspannung von dem Ladestrom derart vorgesehen ist, daß im Zeitpunkt der Abschaltung des elektronischen Schalters die in der Glättungsdrossel und im Kondensator enthaltene Summenenergie der zur Sollspannung gehörigen Sollenergie des Kondensators entspricht

Auf diese Weise wird die jeweils zum Zeitpunkt der Abschaltung des elektronischen Schalters in der Glättungsdrossel vorhandene Energie für die Steuerung des Zeitpunktes dieser Abschaltung berücksichtigt und somit eine Erhöhung der Ladespannung über den Sollwert verhindert

Es ist eine Schaltungsanordnung zur Lieferung einer konstanten geregelten Gleichspannung an eine Last mit einem zur Last parallelgeschalteten Glättungskondensator mit einem periodisch ein- und ausgeschalteten elektronischen Schalter und mit einer zwischen dem Schalter und dem Speicherkondensator mit diesem in Reihe liegenden Glättungsdrossel und einem parallel zur Reihenschaltung aus der Glättungsdrossel und dem Speicherkondensator liegenden Freilaufweg bekannt (US-PS 33 56 930). Durch die Einbeziehung einer ladestromabhängigen Spannung in den Regelkreis wird insbesondere bei Laständerungen das durch die Glättungsdrossel bewirkte ungünstige Regelverhalten verbessert Eine exakte Aufladung des Glättungskondensators im Sinne der Erfindung kann bei dieser Schaltungsanordnung schon deshalb nicht stattfinden, weil die Drosselenergie je nach Höhe des Laststromes nur teilweise im Kondensator gespeichert wird und außerdem der Strom im Ladekreis des Kondensators wegen des parallelen Laststromzweiges kein Maß für die Drosselenergie ist

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine vom Strom durch die Glättungsdrossel abhängige Meßspannung als Zusatzspannung in einem dem Speicherkondensator parallelgeschalteten Meßspannungsteiler eingekoppelt

Die GröBe der Zusatzspannung, die in den Meßkreis am Speicherkondensator eingekoppelt werden muß, hängt von der Größe der Induktivität und von der Kapazität des Speicherkondensators ab und läßt sich näherungsweise durch die nachfolgenden Gleichungen bestimmen. Die Speisequelle soll dann abgeschaltet werdea wenn die in der Induktivität L und im Speicherkondensator C enthaltene Energie zusammen gleich der Sollenergie Esoii des Speicherkondensators ist, die der Sollspannung des Speicherkondensators zugeordnet ist.

Esc, = y CU₀ ² = ^CV? + i-L/². (1)

Darin bedeuten / = Strom durch die Glättungsdrossel, Uc = Spannung am Kondensator, U₀ = Kondensatorsollspannung bei Sollenergie. Im Augenblick der Abschaltung liegt am Speicherkondensator eine Spannung

In dieser Gleichung bedeutet U₂ die Spannungserhöhung, die durch Entladung der Energie der Induktivität Lauf den Speicherkondensator Ceintritt.

Für die Spannung i/_zergibt sich aus Gleichung (1)

14 = U₀ - ]/ui - ±i².

Unter der Annahme, daß -~ · P < I/o², ergibt sich

U_z * U₀ - ■

(£■

Die Erfindung wird an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele in den F i g. 1 bis 3 näher erläutert

In F i g. 1 ist das Prinzip einer erfindiingsgernäßen Schaltungsanordnung dargestellt

Die Fi g. 2 und 3 stellen verbesserte Meßschaltungen mit Abschaltsteuerung dar, die jeweils durch Verbinden der gleichlautend bezeichneten Klemmen a—e an die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 anstelle der dort verwendeten Meßschaltung und Abschaltsteuerung angeschlossen werden.

In F i g. 1 ist der elektronische Schalter ein als Schaltregler arbeitender Stelltransistor Ts. Zwischen diesen und den Speicherkondensator C ist eine Eisenspule L als Glättungsdrossel eingeschaltet und in einem Querzweig eine Freilaufdiode D angeordnet Der Stelltransistor Ts wird in Abhängigkeit vom Ladezustand des Speicherkondensators C über die Abschaltsteuerung St periodisch leitend gesteuert und gesperrt Parallel zum Speicherkondensator ist eine MeBschaltung, bestehend aus einer Reihenschaltung einer Z-Diode Z, dem Ausgang eines Differenzverstärker? V und dem Eingang der Abschaltsteuerung angeordnet Abweichungen der Kondensatorspannung vom durch die Z-Diode bestimmten Sollwert (Spannung U₀) werden in der Abschaltsteuerung St in Steuerimpulse für den Stelltransistor Ts umgesetzt Der Schaltregler ist eingangsseitig an eine Batterie oder an einen Netzgleichrichter angeschlossen.

Um die im Zeitpunkt der Abschaltung des Stelltransistors in der Gläctungsdrossel L vorhandene magnetische Energie, die nach Sperrung des Stelltransistors über die Freilaufdiode die Ladung des Speicherkondensators vergrößert, berücksichtigen zu können, ist die Meßschaltung durch einen in den Ladestromkreis eingeschalteten Meßwiderstand R und den Differenzverstärker V erweitert Der am Meßwiderstand R abgegriffene Spannungsabfall wird nach Verstärkung so in die Meßschaltung eingekoppelt, daß der für die Sperrung des Stelltransictors maßgebliche Schwellwert der Abschaltsteuerung St bereits erreicht wird, bevor der Speicherkondensator C auf seine Sollspannung Uo aufgeladen ist

In der Schaltung nach F i g. 2 ist nur die veränderte Meßschaltung dargestellt, der übrige Teil der Ladeschaltung kann wie in F i g. 1 dargestellt ausgebildet

ίο werden. Um die quadratische Abhängigkeit zwischen dem Strom durch die Glättungsdrossel und der Zusatzspannung besser zu berücksichtigen, wird der Meßspannungsbefehl AU am Meßwiderstand R über einen zwischen Meßwiderstand R und Differenzverstärker V eingeschalteten Analog-Multiplizierer M dem Eingang des Differenzverstärkers zugeführt

Die in Fig.3 dargestellte Meßschaltung mit Abschaltsteuerung ist wie die Schaltung nach Fig.2 in Verbindung mit der Ladeschaltung nach F i g. 1 anwendbar. Die Berücksichtigung des Energieanteiles in der Speicherdrossel zum Zeitpunkt der Abschaltung des Stelltransistors erfolgt in dieser Meßschaltung nicht durch stromabhängige Beeinflussung der Meßspannung, sondern durch stromabhängige Steuerung einer Vergleichsspannung für den Abschaltvorgang. Die Vergleichsspannung Uv, die wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen von einem vom Ladestrom durchflossenen Meßwiderstand R abgeleitet werden kann, muß neben der Beziehung nach Gleichung (1) der weiteren Beziehung

i/v=k (Uc-

genügen. Darin bedeuten U\ = Spannung an der Z-Diode, k = konstanter Faktor. Der Spannungsabfall am Meßwiderstand R kann direkt oder auch über einen Analogmultiplizierer an einen Verstärker V geführt werden. Die Vergleichsspannung U_v wird im Komparator K mit der Spannungsdifferenz U₀- U\ verglichen. Bei Gleichheit beider Spannungen liefert der Komparator einen Impuls an das Stellglied Ts und bewirkt damit die Beendigung des Ladevorganges. Das Schaltverhalten des !Comparators weist zweckmäßig eine Hysterese auf, die durch bekannte Schaltungsmaßnahmen erzielt werden kann. Ein besonderer Vorteil des Schaltungsbeispiels nach F i g. 3 besteht darin, daß die Notwendigkeit erdfrei betriebener Differenzverstärker umgangen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Aufladung eines Speicherkondensators aus einer Gleichspannungsquelle auf eine konstante Spannung mit einem periodisch ein- und ausgeschalteten elektronischen Schalter und mit einer zwischen dem Schalter und dem Speicherkondensator mit diesem in Reihe liegenden Glättungsdrosse! und einem parallel zur Reihenschaltung aus der Glättungsdrossel und dem Speicherkondensator liegenden Freilaufweg, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vergleichsschaltung eine der konstanten Spannung entsprechende Sollspannung (U₀) mit der Summe der Istspannung (U_c)des Kondensators (Qund einer von dem Strom im Ladekreis abhängigen Meßspannung (Uz) verglichen wird und jeweils bei Erreichen der Sollspannung durch die Summenspannung von der Vergleichsschaltung ein Abschaltbefehl für den elektronischen Schalter (Transistor Ts) gegeben wird, wobei die Abhängigkeit der Meßspannung (UJ von dem Ladestrom derart vorgesehen ist, daß im Zeitpunkt der Abschaltung des elektronischen Schalters (Transistors 7S^ die in der Glättungsdrossei (L) und im Kondensator (C) enthaltene Summenenergie der zur Sollspannung (U₀) gehörigen Sollenergie des Kondensators fQ entspricht

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Strom durch die j₀ Glättungsdrossel (L) abhängige Meßspannung als Zusatzspannung (Uz) in einem dem Speicherkondensator (C) parallelgeschalteten Meßspannungsteiler eingekoppelt ist

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Strom durch die Glättungsdrossel fjy durchflossener nichtlinearer Meßwiderstand (R) mit angenähert quadratischem Kennlinienverlauf verwendet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines linearen Meßwiderstandes (R) ein Analog-Multiplizierer (M) zwischen den Meßwiderstand (R) und einen Meßverstärker (V) geschaltet ist.