DE2165128A1

DE2165128A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT TO LIMIT THE POWER LOSS ON THE ACTUATOR OF SERIES REGULATED POWER SUPPLIES

Info

Publication number: DE2165128A1
Application number: DE19712165128
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Phys Fricke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1973-07-12
Also published as: DE2165128B2; DE2165128C3

Description

Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Verlustleistung am Stellglied seriengeregelter Netzgeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Verlustleistung am Stellglied seriengeregelter Netzgeräte bei hohen Spannungsschwankungen durch selbsttätige stufenweise Lastübernahme durch einen ader mehrere andere Stelltransistoren aus einer oder mehreren zusätzlichen Wicklungen des Netztransformators mit abgestuften Ausgangsspannungen.Circuit arrangement for limiting the power loss at the actuator Series-regulated power supply units The invention relates to a circuit arrangement to limit the power loss at the actuator of series-regulated power supply units high voltage fluctuations due to automatic gradual load transfer by a or several other setting transistors from one or more additional windings of the mains transformer with graduated output voltages.

Zur Erzielung einer unterbrechungslosen Stromversorgung eines Verbrauchers ist es bereits bekannt, den Verbraucher jeweils aus einem von zwei stabilisierten Stromversorgungsgräten zu speisen.To achieve an uninterruptible power supply for a consumer it is already known to stabilize the consumer each from one of two To feed power supplies.

Es sind auch Stromversorgungsschaltungen für große Lastströme oder große Ausgangsspannungen bekannt, die den Verbraucher aus mehreren ausgangsseitig parallel oder in Reihe gesehalteten Serienreglern speisen.There are also power supply circuits for large load currents or large output voltages known that the consumer from several on the output side Feed series controllers connected in parallel or in series.

Serienregelschaltungen, die für große Änderungen der Betriebsspannung bemessen sind, haben den Nachteil, daß das Stellglied für eine große Verlustleistung ausgelegt werden muß.Series control circuits for large changes in the operating voltage are sized, have the disadvantage that the actuator for a large power loss must be interpreted.

Zur Beseitigung dieses Nachteils ist es für Netzemit stark absinkender Spannung bekannt, zwei Stellglieder aus getrennten Stromversorgungsouellen des gleichen Netzes mit verschieden hoher Ausgangsspannung so zussmmenzuschalten, daß unter Verwendung von zwei Referenzspannungsquellen unterschiedlicher Spannung die Stromversorgung des Verbrauchers bei sinkender Netzspannung unterbrechungslos von der Stromversorgungsquelle mit der höheren Ausgangsspannung übernommen wird. Die beiden Stelltransistoren sind dann in Reihe geschaltet.To eliminate this disadvantage, it is much lower for networks Voltage known, two actuators from separate power sources of the same Networks with different output voltages so connect that using the power supply from two reference voltage sources of different voltages of the consumer uninterruptedly from the power supply source when the mains voltage drops is accepted with the higher output voltage. The two Control transistors are then connected in series.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Verringerung der bei hohen Netzüberspannungen am Stellglied von Serienregelschaltungen mit besseren Regel- und Betriebseigenschaften entstehenden Verlustleistung anzugeben.The invention is based on the object of a circuit arrangement to reduce the high mains overvoltages on the actuator of series control circuits with better control and operating properties to indicate the power loss that occurs.

Die Erfindung geht dabei von einer kurzschlußfesten Serienregelschaltung mit Regelverstärker aus, bei der der Stelltransistor und der Regeltransistor vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind.The invention is based on a short-circuit-proof series control circuit with control amplifier, in which the control transistor and the control transistor from are opposite conductivity type.

Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß zwei oder mehr mit ihrer Emitter-Kollektorstrecke zwischen einem Pol der ungeregelten Spannungsquelle und einem Verbraucher angeordneten, ausgangsseitig zusammengeschalteten Stelltransistoren ein gemeinsamer Regelverstärker zugeordnet ist und daß die Basis des an der höheren gleichgerichteten Tr3nsformatorspannung liegenden Stelltransistors über die Emitter-Kollektorstrecke eines Entkopplungstransistors und die Basis des anderen Stelltransistors direkt mit dem Ausgang des Regeltransistors im Regel verstärker verbunden sind und daß der Entkopplungstransistor über eine Spannungsüberwachungsschaltung gesteuert ist. Die die unterbrechungslose uebernahme des Laststromes durch einen anderen Transistor einleitende Spannungsüberwachungsschaltung besteht gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aus einer Reihenschaltung von Z-Diode und Widerstand, deren Verbindungspunkt über eine für den Basisstrom des Entkopp]ungstransistors in Sperrichtung gepolte Diode mit der Basis des Entkopplungstransistors verbunden ist und bei der die Reihenschaltung an eine der Netzspannung annähernd proportionale, über der höchsten Eingangsspannung der Stelltransistoren liegende Hilfsspannung angeschlossen ist.The solution is according to the invention that two or more with their Emitter-collector path between one pole of the unregulated voltage source and a consumer arranged, output-side interconnected control transistors a common control amplifier is assigned and that the base of the at the higher rectified transformer voltage lying control transistor across the emitter-collector path of a decoupling transistor and the base of the other setting transistor directly are connected to the output of the control transistor in the rule amplifier and that the decoupling transistor is controlled via a voltage monitoring circuit. The uninterrupted transfer of the load current through another transistor introductory voltage monitoring circuit exists according to an advantageous development of the invention from a series connection of Zener diode and resistor, their connection point polarized in the reverse direction via one for the base current of the decoupling transistor Diode is connected to the base of the decoupling transistor and in which the series connection to a line voltage approximately proportional to the highest input voltage the auxiliary voltage lying on the control transistors is connected.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further details of the invention are based on a in the embodiment illustrated in the figure explained in more detail.

Der Transformator Tr liefert die Spannungen für das seriengeregelte Netzgerät. Die Gleichspannungen U1, U2 und U3 werden in einer Mittelpunktschaltung mit den Gleichrichtern Gl1 und G12 aus den durch Anzapfungen gebildeten Sekundärwicklungen w1, w2, w3 bzw. w1', w2', w3' gewonnen.The transformer Tr supplies the voltages for the series regulated Power supply. The DC voltages U1, U2 and U3 are in a midpoint circuit with the rectifiers Gl1 and G12 from the secondary windings formed by taps w1, w2, w3 or w1 ', w2', w3 'won.

Die Spannungen Ul und U2 stellen die geregelten Spannungsauellen der beiden Serienregelschaltungen mit den Stelltransistoren T1 und T2 dar. Die sekundärseitigen Windungszahlen des Transformators sind so bemessen, daß die Wicklungen wi/wl' die kleinste Spannung U2 liefern. Die größere Gleichspannung U1 wird von der Summe der Wechselspannungen aus den Wicklungen w1 und w2 bzw. wl' und w2' abgeleitet.The voltages Ul and U2 represent the regulated voltage sources of the two series control circuits with the control transistors T1 and T2. The secondary The number of turns of the transformer is dimensioned so that the windings wi / wl 'die supply the smallest voltage U2. The greater DC voltage U1 is the sum of the AC voltages derived from the windings w1 and w2 or wl 'and w2'.

Aus den Wicklungen w3 bzw. w3' wird nach Gleichrichtung eine Zusatzspannung U3 gewonnen, die zusammen mit der Gleichspannung Ul die Hilfsspannungsquelle (UI+U3) für die Spannungsüberwachungsschaltung darstellt. Der negative Pol der Gleichspannungsquellen Ul und U2 ist jeweils mit dem Emitter der npn-Stelltransistoren T1 und T2 verbunden. Ikre Kollektorelektroden sind zusammengeschaltet und bilden den negativen Ausgang für die geregelte Spannung. Der gemeinsame positive Pol der Gleichspannungsquellen ist als positiver Ausgang der Regelschaltung herausgeführt. Beiden Stelltransistoren T1 und T2 ist ein gemeinsamer Regelverstärker mit dem Regeltransistor T4 zugeordnet. Eine der Ausgangsspannung Ua proportionale Spannung wird über den Spannungsteiler R4 an die Basis des Regeltransistors T4 gegeben. Die Bezugsspannung für den Regelverstärker wird in einer Reihenschaltung aus der Z-Diode Z2 und dem Widerstand R3 gewonnen, indem ihr Verbindungspunkt mit dem Emitter des Regeltransistors verbunden ist. Der Kollektor des Regeltransistors ist mit der Basis des Stelltransistors T2 direkt und mit der Basis des Stelltransistors T1 uber die Kollektor-Emitterstrecke des npn-Entkopplungstransistors T3 verbunden. Die Basis des Entkopplungstransistors ist über den Widerstand R2 an den positiven Pol der Spannungsquellen und über die Diode Gl3 an die Spannungsüberwachungsschaltung angeschlossen-. Der Entkopplungstransistor.T3 ist im normalen Betriebsfall über den Basiswiderstand R2 leitend gesteuert. Die Spannungsüberwachungsschaltung besteht im wesentlichen aus der Reihenschaltung von Z-Diode Z1 und dem Widerstand Rl, die an die Hilfsspannung U1+U3 angeschlossen ist.An additional voltage is generated from the windings w3 or w3 'after rectification U3 obtained, which together with the DC voltage Ul forms the auxiliary voltage source (UI + U3) represents for the voltage monitoring circuit. The negative pole of the DC voltage sources U1 and U2 are each connected to the emitter of the npn control transistors T1 and T2. Their collector electrodes are connected together and form the negative output for the regulated voltage. The common positive pole of the DC voltage sources is brought out as a positive output of the control circuit. Both setting transistors T1 and T2 are assigned a common control amplifier with the control transistor T4. A voltage proportional to the output voltage Ua is generated via the voltage divider R4 given to the base of the control transistor T4. The reference voltage for the control amplifier is obtained in a series circuit from the Zener diode Z2 and the resistor R3, by having their connection point connected to the emitter of the regulating transistor. Of the The collector of the control transistor is directly connected to the base of the control transistor T2 and to the base of the setting transistor T1 over the collector-emitter path of the npn decoupling transistor T3 connected. The base of the decoupling transistor is via the resistor R2 to the positive pole of the voltage sources and via the Diode Gl3 connected to the voltage monitoring circuit. The decoupling transistor T3 is controlled to be conductive in normal operation via the base resistor R2. the The voltage monitoring circuit consists essentially of the series connection of Zener diode Z1 and the resistor Rl, which is connected to the auxiliary voltage U1 + U3.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Bei Netznennspannung an der Primärwicklung des Transformators Tr arbeitet der Stelltransistor T1 mit der aus den Wicklungen wl und w2 bzw. wi und w2' nach Gleichrichtung angebotenen Gleichspannung Ul und liefert an seinen Ausgang die geregelte Ausgangsspannung Ua. Obgleich die Basis des Stelltransistors T2 auch mit dem Ausgang des Regeltransistors T4 verbunden ist, bleibt dieser Stelltransistor gesperrt, da die Gleichspannung U2, die an der Wicklung wl bzw. w1' abgeleitet wird, kleiner ist als die Summe von Ausgangsspannung Ua und die Kollektor-Emitter-Restspannung UEC2 am Stelltransistor T2. Die Hilfsspannung U1+U3 ist noch kleiner als die Zenerspannung der Z-Diode Z1, so daß diese noch nicht gezündet hat. Der Spannungsabfall am Widerstand Rl ist in diesem Zustand kleiner als der am Widerstand R2 und die Diode Gl3 ist daher gesperrt. Steigt die Netzspannung stetig an, dann wird bei einem bestimmten Wert der Spannung U2, vom Regeltransistor T4 gesteuert, auch der Stelltransistor T2 leitend. In diesem Zustand arbeiten beide Serienregler mit gemeinsamem Regelverstärker.auf den gleichen Ausgang.The mode of operation of the circuit is as follows: At nominal line voltage The control transistor T1 works with the primary winding of the transformer Tr that offered from the windings wl and w2 or wi and w2 'after rectification DC voltage Ul and supplies the regulated output voltage Ua at its output. Although the base of the control transistor T2 also with the output of the control transistor T4 is connected, this control transistor remains blocked because the DC voltage U2, which is derived at the winding wl or w1 ', is smaller than the sum of Output voltage Ua and the residual collector-emitter voltage UEC2 at the control transistor T2. The auxiliary voltage U1 + U3 is even smaller than the Zener voltage of the Zener diode Z1, so that this has not yet ignited. The voltage drop across the resistor Rl is in this state is smaller than that at resistor R2 and the diode Gl3 is therefore blocked. If the mains voltage rises steadily, then at a certain value the voltage U2, controlled by the control transistor T4, also the control transistor T2 is conductive. In this State, both series controllers work with a common control amplifier. On the same Exit.

Uberschreitet die Hilfsspannung U1+U3 bei weiterem Netzspannungsanstieg die Zenerspannung der Z-Diode Z1, dann steigt mit Zündung der Z-Diode Z1 der Spannungsabfall am Widerstand R1. Damit steigt das Potential gegenüber dem Pluspol der Schaltung an der Kathode der Diode Gl3 und an der Basis des Entkopplungstransistors T7 soweit an, daß der Entkopplungstransistor sperrt und dadurch auch der Stelltransistor T1 nichtleitend wird. Der Stelltransistor T2 hat jetzt den gesamten Laststrom übernommen. Sinkt die Netzspannung auf ihren Nennwert, dann läuft der beschriebene Schaltvorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.The auxiliary voltage exceeds U1 + U3 if the line voltage continues to rise the Zener voltage of the Zener diode Z1, then the voltage drop increases with the ignition of the Zener diode Z1 at the Resistor R1. This increases the potential compared to the positive pole the circuit at the cathode of the diode Gl3 and at the base of the decoupling transistor T7 so far that the decoupling transistor blocks and thereby also the setting transistor T1 becomes non-conductive. The control transistor T2 has now taken over the entire load current. If the mains voltage drops to its nominal value, the switching process described takes place in reverse order.

4 Patentansprüche 1 Figur4 claims 1 figure

Claims

Circuit arrangement for limiting the power loss on the actuator of series-regulated power supply units in the event of high voltage fluctuations automatic step-by-step load transfer by one or more other setting transistors from one or more additional windings of the mains transformer with graded Output voltages that are two or more with their emitter-collector path between one pole of the unregulated voltage sources (U1, U2) and a consumer arranged, interconnected on the output side Control transistors (i'1, TP '> a common control amplifier is assigned and that the base of the lying on the higher rectified transformer voltage Control transistor (T1) via the emitter-collector path of a decoupling transistor (T7) and the base of the other setting transistor (T2) directly to the output of the Control transistor (TZ) are connected in the control amplifier and that the decoupling transistor (T3) is controlled via a voltage monitoring circuit.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the voltage monitoring circuit consists of a series circuit of Z-diode (Z1) and resistor (R1), the connection point of which has a for the base current of the decoupling transistor (T3) reverse-biased diode (kl3) is connected to the base of the decoupling transistor and that the series circuit to an approximately proportional to the power saving, above the highest input voltage the auxiliary voltage lying on the control transistors is connected.

3. Circuit arrangement according to one of claims 1 or 2, d a d u r e k e k e n n n z e i c h n e t that the auxiliary voltage is the sum of the largest Supply voltage (ui) and one in a further winding (w3, w3 ') of the mains transformer (Tr) obtained additional voltage (U3) exists.

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that all supply voltages (U1, U2) and the additional voltage (U3) in a common two-way rectifier circuit the rectifiers (kl1, Gl2) are generated.

L e r s e i t e