DE2165128B2

DE2165128B2 - Low loss DC voltage regulator - automatically switches to tappings on mains transformer used as drive to suit input voltage conditions

Info

Publication number: DE2165128B2
Application number: DE19712165128
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Phys 8000 München Fricke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2165128A1; DE2165128C3

Abstract

A mains transformer driven low-loss, direct voltage regulator automatically selects a set of transformer tappings from which to produce the regulated supply according to the mains input voltage amplitude. The circuit reduces the ohmic loss normally inherent in series regulator circuits. The mains transformer has three sets of symmetrical secondary windings which supply a series transistor regulating circuit via full wave rectifying diodes. The regulating circuit contains, two effectively parallel output transistors supplied from different tapping pairs and a Zener diode based switching circuit incorporating a switching transistor in the base of one output transistor. When the supply voltage is low, only one transistor supplies the regulated output. A system supply voltage brings both transistors into circuit, whilst an even higher one forces conduction in the Zener diode and switches resulsts in the conduction lining through the second regulating transistor.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Verlustleistung am Stellglied seriengeregelter Netzgeräte bei hohen Spannungsschwankungen durch selbsttätige stufenweise Lastübernahme durch einen oder mehrere andere Stelltransisto- ren aus einer oder mehreren zusätzlichen Wicklungen des Netztransformators mit abgestuften Ausgangsspannungen, wobei zwei oder mehr mit ihrer Emitter-Kollektor-Strecke zwischen einem Pol der ungeregelten Spannungsquellen und einem Verbraucher angeordneten, ausgangsseitig zusammengeschalteten Stelltransi storen ein gemeinsamer Regelverstärker zugeordnet ist und die Schaltung derart bemessen ist, daß unterhalb einer bestimmten Eingangsspannung nur der erste Stelltransistor ausgesteuert ist, mit wachsender Eingangsspannung auch der (die) weitere(n) Stelltransistor(en) leitend wird und ab einer bestimmten Höhe der Eingangsspannung der erste Stelltransistor sperrt.The invention relates to a circuit arrangement for limiting the power dissipation of the actuator series regulated power supplies at high voltage variations by automatic gradual load transfer through one or more other Stelltransisto- ren of one or more additional windings of the mains transformer with stepped output voltages, wherein two or more with its emitter Collector path between a pole of the unregulated voltage sources and a consumer, arranged on the output side interconnected adjustable transistors interfere with a common control amplifier and the circuit is dimensioned in such a way that below a certain input voltage only the first control transistor is controlled, with increasing input voltage also the (those) further setting transistor (s) becomes conductive and from a certain level of the input voltage the first setting transistor blocks.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (GB-PS 11 77 772).Such a circuit arrangement is already known (GB-PS 11 77 772).

Es sind auch schon Versorgungsschaltungen für große Lastströme oder große Ausgangsspannungen bekannt, die den Verbraucher aus mehreren ausgangsseitig parallel oder Reihe geschalteten Serienreglern speisen (S W Wagner, Stromversorgung 1964, R. _v. Decker's Verlag, Seite 464/65 Bild 7.2/29/30, GB-PS 8 79 095, DT-AS 11 91 897).Supply circuits for high load currents or high output voltages are also known, which feed the consumer from several series regulators connected in parallel or in series on the output side (SW Wagner, Power Supply 1964, R. _v . Decker's Verlag, page 464/65 Fig. 7.2 / 29/30, GB-PS 8 79 095, DT-AS 11 91 897).

Serienregelschaltungen, die für große Änderungen der Betriebsspannung bemessen sind, haben den Nachteil, daß das Stellglied für eine große Verlustleistung ausgelegt werden muß. Zur Beseitigung dieses Nachteils ist es für Netze mit stark absinkender Spannung bekannt, zwei Stellglieder aus getrennten Stromversorgungsquellen des gleichen Netzes mit verschieden hoher Ausgangsspannung so zusammenzuschalten, 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.Series control circuits that are sized for large changes in the operating voltage have the Disadvantage that the actuator must be designed for a large power loss. To eliminate this A disadvantage is known for networks with a sharp drop in voltage, two actuators from separate To interconnect power supply sources of the same network with different output voltages in such a way that that using two reference voltage sources of different voltage the Uninterrupted power supply to the consumer from the power supply source when the mains voltage drops is accepted with the higher output voltage. The two setting transistors are then in 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 for reducing the at high Mains overvoltages on the actuator of series control circuits with better control and operating properties indicate the resulting power loss.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Basis des an der höheren gleichgerichteten Transformatorspannung liegenden ersten Stelltransistors über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Entkopplungstransistors und die Basis des (der) weiteren Stelltransistors direkt mit dem Ausgang des Regeltransistors im Regelverstärker verbunden sind und d?.3 der Entkopplungstransistor über eine Spannungsüberwachungsschahung derart gesteuert ist, daß er unterhalb der bestimmten Eingangsspannung geöffnet und oberhalb gesperrt ist.This object is achieved according to the invention in that the base of the rectified at the higher Transformer voltage lying first control transistor across the emitter-collector path of a decoupling transistor and the base of the further control transistor (s) directly to the output of the control transistor are connected in the control amplifier and d? .3 the decoupling transistor via a voltage monitoring circuit is controlled so that it opens below the certain input voltage and above it Is blocked.

Die die unterbrechungslose Übernahme 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 Entkopplungstransistors 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 uninterrupted transfer of the load current introductory by another transistor voltage monitoring circuit is according to an advantageous development of the invention consists of a series connection of Zener diode and resistor, whose junction point is connected via a polarity for the base current of the decoupling transistor in the blocking diode to the base of the decoupling transistor and in which the series connection is connected to an auxiliary voltage which is approximately proportional to the mains voltage and which is above the highest input voltage of the control transistors.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Further details of the invention are explained in more detail with reference to an embodiment shown in the figure.

»Eine in der Figur nicht vollständig dargestellte Netzgleichrichterschaltung Na mit einem Transformator Tr erzeugt in bekannter Weise mittels einer Mittelpunktgleichrichterschaltung und mehreren durch Anzapfungen gebildeten Sekundärwicklungen w{ bis iv3 und w V bis w3' des Transformators Gleichspannungen Ui, U2 und i/3.« "A mains rectifier circuit Na with a transformer Tr, which is not completely shown in the figure, generates DC voltages Ui, U2 and i / 3 of the transformer in a known manner by means of a midpoint rectifier circuit and several secondary windings w { to iv3 and w V to w3 'of the transformer."

Die Spannungen Ui und U 2 stellen die Spannungs-The voltages Ui and U 2 represent the voltage

quellen der beiden Serienregelschaltungen mit den Stelltransistoren 71 und 72 dar. Die sekundärseitigen Windungszahlen des Transformators sind so bemessen, daß die Wicklungen w XIw Γ die kleinste Spannung L'2 liefern. Die größere Gleichspannung UX wird von der lumme der Wechselspannungen aus den Wicklungen ηΊ und H'2 bzw. w Γ und w2' abgeleitet. Aus dian Wicklungen w3 bzw. w3' wird nach Gleichrichtung eine Zusatzspannung L/3 gewonnen, die zusammen mit der Gleichspannung UX die Hilfsspannungsquelle (UI + U3) für die Spannungsüberwachungsscheltung darstellt. Der negative Pol der Gleichspannungsquellen UX und U2 ist jeweils mit dem Emitter der npn-Stelltransistoren 71 und 72 verbunden. Ihre Kollektorelektroden sind z.usammengeschaltet und bilden den negativen Ausgang für die geregelte Spannung. Der gemeinsame positive Pol der Gleichspannungsqueüen ist als positiver Ausgang der Regelschaltung herausgeführt. Beiden Stelltransistoren TX und 72 ist ein gemeinsamer Regelverstärker mit dem Regeltransistor 74 zugeordnet. Eine der Ausgangsspannung Ua proportionale Spannung wird über den Spannungsteiler R 4 an die Basis des Regeltransistors 74 gegeben. Die Bezugsspannung für den Regelverstä.rker wird in einer Reihenschaltung aus der Z-Diode Z.2 und dem Widerstand R 3 gewonnen, indem ihr Verbindungspunkt mit dem Emitter des Regeltransistors verbunden ist. Der Kollektor des Regeltransistors ist mit der Basis des Stelltransistors 72 direkt und mit der Basis des Stelltransistors 71 über die Kollektor-Emitter-Strecke des npn-Entkopplungstransistors 7"3 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 73 ist im normalen Betriebsfall über den Basiswiderstand R 2 leitend gesteuert. Die Spannungsüberwachungsschaltung besteht im wesentlichen aus der Reihenschaltung von Z-Diode Z1 und dem Widerstand Al, die an die Hilfsspannung UX + U3 angeschlossen ist.sources of the two series control circuits with the control transistors 71 and 72. The secondary-side turns of the transformer are dimensioned so that the windings w XIw Γ deliver the smallest voltage L'2. The larger DC voltage UX is derived from the lumens of the AC voltages from the windings ηΊ and H'2 or w Γ and w2 ' . After rectification, an additional voltage L / 3 is obtained from the windings w3 or w3 ' , which, together with the direct voltage UX, represents the auxiliary voltage source (UI + U3) for the voltage monitoring circuit. The negative pole of the DC voltage sources UX and U2 is connected to the emitter of the npn setting transistors 71 and 72, respectively. Their collector electrodes are connected together and form the negative output for the regulated voltage. The common positive pole of the DC voltage source is brought out as a positive output of the control circuit. A common control amplifier with control transistor 74 is assigned to both control transistors TX and 72. A voltage proportional to the output voltage Ua is applied to the base of the control transistor 74 via the voltage divider R 4. The reference voltage for the control amplifier is obtained in a series circuit from the Zener diode Z.2 and the resistor R 3 , in that their connection point is connected to the emitter of the control transistor. The collector of the control transistor is connected directly to the base of the setting transistor 72 and to the base of the setting transistor 71 via the collector-emitter path of the npn decoupling transistor 7 "3. The base of the decoupling transistor is connected to the positive pole of the voltage sources via the resistor R2 and connected to the voltage monitoring circuit via the diode Gl 3. In normal operation, the decoupling transistor 73 is controlled to be conductive via the base resistor R 2. The voltage monitoring circuit essentially consists of the series connection of the Zener diode Z1 and the resistor A1, which are connected to the auxiliary voltage UX + U3 is connected.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Bei Netznennspannung an der Primärwicklung des Transformators Tr arbeitet der Stelltransistor 71 mit der aus den Wicklungen wX und w2 bzw. wY und tv2' nach Gleichrichtung angebotenen Gleichspannung UX und liefert an seinen Ausgang die geregelte Ausgangsspannung Ua. Obgleich die Basis des Stelltransistors 72 auch mit dem Ausgang des Regeltransistors 74 verbunden ist, bleibt dieser Stelltransistor gesperrt, da die Gleichspannung U2, die an der Wicklung w 1 bzw. w Γ abgeleitet wird, kleiner ist als die Summe von Ausgangsspannung Ua und die Kollektor-Emitter-Restspannung Ueci am Stelltransistor 72. Die Hilfsspannung UX + U3 ist noch kleiner als die Zenerspannung der Z-Diode Z1, so daß diese noch nicht gezündet hat. Der Spannungsabfall am Widerstand R 1 ist in diesem Zustand kleiner als der am Widerstand R 2 und die Diode G/3 ist daher gesperrt. Steigt die Netzspannung stetig an, dann wird bei einem bestimmten Wert der Spannung U2, vom Regeltransistor 74 gesteuert, auch der Stelltransistor 72 leitend. In diesem Zustand arbeiten beide Serienregler mit gemeinsamem Regelverstärker auf den gleichen Ausgang.The mode of operation of the circuit is as follows: With the nominal mains voltage at the primary winding of the transformer Tr , the control transistor 71 works with the DC voltage UX provided after rectification from the windings wX and w2 or wY and tv2 'and supplies the regulated output voltage Ua at its output. Although the base of the setting transistor 72 is also connected to the output of the control transistor 74, this setting transistor remains blocked, since the DC voltage U 2, which is derived at the winding w 1 or w Γ, is less than the sum of the output voltage Ua and the Collector-emitter residual voltage Ueci at the setting transistor 72. The auxiliary voltage UX + U3 is even smaller than the Zener voltage of the Zener diode Z 1, so that it has not yet ignited. The voltage drop across resistor R 1 in this state is smaller than that across resistor R 2 and diode G / 3 is therefore blocked. If the mains voltage rises steadily, then at a certain value of the voltage U2, controlled by the regulating transistor 74, the adjusting transistor 72 is also conductive. In this state, both series controllers work with a common control amplifier on the same output.

Überschreitet die Hilfsspannung UX + U3 bei weiterem Netzspannungsanstieg die Zenerspannung der Z-Diode Zl, dann steigt mit Zündung der Z-Diode ZX der Spannungsabfall am Widerstand R 1. Damit steigt das (negative) Potential an der Kathode der Diode G/3 und an der Basis des Entkopplungstransistors 73 gegenüber dem Pluspol der Schaltung so weit an, daß der Entkopplungstransistor sperrt und dadurch auch der Stelltransistor 71 nichtleitend wird. Der Stelltransistor 72 hat jetzt den gesamten Laststrom übernommen. Sinkt die Netzspannung auf ihren Nennwert, dann läuft der beschriebene Schaltvorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.If the auxiliary voltage UX + U3 exceeds the Zener voltage of the Zener diode Zl with a further increase in the mains voltage, the voltage drop across the resistor R 1 increases when the Zener diode ZX is triggered the base of the decoupling transistor 73 with respect to the positive pole of the circuit so far that the decoupling transistor blocks and thereby the setting transistor 71 also becomes non-conductive. The setting transistor 72 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

21 65 i claims:

1.Circuit arrangement to limit the power loss at the actuator of series-regulated power supply units in the event of high voltage fluctuations through automatic step-by-step load transfer by one or more other control transistors from one or more additional windings of the mains transformer with graduated output voltages, two or more with their emitter-collector path between one pole A common control amplifier is assigned to the unregulated voltage sources and a consumer, which are connected to the output side and which are connected together on the output side, and the circuit is dimensioned in such a way that below a certain input voltage only the first setting transistor is controlled, and as the input voltage increases, so are the further setting transistor (s) ) becomes conductive and from jo a certain level of the input voltage blocks the first setting transistor, characterized in that the base of the higher rectified transformer voltage n first setting transistor (Ti) via the emitter-collector path of a decoupling transistor (T3) and the base of the further setting transistor (T2) are connected directly to the output of the control transistor (T4) in the control amplifier and that the decoupling transistor (73) is controlled via a voltage monitoring circuit in such a way that it is open below the certain input voltage and blocked above.

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage monitoring circuit of a series connection of Z diode (Z) and resistance (Ri) whose junction point a for the base current of the decoupling transistor (T3)> n reverse poled diode (G / 3) is connected to the base of the decoupling transistor (T 3) and that the series circuit is connected to an auxiliary voltage which is approximately proportional to the mains voltage and which is above the highest input voltage of the control transistors.

3. Circuit arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that the auxiliary voltage from the sum of the largest supply voltage (Ui) and an additional voltage (U 3) obtained in a further winding (V3, w 3 ') of the mains transformer (Tr) consists.