DE2165128C3

DE2165128C3 - Circuit arrangement for limiting the power loss at the actuator of series-regulated power supply units

Info

Publication number: DE2165128C3
Application number: DE19712165128
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Fricke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2165128A1; DE2165128B2

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 Stelltransistoren 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 Steiltransistoren ein gemeinsamer Regelverstärker zugeordnet ist und die Schaltung derart bemessen ist, daß unterhalb einer bestimmten Eingangsspannung nur der erste Stell transistor ausgesteuert ist, mit wachsender Eingangsspannung auch der (die) weiteren) Stelltransistor(en) leitend wird und ab einer bestimmten Höhe der Eingangsspannung der erste Stelltransistor sperrtThe invention relates to a circuit arrangement for limiting the power loss at the actuator Series-regulated power supply units with high voltage fluctuations through automatic, step-by-step load transfer by one or more other setting transistors from one or more additional windings of the mains transformer with graduated output voltages, two or more with their emitter-collector path arranged between one pole of the unregulated voltage sources and a consumer, A common control amplifier is assigned to the step transistors connected together on the output side and the circuit is dimensioned such that below a certain input voltage only the first Stell transistor is controlled, with increasing input voltage also the (the) further) control transistor (s) becomes conductive and from a certain level of the Input voltage of the first control transistor blocks

Eine derartige Schaltungsanordnung ist berei?s bekannt(GB-PSU77 772).Such a circuit arrangement is already known (GB-PSU77 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 large load currents or large output voltages are also known, which feed the consumer from several series regulators connected in parallel or in series on the output side (S. W. 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 geschaltetSeries 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 daß der Entkopplungstransistor über eine Spannungsüberwachungsschaltung 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 that 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 takeover of the load current voltage monitoring circuit introducing another transistor consists according to a advantageous development of the invention from a series connection of Zener diode and resistor, whose Connection point via a diode polarized in the reverse direction for the base current of the decoupling transistor is connected to the base of the decoupling transistor and in which the series connection to one of the Mains voltage approximately proportional, above the highest input voltage of the control transistors Auxiliary voltage is connected.

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

»Ein: in der Figur nicht vollständig dargestellte Netzgleichrichterschaltung Na mit einem Transformator Tr erzeugt in bekannter Weise mittels einer Mittelpunktgleichrichterschaltung und mehreren durch Anzapfungein gebildeten Sekundärwicklungen w 1 bis w 3 und w V bis w3' des Transformators Gleichspannungen Ui, i/2 und U3m A: Mains rectifier circuit Na with a transformer Tr , not completely shown in the figure, generates DC voltages Ui, i / 2 and U3m in a known manner by means of a midpoint rectifier circuit and several secondary windings w 1 to w 3 and w V to w3 'of the transformer

Die Spannungen Ui und U2 stellen die Spannungs-The voltages Ui and U2 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 i/2 liefern. Die größere Gleichspannung U1 wird von der Summe der Wechselspannungen aus den Wicklungen wl und w2 bzw. wY und tv 2' abgeleitet. Aus den Wicklungen w3 bzw. w3' wird nach Gleichrichtung eine Zusatzspannung 1/3 gewonnen, die zusammen mit der Gleichspannung UX die Hilfsspannungsquelle (U X+ UZ) für die Spannungsüberwachungsschahung darstellt Der negative Pol der Gleichspannungsquellen UX und U2 ist jeweils mit dem Emitter der npn-Stelltransistoren TX und 7"2 verbunden. Ihre 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 TX und T2 ist ein gemeinsamer Regelverstä: ker mit dem Regeltransistor T4 zugeordnet. Eine der Ausgangsspannung Ua proportionale Spannung wird über den Spannungsteiler Λ 4 an die Basis des Regeltransistors TA gegeben. Die Bezugsspannung für den Regelverstärker wird in einer Reihenschaltung aus der Z-Diode Z 2 und dem Widerstand R 3 gewonnen, indem ihr Verbindungspunkt mit dem Emitter des Regeltrainsistors verbunden ist. Der Kollektor des Regeltransistors ist mit der Basis des Stelltransistors Tl direkt und mit der Basis des Stelltransistors Π über die Kollektor-Emitter-Strecke des npn-Entkopplungstransistors T3 verbunden. Die Basis des Entkopplungstransistors ist über den Widerstand R 2 an den positiven Pol der Spannungsquellen und über die Diode G/3 an die Spannungsüberwachungsschaltung angeschlossen. Der Entkopplungstransistor T3 ist im normalen Betriebsfall über den Basiswiderstand R 2 leitend gesteuert. Die Spannungsüberwachungsschaltung besteht im wesentlichen aus der Reihenschaltung von Z-Diode Z X und dem Widerstand AI, die an die Hilkspannung UX +U3 angeschlossen istsources 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 lowest voltage i / 2. The larger DC voltage U 1 is derived from the sum of the AC voltages from the windings wl and w2 or wY and tv 2 '. After rectification, an additional voltage 1/3 is obtained from the windings w3 or w3 ' , which, together with the direct voltage UX, represents the auxiliary voltage source (U X + UZ) for voltage monitoring.The negative pole of the direct voltage sources UX and U2 is connected to the emitter of the npn -Control transistors TX and 7 "2 connected. 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 control transistors TX and T2 are a common control amplifier with the control transistor T4 associated. one of the output voltage Vout proportional voltage is supplied via the voltage divider Λ 4 to the base of the control transistor TA. the reference voltage for the variable gain amplifier is produced in a series circuit of the Zener diode Z2 and the resistor R 3 by the connection point thereof with the emitter of the control train transistor connected is. The collector of the control transistor is connected to the base of the setting transistor Tl directly and to the base of the setting transistor Π via the collector-emitter path of the npn decoupling transistor T3 . The base of the decoupling transistor is connected to the positive pole of the voltage sources via the resistor R 2 and to the voltage monitoring circuit via the diode G / 3. In normal operation, the decoupling transistor T3 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 ZX and the resistor AI, which is connected to the Hilk voltage UX + U3

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Bei Netznennspannung an der Primärwicklung des Transformators Tr arbeitet der Stelltransistor TX mit der aus den Wicklungen wX und w2 bzw. wX' und w2' nach Gleichrichtung angebotenen Gleichspannung UX und liefert an seinen Ausgang die geregelte Ausgangsspannung Ua. Obgleich die Basis des Stelltrar.sistors 72 auch mit dem Ausgang des Regeltransistors TA verbunden ist, bleibt dieser Stelltransistor gesperrt da die Gleichspannung U 2, die an der Wicklung w X bzw. w Γ abgeleitet wird, kleiner ist als die Summe von Ausgangsspannung Ua und die Kollektor-Emitter-Restspannung Uec2 am Stelltransistor TZ Die Hilfsspannung UX + U 3 ist noch kleiner als die Zenerspannung der Z-Diode Zl, so daß diese noch nicht gezündet hat. Der Spannungsabfall am Widerstand R X 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 1/2, 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 TX works with the DC voltage UX provided after rectification from the windings wX and w2 or wX ' and w2' and supplies the regulated output voltage Ua at its output. Although the base of the Stelltrar.sistor 72 is also connected to the output of the control transistor TA , this control transistor remains blocked because the DC voltage U 2, which is derived at the winding w X or w Γ, is less than the sum of the output voltage Ua and the collector-emitter residual voltage Uec2 at the setting transistor TZ. The auxiliary voltage UX + U 3 is even smaller than the Zener voltage of the Zener diode Zl, so that it has not yet ignited. The voltage drop across the resistor RX in this state is smaller than that across the resistor R 2 and the diode G / 3 is therefore blocked Control transistor 72 conductive. In this state, both series controllers work with a common control amplifier on the same output.

Überschreitet die Hilfsspannung l/l + L/3 bei weiterem Netzspannungsanstieg die Zenerspannung der Z-Diode Z1, dann steigt mit Zündung der Z-Diode Z i der Spannungsabfall am Widerstand R X. 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 l / l + L / 3 exceeds the Zener voltage of the Zener diode Z1 with a further increase in the mains voltage, the voltage drop across the resistor R X increases when the Zener diode Z i is ignited. This increases the (negative) potential at the cathode of the diode G / 3 and at 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

Patent 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, interconnected setting transistors on the output side, and the circuit is dimensioned in such a way that only the first setting transistor is controlled below a certain input voltage, and the further setting transistor (s) as the input voltage increases ) becomes conductive and blocks the first control transistor from a certain level of the input voltage, characterized in that the base of the higher rectified transformer voltage is located Most control transistor (Ti) via the emitter-collector path of a decoupling transistor (T3) and the base of the further control transistor (T2) are connected directly to the output of the control transistor (T 4) in the control amplifier and that the decoupling transistor (T3) is controlled via a voltage monitoring circuit in such a way that it is open below the certain input voltage and blocked above.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage monitoring circuit consists of a series connection of Z-diode (Zi) and resistor (7? 1), the connection point of which is via a reverse-biased diode (GIi ) for the base current of the decoupling transistor (Ti) ) is connected to the base of the decoupling transistor (TJ) 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. A circuit arrangement according to one of claims I or 2, characterized in that the auxiliary voltage from the sum of the largest supply voltage (U 1) and one in another winding (w3 w, 3 ') of the power transformer (Tr) derived additional voltage (U 3 ) exists.