DE2226197A1

DE2226197A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR RECTIFIERS AND FLOWING CAPACITORS

Info

Publication number: DE2226197A1
Application number: DE2226197A
Authority: DE
Inventors: Klaus Renner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-30
Filing date: 1972-05-30
Publication date: 1973-12-13

Description

Schaltungsanordnung für Gleichrichter und Glättungskondensator Gleichstromverbrausher, besonders ortsveränderliche, müssen vielfach aus einer einphasigen Wechselstromquelle gespeist werden. Hierzu haben sich in der Technik eine Reihe von Standardschaltungen entwickelt. Zu diesen Standardschaltungen gehören die Binphasenbrückenschaltung(=Graetzschaltung), die entweder direkt oder aber über einen Transformator an die Wechselstromquelle angeschlossen wird, und die Mittelpunktschaltung. Diese Schaltungen liefern eine pulsierende Gleichspannung, Vielfach erfordern die zu versorgenden Geräte, daß die Welligkeit der Gleichspannung eine bestimmte Größe nicht überschreitet, Dann schließt man an den Gleichrichter einen Glättungskondensator so an, wie Bild 1 zeigt» Die sich ergebenden Spannungs- und Stromverläufe zeigen Bild 2 und 3 In der Zeit von t1 bis t2 wird der Konensator'uaf die Spannung U5 aufgeladen. Gleichzeitig liefert der Gleichrichter den LaststromtIL, Von t2 bis t3 geht der Laststrom vom Gleichrichter auf den Kondensator über, Von t an liefert der Kondensator den gesamten Laststrom bis zum Zeitpunkt t5, Dadurch sinkt die Kondensatorspannung, Die Größe der Spannungsabsenkung ist abhängig von der Höhe des Laststromes sowie von der Kapazizät des Glättungskondensators.Circuit arrangement for rectifier and smoothing capacitor DC connector, especially portable, often have to come from a single-phase AC power source be fed. For this purpose, a number of standard circuits have been used in technology developed. These standard circuits include the bin-phase bridge circuit (= Graetz circuit), either directly or via a transformer to the AC power source is connected, and the midpoint circuit. These circuits provide a pulsating DC voltage, In many cases the devices to be supplied require that the DC voltage ripple does not exceed a certain size, then closes a smoothing capacitor is connected to the rectifier, as shown in Figure 1 »The The resulting voltage and current curves are shown in Figures 2 and 3 in the period from t1 to t2, the capacitor is charged with the voltage U5. Simultaneously delivers the rectifier the load current tIL, the load current goes from t2 to t3 from the rectifier to the capacitor, from t on the capacitor delivers the total load current up to time t5, as a result of which the capacitor voltage drops, The size of the voltage drop depends on the level of the load current as well on the capacity of the smoothing capacitor.

Der Nachteil von Schaltungsanordnungen dieser Art ist, daß bei höheren Strömen und vorgegebener maximaler Welligkeit der Glättungskondensator sehr groß wird.The disadvantage of circuit arrangements of this type is that at higher Currents and given maximum ripple of the smoothing capacitor are very large will.

Das Verhältnis von Gleichrichter- und Transformator-Spitzenstrom IS zum arithmetischen Mittelwert des abgegebenen Gleichstromes wird sehr groß, Im Verhältnis zum arithmetischen Mittelwert des abgegebenen Gleichstromes muss daher die Strombelastbarkeit der Gleichrichterventile stark überdimensioniert werden. Außerdem müssen der Transformatorkern und die Transformatorwicklung so groß ausgelegt werden, daß sie den Spitzenstrom Is zu liefern vermögen.The ratio of rectifier and transformer peak currents IS to the arithmetic mean value of the delivered direct current becomes very large, in relation to The current carrying capacity must therefore be added to the arithmetic mean value of the direct current output the rectifier valves are greatly oversized. Also need the transformer core and the transformer winding can be designed so that it can handle the peak current Is able to deliver.

Für die Gleichstromversorgung eines Gerätes muß also ein großer Aufwand getrieben werden, was Preis, Gewicht und Volumen betrifft. Das große Gewicht und Volumen machen sich z, B. besonders bei ortsveränderlichen Geräten nachteilig bemerkbar.A great effort must therefore be made for the direct current supply of a device be driven in terms of price, weight and volume. The great weight and Volumes are particularly noticeable, for example, in portable devices.

Mit Hilfe der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich dieser Aufwand wesentlich verringern.With the aid of the circuit arrangement according to the invention described below this effort can be reduced significantly.

Der Glättungskondensator wird nicht direkt, sondern über ein Ventil Di an den Gleichrichter angeschlossen, Dieses Ventil wird durch ein zweites Ventil, hier z. 3.The smoothing capacitor is not used directly, but via a valve Di connected to the rectifier, this valve is controlled by a second valve, here z. 3.

durch einen Transistor Tr, der im Schaltbetrieb arbeiten soll, überbrückt (Bild 4). Die Steuereinrichtung, die das zweite Ventil schalten soll, ist hier zunächst nur symbolisch dargestellt, Die Wirkungsweise ist wie folgt (Bild 5 und 6): Der Gleichrichter lädt den Kondensator über das Ventil D1 bis zum Zeitpunkt t2 auf. Gleichzeitig fließt ein der Gleichrichterspannung proportionaler Strom durch den Lastwiderstand RL, Der Transistor Tr ist bis zum Zeitpunkt t4 gesperrt. Die Ausgangsspannung sinkt nun zusammen mit der Gleichrichterspannung bis zum Zeitpunkt t4 auf den Wert Wusch, während die Kondensatorspannung auf dem Wert U5 bleibt. Unterschreitet die Transformatorspannung den Wert Wusch, SO schaltet die Steuereinrichtung den Transistor Tr durch und die Ausgangsspannung springt wieder auf den Wert Us. Danach wird der Kondensator durch den Laststrom entladen und die Ausgangsspannung sinkt bis zu dem Zeitpunkt t5 auf den Wert Usch, Dann übernimmt der Gleichrichter wieder den Laststrom und lädt den Kondensator gleichzeitig wieder auf.bridged by a transistor Tr, which is to work in switching mode (Picture 4). The control device that is to switch the second valve is here first shown only symbolically, the mode of operation is as follows (Fig. 5 and 6): The The rectifier charges the capacitor via valve D1 up to time t2. At the same time, a current proportional to the rectifier voltage flows through the Load resistance RL, the transistor Tr is blocked until time t4. The output voltage now drops to the value together with the rectifier voltage up to time t4 Wush, while the capacitor voltage remains at the value U5. Falls below the Transformer voltage the value Wusch, SO the control device switches the transistor Tr through and the output voltage jumps back to the value Us. After that, the The capacitor is discharged by the load current and the output voltage drops to that Time t5 to the value Usch, then the rectifier takes over again the load current and charges the capacitor again at the same time.

Diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat folgende Vorteile Der Kondensgtor hat den Laststrom nur für die Zeit t4 - t5 zu führen und nicht wie bei der üblichen Schaltung Bild 1 von t - t5, Daher kann er bei gleicher vorgegebener minimaler Entladespannung und und gleichem arithmetischen Mittelwert des Laststromes entsprechend kleiner ausgelegt werden.This circuit arrangement according to the invention has the following advantages Capacitor has to carry the load current only for the time t4 - t5 and not as with the usual circuit figure 1 from t - t5, therefore it can be given with the same minimum discharge voltage and the same arithmetic mean value of the load current be designed accordingly smaller.

Durch den kleineren Kondensator ist der Ladestromstoß in der Zeit von t1 - t2 ebenfalls entsprechend kleiner.Due to the smaller capacitor, the charging current surge is in time from t1 - t2 also correspondingly smaller.

Damit können die Gleichrichterventile schwächer gewählt werden.This means that the rectifier valves can be selected to be weaker.

Der kleinere Ladestromstoß erlaubt es, den Transformator ebenfalls kleiner auszulegen, Der kleinere Ladestrom, sowie der größere Stromflußwinkel t1 - t4 im Transformator statt t1 - t3 ermöglicht, den Transformator kleiner zu wählen.The smaller charging current surge allows the transformer as well to be designed smaller, the smaller charging current, as well as the larger current flow angle t1 - t4 in the transformer instead of t1 - t3 enables the transformer to be selected smaller.

Da die Wicklungsverluste im Transformator quadratisch mit dem Strom zusammenhängen, sind bei dieser Schaltungsanordnung die ohmschen Verluste im Transformator kleiner.Because the winding losses in the transformer are the square of the current are related, in this circuit arrangement are the ohmic losses in the transformer smaller.

Da Transformator, Gleichrichter und Glättungskondensator den Preis, das Gewicht und das Volumen eines Gleichstromversorgungsgerätes wesentlich bestimmen, ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung trotz des Mehraufwandes ( 1. Ventil, 2. Ventil, Steuereinrichtung) eine Verbesserung.Since transformer, rectifier and smoothing capacitor reduce the price, the weight and volume of a DC power supply essentially determine, results with the circuit arrangement according to the invention despite the additional effort (1st valve, 2nd valve, control device) an improvement.

Bild 7 zeigt eine mögliche Ausführung für die Aussteuerung des Schalttransistors Tr. Hier werden in einer Brücke, bestehend aus den Widerständen R1, R2, R3 und der Zenerdiode Z eine der Transformatorspannung proportionale Spannung mit einer an der Zenerdiode abfallenden konstanten Spannung verglichen. Die Differenz dieser beiden Spannungen wird einem Schwellwertschalter (z. B. Differenzverstärker in integrierter Bauform o. ä.) zugeführt. Die Versorgungsspannung für diesen Schwellwertschalter wird z. B. aus der Kondensatorspannung UC gewonnen. Solange die Transformatorspannung größer ist als Usch (Bild 5), sperrt der Schwellwertschalter den Transistor Tr. Unterschreitet die Transformatorspannung den Wert Usch, so kehrt sich die Polarität der Differenzspannung an den Siiängen des Schwellwertschalters um und der Transistor wird durchgeschaltet, Werden die Widerstände R1 und R2 durch ein Potentiometer ersetzt, läßt sich der Schaltpunkt in weiten Grenzen ändern.Figure 7 shows a possible design for modulating the switching transistor Tr. Here, a bridge consisting of the resistors R1, R2, R3 and the Zener diode Z a voltage proportional to the transformer voltage with an on the constant voltage dropping across the Zener diode. The difference of this two voltages is a threshold switch (e.g. differential amplifier in integrated Design or similar) supplied. The supply voltage for this threshold switch is z. B. obtained from the capacitor voltage UC. As long as the transformer voltage is greater than Usch (Figure 5), the threshold switch blocks transistor Tr. If the transformer voltage falls below the value Usch, the polarity is reversed the differential voltage across the lengths of the threshold switch and the transistor is switched through, If the resistors R1 and R2 are replaced by a potentiometer, the switching point can be changed within wide limits.

Läßt man eine feste oder veränderliche Rückführung vom Ausgang des Schwellwertschalters auf seinen Eingang wirken, so wird der Transistor bei verschiedenen Höheh der Transformatorspannung durchgeschaltet und gesperrt.If one leaves a fixed or variable feedback from the output of the Threshold switch act on its input, so the transistor is at different Transformer voltage level switched through and blocked.

Die der Transformatorspannung proportionale Vergleichs-Spannung wird von den Dioden D1 und D2 entkoppelt. eine weitere Möglichkeit der Entkopplung mit nur einer Diode D4 zeigt Bild 8.The comparison voltage proportional to the transformer voltage becomes decoupled from diodes D1 and D2. another way of decoupling with Figure 8 shows only one diode D4.

Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Schaltanordnung eignet sich besonders zur Speisung von Glättungs- und Stabilis ierungs schaltungen.The switching arrangement according to the invention described above is particularly suitable for supplying smoothing and stabilization circuits.

In Bild 7 ist gezeigt, wie eine Drossel zwischen Gleichrichter und Verbraucher geschaltet ist. In Bild 5 ist zu sehen, Baß der Anteil der 4, Oberwelle der Netzfrequenz gegenüber dem Anteilder 2. Oberwelle sehr viel größer ist als bei der üblichen Schaltung von Gleichrichter mit Glättungskondensator (Bild 1 und 2), Dieses überwiegen der 4. Oberwelle bei gleichzeitiger Verringerung der 2. Oberwelle hat den Vorteil, daß die Drossei bei gleicher vorgegebener Welligkeit der Ausgangsspannung und gleichem vorgegebenen maximalen Ausgangsstrom kleiner ausgelegt werden kann. Außerdem hat diese Schaltungskombination noch den Vorteil gegenüber der üblichen, daß die Differenz der arithmetischen Mittelwerte der Ausgangs spannungen bei Leerlauf und Vollast kleiner ist.In picture 7 it is shown how a choke between rectifier and Consumer is switched. In picture 5 you can see the bass component of the 4th harmonic the mains frequency is much greater than the part of the 2nd harmonic than at the usual circuit of rectifiers with smoothing capacitor (Fig. 1 and 2), These outweigh the 4th harmonic with a simultaneous reduction in the 2nd harmonic has the advantage that the throttle with the same predetermined ripple of the output voltage and the same predetermined maximum output current can be designed to be smaller. In addition, this circuit combination has the advantage over the usual, that the difference in the arithmetic mean values of the output voltages at no load and full load is smaller.

In Bild 9 ist die erfindungsgemäße Schaltanordnung mit einer der üblichen Stabilisierungsschaltungen für Spannungs- oder Stromkonstanthaltung zusammengeschaltet, Von der Stabilisierungsschaltung ist hier nur der-Längstransisor gezeichnet, während der Regelteil nur symbolisch dargestellt ist.In Figure 9, the switching arrangement according to the invention is shown with one of the usual ones Stabilization circuits for keeping voltage or current constant connected together, Of the stabilization circuit, only the series transistor is drawn here, while the control part is only shown symbolically.

Der Längstransistor wird vom Regelteil so ausgesteuert, daß an ihm bei dem jeweiligen Belastungsstrom die Differenz zwischen konstanter Ausgangsspannung und pulsierender Eingangspannung der Stabilisierungsschaltung abfällt. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung - Verkleinerung von Transformator, Gleichrichter und Glättungskondensator - gegenüber der üblichen Schaltung von Gleichrichter und Glättungskondensator gestatten es, stabilisierte Netzgeräte kleiner, leichter und billiger zu bauen.The series transistor is controlled by the control part so that on him for the respective load current, the difference between the constant output voltage and more vibrant The input voltage of the stabilization circuit drops. The advantages of the circuit arrangement according to the invention - downsizing of the transformer, Rectifier and smoothing capacitor - compared to the usual circuit of rectifiers and smoothing capacitor make it possible to make stabilized power supplies smaller, lighter and cheaper to build.

In Bild 10 ist der Schalttransistor mit der Stabilisierungsschaltung dergestalt vereinigt, daß er nicht mehr wie in den vorhergegangenen Schaltungen im reinen Schaltbetrieb arbeitet, sondern vom Regelteil der Stabilisierungsschaltung so ausgesteuert wird, daß er in der Zeit von t4 - t5, in der er vom Schwellwertschalter freigegeben wird (Bild 5), die Spannung am Lastwiderstand konstant hält. Diese Schaltungsart hat den Vorteil, daß die an dem Längstransistor auftretende Verlustleistung auf diesen und auf den Transistor Tr aufgeteilt wird, da der Längstransistor der Stabilisierungsschaltung in der Zeit von t4 - t5 stromlos ist. Damit kann für diesen eine Type mit kleinerer maximal zulässiger Verlustleistung gewählt werden.In picture 10 is the switching transistor with the stabilization circuit united in such a way that it is no longer as in the previous circuits works in pure switching mode, but from the control part of the stabilization circuit is controlled in such a way that it is in the time from t4 - t5 in which it is activated by the threshold switch is released (Fig. 5), the voltage at the load resistor keeps constant. This type of circuit has the advantage that the power loss occurring at the series transistor this and is divided on the transistor Tr, as the series transistor of the stabilization circuit is de-energized in the time from t4 - t5. This means that a type with a smaller maximum permissible power loss can be selected.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

====================== r ====== Circuit arrangement for direct current (voltage) supply devices, consisting of transformer, rectifier in mid-point or single-phase bridge circuit and smoothing capacitor or rectifier in single-phase bridge circuit for direct Connection to an AC voltage source and smoothing capacitor, d a d u r c h it is not noted that the smoothing capacitor is not direct, but rather is connected to the rectifier via a first valve, this first Valve can be bridged by a second valve, while the downstream Consumer is connected directly to the rectifier.

2.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, d u r h e k e k e II n z e i c h n e t, that the bridging of the first valve by the second fan depending on the transformer or rectifier voltage he follows.

3.-) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, that is, the bridging of the first valve takes place time-dependently through the second valve.

4.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t, that the bridging of the first valve takes place depending on the current through the second valve.

5.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, denoted that the first valve and / or the second valve by one or more series and / or parallel connections of Valves are replaced.

6,) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, it is not indicated that the valves are operated Semiconductor components and / or electromagnetically operated mechanical contacts are formed.

7.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, that is, instead of the one smoothing capacitor two or more of which are charged simultaneously or sequentially and at the same time or are discharged one after the other, 8.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more of the following, because it does not indicate that the first valve and the second valve can be replaced by a valve that is in one or block the current in both directions and conduct it in a controlled or uncontrolled manner can.

9.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t, that this is an inductance is connected downstream.

10.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more of the following, I do not know that this is one of the well-known Circuits for keeping voltage or current constant are connected downstream.

11.) Circuit arrangement according to claim 1 and / or one or more the following, it is not indicated that the second valve In addition to the first valve, the stabilization circuit is also wholly or partially bypassed, this second valve being controlled by the control part of the stabilization circuit is that at the output of the stabilization circuit the voltage and / or the current is kept constant.