DE2260385C3 - Gleichspannungsnetzgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektronisch stabilisiertes Gleichspannungsnetzgerät mit einem Netztransformator und einem in Reihe mit dem Ausgang liegenden Stellglied, einer auf Überstrom ansprechenden elektro- v> nischen Abschaltautomatik zum Schutz des Stellgliedes gegen Überlastung, die einen in Reihe mit dem Ausgang liegenden S'trommeßwiderstand und einen zu diesem parallel geschalteten, die Steuerstrecke eines Halbleiterelement« enthaltenden Steuerkreis aufweist, derart, bo daß bei Oberstrom das Halbleiterelement leitend gesteuert wird und dadurch das Stellglied sperrt, und mit einem von i:iner Wechselstromquelle gesteuerten, zu diesem Zweck mit einer Sekundärwicklung des Netztransfoirmators verbundenen automatischen «>· Wiedereins;i:haltglied. Ein solches Gleichspannungsnetzgerät ist bekannt (DE-OS 20 49 532).

Es sind auch Gleichspannungsnetzgeräte mit einer

Abschaltautomatik und mit manuell bedienbaren Mitteln zur Wiedereinschaltung bekannt Das Wiedereinschalten eines solchen Gerätes nach dem Abschalten infolge einer Überlastung kann häufig aus zwei Gründen nicht gelingen; entweder ist der Grund für die Überlastung (Kurzschluß oder dgl.) noch nicht beseitigt oder in der vom Netzgerät zu versorgenden Schaltung ist ein einschaltunwilliger Verbraucher vorhanden, der kurzzeitig nach dem Einschalten einen höheren Strom als den Abschaltstrom (z.B. eine Last mit einem positiven Temperaturkoeffizienten oder eine kapazitive Last) benötigt Insbesondere für einen mit dem Netzgerät experimentierenden Schüler oder Lehrling ist jedoch nicht erkennbar, welcher der beiden Fälle gegeben ist. Aus der Tatsache, daß sich das Netzgerät licht einschalten läßt, wird er eventuell auf eine Fehlschaltung schließen und nach einem Fehler suchen, der jedoch nicht vorliegt

Bei dem durch die DE-OS 20 49 532 (insbesondere Figur 1) bekannten Gleichspannungsnetzgerät ist dagegen ein automatisches Wiedereinschaltglied vorgesehen. Das gesteuerte Halbleiterelement der Abschaltautomatik ist ein Thyristor, durch den das Stellglied bei einem Überstrom in der Last abschaltbar ist Bei dieser Überstromschutz-Einrichtung liegt ein zwischen der negativen Elektrode und der Steuerelektrode des Thyristors geschalteter Überstromnrüfwiderstand gleichzeitig in Refce mit der an das Netzgerät angeschlossenen Last Im Falle eines zu großen Stromes in der Last erreicht der Spannungsabfall über dem Überstromwiderstand einen bestimmten Wert, wodurch der Thyristor eingeschaltet und dadurch der das Stellglied bildende Transistor sofort gesperrt wird. Mit Hilfe einer Wechselstromquelle und einer Schaltung mit einem Transistor werden danach Wiedereinschaltversuche vorgenommen. Ist der Grund für einen zu hohen Strom in der Last nicht beseitigt dann erfolgt immer wieder ein Sperren des Stellgliedes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gleicbspanik.'.ngsnetzgerät der eingangs genannten Art mit möglichst geringem Aufwand an aktiven Halbleitereiementen für die Abschaltautomatik und das Wiedereinschaltglied auszukommen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das gesteuerte Halbleiterelement der Abschaltautomatik ein Transistor ist, dessen Emitter an den ausgangsseitigen Anschluß des Strommeßwiderstandes angeschlossen ist und dessen Basis jeweils über eine für den Basisstrom in Durchlaßrichtung gepolte Diode sowohl mit der ausgangsseitigen Elektrode des Stellgliedes als auch mit dem Mittelabgriff eines mit einer Hilfsgleichspannung gespeisten Spannungsteilers verbunden ist, wobei das Potential des Mittelabgriffs derart festgelegt ist, daß dieses Potential das Leitendsteuern des Transistors jeweils übernimmt, wenn die Ausgangsspannung infolge Leitendsteuern des Transistors durch Überstrom unter einen bestimmten Wert abgesunken ist, und daß der Mittelabgriff des Spannungsteilers ferner über eine das Wiedereinschaltglied bildende dritte Diode mit der Sekundärwicklung des Netztransformators derart verbunden ist, daß das Potential des Mittelabgriffs periodisch so verschoben wird, daß der Transistor gesperrt wird. Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, daß für die Abschaltautomatik und für das Wiedereinschaltglied an aktiven elektronischen Bauelementen nur ein einziger Transistor benötigt wird und man ohne zusätzlichen Thyristor auskommt.

Die Wiedereinschaltdauer kann in einfacher Weise so eingestellt werden, daß während der Wiedereinschaltversuche einerseits ein nicht mehr vernachlässigbarer Strom durch den Verbraucher fließt, andererseits jedoch die integrale Verlustleistung im Stellglied infolge der kurzzeitigen Einschaltversuche unterhalb der zulässigen Grenze bleibt Durch Variationen der Wiedereinschaltdauer können definierte Effektivströme for die Einschaltung einschaltunwilliger Verbraucher erzeugt werden, ohne daß das Stellglied überlastet wird. Insgesamt kann also bei den Einschaltversuchen der max. Netzgerätestrom fließen, so daß das Einschalten kapazitiver Lasten oder Lasten mit positivem Temperaturkoeffizienten nach kurzer Zeit ohne weiteres möglich ist

Aus der FR-PS 12 45 906 ist es bei einem elektronisch stabilisierten Gleichspannungsnetzgerät ähnlicher Art zwar an sich bekannt, als gesteuertes Halbleiterelement der auf Überstrom ansprechenden Abschaltautomatik einen Transistor zu verwenden, dessen Emitter an den ausgangsseitigen Anschluß des Strommeßwiderstandes angeschlossen ist und dessen Basis über ein Schaltungselement mit der ausgangsseitigen Elektrode des Stellgliedes und zugleich mit einem Spannungsteiler verbunden ist Dieser Spannungsteiler wird jedoch nicht von einer Hilfsgleichspannung, sondern von der Ausgangsspannung gespeist wobei das vorerwähnte Schaltungselement der eine der beiden Teilwiderstände des Spannungsteilers ist Erst die erfindungsgemäße Versorgung des Spannungsteilers mit einer HiJfsgleichspannung und die Verbindung des Mittelabgriffes dieses Spannungsteilers über eine Diode mit der Sekundärwicklung des Transformators ermöglichen aber — im Falle eines Überstromes — die gewünschten Wiedereinschaltversuche mit der Netzfrequenz und mit einem relativ hohen Effektivstrom. Bei dem vorgenannten bekannten Gleichspannungsnetzgerät fehlt dagegen eine Wiedereinschaltautomatik.

Zweckmäßig sind zur Erzeugung der Hilfsgleichspannung für den Spannungsteiler eine Spannungsverdopplerschaltung iowie zur Stabilisierung der Hilfsgleichspannung ein Widerstand und eine Zenerdiode vorgesehen. Hierbei handelt es sich um relativ einfache und zuverlässige elektronische Bauelemente, die den Schaltungsaufwand gering halten.

Die Erfindung soll anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein Schaltungsbeispiel für ein Gleichspannungsnetzgerät nach der Erfindung.

Bei diesem Schaltungsbeispiel sind die Pole des ungeregelten Einganges mit 2 und 3 und die Pole des geregelten Ausganges mit 4 und 5 bezeichnet. Eine vom Netzgerät ^u versorgende Last wird mit den beiden Polen 4 und 5 verbunden. Als Spannungsversorgung des ungeregelten Einganges 2, 3 dient die Gleichrichterschaltung 15, zu der ein Netztransformator, zwei Dioden und ein Elektrolytkondensator (ohne Bezugszeichen) gehören. Da derartige Schaltungen bekannt sind, wird auf eine genauere Beschreibung verzichtet.

Die Spannungsregelung erfolgt mit Hilfe eines Stellgliedes, das vom Transistor 16 gebildet wird. Der Kollektor dieses Transistors ist einerseits mit dem Pol 2 des ungeregelten Einganges und andererseits über den Strommeßwiderstand 17 mit dem Ausgangspol 4 verbunden. Der Transistor 16 steht über die Leitung 22 mit dem als Regelvcrstärker arbeitenden Transistor 18 in Verbindung, dem einerseits über ein Referenzglied, gebildet aus der Zenerdiou'e 19, eine Referenzspannung

und andererseits von einem von der Ausgangsspannung gespeisten Spannungsteiler, gebildet von den Widerständen 20 und 21, eine Spannungsprobe zugeführt wild. Diese beiden Spannungen werden miteinander verglichen. Bei einem Abweichen von der Sollspannung wird die über dem Transistor 16 abfallende Spannung entsprechend verändert Zum Schutz des Transistors 16 ist als gesteuertes Halbleiterelement der Transistor 24, vorgesehen. Der Emitter dieses Transistors 24 ist mit dem Ausgangspol 4 des Netzgerätes verbunden; der Kollektor ist an die vom Transistor zum Stellglied (Transistor 16) führende Leitung 22 angeschlossen. Die Basis des Transistors 24 ist jeweils über eine für den Basisstrom in Durchlaßrichtung gepolte Diode 23 bzw. 27 mit der Ausgangsseite des Transistors 16 und mit dem Mittelabgriff eines mit einer Hilfsspannung gespeisten Spannungsteilers — gebildet von den Widerständen 25 und 26 — verbunden. Mit Hilfe einer Spannungsverdopplerschaltung, welche aus der einen Hälfte der Sekundärseite des Netztransformators, den Kondensatoren 30 und 33 sowie der Dioden 32 und 29 besteht, und mit Hilfe des Widerstandes 28 und der Zenerdiode 34 wird die stabilisierte Hilfsspannung gewonnen, weiche dem Spannungsteiler 25,26 über die das Wiedereinschaltglied bildende Diode 31 zugeführt wird. D^;ese Diode ist mit ihrem einen Anschluß am Mittelpunkt des Spannungsteilers 25, 26 angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluß über den Elektrolytkondensator 30 mit der Sekundärwicklung des Transformators der Spannungsversorgung 15 verbunden. Diese Maßnahme bewirkt daß die Wiedereinschaltversuche periodisch mit der Netzfrequenz erfolgen. Die Wiedereinschaltdauer kann in einfacher Weise, z. B. durch Veränderung der am Kondensator 30 anliegenden Spannung, geändert werden.

Wird dem Netzteil ein zu großer Strom entnommen so setzt die Strombegrenzung ein, indem der Spannungsabfall am Strommeßwiderstand 17 den Transistor 24 über die Diode 23 in einem gewissen Maße icitend steuert. Infolge der Strombegrenzung sinkt das Potential des Ausgangspoles 4 ab, d. h, es nähert sich den Potential des Ausgangspoles 5. Gleichzeitig sinkt das Anodenpotential der Diode 23. Wird dieses nun kleiner als das Anodenpotential der Diode 27 (gegeben durch den Spannungsteiler 25, 26), so wird der Transistor 24 stärker leitend, wodurch aas Anodenpotential der Diode 23 noch mehr sinkt Hierdurch wird aber der Transistor 24 noch stärker leitend und das Netzteil schaltet ab, d. h., der Transistor 24 ist stark leitend, weil der Strom des Spannungsteilers in ihn hineinfließt Das Potential des Ausgangspoles 4 wird etwa gleich dem des ungeregelten Ausgangspoles 5.

Die Wiedereinschaltung des Netzgerätes kann nun durch Sperren des Transistors 24 erfolgen. Man muß also nur dafür sorgen, daß der Strom des Spannungsteilers 25, 26 für einije Zeit nicht in den Transistor 24 hineinfließt Hierfür sorgt die Spannung an der Diode 31, deren Anodeppotential periodisch mit der Netzfrequenz für einige Zeit unter das Anodenpotential der Diode 27 sinkt Wahrend dieser Zeit kann kein Strom vom Spannungsteiler 5,26 in den Transistor 24 fließen, Hierdurch wird die Abschaltung aufgehoben, jedoch bleibt die Strombegrenzung wirksam.

Überschreitet der nach dem Wiedereinschalten fließende Strom den oberen zulässigen Grenzwert nicht mehr, dann bleibt das Netzgerät eingeschaltet und die gewünschte Ausgangsspannung an den Polen 4 und 5 ist wieder vorhanden. Ist aber die Belastung des Netzgerä-

tes nach dem Wiedereinschalten immer noch zu groß, so bricht die Ausgangsspannung schnell wieder zusammen. Dieser Vorgang wiederholt sich vj lange, bis der im Strommeßwiderstand fließende Strom unterhalb des zulässigen oberen Grenzwertes bleibt. Die integrale Verlustleistung im Stellglied (Transistor 16) infolge der kurzzeitigen Einschaltversuche bleibt unterhalb der zulässigen Grenze. Durch eine Variation der Wiederein-.schalidauer können definierte Effektivströmt Einschaltung einschaltunwilliger Verbraucher werden, ohne daß das Stellglied überlastet wi: Art der Verlustleistungs-Reduzierung hat der daß beim Einschaltversuch der maximale Nei strom fließen kann. Dies ist bei einschaltui Verbrauchern von Vorteil.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunecn

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Elektronisch stabilisiertes Gleichspannungsnetzgerät mit einem Netztransformator und einem in Reihe mit dem Ausgang liegenden Stellglied, einer auf Oberstrom ansprechenden elektronischen Abschaltautomatik zum Schutz des Stellgliedes gegen Überlastung, die einen in Reihe mit den Ausgang liegenden Strommeßwiderstand und einen zu diesem parallel geschalteten, die Steuerstrecke eines Halb- ι ο leiterelementes enthaltenden Steuerkreis aufweist, derart, daß bei Überstrom das Halbleiterelement leitend gesteuert wird und dadurch das Stellglied sperrt, und mit einem von einer Wechselstromquelle gesteuerten, zu diesem Zweck mit einer Sekundärwicklung des Netztransformators verbundenen automatischen Wiedereinschaltglied, dadurch gekennzeichnet, daß das gesteuerte Halbleiterelement der Abschaltautomatik ein Transistor (24) ist, dessen Emitter an den ausgangsseitigen Anschluß c'<y Strommeßwiderstandes (17) angeschlossen ist und dessen Basis jeweils über eine für den Basisstrom in Durchlaßrichtung gepolte Diode (23, 27) sowohl mit der ausgangsseitigen Elektrode des Stellgliedes (Transistor 16) als auch mit dem Mittelabgriff eines mit einer Hilfsgleichspannung gespeisten Spannungsteilers (Widerstände 25, 26) verbunden ist, wobei das Potential des Mittelabgriffs derart festgelegt ist, daß dieses Potential das Leitendsteuern des Transistors (24) jeweils übernimmt, wenn die Ausgangsspannung infolge Leitendsteuern dts Transistors (24) durch Überstrom unter einen bestimmten Wert abgesunken ist, und daß der Mittelabgriff des Spannungsteilers (Widerstände 25,26) ferner über eisie das Wiedereinschaltglied bildende dritte Diode (31) .nit der Sekundärwicklung des Netztransformators derart verbunden ist, daß das Potential des Mittelabgriffs periodisch so verschoben wird, daß der Transistor (24) gesperrt wird.
2. 2. Gleichspannungsnetzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Hilfsgleichspannung für den Spannungsteiler (Widerstände 25, 26) eine Spannungsverdopplerschaltung sowie zur Stabilisierung der Hilfsgleich- ->'> spannung ein Widerstand (28) und eine Zenerdiode (34) vorgesehen sind.