DE2339067B2

DE2339067B2 - Stabilisiertes Netzgerat

Info

Publication number: DE2339067B2
Application number: DE19732339067
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl.-Ing. 8050 Freising Reger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-01
Filing date: 1973-08-01
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2339067A1

Description

Die Erfindung betrifft ein stabilisiertes Netzgerät für zwei Ausgangsspannungen entgegengesetzter Polarität, die bezüglich des Nullpotentials symmetrisch sind, mit

65 einem Stellglied in der Ausgangsleitung für jede Ausgangsspannung, das von jeweils einem Regelverstärker steuerbar ist, dem die von dem zugehörigen Stellglied gestellte Ausgangsspannung als Istwert zugeführt ist, und mit einer Referenzspannungsquelle als Sollwertgeber, deren Referenzspannung an einem der Regelverstärker liegt.

Solche stabilisierten Netzgeräte werden zur Stromversorgung integrierter Schaltkreise eingesetzt und sind im Handel erhältlich. Bei diesen bekannten Netzgeräten wird die Referenzspannung dem Regelverstärker für die positive Ausgangsspannung zugeführt. Zur Sollwertvorgabe für die Regelung der negativen Ausgangsspannung wird die Ausgangsspannung der positiven Seite über einen Spannungsteiler direkt verwendet Wegen der Sollwertvorgabe von der positiven Seite her erreicht dabei die Ausgangsspannung der negativen Seite ihren Nennwert verzögert gegenüber der positiven Ausgangsspannung. Außerdem ist diese Sollwertvorgabe relativ aufwendig. Wird das bekannte Netzgerät mit einem Stromüberlastungsschutz ausgerüstet, so ist mit diesem Stromüberlastungsschutz nicht gewährleistet, daß die beiden Ausgangsspannungen im Uberlastungsfall symmetrisch zum Nullpotential bleiben.

Eine ähnliche Schaltung ist auch aus der Siemens-Druckschrift »Halbleiter-Schaltbeispiele« Ausgabe 1972/73, S. 197,198 mit Bild 4.2.1, bekannt. Dabei wird im Unterschied zur obengenannten Schaltung für die Regelung der negativen Ausgangsspannung das Nullpotential als Sollwert verwendet, während als Istwert die Summe der negativen und positiven Ausgangsspannungen verwendet wird. Auch bei dieser Schaltung treten die obengenannten Probleme auf.

Aus der US-PS 32 93 444 ist es bekannt, zur Gewinnung von zwei Ausgangsspannungen mit entgegengesetzter Polarität zwei an sich unabhängige stabilisierte Netzgeräte in Serie zu schalten. Beide in Serie geschalteten Netzgeräte besitzen eine eigene Referenzspannungsquelle und einen eigenen Regelverstärker. Beide Netzgeräte sind ferner mit einem Überlastungsschutz ausgerüstet, wobei jedoch die Symmetrie der beiden Ausgangsspannungen im Überlastungsfall iiicht sichergestellt werden kann. Da die beiden in Serie geschalteten Netzgeräte unabhängig voneinander arbeiten, ist die Symmetrie auch im Normalbetrieb schwer herzustellen.

Ein Netzgerät der eingangs genannten Art, bei dem jedoch für jede Ausgangsspannung eine eigene Referenzspannungsquelle vorhanden ist, ist aus der US-PS 36 94 662 bekannt. Dabei wird die Referenzspannung für die positive Ausgangsspannung mit Hilfe einer Zenerdiode aus der negativen Ausgangsspannung gewonnen, die Referenzspannung für die negative Ausgangsspannung wird ebenfalls mit Hilfe einer Zenerdiode aus der positiven Ausgangsspannung gewonnen. Bei Absinken der Ausgangsspannung unter die Zenerspannung der entsprechenden Z-Diode sinkt auch die Referenzspannung für die zweite Ausgangsspannung und damit die zweite Ausgangsspannung selbst. Ein Symmetrierungseffekt ist also erst gegeben, wenn durch einen Spannungseinbruch eine Ausgangsspannung unter die Zenerspannung der Z-Diode sinkt. Ferner enthält diese Schaltung eine Schutzeinrichtung, die das Netzgerät ausschaltet, wenn die Ausgangsspannung um einen bestimmten Wert vom Sollwert abweicht. Dabei wird bei einer Abweichung der negativen Ausgangsspannung zunächst die positive Ausgangsspannung abgeschaltet und umgekehrt. Da die

Abschaltung des Netzgeräts erst durch das wechselseitige Zusammenwirken der Regelkreise für die beiden Ausgangsspannungen erfolgt, ist während der Ausschaltzeit die Symmetrie der beiden Ausgangsspannungen nicht sichergestellt s

Es besteht die Aufgabe, ein stabilisiertes Netzgerät der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln aufzubauen, das unverzögert voll betriebsbereit ist und bei dem im Überlastungsfall die beiden Ausgangsspsnnungen symmetrisch zum Nullpotential bleiben. ι ο

Erfindungigemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Referenzspannung unmittelbar beiden Regelverstärkern zugeführt ist und daß in jeder Ausgangsleitung ein Fühler vorgesehen ist, dessen Meßsignal der Referenzspannung so überlagert ist, daß die Referenzspannung sich verkleinert, wenn der Strom oder die Spannung in einer der Ausgangsleitungen einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät werden ausgehend von nur einer Referenzspannung, die sowohl dem Regelverstärker für die positive Seite als auch dem Regelverstärker für die negative Seite zugeführt ist, zwei stabilisierte Ausgangsspannungen entgegengesetzter Polarität erzeugt. Der Aufbau dieses Netzgerätes ist wegen dieser direkten Zuführung der Referenzspannung an beide Regelverstärker äußerst einfach. Der Überlastungsschutz für jede Ausgangsleitung greift in den Sollwertgeber dadurch direkt ein, daß bei Überlastung die Referenzspannung verkleinert wird, so daß beide Ausgangsspannungen gleichzeitig auf einen kleineren Spannungswert zurückgeregelt werden und dabei ihre Symmetrie zum Nullpotential erhalten bleibt.

Die Regelverstärker können in bekannter Weise Operationsverstärker sein, wobei dem nicht invertierenden Eingang jedes Operationsverstärkers über einen Widerstand die Referenzspannung zugeführt ist und am invertierenden Eingang des die positive Ausgangsspannung regelnden Operationsverstärkers die positive Ausgangsspannung zugeführt ist, wobei der invertierende Eingang des die negative Ausgangsspannung w regelnde Operationsverstärkers mit dem Nullpotential verbunden ist und seinem nicht invertierten Eingang die negative Ausgangsspannung zugeführt ist.

Jedem Fühler in einer der Ausgangsleitungen kann ein Verstärker nachgeschaltet sein. Vorzugsweise sind -»5 die Ausgänge der Verstärker über Entkopplungsdioden miteinander verbunden und der Verbindungspunkt der Entkopplungsdioden ist über den Widerstand mit der Referenzspannungsquelle verbunden, über den die Referenzspannung den Regelverstärkern zugeführt ist. so Dadurch wird die den Meßsignalen der Fühler entsprechende Spannung der Referenzspannung direkt überlagert und verkleinert diese, wenn eines der Meßsignale der Fühler einen vorgegebenen Aiibprechwert überschreitet. Damit ist ein sehr einfacher Aufbau des Überlastungsschutzes gegeben, der keine besonderen zusätzlichen Kosten verursacht. Als Fühler kann ein Meßwiderstand in jeder Ausgangsleitung vorgesehen sein, dessen Anschlußklemmen mit einem der Verstärker verbunden sind. Als Verstärker kann je ein &o Operationsverstärker vorgesehen sein, wobei die Anschlußklemmen jedes Meßwiderstandes über Spannungsteiler den beiden Eingängen eines der Operationsverstärker zugeführt sind und in einem der Spannungsteiler jeder Ausgangsseite ein Potentiometer zur ^b5 Einstellung des Ansprechwertes des Überlastungsschutzes vorgesehen ist.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße stabilisierte Netzgerät beispielsweise anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Netzgerätes. Eine positive Eingangsspannung Ue ist über eine Klemme 1 einem Stellglied 2 und eine negative Eingangsspannung — Ue über eine Klemme 3 einem Stellglied 4 zugeführt. An der Ausgangsklemme 4 liegt die positive Ausgangsspannung + Ua und an der Ausgangsklemme 6 die negative Ausgangsspannung — Ua- Die Ausgangsspannungen Ua entgegengesetzter Polarität sind symmetrisch zum Nullpotential, das dem Netzgerät über die Klemmen 7 zugeführt ist. Die beiden Stellglieder 2 und 4 können beispielsweise Transistoren sein. Das Stellglied 2 wird von einem Regelverstärker 8 und das Stellglied 4 von einem Regeiverstärker 9 angesteuert. Dem Regelverstärker 8 der positiven Seite ist über die Leitung 10 die positive Ausgangsspannung Ua und dem Regelverstärker 9 der negativen Seite über eine Leitung

11 die negative Ausgangsspannung Ua als Istwert zugeführt. Als Sollwertgeber ist eine Referenzspannungsquelle 12 angeordnet, deren Referenzspannung als Sollwert über die Leitungen 13a bzw. 13Z> sowohl dem Regelverstärker 8 für die positive Seite als auch dem Regelverstärker für die negative Seite zugeführt ist. Durch diese direkte Zuführung des Sollwertes an beide Regelverstärker 8 und 9 wird ein einfacher Aufbau des stabilisierten Netzgerätes erhalten und die beiden stabilisierten Ausgangsspannungen ± Ua werden gleichzeitig und ohne gegenseitige Verzögerung gebildet. Das erfindungsgemäße Netzgerät ist daher sofort mit dem Einschalten betriebsbereit.

In der Ausgangsleitung 5a für die positive Ausgangsspannung Ua ist als Fühler ein Stromfühler 14 und in der Ausgangsleitung 6a der negativen Ausgangsspannung Ua ist als Fühler ein Stromfühler 15 angeordnet. Das Meßsignal des Stromfühlers 14 der positiven Seite ist einem Verstärker 16 zugeführt, dessen Ausgang über die Leitung 17 der Referenzspannungsquelle 12 zugeführt ist. Dem Stromfühler 15 der negativen Seite ist ein Verstärker 18 nachgeschaltet, dessen Ausgang über eine Leitung 19 ebenfalls mit der Referenzspannungsquelle

12 verbunden ist. In der Referenzspannungsquelle 12 wird durch die Ausgangssignale der Verstärker 16 bzw. 18 erreicht, daß die Referenzspannung verkleinert wird, wenn das Meßsignal eines der Stromfühler 14 oder 15 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Mit diesem Überlastungsschutz, der bei Überlastung einer der Ausgänge anspricht, erhält man eine gleichzeitige Verminderung der Ausgangsspannungen beim Eingriff der Überlastungsschutzes, wobei die Symmetrie der Ausgangsspannungen zum Nullpotential gewahrt bleibt.

In Fi g. 2 ist ein ausführliches Schaltungsbeispiel des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 dargestellt. Als Stellglieder 2 und 4 sind dabei in bekannter Weise Transistoren, als Stromfühler 14 und 15 Widerstände, als Regelverstärker 8 und 9 und als Verstärker 16 und 18 Operationsverstärker vorgesehen. Die Referenzspannungsquelle 12 ist eine Z-Diode, die in Reihe mit einem Widerstand 12a zwischen das Nullpotential und die Klemme 1 für die positive Eingangsspannung Ue gelegt ist. Über den Widerstand 126 und die Leitung 13a ist die Referenzspannung der Z-Diode 12 als Sollwert an den nicht invertierenden Eingang 8a des Operationsverstärkers 8 geführt. Der Istwert für den Operationsverstärker 8 wird vom Potentiometer 20 eines Spannungsteilers abgenommen, der aus den Widerständen 20 und 21 besteht und zwischen die Ausgangsleitung 5a und die

Klemme 7 geschaltet ist, an der das Nullpotential liegt. Der Istwert liegt über der Leitung 10 und einem Widerstand 10a am invertierenden Eingang 8b des Operationsverstärkers 8.

Der Sollwert für den Operationsverstärker 9 der negativen Seite ist dem nicht invertierenden Eingang 9a des Operationsverstärkers 9 über den Widerstand 12Zj die Leitung t3b und einen Widerstand 13c zugeführt. Der Istwert für den Operationsverstärker 9 der negativen Seite wird von dem Potentiometer 22 eines Spannungsteilers abgenommen, der aus den Widerständen 22 und 23 besteht und zwischen die Ausgangsleitung 6a für die negative Ausgangsspannung Ua und das Nullpotential geschaltet ist. Der Abgriff des Potentiometers 22 ist über die Leitung 11 und einen Widerstand ila ebenfalls mit dem nichtinvertierenden Eingang 9a des Operationsverstärkers 9 verbunden. Der invertierende Eingang 9b des Operationsverstärkers 9 liegt über einen Widerstand 24 am Nullpotential.

Die beschriebene Schaltung ermöglicht die Erzeugung von zwei stabilisierten Ausgangsspannungen Ua entgegengesetzter Polarität mit Hilfe eines gemeinsamen Referenzelementes, das im Ausführungsbeispiel eine Z-Diode 12 ist. Auf der positiven Seite wird dem nicht invertierenden Eingang 8b des Differenz- bzw. Operationsverstärkers 8 die positive Sollwert- bzw. Referenzspannung zugeführt. Am invertierenden Eingang 8b des Operationsverstärkers 8 liegt die positive Istwertspannung, die am Abgriff des Potentiometers 20 abgenommen wird. Der Ausgang 8c des Operationsverstärkers 8 ist über einen Widerstand 25 mit der Basis des Transistors 2 verbunden, der das Stellglied für die positive Ausgangsspannung U_A ist, und dessen Aussteuerung vom Operationsverstärker 8 verändert wird, wenn der Istwert vom Sollwert abweicht.

Auf der negativen Seite liegt der invertierende Eingang 9b des Differenz- bzw. Operationsverstärkers 9 über den Widerstand 24 am Nullpotential. Das sich am nicht invertierenden Eingang 9a des Operationsverstärkers 9 einstellende Nullpotential, der sog. virtuelle Nullpunkt, setzt die Betraggleichheit der negativen Spannung am Abgriff des als Istwertgebers wirkenden Potentiometers 22 und der positiven Referenzspannung voraus, die am Verbindungspunkt 13c/der Leitungen 13b und 11 überlagert sind. Der Ausgang 9c des Operationsverstärkers 9 ist über einen Widerstand 26 mit der Basis des Transistors 4 verbunden, der das Stellglied für die negative Ausgangsspannung U_A ist. Sind die Beträge der am Verbindungspunkt 13t/ überlagerten Soll- und Istwertspannungen nicht gleich, so wird die Aussteuerung des Transistors 4 und damit die Ausgangsspannung Ua verändert.

Mit den Potentiometern 20 und 22 ist ein Abgleich des stabilisierten Netzgerätes auf Spannungssymmetrie ermöglicht.

Als Stromfühler ist in der Ausgangsleitung 5a der positiven Seite der Meßwiderstand 14 und in der Ausgangsleitung 6a der negativen Seite der Meßwiderstand 15 angeordnet. Die Anschlußklemme 14a des Meßwiderstandes 14 ist über den aus den Widerständen 20 und 21 bestehenden Spannungsteiler mit dem Nullpotential und der Anschluß 146 des Meßwiderstandes 14 über einen Spannungsteiler, der aus einem Widerstand 27 und einem Potentiometer 28 besteht mit dem Nullpotential verbunden. Der Abgriff des Potentiometers 28 liegt, ebenfalls am Nullpotential. Der Verbindungspunkt 29 zwischen den Widerständen 20 und 21 ist an den nicht invertierenden Eingang 16a und der Verbindungspunkt 30 zwischen den Widerständen 27 und 28 mit dem invertierenden Eingang i3b des Operationsverstärkers 16 verbunden, der über einen Widerstand 16c gegengekoppelt ist. Die Anschlußklemme 15a des Meßwiderstandes 15 der negativen Seite liegt über den aus den Widerständen 22 und 23 bestehenden Spannungsteiler am Nullpotential und dessen Anschlußklemme 15b ist über einen Spannungsteiler, der aus einem Widerstand 31 und einem

ίο Potentiometer 32 besteht, ebenfalls mit dem Nullpotential verbunden. Der Abgriff des Potentiometers 32 liegt auch am Nullpotential. Der Verbindungspunkt 33 zwischen den Widerständen 22 und 23 ist mit dem invertierenden Eingang 18b und der Verbindungspunkt 34 zwischen den Widerständen 31 und 32 mit dem nichi invertierenden Eingang des über den Widerstand 18c gegengekoppelten Operationsverstärkers 18 verbunden.

Der Ausgang 16c/ des Operationsverstärkers 16 ist über die Leitung 17 mit der Kathode einer Entkopplungsdiode 35 und der Ausgang 18c/ des Operationsverstärkers 18 über die Leitung 19 mit der Kathode einer Entkopplungsdiode 36 verknüpft. Die Anoden der beiden Entkopplungsdioden 35 und 36 sind miteinander verbunden, und der Verbindungspunkt 37 ist über einen Widerstand 38 dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 12b und den Leitungen 13a und 13£ zugeführt und damit der Referenzspannung überlagert, die an den nicht invertierenden Eingängen der Regelverstärker 8 und 9 liegt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die beiden Ausgänge 5 und 6 durch die eben beschriebenen gleichartigen Schaltungen vor Überlast geschützt. Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Überlastschutzes genügt es daher, die Wirkung einer der beiden Schaltungsseiten, beispielsweise der positiven Seite, zu beschreiben.

Dem Differenzeingang 16a und 16b des gegengekoppelten Operationsverstärkers 16 wird der durch den Laststrom am Widerstand 14 verursachte Spannungsabfall über Spannungsteiler 20 und 21 bzw. 27 und 30 zugeführt. Der Verstärkerausgang vermindert über die Entkopplungsdiode 35 und den Widerstand 38 die Referenzspannung und damit die beiden Ausgangsspannungen, wenn der Spannungsabfall am Widerstand 14 einen vorgegebenen Ansprechwert übersteigt, der mil dem Potentiometer 28 einzustellen ist. Bei Überlas! werden die beiden Ausgangsspannungen Ua entgegengesetzter Polarität gleichzeitig verkleinert, wobei ihre

so Symmetrie bezüglich des Nullpotentials erhalten bleibt Der Einsatzpunkt des Überlastschutzes wird wie bereits erwähnt für die positive Seite mit dem Potentiometer 28 und für die negative Seite mit dem Potentiometer 32 eingestellt.

Im Ausführungsbeispiel ist der Überlastschutz mil einer rücklaufenden Kennlinie versehen, d. h. dei Kurzschlußstrom ist kleiner als der Nennstrom. Falls erforderlich, kann auch eine andere Kennlinie eingestellt werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem beschriebenen stabilisierten Netzgerät die eingangs erwähnten Vorteile voll erhalten werden, wobei zi betonen ist, daß das Netzgerät in einfacher Weise ausgeführt ist und sich daher billig herstellen läßt Insbesondere ist zu erwähnen, daß die positive und die negative Schaltungsseite des Netzgerätes praktisch identisch ausgeführt sind, wodurch die Serienfertigung erleichtert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stabilisiertes Netzgerät für zwei Ausgangsspannungen entgegengesetzter Polarität, die bezüglich des Nullpotentials symmetrisch sind, mit einem Stellglied in der Ausgangsleitung für jede Ausgangsspannung, das von jeweils einem Regelverstärker steuerbar ist, dem die von dem zugehörigen Stellglied gestellte Ausgangsspannung als Istwert zugeführt ist, und mit einer Referenzspannungsquel- ι ο le als Sollwertgeber, deren Referenzspannung an einem der Regelverstärker liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (12) unmittelbar beiden Regelverstärkern (8„ 9) zugeführt ist und daß in jeder Ausgangsleitung (5a bzw. 6a) ein ' Fühler (14 bzw. 15) vorgesehen ist, dessen Meßsignal der Referenzspannung so überlagert ist, daß die Referenzspannung sich verkleinert, wenn der Strom oder die Spannung in einer der Ausgangsleitungen einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet.

2. Stabilisiertes Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelverstärker (8, 9) Operationsverstärker sind, daß dem nicht invertierenden Eingang (8a, 9a) jedes Operationsverstärkers über einen Widerstand die Referenzspannung zugeführt ist, daß am invertierenden Eingang (Sb) des die positive Ausgangsspannung regelnden Operationsverstärkers (8) die Ausgangsspannung (Ua) zugeführt ist und daß der invertierende Eingang (9b) des die negative Ausgangsspannung regelnden Operationsverstärkers (9) mit dem Nullpotential verbunden ist und seinem nicht invertierenden Eingang (9a) die negative Ausgangsspannung (— Ua) zugeführt ist.

3. Stabilisiertes Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, J5 dadurch gekennzeichnet, daß jedem Fühler (14 bzw. 15) ein Verstärker (16 bzw. 18) nachgeschaltet ist.

4. Stabilisiertes Netzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (idd, i8d) der Verstärker (16, 18) über Entkopplungsdi- «o öden (35 bzw. 36) miteinander verbunden sind und daß der Verbindungspunkt (37) der Entkopplungsdioden über den Widerstand (\2b) mit der Referenzspannungsquelle (12) verbunden ist, über den die Referenzspannung den Regelverstärkern (8, 9) zugeführt ist.

5. Stabilisiertes Netzgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler ein Meßwiderstand (14 bzw. 15) in jeder Ausgangsleitung (5a bzw 6a) vorgesehen ist, dessen Anschlußklemmen ^" (14a, 146 bzw. 15a, 15^ mit einem der Verstärker (16 bzw. 18) verbunden sind.

6. Stabilisiertes Netzgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker je ein Operationsverstärker (16 bzw. 18) vorgesehen ist, daß die Anschlußklemmen (14a, 146 bzw. 15a, \5b) jedes Meßwiderstandes (14 bzw. 15) über Spannungsteiler (20,21 und 27,28 bzw. 22,23 und 31,32) den beiden Eingängen (16a, 16b bzw. 18a, XSb) eines der Operationsverstärker zugeführt sind und daß in einem der Spannungsteiler jeder Ausgangsseite ein Potentiometer (28 bzw. 32) zur Einstellung des Ansprechwertes vorgesehen ist.