DE2356452A1

DE2356452A1 - Netzgeraet

Info

Publication number: DE2356452A1
Application number: DE2356452A
Authority: DE
Inventors: Werner Tuerk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1973-11-12
Publication date: 1975-05-28
Also published as: JPS5079739A

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzgerät mit einem zwischen einer Speisespannungsq.uelle und dem Ausgang liegenden elektronischen Schalter, der, von einer die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung vergleichenden Schaltung gesteuert, periodisch durchgeschaltet und gesperrt wird und zu dem eine Speicherdrossel in Reihe geschaltet ist, die mit einer Ireilaufdiode und einem an den Ausgang angeschlossenen lastwiderstand einen geschlossenen Stromkreis "bildet. Als elektronische Schalter werden meistens transistoren verwendet«,

Derartige Netzgeräte, die aus der Zeitschrift "Eunkschau" 1972, Heft 7, Seite 217. ff "bekannt sind, haben gegenüber den mit sogenannten kontinuierlich geregelten längstransistoren den-Torteil, daß die im Längstransistor entstehende Verlustleistung sehr gering ist, da dieser nur entweder gesperrt oder voll durchgeschaltet ist. Als Verluste treten nur die durch die Transistorsättigungsspannung hervorgerufenen auf, sowie die Umschaltverluste aufgrund der endlichen Schaltgeschwindigkeit des Transistors. Der Vorteil der geringen Verlustleistung ist insbesondere in den Eällen von Bedeutung, in denen zur Stromversorgung eines Gerätes mehrere unterschiedliche¹, stabilisierte Spannungen benötigt werden, die aus einer einzigen primären ungeregelten Gleichspannung abgeleitet werden.

Damit in Netzgeräten mit geschalteten Transistoren nur geringe Verlustleistungen auftreten und somit hohe Wirkungsgrade erzielt werden, müssen an die Bauelemente hohe

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Anforderungen gestellt werden. So muß der SchaIttransistor bei hoher Stromverstärkung kurze Schaltzeiten und die Freilaufdiode eine sehr kleine Speirerholungszeit haben. Ferner muß die -Speicherdrossel über einen weiten Bereich der Gleichstromvormagnetisierung annähernd konstante Induktivität behalten. Der Herstellung derartiger Bauelemente sind technologische Grenzen gesetzt. Ein Parallelschalten mehrerer Netzgeräte mit geschalteten Transistoren ist nicht möglich, da das Netzgerät mit dem höchsten Sollwert den Gesamtstrom übernimmt und die anderen Netzgeräte abschalten würde. Man könnte zwar die Ausgänge der Netzgeräte mittels Dioden entkoppeln; dies hätte aber den Nachteil, daß an den Dioden, zusätzlich erhebliche Verlustleistungen aufträten und die Ausgangsspannungen belastungsabhängig wären.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe.zugrunde, ein Netzgerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das beliebig große Ströme liefert und dennoch gegen Kurzschluß gesichert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in den geschlossenen Stromkreis ein vom Strom durch den elektronischen Schalter durchflossener Strommeßwiderstand geschaltet ist, an den ein den Spannungsabfall an diesem mit einer Referenzspannung vergleichender, eine Hysterese aufweisender Komparator angeschlossen ist, der ein den elektronischen Schalter sperrendes Signal abgibt, wenn der Spannungsabfall am Strommeßwiderstand einen vorgegebenen Betrag übersteigt. In einem solchen Netzgerät sind eine Spannungs- und eine Stromregelung vorteilhaft in der Art kombiniert j daß mehrere Geräte parallel geschaltet werden können. Hierzu sind jeweils ein elektronischer Schalter,· eine Speicherdrossel und ein Strommeßwiderstand mit der Stromregelung, die auf den elektronischen Schalter wirkt, sowie eine Freilaufdiode zu einer Schaltein-

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heit zusammengefaßt. Mehrere Schalteinheiten werden parallel geschaltet, wobei die elektronischen Schalter von einem gemeinsamen, zentralen Spannungsregler angesteuert sind. Jeder Kanal "kann unabhängig von den Betriebszuständen der anderen Kanäle zwei Betriebszustände einnehmen, den stromgeregelten oder den spannungsgeregelten Zustand, wobei dem stromgeregelten der Vorrang eingeräumt ist. Es ist möglich, daß die einzelnen Kanäle unterschiedliche Betriebszustände haben, z.B. können bei insgesamt drei Kanälen zwei Kanäle stromgeregelt arbeiten, während der dritte Kanal die Spannungsregelung übernimmt. Es ist daher möglich, Netzgeräte aufzubauen, die einen beliebig großen Strom liefern..

Anhand der Zeichnung, die das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels zeigt, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Die Netzwechselspannung" wird einem Gleichrichter 1 zugeführt, an den drei in gleicher Weise aufgebaute Schaltungseinheiten 15, 16 und 17 angeschlossen sind. Es sei zunächst nur die Einheit 15 betrachtet. Der eine Pol der Gleichspannungsq.uelle liegt am Kollektor eines Längs transistors 2, dem eine Speicherdrossel 5 und ein Strommeßwiderstand 6 nachgeschaltet sind. Ein Kondensator 7 -glättet die Ausgangsspannung, die einem Lastwiderstand 11 zugeführt wird und in einer Einheit 10, die ein binäres Ausgangssignal abgibt, mit einer Referenzspannung verglichen'wird. Das binäre Ausgangssignal der Schaltung 10 wird auf ein Koinzidenzglied 9 gegeben, das, falls die Koinzidenzbedingung erfüllt ist, dieses Signal auf eine Ansteuerschaltung 3 für den Längstransistor 2 durchschaltet.

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Die am Strommeßwiderstand 6 abfallende Spannung wird in einem Komparator 8 mit einer Referenzspannung, die mittels einer Zenerdiode 12 und einem diesem parallel geschalteten Potentiometer 13 gebildet wird, verglichen. Häufig kann anstelle einer Zenerdiode auch eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode verwendet werden. Das Ausgangssignal des !Comparators 8 gelangt auf den zweiten Eingang des Koinzidenzgliedes 9. *

Im leitenden Zustand des Transistors 2 fließt der Strom aus dem Gleichrichter 1 zum Lastwiderstand 11,über die Speicherdrossel 5» so daß er langsam ansteigt. Damit steigt auch die Spannung am Lastwiderstand 11 an. Wird dieser größer als der in der Vergleicherschaltung 10 eingestellte Sollwert für die Ausgangsspannung der Einheiten 15, so wechselt das Ausgangssignal der Einheit 10 in den anderen Signalzustand und der Längstransistor 2 wird gesperrt. Danach fließt aufgrund der in der Speicherdrossel 5 gespeicherten Energie ein zeitlich abnehmen der Strom über den Strommeßwiderstand 6, den Lastwiderstand 11 und die Freilauf diode 4 zurück zur Speicherdrossel 5. Ist dieser Strom so weit abgesunken, daß der Spannungsabfall am Lastwiderstand 11 kleiner als der in der Einheit 10 eingestellte Sollwert für die Ausgangsspannung ist, so wird der Längstransistor 2 wieder durchgeschaltet. Es ergibt sich somit ein periodischer Schaltvorgang, bei dem die Ausgangsspannung der Einheit 15 durch Verändern des Tastverhältnisses des Längstransistors 2 auf einen konstanten Wert geregelt wird. Verkleinert man den Lastwiderstand 11, so erhöht sich, zunächst der Ausgangsstrom der Einheit 15. Bevor er einen Betrag erreicht, bei dem ein Bauelement, vor allem der Längstransistor 2 gefährdet wird, überschreitet die am Strommeßwiderstand 6 abfallende Spannung den am Potentiometer 13 eingestellten

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Sollwert. Der Komparator 8 gibt dann auf das Koinzidenzglied ein Signal, das über die Ansteuerschaltung 3 den Transistor 2 sperrt. Solang also der Strom kleiner als der vorgegebene Wert ist, gibt der Komparator 8 das Verknüpfungsglied 9 für die Spannungsregelung frei. Übersteigt der Strom aber den vorgegebenen Betrag, so wird, das Verknüpfungsglied 9 für die Spannungsregelung ge- ' sperrt und der Ausgangsstrom der Einheit 15 wird auf den maximal zulässigen Strom geregelt.

Der Ausgangsstrom der Einheit 15 ist durch die maximal zulässige Belastung der Bauelemente begrenzt. Ein Parallelschalten mehrerer Schalttransistoren ist nicht möglich, da deren Einschaltverhalten im allgemeinen unterschiedlich ist und somit der zuerst einschaltende Transistor zerstört werden kann. Im Ausführungs-beispiel sind zur Erhöhung des Ausgangsstromes zwei weitere Einheiten 16 und 17 vorgesehen, welche jeweils einen vollständigen Stromregelkreis mit Verstärkern 8· und 8." enthalten, die aber für die Spannungsregelung gemeinsam von der Einheit über Verknüpfungsglieder 9^f und 9" angesteuert sind. Dies wirkt sich so aus, daß bei niedrigem Laststrom alle drei Einheiten in der spannungsgeregelten Betriebsart arbeiten, wobei sie unterschiedlich hohe Ströme abgeben können. Bei ansteigendem Strom durch den Widerstand 11 wird zunächst eine Einheit den maximalen Ausgangsstrom erreichen.-In dieser Einheit setzt dann die Stromregelung ein, während die beiden anderen Einheiten weiterhin mit Spannungsregelung arbeiten und eine konstante Ausgängsspannung aufrechterhalten. Bei weiter zunehmender Belastung werden auch diese beiden Einheiten in stromgeregelte Betriebsart übergehen.

3 Patentansprüche
1 Figur .

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Claims

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Patentansprüche

f 1.!Netzgerät mit einem zwischen einer Speisespannungs- ^-—' quelle und dem Ausgang liegenden elektronischen Schalter, der, von einer die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung vergleichenden Schaltung gesteuert, periodisch durchgeschaltet und gesperrt wird und zu dem eine Speicherdrossel in Reihe geschaltet ist, die mit einer Freilaufdiode und einem an den Ausgang angeschlossenen !Testwiderstand einen geschlossenen Strom_x kreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in den geschlossenen Stromkreis (4, 5, 11) ein vom Strom durch den elektronischen Schalter durchflossener Strommeßwiderstand (6). geschaltet ist, an. den ein den Spannungsabfall an diesem mit einer Referenzspannung (12) vergleichender, eine Hysterese aufweisender Komparator (8) angeschlossen ist, der ein den elektronischen Schalter (2) sperrendes Signal abgibt, wenn der Spannungsabfall am Strommeßwiderstand (6) einen vorgegebenen Betrag übersteigt.
2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparätors (8) mit dem einen Eingang eines ein Steuersignal für den elektronischen Schalter (2) liefernden Koinzidenzgliedes (3) verbunden ist, dessen anderer Eingang an die die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannungsquelle vergleichende Schaltung (10) angeschlossen ist.
3. Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltungseinheiten (15, 16, 17) mit je einem elektronischen Schalter (2), einer Speicherdrossel (5), einem Strommeßwiderstand (6), einer Freilaufdiode (4) und-einem Komparator (8, 8·, 8") parallel geschaltet sind und daß sämtliche elektronische Schalter von der die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung vergleichenden Schaltung (10) gegebenenfalls jeweils über ein Koinzidenzglied (9, 9', 9") gesteuert sind. 509822/0365