DE2409764C3 - Gleichstromsteller - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromsteller zur Umsetzung einer Schwankungen unterworfenen Emgangsspannung in eine kleinere konstante Ausgangsspannung, mit einer mit der Hingangsspannungsquelle verbundenen steuerbaren Schalteranordnung zum Zerhacken der Eingangsspannung, mit einer Stcuereinrichtung, welcher ein der Eingangsspannung proportionales Arbeitssignal und ein die Ausgansspannung bestimmendes, der einzustellenden Ausgangsspannung proportionales Bezugssignal zugeführt sind und welche die Schalteranordnung so steuert, daß die Ausgangsspannung durch Kompensation der Schwankungen der Eingangsspannung in Abhängigkeit von dem der Eingangsspannung proportionalen Signal konstant auf dem durch das Bezugssignal vorgegebenen Wert bleibt, und mit einem eine Spule in Reihe mit der Schalteranordnung und dem Ausgangskreis aufweisenden Filter, durch welches die zerhackte Eingangsspannung wieder geglättet wird und an dem die Ausgangsspannung abgegriffen wird.
Ein derartiger Gleichstromsteller ist bekannt (FR-PS

iio 20 44 523). Dort schließt die Steuereinrichtung die Schalteranordnung zu Beginn eines jeden Schaltzyklus und öffnet sie dann nach einer Zeitspanne, die umso kleiner ist, je größer die Eingangsspannung ist, und umso größer ist, je größer die gewünschte Ausgangs-

r>.s spannung ist. Die Steuereinrichtung arbeitet mit konstanter Länge des Schaltzyklus und leitet durch Impulsbreitenmodulation die Ausgangsspannung aus der Spannung der Eingangsspannungsquelle ab.

Bei einem derartigen Gleichstromsteller wird die >pule des Filters an verschiedenen Punkten des linstellbereiches der Ausgangsspannung wechselspanlungsmäßig sehr unterschiedlich beansprucht Sie muß Hif die maximale Wechselspannungsbelastung bei der Vlitte des Einstellbereiches ausgelegt werden und wird damit teuer und aufwendiger als dies für das Arbeiten in weiten Teilen des Einstellbereiches erforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Gleichstromsteller der eingangs genannten Art die Wechselspannungsbelastung der Spule des Filters über den Einstellbereich der Ausgangsspannung hinweg konstant zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die DT-OS 19 56 033 ist zwar schon ein Gleichstromsteller bekannt, der mit Ausnahme der Maßnahmen zur eingangsspannungsabhängigen Kompensation der Eingangsspannung'schwankungen nicht nur die Merkmale des Gleichstromstellers der eingangs genannten Art aufweist, sondern bei dem auch die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß die Wechselspannungsbelastung der Spule des Filters über den Einstellbereich der Ausgangsspannung hinweg konstant gehalten wird. Bei diesem Gleichstromsteller führen jedoch Schwankungen der Eingangsspannungen zu Schwankungen der Ausgangsspannung. Durch die vorgenannte DT-OS ist ein Teil der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 an sich bekannt, wie sich insbesondere aus der folgenden Beschreibung ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Gleichstromstellers,

F i g. 2 und 3 Schaubilder, anhand derer die Arbeitsweise des Glcichstromstellers erläutert wird,

Fig.4 eine schematische Darstellung der Ansteuerung der Einschalteinrichtung und der Ausschalteinrichtung bei dem Gleichstromsteller nach der DT-OS 19 56 033,

F i g. 5 ein schematischcs Schaltbild der erfindungsgemäßen Ansteuerung der Einschalteinrichtung und der Ausschalteinrichtung,

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Gleichstromstellcrs, in dem die Verbindung der Steuereinrichtung mit der Schalteranordnung und dem Filter gezeigt ist,

F i g. 7 einen ausführlicheren Schaltplan der in F i g. 6 gezeigten Steuereinrichtung,

Fig. 8 und 10 Schaubilder, anhand derer die Arbeitsweise des in F i g. 6 gezeigten Glcichstromstellers erläutert wird und

F i g. 9 das Blockschaltbild eines weiteren Gleichstromstellers. S3 , Bei dem in F i g. 1 gezeigten Gleichstromsteller gelangt die Eingangsspannung V, über Leitungen 21 und 22 an eine einen Zerhacker bildende Schalteranordnung 23. Der Einfachheit halber sind Halbleiterschalter der Schalteranordnung als mechanische Schalter 24 und 24a mit Steuereingängen 33,33a gezeigt. Der Schalter 24 1st in Reihe mit einer Diode 25 zwischen die Leitungen 21 und 22 geschaltet, während der Schalter 24a in Reihe mit einer Diode 25a zwischen die Leitungen 21 und 22 geschaltet ist. Der zwischen dem Schalter 24 und der f>s Diode 25 liegende Knoten und der zwischen dem Schalter 24a und der Diode 25a liegende Knoten sind gemeinsam mit einer Klemme einer Spule 26 verbunden, die zu einem Filter 28 gehört. Die andere Klemme der Spule 26 ist über eine Leitung 31 mit einem Wechselrichter 27 verbunden, der den Verbraucher darstellt Die zweite Klemme der Spule 26 ist ferner über einen ebenfalls zum Filter 28 gehörenden Kondensator 30 mit der Leitung 22 verbunden.

Die oben beschriebene Schalteranordnung 23 entspricht einem Zweiwegzerhacker; statt dessen kann auch nur der Schalter 24 und die Diode 25 vorgesehen sein, man erhält dann einen Einwegzerhacker.

Der in Fig. 1 gezeigte Gleichstromsteller arbeitet als Einwegzerhacker wie folgt: Der Schalter 24 wird periodisch geschlossen und geöffnet. Ein Schließen des Schalters 24 bewirkt einen Stromfluß durch die Spule 26, den Kondensator 30 und den Wechselrichter 27. Beim öffnen des Schalters 24 wird ein Teil der in der Spule 26 gespeicherten Energie an den Kondensator 30 und den Wechselrichter 27 abgegeben. Das die Spule 26 und den Kondensator 30 aufweisende Filter 28 dient zur Glättung der von der Schalteranordnung 23 abgegebenen Spannung, so daß zwischen der Leitung 22 und der mit der zweiten Klemme der Spule 26 verbundenen Leitung 31 eine konstante Gleichspannung bereitgestellt wird.

Wenn die Last und die Einschaltdauer bzw. der Arbeitszyklus so abgestimmt sind, daß sich ein stetiger Stromfluß in der Spule 26 ergibt, ist die mittlere Ausgangsspannung unter Vernachlässigung des durch den Innenwiderstand hervorgerufenen Spannungsabfalls im wesentlichen die mit der relativen Einschaltzeit des Schalters 24 multiplizierte Eingangsspannung V,. Somit liefert der gezeigte Einwegzerhacker eine geregelte Ausgangsspannung V₀, deren Größe kleiner ist als die der Eingangsspannung.

Die Zuschaltung des Schalters 24a und der Diode 25a gestattet eine Zweiwegarbeitsweise des Zerhackers. Die Schalter 24 und 24a arbeiten komplementär. Das heißt, daß ein Schalter öffnet, wenn der andere schließt. Bei dieser Anordnung ist die am /.C-Filter 28 anliegende Eingangsspannung entweder gleich der Eingangsspannung V, oder gleich 0. Der Mittelwert dieser Spannung ist im wesentlichen gleich dem der Ausgangsspanniing V₀ und wieder gleich der mit der rela'iven Einschaltzeit multiplizierten Eingangsspannung. Dieser Mittelwert ist jedoch jetzt unabhängig vom Verbraucher, und die Ausgangsspannung ist zwischen Nullast und Vollast im wesentlichen gleich der mit der relativen Einschaltzeit multiplizierten Eingangsspannung V, (ohne Berücksichtigung des durch den Innenwiderstand hervorgerufenen Spannungsabfalls).

Daß die Spannung in beiden Richtungen umgesetzt werden kann, ergibt sich durch zwei getrennte analytische Untersuchungen. Die erste Richtung ist mit der des Einwegzerhackcrs identisch und ergibt einen Stromfluß von der Eingangsspannungsquelle (V,) zur Niederspannungsquelle (V,,). Der Stromfluß in der entgegengesetzten Richtung kann durch die Annahme erklärt werden, daß der Schalter 24a schließt und damil eine Energiespeicherung in der Spule 26 bewirkt. Das öffnen des Schalters 24a bewirkt, daß ein Teil der in dei Spule 26 gespeicherten Energie an die Leitung 21 durer »Induktionsstoß« abgegeben wird. Somit ist die Polarität der Spannung derart, daß ein Strom von dei Niederspannungsquelle (V_n) zur Eingangsspannungs quelle (V) »bergauf« fließt. Die Ausgangsspannung V, welche die durch die Schalteranordnung 23 abgegeben! und durch das Filter 28 gefilterte mittlere Spannunj darstellt, liegt zwischen den Leitungen 3t und 22 an, un

den Wechselrichter 27 zu beaufschlagen. Dieser gibt eine elektrische Wechselspannung an einen Motor 32 ab, der wiederum eine entsprechende Last mit mechanischer Energie versorgt. Regelsignale laufen über einen die gestrichelten Leitungen 33 und 33a s aufweisenden Stromkreis, um die Einschalt- und Ausschaltzeiten der Schalter 24 und 24a vorzugeben, d. h. die Schalteranordnung 23 anzusteuern.

Die Arbeitsweise der Schalteranordnung 23 wird für einen Gleichstromsteller erklärt, der als Einwegzerhakker (Schalter 24 und Diode 25) laufend durchsteuert, um Spannung von V, an V_n zu übertragen. Wenn der Schalter 24 geschlossen ist, gelangt die volle Eingangsspannung Vi an das Filter 28, und die Augenblicksspannung an der Diode 25 steigt auf den Pegel V, an (Zeit »ι in F i g. 2). Der Schalter 24 öffnet zur Zeit h, wobei die an der Diode 25 anliegende Spannung auf Null abfällt. Dieser Zustand bleibt während der Ausschaltzeit bis zum Zeitpunkt /3 erhalten, zu dem der Schalter 24 wieder geschlossen wird und die Spannung auf V, ansteigt. Die Zeitspanne zwischen t\ und h, in der der Schalter 24 geschlossen ist, heißt Einschaltzeit oder Δ lein (F i g. 2). Die Ausschaltzeit wird als Δ t_aus bezeichnet. Die mittlere Spannung V₀ am Ausgang des Filters 28 hat den in Fig. 2 gezeigten Wert. Die in Fig. 2 gezeigte schraffierte Fläche stellt das Spannungs-Zeitintegral der an der Spule 26 anliegenden Spannung dar. Wenn V, infolge eines plötzlichen Einschaltstoßes an den Leitungen 21 und 22 erheblich ansteigen würde, und wenn dieser Zustand nicht während der Zeit Δ /_c,_n korrigiert werden würde, dann würde die Spule gesättigt sein, und die Ausgangsspannung V_n würde erheblich ansteigen. Fig.3 zeigt schematisch die Stromänderung in der Spule während der Einschalt- und Ausschaltzeiten der Schalteranordnung 23. Wenn die Spule 26 gesättigt ist, können zu große Ströme gezogen werden, und wenn der Schalter 24 beispielsweise ein siliziumgesteuerter Gleichrichter ist, kann ein Umschaltfehlerauftreten.

Die vorstehende vereinfachte Erklärung gilt für einen Zweiwegzerhacker bzw. für einen Einwegzerhacker im stetigen Durchsteuerbetrieb. Die vorstehende vereinfachte Erklärung zeigt, daß die mittlere Ausgangsspannung V₀ proportional

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1 Kin + I 'au,

Somit ist die Ausgangsspannung eine direkte Funktion der Eingangsspannung und ist Schwankungen in Abhängigkeit von Änderungen der Eingangsspannung ohne Kompensation für diesen Zustand unterworfea

Derartige Gleichstromstellen verwenden im allgemeinen eine Steuereinrichtung zur Einspeisung von Steuersignalen über die Leitung 33, welche das Arbeiten des Schalters 24 vorgeben. F i g. 4 zeigt eine vereinfachte Steuereinrichtung wie sie in der vorstehend erwähnten DT-OS 19 56 033 beschrieben ist Dabei liefert eine nicht gezeigte Konstantstromquelle einen einzigen Strom I₀, der in zwei Stromkomponenten I\ und /2 geteilt wird, um identische Kondensatoren Q und C₂ aufzuladen. Dazu sind hier nicht gezeigte Verriegelungsstromkreise vorgesehen, so daß jeweils nur ein Kondensator aufgeladen wird. Die zur Aufladung des ersten Kondensators G bis zur Zündspannung einer zugeordneten Doppelbasisdiode erforderliche Zeit bestimmt die Einschaltzeil Δ f,.,„, und die zur Aufladung des anderen Kondensators C₁ auf diesen Pegel erforderliche Zeit bestimmt die Ausschaltzeit Δ /,·„„. Diese Steuereinrichtung ist schematisch in der Fig. 16 und näher in den Fig. 14 und 15 der DT-OS 19 56 033 dargestellt.

Die Summe der Ströme U und h wird durch den kreuzweise vorgespannten Differenzialverstärker konstant gehalten, und die Kondensatoren 120 und 156 der Fig. 15 stellen die beiden Taktgeberkondensatoren Q und C2dar.

Nun wird das analytische Verfahren, das von Anfang an eingeschlagen wird, um die Forderungen sowohl für eine Konstanthaltung des für die Spule geltenden Spannungs-Zeitintegrals als auch für eine Konstanthaltung der Ausgangsspannung V₀ zu bestimmen, erläutert. Bei der in Fig.4 gezeigten Schaltung sind die Steuerströme /1, I₂ zusammen gleich dem konstanten Strom /„.Das heißt:

= /0

Außerdem ist die Einschaltzeit des die Eingangsspannung an die Spule übertragenden Schalters (obenstehend auch Schließzcil genannt), in F i g. 2 als Δ t_cin bezeichnet, proportional der Kapazität des Kondensators Q und der Zündspannung (Vf) und ist umgekehrt proportional zum Steuerstrom /_t. Das heißt:

Ebenso kann die Ausschallzeit (obenstehend auch Offenzeit genannt) wie folgt angesetzt werden:

Da die beiden Kondensatoren identisch sind, kann jeder von ihnen durch C dargestellt werden. Damit können die vorstehenden Gleichungen miteinander verbunden werden und ergeben:

Es ist nun offensichtlich, daß die Ausgangsspannung V₀ des Zerhackers der F i g. 1 gleich ist:

V₀ = V_i J'«·■«

I '„,„

und der Ausdruck für das Spannungs-Zeitintegral lautet wie folgt:

·_ Je_Ldt = V₀-At.

'rim

(e_L = an der Spule abfallende Spannung)

Um das Spannung-Zeitintegral auf den Wert K konstant zu halten, kann die Gleichung (6) neu angesetzt werden:

^vo

= K.

Auch die vorstehende Gleichung (3) kann wie folgt neu angesetzt werden:

Verbindet man nun die Gleichung (7) und (8), dann ergibt sieh:

CV₁V₀

Gleichung (9) gibt bezeichnenderweise Aufschluß darüber, daß der Strom h (der die Ausschaltzeit des Schalters im Zerhacker bestimmt) der durch die Zcrhacker-Filterschaltung abgegebenen Ausgangsspannung V_n direkt proportional sein muß, um das Spannungs-Zeiiintegral konstant zu halten. Dies ist die erste der beiden Hauptbedingungen, die erfüllt werden müssen, um eine Sättigung der Spule zu verhindern und um die Ausgangsspannung V_n praktisch konstant zu halten. Für den Fall eines Einwegzerhackers mit unterbrochenen Durchsteuerungsbetrieb kann gezeigt werden, daß das Spannungs-Zeitintegral der Spule kleiner ist als der für konservative Stromrichtung oben angeführte konstante Wert.

Für die andere Hauptforderung, können die vorstehenden Gleichungen (4) und (5) in der folgenden Form als Gleichungen (10) und (11) neu angesetzt werden:

VjC

V_n

I',,,,' i'„„s

Jetzt können die Gleichungen (10) und (11) wie folgt kombiniert werden:

(12)

V₀- \t_ms ■

Setzt man nun Gleichung (7) in Gleichung (12) ein, dann ergibt sich:

- V ^V±^C

(13)

Gleichung (13) legt die zweite Hauptbedingung zur Erfüllung der vorstehend angegebenen Forderungen fest. Vor allem muß der Strom /_o der Eingangsspannung V, proportional sein. Diesen beiden Hauptbedingungen muß die Steuereinrichtung genügen.

Fig. 5 zeigt die vereinfachte Schaltung einer Steuereinrichtung, die die Gleichungen (9) und (13) erfüllt und damit eine Sättigung der Spule 26 vermeidet und die Ausgangsspannung V₀ trotz der Schwankungen der Eingangsspannung V} konstant hält Gleichung (9) zeigt, daß der den Ausschahzeitpunkt des Schalters vorgebende Strom h der einzustellenden Ausgangsspannung V₀ direkt proportional sein muß. Dies geschieht dadurch, daß ein Transistor 34 zwischen die Versorgungsleitung für den Strom /2 und den Kondensator Ci geschaltet wird, der aufgeladen wird, um das Ausschaltsignal abzugeben. Die Basis des Transistors 34 wird durch ein der einzustellenden Ausgangsspannung Vo proportionales Signal angesteuert.

Die andere, in Gleichung (13) festgestellte Bedingung heißt, daß der Strom /_o der Eingangsspannung V, proportional sein muß. Dies läßt sich leicht dadurch erreichen, daß die Leitung der Fig.5, Ober welche /_o fließt, an die Leitungen 21 und 22 angekoppelt wird.

F i g. 6 zeigt einen Gleichstromsteller, der die beiden

in den Gleichungen (9) und (13) festgelegten Hauptbedingungen erfüllt. Eine Steuereinrichtung 35 gibt Steuersignale über die Leitung 33 an den ersten Schalter 24 der Schalleranordnung 23 sowie über eine Leitung 36 s an einen zweiten Schalter 37 der Schalteranordnung ab. Die Schalter 24, 37 sind üblicherweise gesteuerte Siliziumglcichrichter, Leistungstransistoren oder andere steuerbare Bandelementc.

Eine Leitung 38 ist zwischen die Leitung 21 und einen ersten Eingang der Steuereinrichtung 35 geschaltet. Über die Leitung 38 ist somit die Steuereinrichtung mit der Eingangsspannung beaufschlagt über die Leitung 38 wird gemäß der Forderung der Gleichung (13) somit ein Strom /o zur Steuereinrichtung 35 geführt der proporlional zur Eingangsspannung V,ist.

Der Ausgang einer Vergleichsschaltung 40 ist über eine Leitung 41 mit einem anderen Eingang der Steuereinrichtung 35 verbunden. Die Vergleichsschaltung 40 hat einen ersten Eingang, der über eine Leitung 42 eine Bezugsspannung erhält, die durch den Schleifer eines Potentiometers 43 eingestellt wird. Ein zweiter Eingang der Vergleichsschaltung 40 ist über eine Leitung 44 mit der Leitung 31 verbunden. Die Vergleichsschaltung 40 gibt so ein Fehlersignal an die

2s Leitung 41 ab, das der algebraischen Summe des Bezugssignals auf der Leitung 42 und des Signals auf der Leitung 44 ist. Durch dieses Fehlersignal, das von der Ausgangsspannung V₀ abhängt, wird die in Gleichung (9) festgelegte Bedingung erfüllt. Somit bewirkt die in Fig.6 gezeigte Schaltung praktisch eine Konstanthaltung der Ausgangsspannung V₀ ohne die Spule zu sättigen, selbst wenn die Eingangsspannung V/kurzzeitigen Schwankungen unterworfen ist.

Fig.7 zeigt eine für die Steuereinrichtung 35 der F i g. 6 geeignete Schaltung. Im wesentlichen entsprechen die Kondensatoren 120, 156 den Kondensatoren C2, C\ der F i g. 5. Die anderen Schaltelemente in der Mitte der Fi g. 7, eingeschlossen Transistoren 124, 137 eines Flip-Flops 76 und Doppelbasisdioden 117, 152, entsprechen den gleich gekennzeichneten Schaltbauteilen der Fig. 15 der DT-OS 19 56 033. Diese Schaltelemente können auch durch eine andere geeignete eine Verzögerungseinrichtung bildende Taktgeberschaltung ersetzt werden, vorausgesetzt, daß weiterhin das Einschaltsignal auf der Leitung 33 vom Aufladen des

Kondensators 156 und das Ausschaltsignal auf der Leitung 36 vom Aufladen des Kondensators 120 abhängt.

Das erste Eingangssignal für die Steuereinrichtung 35 gelangt von der Leitung 21 über die Leitung 38 und einen Widerstand 46 an eine Leitung 47. Über diese erfolgt die Aufteilung des Gesamtstroms /₀ in die Ströme h und Iu Der Strom I\ fließt über einen Widerstand 48 und lädt zugleich den Kondensator 156 auf, wenn er zu einer Leitung 50 fließt; hierdurch wird die Doppelbasisdiode 152 durchgesteuert, der Transistor 137 im Flip-Flop 76 durchgeschaltet und das Einschaltsignal auf der Leitung 33 abgegeben.
Das Fehlersignal auf der Leitung 41 beaufschlagt die Basis eines NPN-Transistors 51, dessen Emitter über einen Widerstand 52 an die Leitung 50 geführt ist, (die wiederum mit der Leitung 22 verbunden ist). Der Kollektor des Transistors 51 ist über einen Widerstand 53 mit der Leitung 47 verbunden. Der Emitter des Transistors 34 ist über einen Widerstand 54 an die Leitung 47 geführt sein Kollektor ist mit dem Kondensator 120 und seine Basis mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt zwischen dem Widerstand 53 und dem

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Kollektor des Transistors 51 verbunden. Somit wird der Strom h für den Kondensator 120 durch ein der einzustellenden Ausgangsspannung V₀ proportionales Signal gesteuert, das über die Leitung 41 an die Basis des Transistors 51 gelangt. Somit sind mit der Schaltung der Fi g. 7 die Hauplbedingiingen der Gleichungen (9) und (13) erfüllt.

Die Arbeitsweise der Schaltung wird nun anhand der Fig. 8 näher erläutert. Angenommen, die zum Zeitpunkt u vorliegende Eingangsspannung V₁ habe sich zeitweilig um 50% gegenüber der Eingangsspannurig zu den Zeitpunkten h und h erhöht, dann gibt die in F i g. 6 gezeigte Schaltung unter Verwendung der in F i g. 7 gezeigten Steuereinrichtung das Ausschaltsignal schneller an die Leitung 36 ab, so daß die Schlicßzeit (Δ («„), d. h. die Zeitspanne während der der Schalter 24 geschlossen ist, verkürzt wird, jedoch das gleiche Spannungs-Zeitintegral bestehen bleibt. Die Offenzeit (A t_lvs) bleibt unverändert.

Vorstehend ist anhand der Schaltungen der F i g. fa und 7 ein Gleichstromsteller mit Rückführung (von der Leitung 31 über die Leitung 44 zur Vergleichsschaltung 40) beschrieben worden. Es läßt sich auch ein Gleichstromsteller ohne Rückführungseinrichtung schaffen, der wesentlich gegenüber früheren Anordnungen verbessert ist. Bei der in Fig.9 gezeigten Steuereinrichtung kann ein Bezugssignal durch Einstellung des Potentiometers 43 vorgegeben werden. Dieses Bezugssignal gelangt über die Leitung 41 an einen Eingang der in Fi g. 7 gezeigten Steuereinrichtung. Die Verbindung von der Leitung 25 über die Leitung 38 zum Widerstand 46 zur Beaufschlagung der Steuereinrichtung mit der Eingangsspannung bleibt unverändert. Somit können die Vergleichsschaltung 40 und die Rückkopplung über die Leitung 44 entfallen, wenn das Arbeiten der Steuereinrichtung nicht in Abhängigkeit von der wirklichen Ausgangsspannung V„ geregelt zu werden braucht. Das heißt, die Schaltung der Fig.9 kompensiert keine Schwankungen der Ausgangspan nung Κ, infolge von Laständerungen, gleich aus welchen Gründen diese auftreten.

Der Widerstand 46 der Ausführungsbeispiele der F i g. 6, 7 und 9 wurde bei einer Eingangsspannung V, von 600 V groß bemessen (60 kOhm), um einen für die Praxis geeigneten Wert für /_o zu erhalten. Der Rest der Schaltung nach F i g. 7 und entsprechende Ersatzschaltungen der Taktgeberteüe sind dem Fachman bekannt, besonders angesichts der genauen Erklärung in der DT-OS 19 56 033.

Die vorstehende, anhand der F i g. 2 und 8 gegebene vereinfachte Betrachtung gilt für stabile Arbeitszustünde. bei welchen die Amplitude der Eingangsspannung V, während der betrachteten Zeitspanne unverändert bleibt Zum besseren Verständnis der Erfindung kann es dienen, die Integrale für die in Fig. 10 schraffierten Flächen näher zu betrachten. Die Ladung Q auf den Kondensatoren Q und Ci ist:

Zur Regelung der Ausschult/eil des Zerhackers wird der Ladestrom /.·,„» für den Kondensator C'2 der F i g. 5 einer Konstante K' und der Ausgangsspannung V₁, proportional gewählt. Dann kann die Zündspannung für den Ausschallkreis wie folgt ausgedrückt werden:

df

Der gesamte über die Leitung 46 fließende Strom /,, ist der Eingangsspannung V) und der Konstanten K' proportional. Aus Fig. 5 isl ersichtlich, daß der Strom /_c,„zur Bestimmung des Einschaitsignals proportional ist zu /„ minus /„,». Daraus ergibt sich, daß /_e,„ proportional zu ( V, - V₀) ist. Damit kann die Einschaltzündspannung wie folgt ausgedrückt werden:

V_n) dl.

Bemißt man die Einschalt- und Ausschaltziindspannung V}„„ und V_f._lm gleich derselben Konstante K, dann ergibt sich für einen Arbeitszyklus:

= JiV, -

Das negative Spannungs-Zeitintegral über der Spule 26 im Filter ist das linke Integral das positive Spannungs-Zeitintegral das rechte Integral der obenstehenden Gleichung.

Durch entsprechende Wahl des Weites K werden positives und negatives Spannungs-Zeitintegral auf einem Festwert gehalten und daher wird die Sättigung der Spule verhindert. Da außerdem das positive und negative Spannungs-Zeitintegral pro Arbeitszyklus

gleich sind, ist die Gesamtspannung an der Spule 26 gemittelt über einen Arbeitszyklus gleich null. Somit wird die Ausgangsspannung V₀ nicht durch Schwankungen der Eingangsspannung V, beeinflußt. Dies ergibt sich auch aus F i g. 6 durch die Tatsache, daß der Augenblickswert

V*, - V,_ND + V₁₁.

Verwendet man die Mittelwerte für einen Zyklus, -^⁰ dann ergibt sich:

V'/to = V/wo + VÖ·

Die Steuereinrichtung 35 erzwingt einen Nullwert für die an der Spule anliegende Spannung Vind- Daher ist

Q = j idt + r . U = ii,/₂) Das heißt, daß die mittlere Ausgangsspannung von

Schwankungen der Eingangsspannung V, unabhängig Angenommen, die Konstante P ist gleich Null, dann ist

wird die Zündspannung Vf. Aus der vereinfachten Schaltung der F ig-5 erhellt

sich, daß der Gesamtstrom /₀ proportional zur

' Eingangsspannung V,· und der Ausschaltstrom hm

i dr. (C = C₁ = C₂) proportional zur Ausgangsspannung V₀ ist Offensicht-

ö lieh ist dann der dritte Strom /_e/„ der Differenz zwischen

der l-jngangsspannung V, und der Ausgangsspannung V₁, proportional. Somit können Signale /ur Bestimmung von je zwei der drei Ströme /,„ /,.,„ und /,,_m erzeugt werden, und der dritte Strom wird dann nach einer der drei folgenden Beziehungen bestimmt:

K)

Im vorstehenden Text bedeutet der Ausdruck »verbunden« eine Gleichspannungsverbindung zwischen zwei Bauteilen mit praktisch verschwindendem Gleichstromwidersland zwischen diesen Bauteilen. Der Ausdruck »gekoppelt« besagt, daß eine Funktionsbe/.iehung zwischen zwei Bauteilen besteht, wobei andere Bauteile möglicherweise zwischen die als »gekoppelt« oder »angekoppelt« beschriebenen Bauteile geschaltet sein können. Siels ergibt sich ein wesentlicher Fortschritt, da die Abmessungen und die Kosten des Filters insgesamt klein gehallen werden.

Ilia/u 2 HIaII /eichiHiimen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gleichstromsteller zur Umsetzung einer Schwankungen unterworfenen Eingangsspannung in eine kleinere konstante Ausgangsspannung, mit einer mit der Eingangsspannungsquelle verbundenen steuerbaren Schalteranordnung zum Zerhacken der Eingangsspannung, mit einer Steuereinrichtung, welcher ein der Eingangsspannung proportionales Arbeitssignal und ein die Ausgangsspannung bestimmendes, der einzustellenden Ausgangsspannung proportionales Bezugssignal zugeführt sind und welche die Schalteranordnung so steuert, daß die Ausgangsspannung durch Kompensation der Schwankungen der Eingangsspannung in Abhängigkeit von dem der Eingangsspannung proportionalen Signal konstant auf dem durch das Bezugssignal vorgegebenen Wert bleibt, und mit einem eine Spule in Reihe mit der Schalteranordnung und dem Ausgangskreis aufweisenden Filter, durch welches die zerhackte Eingangsspannung wieder geglättet wird und an dem die Ausgangsspannung abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß erstens die Steuereinrichtung enthält: eine die Offenzeit der Schalteranordnung (23) mittels einer ersten Verzögerungseinrichtung (34, 54, 120) vorgebende Einschalteinrichtung (34, 54, 117, 120) zur Lieferung der Einschaltsignale für die Schalteranordnung (23), eine die Schließzeit der Schalteranordnung (23) mittels einer zweiten Verzögerungseinrichtung (48, 156) vorgebende Ausschalteinrichtung (48, 152, 156) zur Lieferung der Ausschaltsignale für die Schalteranordnung (23) und eine Kopplungsstufe (76) zur Synchronisierung von Einschalteinrichtung und Ausschalteinrichtung, welche der Einschalteinrichtung ein erstes Akvvierungssignal übermittelt, wenn die Ausschalteinrichtung ein Ausschaltsignal erzeugt, und der Ausschalteinrichtung ein zweites Aktivierungssignal übermittelt, wenn die Einschalteinrichtung ein Einschaltsignal erzeugt, daß zweitens das der Eingangsspannung proportionale Arbeitssignal (lo) in zwei Teilsignale (h, 1\) derart aufgeteilt wird, daß die Summe der Teilsignale gleich dem Arbeitssignal (k) ist, und je ein Teilsignal den Verzögerungseinrichtungen zugeführt ist, das drittens die Ausschalteinrichtung nach Erhalt des zweiten Aktivierungssignals ein Ausschaltsignal erzeugt, wenn eine Zeitspanne verflossen ist, die dem Reziproken des auf sie entfallenden Teiles (l\) des Arbeitssignals (lo) entspricht, und daß viertens die Einschalteinrichtung nach Erhalt des ersten Aktivierungssignals ein Einschaltsignal erzeugt, wenn eine Zeitspanne verflossen ist, die umgekehrt proportional ist zu dem auf sie entfallenden Anteil (h) des Arbeitssignals (h), welcher Anteil (h) in seiner Größe durch das die Ausgangsspannung bestimmende Bezugssignal gesteuert ist, derart, daß das Produkt Offenzeit der Schalteranordnung mal Ausgangsspannung unabhängig von der eingestellten Ausgangsspannung ist.

2. Gleichstromsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalteinrichtung einen ersten Transistor (34) aufweist, dessen Basis durch das Bezugssignal vorgespannt ist und dessen Kollektorstrecke durch den auf die Einschalteinrichtung entfallenden Anteil des Arbeitssignals (k) in Form eines Stromes beaufschlagt wird, und daß über

den ersten Transistor (34) eine Kippstufe (117, 120) der Einschalteinrichtung betrieben wird.

3. Gleichstromsteller nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen dem ersten Transistor (34) vorgeschalteten zweiten Transistor (41) zum Verstärken des Bezugssignals.

4. Gleichstromsteller nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Einschaiteinrichtung einen RC-Kre\s und ein mit dessen Kondensator verbundenes bei vorgegebener Spannung zündendes Bauelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (34) in Reihe mit dem Widerstand (54) des flC-Kreises (54,120) geschaltet ist.

5. Gleichstromsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsstufe (76) durch ein Flip-Flop gebildet ist, daß der Ausgang der Einschalteinrichtung mit dem Rückstelleingang des Flip-Flops und der Ausgang der Ausschalteinrichtung mit dem Setzeingang des Flip-Flops verbunden ist, und daß das erste Aktivierungssignal am »0«-Ausgang des Flip-Flops und das zweite Aktivierungssignal am »!«-Ausgang des Flip-Flops abgegriffen wird.

6. Gleichstromsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (40) zur Erzeugung des Bezugssignals, deren eine Eingangsklemme (44) mit der Ausgangsspannung beaufschlagt wird und deren zweite Eingangsklemme (42) mit einer einstellbaren Referenzspannungsquelle verbunden ist.

7. Gleichstromsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine einstellbare Spannungsquelle, an Heren Ausgang das Bezugssignal abgegriffen ist.