DE2429578A1 - Stromversorgungsgeraet mit mehreren stabilisierten ausgangsspannungen - Google Patents

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Stromversorgungsgerät mit mehreren stabilisierten Aus gangs spannungen __„

Diese Erfindung betrifft ein geregeltes Stromversorgungsgerät, das ausgangsseitig mehrere von einer gemeinsamen Speisespannung abgeleitete stabilisierte Spannungen an verschiedene Belastungen liefert und das eine Einrichtung zur Ermittlung des Abweichungsfehlers wenigstens einer Ausgangsspannung vom Sollwert aufweist, deren Ausgangssignal auf eine Steuerschaltung für die Speisespannung einwirkt zur Nachführung der Ausgangsspannung auf deren Sollwert innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches.

Stromversorgungsgeräte in der erfindungsgemäßen Ausführung sind insbesondere in solchen Geräten zweckmäßig verwendbar, wo mehrere verschiedene Belastungen z.B. mit Gleichstrom zu versorgen sind und wo die einzelnen Belastungen verschieden große, möglichst stabilisierte, innerhalb eines zugeordneten Toleranzbereiches schwankende Ausgangsspannungen benötigen. Bei einem derartigen Stromversorgungsgerat wird eine Stabilisierung der verschiedenen Ausgangsgleichspannungen innerhalb gewisser Grenzen durch eine rückgekoppelte Regelungsschaltung erzielt, bei der die Abweichungen der Ausgangsspannungen vom Sollwert als normierte und ge-

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wichtete Fehlersignale dargestellt werden, aus denen in einer Suiranierschaltung ein Rückführsignal gewonnen wird, das auf den Speisespannungsteil des Stromversorgungsgerätes so einwirkt, daß die Energiezufuhr zu den Ausgängen erhöht oder vermindert wird, um die Ausgangsgleichspannungen in ihren Toleranzbereichen zu halten, unabhängig davon, ob sich die Speisespannung oder die einzelnen Belastungen für die Ausgänge des Stromversorgungsgerätes ändern. Das erfindungsgemäße Stromversorgungsgerät enthält eine sogenannte Kompromißregelung, welche eine optimale Stabilisierung der Ausgangsgleichspannungen bei geringstem Aufwand ermöglicht.

Stromversorgungsgeräte mit einer primären Speisespannung zur Erzeugung mehrerer Ausgangsspannungen, die in Anpassung an die Belastungen verschiedene Spannungswerte aufweisen, werden seit langer Zeit benützt, um, soweit es möglich ist, aus wirtschaftlichen Gründen dadurch eine Anzahl voneinander unabhängiger Netzgeräte zu vermeiden. Die Ausgangsspannungen solcher zu einer Einheit zusammengefaßten Stromversorgungsgeräte sind deshalb von ihrer gemeinsamen primären Speisespannungsquelle abhängig. Die Abhängigkeit der einzelnen Ausgangsspannungen von der Speisespannung ist nicht gleich, weil die Einflüsse der unterschiedlichen Belastungen für die verschiedenen Ausgangsspannungen sich verschieden stark auswirken und die Belastung eines betrachteten Ausganges stark schwanken kann. Außerdem wird die Abhängigkeit in geringem Grade auch durch die streuenden Verluste in den Bauelementen, beispielsweise den Transformatoren und den Gleichrichtern beeinflußt.

Bei stabilisierten Stromversorgungsgeräten mit Mehrfach-Ausgängen wurde bisher im wesentlichen eine Hauptspannung stabilisiert unter der Annahme, daß alle anderen Ausgangsspannungen sich dieser geregelten Hauptspannung in ihrem Regelverhalten anpassen, so daß ihre Spannungswerte in einem zulässigen Toleranzbereich liegen. Ein Nachteil dieser bekannten Regelungseinrichtung liegt

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darin, daß Spannungsvariationen, die durch Laständerungen eines einzigen'Ausganges hervorgerufen werden, nicht ausgeglichen werden können,' da von dorther keine Rückführung stattfindet, weil die ungeregelten Ausgänge keinen geschlossenen Regelkreis bilden.

Bei einer anderen bekannten Regelungseinrichtung für Stromversorgungsgeräte werden die Ausgangsspannungen jedes einzelnen Ausganges zurückgeführt und als Kriterien zur Regelung verwendet, um eingangs- oder ausgangsseitig verursachte Schwankungen auszugleichen. Eine derartige Regeleinrichtung, welche sämtliche Ausgänge erfaßt, ist jedoch aufwendig, weil zu jedem einzelnen Ausgang ein eigener Regelkreis gehört. Außerdem werden Rückfuhrungsfehler in den übrigen Ausgängen nicht voll ausgeglichen, wodurch die Wirksamkeit der aufwendigen Regeleinrichtung beeinträchtigt wird.

Eine andere bekannte Regelungseinrichtung für ein Netzgerät mit zwei Ausgängen, die einem Kompromiß der beiden vorstehend erläuterten Regelungseinrichtungen bildet, ist in der US-PS 3 431 429 beschrieben. Bei diesem bekannten Netzgerät ist der eine Ausgang mil: einem Regelkreis versehen, bei dem die Ausgangsspannung auf den Eingang zurückgekoppelt wird. Der andere Ausgang ist mit einem einstellbaren Nebenschlußschaltkreis versehen, um in diesem zweiten Lastkreis den gewünschten Regeleffekt und die erwünschte Spannungskonstanz zu erhalten. Diese bekannte Regelungseinrichtung ist ebenfalls ziemlich aufwendig und auch bezüglich des Regelungseffektes noch nicht zufriedenstellend.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Stromversorgungsgerät für mehrere Ausgangsspannungen zu schaffen, die von einer gemeinsamen Speisespannung abgeleitet sind. Das neue Stromversorgungsgerät soll die vorstehend erwähnten Nachteile der bekannten Stromversorgungsgeräte nicht aufweisen und bei geringstmöglichstem Aufwand eine optimale Spannungsregelung für alle Spannungsausgänge gewähren. Die verbesserte Kompromißregelungseinrichtung für das neue Stromversorgungsgerät soll wirtschaftlich sein und alle Schwankungen sowohl der Speisespannung und der

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einzelnen Ausgangsspannungen erfassen, wobei letztere beispielsweise durch sich ändernde Belastungen verursacht werden können. Aus der Summe der Einzelfehler, welche die einzelnen Abweichungen der Spannungen von ihrem Nennwert repräsentieren, soll ein Steuer- oder Rückführungssignal gewonnen werden, das auf den Eingangskreis der Speisespannung einwirkt, wodurch die Energiezufuhr zu den Ausgängen so geregelt wird, daß die Ausgangsspannungen in ihrem Wert innerhalb des Toleranzbereiches ihrer Nennspannung gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regeleinrichtung für jeden Spannungsausgang hintereinandergeschalte Normierungsschaltkreise, Spannungsvergleicher und Multiplizierschaltungskreise enthält, daß die Normierungsschaltkreise von den jeweiligen Ausgangsspannungswerten abgeleitete, auf eine Einheitsspannung bezogene normierte Spannungssignale erzeugen, daß diese in den Spannungsvergleichern mit einer einheitlichen Bezugsspannung verglichen werden, wodurch die Oifferenzsignale normierte prozentuale Fehlersignale der Ausgangespannungen bilden, daß eine Multiplizierung dieser normierten prozentualen Fehlersignale in den Multiplikationsschaltkreisen durch Wichtung in Abhängigkeit von der Toleranz der jeweiligen Ausgangsspannung erfolgt, und daß eine die normierten und gewichteten Fehlersignale aufnehmende Summierungsschaltung vorgesehen ist, deren Ausgang in Abhängigkeit der Fehlersignale ein entsprechendes, den Speisespannungsteil beeinflussendes, Rückführungssignal liefert zur Steuerung der Energiezufuhr zu den Spannungsausgängen.

Ein Stromversorgungsgerät gemäß der Erfindung enthält eine sogeannte Kompromiß-Regelungseinrichtung, welche infolge ihres verhältnismäßig geringen Aufwandes und des guten Regelungseffektes, welcher sich bei allen Spannungsausgangen auswirkt, sehr wirtschaftlich ist. Die verschiedenen Ausgangsspannungen werden bei sich ändernder Speisespannung und bei schwankender Belastung innerhalb ihres Toleranzbereiches gehalten. Von jeder Ausgangsspannung des Stromversorgungsgerätes wird stetig die Abweichung

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des Ist-Spannungswertes vom Nenn-Spannungswert ermittelt und aus dieser Abweichung wird ein Fehlersignal gewonnen, das dem prozentualen Fehler der Spannungsabweichung entspricht. Dieses normierte Fehlersignal einer Ausgangsspannung wird dann in Abhängigkeit der Toleranz, die dem Nennwert dieser Ausgangsspannung zuerkannt ist bewertet, oder besser gesagt, gewichtet. Die normierten und gewichteten prozentualen Fehlersignale von allen Spannungsausgängen des Stromversorgungsgerätes werden in eine Summierschaltung der Kompromiß-Regeleinrichtung eingegeben, in der nach einem bestimmten Schema aus diesen Fehlersignalen ein Fehler-Rückführungssignal erzeugt wird, das über eine Rückführschaltung auf den Speisespannungsteil am Eingang des Stromversorgungsgerätes wirkt und die Energiezufuhr der Speisespannung zu den Ausgängen beeinflußt.

Die Erzeugung des Fehler-Rückführsignales in der Summierschaltung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Nach einem ersten Schema werden alle normierten und gewichteten prozentualen Fehlersignale von den verschiedenen Ausgangsspannungen summiert und die Summierschaltung erzeugt daraus ein Rückführsignal, wenn die Summe der Fehlersignale nicht gleich null ist. Nach einem zweiten Schema werden von den normierten und gewichteten prozentualen Fehlersignalen das negative und das positive Fehlersignal, das jeweils den größten Wert aufweist, miteinander verglichen und bei einem Vergleichsergebnis, das von null abweicht, wird ein Fehler-Rückstellsignal erzeugt.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen geregelten Stromversorgungsgerätes, das mehrere Ausgänge für verschiedene Spannungen und Belastungen aufweist, werden folgend anhand von Schaltbildern, Fign. 1 bis 5 erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem Blockschema die wesentlichsten Elemente der Regelungseinrichtung des Stromversor-

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gungsgerätes,

Fig. 2 das Schaltschema der Kompromißregelung im Stromversorgungsgerät nach der Fig. 1

Fig. 3 das Schaltschema einer anderen Kompromißregeleinrichtung für ein Stromversorgungsgerät nach dem Blockschema der Fig. 1,

Fig. 4 . ein Prinzipschaltbild der logischen Schaltungskreise gemäß dem Schaltschema der Fig. 3,

Fig. 5 das Schaltbild eines stabilisierten Stromversorgungsgerätes, das die Kompromißregeleinrichtung gemäß dem Walzbild der Fig. 3 enthält.

Das Blockschaltbild in Fig. T zeigt die Wesentlichesten Elemente der Kompromißregeleinrichtung eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerätes. Diese Kompromiß-Spannungsregeleinrichtung ist mit dem Speisespannungsteil 11 des Stromversorgungsgerätes zusammengeschaltet, das mehrere Ausgangsspannungen El, E2...En liefert. Diese verschiedenen Ausgangsspannungen werden von der gemeinsamen Speisespannung im Eingangsteil des Stromversorgungsgerätes abgeleitet, und sie sind deshalb voneinander abhängig.

Die Ausgangsspannungen E1...En werden den zugeordneten Belastungen Llt L2...Ln zugeführt. Diese Belastungen Li...Ln bestehen beispielsweise aus logischen Schaltkreisen, Treibern usw., deren Stromverbrauch großen Schwankungen unterworfen ist. Mancher dieser Belastungen benötigen eine genaue geregelte Spannungsversorgung, andere Belastungskreise sind weniger spannungsempfindlich. Ferner variieren manche Belastungen weit mehr als andere. Es hat folglich jede Ausgangsspannung ihren eigenen Toleranz- und Belastungsbereich, der durch seine besondere Verwendung gegegen ist.

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Im erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerät wird in der Kompromißregeleinrichtung jede der einzelnen ausgangsspannungen £1.. .En benutzt, um aus diesen ein gemeinsames Rückführungssignal zur Eliminierung der Spannungsabweichungen zu erzeugen, wobei das Rückführungssignal den Speisespannungsteil 11 beeinflußt. Zur Erzeugung des Rückführungssignales wird der Abweichungsfehler jeder einzelnen Ausgängsspannung vom Nennwert noch mittels eines Faktors gewlchtet, derumgekehrt proportional der dieser Ausgangs spannung El .. .En zugebilligten Toleranz ist. Da die Nennwerte der Ausgangsspannungen E1,..En der einzelnen Ausgänge in ihrer Spannungshöhe meistens voneinander abweichen, werden zunächst die Spannungssignale in Normierungsschaltungen auf einen einheitlichen Spannungspegel bezogen, d.h. umgerechnet.oder normiert, um daraus anschließend die abweichenden entsprechenden prozentualen Fehlersignale zu bilden. Dazu werden die Ausgangsspannungen E1 .. .En den Multiplizierschaltungen 13 zugeführt, die jedes Spannungssignal mit einem Faktor a1...an multiplizieren, der umgekehrt proportional dem Nennspannungswert jedes Ausganges ist. Die Spannungssignale an den Ausgängen der Multiplizierschaltungen 13 sind normiert, d.h. sie sind alle auf einen Nennspannungswert bezogen. Diese normierten Spannungssignale stellen somit Fehlersignale zur Ausgangs-Nennspannung dar *

Von den Ausgängen der Multiplizierschaltkreise 13 werden die normierten Spannungsfehlersignale den Vergleichsschaltungen 15 zugeführt, wo sie mit einer einheitlichen Bezugsspannung Vr verglichen werden. Die durch den Vergleich sich ergebenden Differenzsignale zwischen der Bezugsspannung VR und jedem einzelnen normierten Fehlersignal der Multiplizierschaltkreise 13 stellen somit die prozentualen Abweichungsfehler der Ausgangsspannungen Ei...En zur jeweiligen Nennspannung dar. Diese prozentualen Fehlersignale, welche an den Ausgängen der Vergleichsschaltungen 15 erscheinen, werden nun modifiziert, d.h. gewichtet, entsprechend der Toleranz, welche der dem Fehlersignal zugeordneten Ausgangsspannung Ei...En zugeordnet ist. Die Wichtung der prozentualen Fehlersignale erfolgt durch eine nochmalige Normierung dieser Fehlersi-

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gnale mittels eines Faktors b1...bn der umgekehrt proportional ist zu der zulässigen Toleranz einer Spannung E1...En an den einzelnen Ausgängen des Stromversorgungsgerätes. Diese Toleranznormierung der prozentualen Fehlersignale wird durch die Multiplizierschaltkreise 17 durchgeführt. Jedem Ausgang des Stromversorgungsgerätes ist eine solche Multiplizierschaltung 17 zugeordnet .

Die normierten und gewichteten prozentualen Fehlersignale werden nun dazu benützt/ um daraus ein Rückführungs-Regelsignal zur Steuerung der Energiezufuhr im Speisespannungsteil 11 zu erzeugen, welches im Eingangsbereich des Stromversorgungsgerätes angeordnet ist. Hierzu sind verschiedene Rückführungs- oder Gegenkopplungssysteme geeignet. In dem Kompromiß-Regelungssystem nach dem Blockschaltbild der Fig. 1 werden die normierten und gewichteten Fehlersignale in einer Summierschaltung 19 zusammengeführt, die an ihrem Ausgang ein Summensignal erzeugt. Dieses Summensignal wird über eine Rückführungsschaltung 21 dem Speisespannungsteil 11 des Stromversorgungsgerätes zugeführt. Es besteht somit ein geschlossener Regelungskreis. Das Rückführungssignal wird durch die Regeleinrichtung jeweils auf seinen Nennwert null zurückgeführt und möglichst in diesem Bereich gehalten.

Die Arbeitsweise der Kompromiß-Spannungsregeleinrichtung wird nun am folgenden Beispiel erklärt. Es sei angenommen, daß das Stromversorgungsgerät zwei verschiedene Ausgangsspannungen E1 und E2 liefert. Eine Gleichspannung E1 = +5 V + 10 % und eine andere Gleichspannung E2 = +25 V + 20%. Wenn nun eine extreme Belastung des Stromversorgungsgerätes auftritt, die eine angenommene totale Spannungsabweichung von insgesamt 30 % bewirkt, kann durch die Kompromiß-Rege!einrichtung die Spannung E1 10 % oberhalb und die Spannung E2 20 % unterhalb ihres Nennwertes gehalten werden. D.h., daß diese Kompromiß-Regelungseinrichtung beide Spannungen stabilisiert und innerhalb ihrer zulässigen Toleranzen hält.

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Die Kompromiß-Regeleinrichtung spricht somit an auf die Spannung E1, die 5 V +Fehler 1 und die Spannung E2, die 25 V + Fehler 2 beträgt. Wie bereits bemerkt wurde, normieren die Multiplizierschaltungen 13 beide Ausgangsspannungen E1 und E2 auch einen Spannungspegel von 5 Volt. Der Multiplikationsfaktor al für die Spannung E1 beträgt daher 1 und der Multiplikationsfaktor a2 für die Spannung E2 beträgt 1/5. Nach der Multiplikation beträgt das von der Spannung E1 abgeleitete Spannungssignal immer noch 5 Volt und hat einen Fehler von + 1. Das normierte Spannungssignal der Spannung E2 beträgt ebenfalls 5 Volt, dieses hat jedoch einen Fehler von + 2/5. Die Multiplizierschaltungen 13 haben somit die Ausgangsspannungen E1, E2 auf den Pegel von 5 Volt normiert. Die Vergleichsschaltungen 15 subtrahieren die Bezugsspannung Vr von diesem normierten Fehlersignälen. Die Bezugsspannung Vr beträgt bei diesem Beispiel ebenfalls 5 Volt. Nach dem Vergleich der Spannung mit den Fehlersignalen ergibt sich ein Differenzsignal, das dem Fehler + 1 entspricht, sowie ein zweites Differenzsignal mit einem Fehler + 2/5. Diese beiden prozentualen Fehlersignale werden nun in den Multiplizierschaltkreisen 17 entsprechend den zugeordneten Toleranzen für die Ausgangsspannungen El, E2 gewichtet. Der betreffende Wichtungsfaktor b1 für das Fehlersignal der Ausgangsspannung E1 beträgt 1, der Faktor b2 für die Spannung E2 beträgt 1/2.

Die Ausgangssignale der Multiplizierschaltkreise 17, welche normierte und gewichtete prozentuale Fehlersignale der Ausgangsspannungen darstellen, werden nun in der Summierschaltung 19 addiert. Das von der Spannung E1 abgeleitete normierte und gewichtete Fehlersignal repräsentiert einen Fehler + 1, während das von der Speisespannung E2 abgeleitete normierte und gewichtete Fehlersignal einen Fehler + 2/10 darstellt. Es ist zu bemerken, daß der doppelte prozentuale Fehler des Fehlersignales der Spannung E2 notwendig ist, um das Rückführungssignal am Ausgang der Summierschaltung 19 ebenso stark zu beeiflussen als dies ein gleicher prozentualer Fehler der Spannung E1 tun würde. Absolut ausgedrückt sind zwei Fehlereinheiten von der Ausgangs-

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spannung E2 am Eingang der Summierschaltung 19 erforderlich, um diese Bewirkung auf das Rückführungssignal auszuüben, die eine Fehlereinheit der Ausgangsspannung E1 ausübt.

Eine Rückfuhrungsschaltung 21 paßt das Ausgangssignal der Summierschaltung 19 an das steuerbare Speisespannungsteil 11 im Stromversorgungsgerät an. Ist beispielsweise das Ausgangssignal der Summierschaltung 19 negativ, dann erzeugt die Rückführschaltung 21 ein Steuersignal, das den Speisespannungsteil .11 veranlaßt, die Ausgangsspannungen E1...En zu erhöhen oder umgekehrt.

Die Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer Kompromißregeleinrichtung für mehrere Ausgangsspannungen E1, E2, für die verschiedene Toleranzen zulässig sind. Diese Schaltungsanordnung ist ein Ausführungsbeispiel der Blockschaltung von Fig. 1 eines Stromversorgungsgerätes mit den Ausgangsspannungen E1 = 5 Volt + 10 % und E2 - 25 Volt +20 %. Die Ausgangsspannung E1 wird bei diesem Beispiel durch die Widerstände 23 und 24 auf 1 Volt normiert, anstatt auf 5 Volt, wie beim vorausgehenden Beispiel. Auch die zweite Ausgangsspannung E2 wird mittels der Widerstände 25 und 26, welche Spannungsteiler bilden, auf 1 Volt normiert. Diese auf 1 Volt normierten Spannungssignale werden mit der Bezugsspannung Vr in den Operationsverstärker 29 und 30 verglichen. Die Ausgänge dieser Operationsverstärker liefern die prozentualen Fehlersignale. Diese prozentualen Fehlersignale werden durch einen Spannungsteiler, der aus den Widerständen 33 und 34 gebildet ist, gewichtet und dem Operationsverstärker 36 zugeführt. Die Wichtung der Fehlersignale ist wiederum umgekehrt proportional den zulässigen Toleranzen der zu regelnden Ausgangsspannungen E1, E2.

Der Wert bzw. die Größe des Rückführungssignales, welches am Ausgang des Operationsverstärkers 36 erscheint, ist durch die gewichteten und normierten prozentualen Fehlersignale bestimmt, welche von den Verstärkern 29 und 30 den Eingängen des Operationsverstärkers 36 zugeführt werden.

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Die Spannungsteiler der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 weisen folgende Widerstandswerte auf:

Widerstand	23	4	K
Widerstand	24	1	K
Widerstand	25	24	K
Widerstand	26	1	K
Widerstand	33	10	K
Widerstand	34	20	K

Die Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild einer anderen Ausführungsart einer Kompromiß-Regelungseinrichtung. Ähnlich wie in der Regelungseinrichtung nach Fig. 1 werden die Ausgangsspannungen E1, E2 und Ξ3 nach Größe und Toleranz normiert. Anstelle der Summierung der Fehlersignale und Regelung des Rückführungssignales auf Null wird bei dieser Regeleinrichtung der größte positive Fehler mit.dem größten negativen Fehler verglichen. Dadurch werden die individuellen Toleranzen der einzelnen Ausgangsspannungen verbessert, wenn ein gewisses Verhältnis der Ausgangsspannungen gegeneinander erforderlich ist.

Nachstehend wird an einem anderen Beispiel die Arbeitsweise' einer Regelungseinrichtung gemäß dem Schaltbild Fig. 3 für ein erfindungsgemäßes Stromversorgungsgerät erläutert, welches ein Netzgerät darstellt. Dieses Netzgerät liefert drei Ausgangsspannungen Et, E2 und E3, von denen keine die Toleranz von 10 % überschreiten darf. Ist nun Et stark, E2 normal und E3 nur schwach belastet, so kann in einem Belastungsfall z.B. die Spannung E1 auf -10 %, die Spannung E2 auf +4 % und die Spannung E3 auf +6 % sein» Werden die Fehlersignale gemäß den in den Fign. 1 und 2 dargestellten Regelungsschaltungen verglichen, so erscheinen die Toleranzen der Ausgangsspannungen als eingehalten, da sich die resultierende Summe der Fehlerspannungen ergibt als: -1O +4 +6=0.

Für dieselben Spannungsverhältnisse lassen sich nun bessere le 972 036 409882/09 56

Toleranzen erreichen, wenn der größte negative Fehler mit dem größten positiven Fehler verglichen wird. Im vorliegenden Beispiel kann der Speisespannungsteil 11 höher geregelt werden, so daß die Spannung E1 8 % unter, E2 6 % über und E3 8 % über Nennwert liegen, wodurch die Abweichungen der Spannungen E1 und E3 gleich werden. E1 liegt nun nicht mehr nahe an der unteren Toleranzgrenze, weil E2 und E3 in der entgegengesetzten Richtung etwas verschoben werden konnten.

Wie schon erwähnt wurde, werden die Spannungen E1, E2 und E3 in Größe und Toleranz durch die Schaltungen 51, 52 und 53 normiert. Jede dieser Normierungsschaltungen kann einen Multiplizierer 13, einen Vergleicher 15 und einen Multiplizierer 17 gemäß Fig. 1 enthalten. Die normierten prozentualen Fehlersignale werden durch die Analogvergleicher 55 und 57 aufgeteilt in die am meisten positiven und die am meisten negativen. Die Summierschaltung 59 liefert ein Ausgangssignal an die Rückführschaltung 60, das der Speisespannungsteil auf nicht dargestellte Art beeinflußt, wenn der Absolutwert des größten positiven Fehlers von dem des größten negativen Fehlers abweicht.

Die Fig. 4 zeigt die Anordnung der logischen Schaltkreise in Fig. 3. Die Normierungsschaltungen 51, 52 und 53 normieren die Spannung E1, E2 und E3 nach Größe und Toleranz. Sie erzeugen an ihren Ausgängen Fehlersignale Er1, Er2 und Er3, die den prozentualen Abweichungsfehler der Spannungen E1, E2 und E3 darstellen. Die Vergleicher 61, 63 und 65 erzeugen die Ausgangssignale X, Y und Z, die anzeigen, ob ErI größer als Er2 ist, ob Er2 größer als Er3 ist, oder ob Er3 größer als ErI ist. Die Ausgangssignale X, Y und Z werden UND-Schaltungen 71-74 zugeführt, die gemeinsam ein Ausgangssignal erzeugen, das anzeigt, welches der Sir gnale ErI, Er2 oder Er3 das am meisten positive ist. Die Signale X, Y und Z werden gleichzeitig den UND-Schaltungen 76 - 79 zugeführt, die anzeigen, welches der Signale Er1, Er2, Er3 das am meisten negative ist. Die ODER-Schaltungen 82 und 83 geben ein Signal ab, welches anzeigt, daß das Signal Er1 sowohl das posi-

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tivste als auch das negativste Signal ist/ sofern die Vergleicher 61, 63 und 65 anzeigen, daß die Signale Er1, Er2 und Er3 gleich sind.

Die Ausgangssignale der UND-Schaltungen 71 - 74 sowie 76 - 79 und der ODER-Schaltungen 82 und 83 werden den logischen Schaltkreisen 85 - 90 zugeführt. Folglich schließt einer der Schalter 85 - 87, um das am meisten positive normierte Fehlersignal durchzulassen, während einer der Schalter 88 - 90 schließt, um das am meisten negative Fehlersignal durchzulassen. Die beiden Fehlersignale werden vom Operationsverstärker 93 summiert, dessen Ausgang der Differenz zwischen dem am meisten positiven und dem am meisten negativen Fehlersignal entspricht. Dieses analoge Rückführungssignal wird gemäß dem Schaltbild nach Fig. 5 zur Steuerung des Speisenspannungsteiles 11 verwendet.

In dem bisher beschriebenen Beispiel war das von der Ausgangsspannung E 1 abgeleitete Fehlersignal das am meisten negative und das von der Spannung E3 abgeleitete das am meisten positive. Demzufolge war das normierte Fehlersignal ErI am meisten negativ und das normierte Fehlersignal Er3 am meisten positiv. Der Vergleicher 65 erzeugte daher ein Ausgangssignal Z, die Vergleicher 61 und 63 dagegen Ausgangssignal X und Ϋ. Die UND-Schaltung 73 verarbeitete diese zu einem Ausgangssignal Cp, und die UND-Schaltung 76 erzeugte ein Ausgangssignal An, welches die ODER-Schaltung 83 zu einem Ausgangssignal An¹ veranlaßte. Der Analogschalter 87 wird vom Signal Cp betätigt, so daß das normierte Fehlersignal Er3 an seinem Ausgang erscheint. Der Analogschalter 88 wird durch das Signal An¹ betätigt, wodurch das normierte Fehlersignal ErI an seinem Ausgang erscheint. Diese Signale, d.h. das am meisten positive und das am meisten negative normierte Fehler signal werden durch den Addierer 93 summiert. Beträgt ihre Summe Null, wird kein Rückführungssignal am Ausgang der Schaltung 93 erscheinen. Ist ihre Summe nicht Null, so wird entweder ein negatives Spannungssignal am Ausgang des Summierers 93 erscheinen, je nach dem Größenverhältnis von Er1 und Er3.

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Die ÜND-Schaltkreise 74 und 79 liefern ein Ausgangssignal, wenn die Ausgangsspannungen E1, E2 und E3 alle den gleichen normierten Fehler haben. In dieser besonderen Situation gelangt das Spannungssignal El zur Summierschaltung 93 und wird von sich selbst abgezogen. Am Ausgang der Summierschaltung liegt daher das Signal Null.

Die Fig. 5 zeigt die Detailschaltungen eines stabilisierten Stromversorgungsgerätes mit mehreren Ausgängen, das die Rückführungsregelung der Fig. 3 aufweist. Das Stromversorgungsgerät 101 hat drei Ausgangsspannungen E1, E2 und E3, wie dies bereits im Zusammenhang mit den Schaltbildern Fign. 3 und 4 beschrieben ist. Diese Ausgangsspannungen hängen eng miteinander zusammen, da die Sekundärwicklungen 107, 108 und 109 eng gekoppelt sind. Die kombinierte Normierungs- und Vergleichsschaltung 11O erzeugt ein Ausgangssignal, das die Differenz zwischen dem am meisten positiven und dem am meisten negativen normierten Fehlersignal anzeigt, wie sie in den Blöcken 51-59 der Fig. 3 erzeugt werden. Dieses resultierende Fehlersignal wird der Rückführschaltung 16 zugeleitet, deren Ausgangssignal den Speisespannungsteil 11 des Stromversorgungsgerätes 101 steuert.

Die Regelung der Ausgangsspannungen des Stromversorgungsgerätes 101 geschieht durch frequenzgesteuertes Umschalten eines Inverters. Das bedeutet, daß die Frequez, mit welcher der Schaltregler im Speisespannungsteil arbeitet, die Ausgangsspannungen E1...E3 beeinflußt, indem sie die Ausgangsströme steuert. Folgend wird nun beschrieben, wie die Schaltfrequenz des Speisespannungsteiles 11 durch das Rückführungssignal der Rückführschaltung 60 beeinflußt wird.

Die beiden Schalttransistoren 111 und 113, die die Schaltfrequenz im Speisespannungsteil steuern, werden durch die Basistreiberspule L3 abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Diese Schwingung wird durch einen Strom vom Widerstand 115 angeregt, wird angenommen, daß dieser Erregerstrom anfangs in die Basis des Tran-

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sistors 11T fließt, so wird dieser Transistor 111 leitend, wodurch ein Speisestrom von einer 150 Volt Gleichstromquelle durch die Spulen L1 und TW1 fließt. TW1 ist eine Primärwicklung eines Transformators, der jeweils eine Spannung in .den Sekundärwicklungen 107, 108, 109 des Transformator zur Erzeugung der Ausgangsspannungen E1 .. .E3 induziert. Wenn die Ausgangsspannungen E1..·Ε3 ihre Nennwerte haben, fallen von der 150 Volt Speisespannung etwa 50 Volt an der Wicklung TW1 ab, so daß etwa 100 Volt an der Spule L1 anlegen.

Der Speisestrom steigt in der Primärwicklung TW1 soweit an, bis ein Spannungsabfall von 100 Volt an der Wicklung L1 liegt. In den Sekundärwicklungen 107, 108 und 109 ergeben sich ähnliche Ströme, deren Stärken WindungsVerhältnissen des Tranformators abhängig sind. Wenn der Steuertransistor 117 der Rückführungsschaltung 60 ein Steuersignal liefert, wird der Schalttransistor 113 eingeschaltet, indem die Basis vom Schalttransistor 111 an Erde gelegt wird. Die Spannung am Kollektor des Schalttransistors 111 steigt nun wegen der Polarisierung der Primärwicklung TW1 rapid an und die Spannung am Kollektor des Schalttransistors sinkt um so viel ab, als die Kollektorspannung am Kollektor des Schalttransistors 111 über 150 Volt hinausgeht. Die Diode 119 wird leitend, sobald der Kollektor des Schalttransistors 113 unter etwa 1 Volt negativ wird, dadurch wird die in der Wicklung Li gespeicherte Energie auf die Wicklung L2 übertragen. Diese Energie ist gleich 1/2 LI².

Da die Wicklungen L1 und L2 eng gekoppelt sind, beträgt die durch

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L2 übertragene Energie 1/2 L2I . Der Spannungsabfall an der Wicklung L2 beträgt etwa 200 Volt und er ist dem Stromfluß entgegengesetzt, wodurch gespeicherte Energie aus der Induktivität L2 entnommen wird. Wenn alle Energie der Wicklung L2 entfernt ist, baut sich ein Strom auf,der in entgegengesetzter Richtung durch die Wicklung L2 fließt. Dieser Strom erzeugt einen Spannungsabfall von 100 Volt an der Wicklung L2 und einen Spannungsabfall von 50 Volt an der Primärwicklung TW2, wodurch ein Strom

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durch den Schalttransistor 113 fließt, dessen Basis von der Wicklung L3 ausgesteuert wird. Der Anstieg dieses primären Speisestromes wird begrenzt, wenn der Steuertransistor 117 wieder in den Leitzustand schaltet. Dadurch wird der Schalttransistor 113 gesperrt und der primäre Speisestrom, der durch die Wicklung L2 und TW2 floß, fließt nun durch die Diode 121, die Wicklungen TW1 und L1 zurück.

Das Signal der Rückführschaltung 60 steuert somit die Schaltfrequenz im Speisespannungsteil und beeiflußt die Taktzeit der Schalttransistoren 111 und 113 und steuert dadurch die Energie, die auf die Sekundärwicklungen 107, 108 und 109 übertragen wird. Der im Transformator sich aufbauende Primärstrom wird durch die Zeitdauer bestimmt, während welcher 100 Volt an der Wicklung L2 anliegen. Dieser Primärstrom multipliziert mit dem Windungsverhältnis des Transformators ergibt den Ausgangsstrom. Wenn die Schalttransistoren 111 und 113 häufiger je Zeiteinheit geschaltet werden, kann in den Primärwicklungen TW1 und TW2 sich nur ein geringerer Primärstrom aufbauen und daher wird auch ein geringerer Strom auf die Sekundärwicklungen 107, 108 und 109 übertragen. Die Frequenz bzw. der Takt, mit der die Schalttransistoren 111, 113 geschaltet werden, wird durch die Rückführsteuerschal tung 60 bestimmt. Da der Sekundärstrom die Ausgangsspannung E1, E2 und E3 in Abhängigkeit von der an den Ausgängen liegenden Belastung bestimmt, ist es die Aufgabe der Rückführungssteuerung, den normalen oder durchschnittlichen Primärstrom multipliziert mit dem Windungsverhältnis gleich dem normalen Belastungstrom oder der erwünschten Ausgangsnennspannung, dividiert durch den Belastungswiderstand zu halten.

Wie schon zuvor beschrieben wurde, liefert die kombinierte Normierungs- und Vergleichsschaltung 110 ein Rückführungssignal, das die Differenz der am meisten positiven normierten Fehlerspannung der am meisten negativ normierten Fehlerspannung der drei Ausgangsspannungen E1, E2 und E3 angibt. Wenn der Wert der am meisten positiven normierten Fehlerspannung dem übertrifft,

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liefert der spannungsabhängige Oszillator 131 ein Rückführsignal, das eine höhere Frequenz aufweist. Der Ausgang des Oszillators 131 erregt eine monostabile Kippschaltung 131, deren Ausgangssignal über einen Impulstransformator 135 den Steuertransistor 117 schaltet. Wenn die Frequenz des Ausgangssignales vom spannungsabhängigen Oszillator 131 steigt, erscheinen am Ausgang des Impulstransformators 135 mehr Impulse je Zeiteinheit und die Primärwicklung des Transformators wird von Strömen geringerer Stärke durchflossen, wodurch weniger Energie auf die Sekundärwicklung des Transformators im Stromversorgungsgerät 101 übertragen wird, so daß sich dadurch die Ausgangsspannungen verringern.

Wird der Wert des negativsten normierten Fehlersignals größer als derjenige des positsten, so wird dem spannungsabhängigen Oszillator 139 ein negatives Signal zugeführt, seine Frequenz wird verringert, wodurch ein größerer Primärstrora sich im Transformator aufbaut, das zur Folge hat, daß auch ein größerer Sekundärstrom in den Wicklungen 107, 108 und 109 erzeugt wird und die Ausgangsspannungen E1...E3 ansteigen.

Die Monostabile 133 erzeugt einen Impuls von einer ausreichenden Breite, der den Steuertransistor 117 für eine Zeit einschaltet, die ausreichend ist, um die Schalttransistoren 111 und 113 in den Sperrzustand zu schalten.

Bisher wurde in Anlehnung an das Prinzipschaltbild der Fig. 4 die Arbeitsweise einer Kompromiß-Spannungsregeleinrichtung beschrieben, bei der jede Ausgangsspannung E1...En zunächst auch einen gemeinsamen Wert normiert und darauf mit einer Bezugsspannung verglichen wird. Die Differenz zwischen Bezugsspannung und normierter Spannung wird dann wiederum in Abhängigkeit der Toleranz normiert, die für jede Ausgangsspannung E1...En zulässig ist. Einem Fachmann ist verständlich, daß dasselbe Resultat auch dadurch erreicht werden kann, wenn eine Bezugsspannung in direktem Verhältnis zur Nennspannung der verschiedenen Ausgangsspannungen E1...En gesetzt wird und diese Spannungen dann jeweils

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miteinander verglichen werden. Es ist auch, möglich, daß die verschiedenen Ausgangsspannungen des Stromversorgungsgerätes alle den gleichen Nennwert haben« In diesem Falle können die Multiplizierer 13 für den Faktor al den Wert 1 aufweisen. Wenn weiterhin für alle Ausgänge des Stromversorgungsgerätes dieselbe Toleranz zulässig ist, können die Faktoren b1...bn am Multiplizierer 17 ebenfalls denselben Wert_r beispielsweise 1 aufweisen.

Es ist verständlich, daß für die Spannungsregelung auch andere Faktoren a1...an, b1...bn benutzt werden können, um für bestimmte Anwendungsfälle die günstigsten Toleranzen und Regeleffekte zu erreichen. So können beispielsweise negative Abweichungen stärker gewichtet werden als positive, sofern dies erwünscht ist. Dazu brauchen nur die Werte der Widerstände 15O und 151 im Schaltbild der Fig. 4 entsprechend gewählt werden.

Während vorstehend an verschiedenen Beispielen Stromversorgungsgeräte mit einer Kompromiß-Spannungsregeleinrichtung beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, daß auch eine deratige Spannungs-Kompromißregelungseinrichtung bei jedem beliebigen Mehrfach-Spannungsstrom-Versorgungsgerät benützt werden kann, deren Ausgangsspannungen über den Speisespannungsteil einer gegenseitigen Beeinflussung ausgesetzt sind. Das Stromversorgungsgerät gemäß dem Prinzipschaltbild der Fig. 5 erzeugt Ausgangsspannungen, die sich über den gemeinsamen Transformator gegenseitig beeinflussen. Der Spannungsteil dieses in Fig. 5 dargestellten Stromversorgungsgerätes kann ohne weiteres in einem Stromversorgungsgerät gemäß der Fig. 1 oder der Fig. 3 verwendet werden. Grundsätzlich kann eine derartige Kompromiß-Spannungsregeleinrichtung mit jedem Speisespannungsteil eines Stromversorgungsgerätes zusammenarbeiten, welches ein Regelglied aufweist, das die Spannungsausgänge beeinflußt.

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Claims (7)

1. P ATEH TA NSP RÜCHE

   Geregeltes Stromversorgungsgerät, das ausgangsseitig mehrere von einer gemeinsamen Speisespannung abgeleitete stabilisierte Gleichspannungen an verschiedene Belastungen liefert und das eine Einrichtung zur Ermittlung des Abweichungsfehlers wenigstens einer Ausgangsspannung vom Sollwert aufweist, der Ausgangssignal auf eine Steuerungsschaltung für die Speisespannung einwirkt zur Nachführung der Ausgangsspannung auf deren Sollwert innerhalb des zugeordneten Toleranzbereiches, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Regeleinrichtung für jeden Spannungsausgang hintereinandergeschaltete Normierungsschaltkreise (13, 51, 53), Spannungsvergleicher (15) und Multiplizierschaltkreise (17) enthält,

   daß die Normierungsschaltkreise von den jeweiligen Ausgangs spannungswerten (ET...En) abgeleitete auf eine Einheitsspannung bezogene normiertes Spannungssignale erzeugen,

   daß diese in den Vergleichern (15) mit einer einheitlichen Bezugsspannung (Vr) verglichen werden, wodurch die Differenzsignale normierte prozentuale Fehlersignale der Ausgangsnennspannungen (E1...En) bilden, daß eine Modifizierung dieser normierten prozentualen Fehlersignale in den Multiplikationsschaltkreisen (17) durch Wichtung in Abhängigkeit von der Toleranz der jeweiligen Ausgangsnennspannung erfolgt, und daß eine die normierten und gewichteten Fehlersignale, aufnehmende Summierungsschaltung (19/ 59) vorgesehen ist, deren Ausgang in Abhängigkeit der Fehlersignale ein entsprechendes, den Spannüngsteil (11) beeinflussendes Rückführungssignal liefert zur Steuerung der Energiezufuhr zu den Spannungsausgängen.

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2. 2. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normierungsschaltkreise aus Multiplizierschaltkreisen (13) bestehen, daß diese ein von der Ausgangsspannung (E1...En) abgeleitetes Spannungssignal mit einem Faktor (a1...an) multiplizieren, der dem Nennwert der Ausgangsspannung von der das Fehlersignal abgeleitet wird, umgekehrt proportional ist.
3. 3. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplizierschaltkreise (17), die die normierten prozentualen Fehlersignale zur Wichtung mit einem Faktor (b1...bn) multiplizieren, der jeweils dem Toleranzwert der zugeordneten Ausgangsspannung (E1...En) von der das Fehlersignal abgeleitet wird, umgekehrt proportional ist.
4. 4. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierungsschaltung (19, 59) eine Addierschaltung enthält, die ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional der Summe der einzelnen Fehlersignale ist und daß dieses Ausgangssignal über eine Rückführungsschaltung (21, 60) die Energiezufuhr im Speisespannungsteil (11) derart beeiflußt, daß das Ausgangssignal der Summierungsschaltung auf den Wert Null geregelt wird.
5. 5. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierungsschaltung (19, 59) solche Schaltkreise (71 - 90) aufweist zur Feststellung des am meisten positiven normierten Fehlers, sowie des am meisten negativen normierten Fehlers und daß sie die Differenz dieser Fehlersignale der Rückführungsschaltung (60) zuführt, derart, daß die Regeleinrichtung diese Differenz auf den Nennwert Null regelt.

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6. 6. Stromversorgungsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierungsschaltung (19, 110) an ihrem Ausgang ein resultierendes Fehlerrückführsignal an einen in der Rückführschaltung (60) angeordneten spannungsabhängigen Oszillator (131) liefert, daß dieser Oszillator ausgangsseitig mit einer monostabilen Kippschaltung (131) verbunden ist, deren Ausgangssignal über einen Signalübertrager (135) einen Steuertransistor (117) schaltet und daß dieser Steuertransistor die Schaltfrequenz des Speisespannungsteiles beeiflußt.
7. 7. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normierungsschaltkreise aus überständen bestehende Spannungsteiler sind (Fig. 2).

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