DE2550397C3 - Geregeltes Netzgerät zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsgleichspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein geregeltes Netzgerät der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art.

Aus der Zeitschrift ELEKTRO-ANZEIGER, 1974, Seite 375 bis 377 sind Gieichspannungs-Speisegeräte bekannt, die entweder eine Regdung mit einem getakteten Serientransistor oder nne Regelung mit einem Gleichspannungswandler aufweisen. Bei dem dort in Bild 6 dargestellten Speisegerät mit sekundärseitigem Schaltregler wird die Eingangsgleichspannung über einen Serientransistor mit relativ hoher Frequenz zu- und abgeschaltet. Durch Verändern der Eh-- und Ausschalizeiten des Serientransistors lassen sich Ausgangsspannung und Ausgangsleistung gleichzeitig steuern. Dieses bekannte Speisegerät kann jedoch nur dann eingesetzt werden, wenn der Wert der Eingangsgleichspannung größer ist als der gewünschte Wert der Ausgangsgleichspannung. Bei dem a. a. O. in Bild 7 dargestellten Speisegerät mit einem primärseitigen Schaltregler wird die Eingangsgleichspannung mit Hilfe von zwei in Gegentaktschaltung betriebenen Transistoren wechselweise auf einen Transformator durchgegeben. Die an den Basen der Transistoren anliegenden Steuerspannungen, die Rechteckformen mit 180° Phasenunterschied haben, werden von einer Steuer- und Regeleinheit erzeugt, die nach dem Prinzip einer Impulsbreitenregelung in Abhängigkeit von einem Meßwert der stabilisierten Ausgangsgleichspannung arbeitet Die Primärwicklung des genannten Transformators ist über eine MitteJanzapfung mit einem Pol der Eingangsgleichspannnung verbunden. Die Sekundärwicklung des Transformators ist an die Wechselspannungseingänge einer Gleichrichterschaltung angeschlossen, deren Gleichspannungsausgänge mit einem Filter verbunden sind, an dessen Ausgang die stabilisierte Ausgangsgleichspannung ansteht. Dieses bekannte Speisegerät wird dann eingesetzt, wenn die zur Verfügung stehende Eingangsgleichspannung kleiner ist als die gewünschte Ausgangsgleichspannung.

Die beiden erläuterten bekannten Speisegeräte sind jeweils für Einsatzfälle vorgesehen, bei denen die zur Verfugung stehende Eingangsgleichspannung entweder größer oder kleiner ist als die gewünschte Ausgangsgleichspannung. Es sind jedoch auch Einsatzfälle gegeben, bei denen eine stabilisierte Gleichspannung für elektronische Einrichtungen, insbesondere in Fahrzeugen, aus Bordnetzen gewonnen werden müssen, deren Spannungen stark schwanken. Insbesondere sind Einsatzfälle gegeben, bei denen die zu versorgenden elektronischen Einrichtungen in Fahrzeugen oder Anlagen eingesetzt werden, deren Bordnetze nicht nur den üblichen Schwankungen von Batteriespannungen unterworfen sind, sondern bei denen die Bordnetze oder Inselnetze unterschiedliche Nennspannungen aufweisen. Beispielsweise sind im Fahrzeugbau Batterienspannungen von 6 V bzw. von 12 V üblich, während bei Luftfahrzeugen die Batterienennspannung 28 V beträgt.

Wenn beispielsweise eine elektronische Einrichtung eine stabilisierte Versorgungsspannung von 24 V benötigt, die entweder aus einer zwischen 21 V und 35 V schwankenden Batteriespannung oder aus einer zwischen 42 V und 70 V schwankenden Batteriespannung gewonnen werden soll, so sind geregelte Stromversorgungseinrichtungen mit großem Eingangsspannungsbereich erforderlich, die relativ groß, teuer und schwer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geregeltes Netzgerät der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art zu schaffen, das klein und leicht gebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Patentanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.

Beim erfindungsgemäßen geregelten Netzgerät ist eine Umschaltung zwischen zwei Eingangsspannungsbereichen möglich. Die Betätigung der drei Umschalter erfolgt zweckmäßigerweise gemeinsam durch einen einzigen Schalter oder ein Relais mit einer entsprechenden Anzahl von Kontakten. Die Umschaltung kann entweder von Hand vorgenommen werden, beispielsweise beim Einbau des zu versorgenden elektronischen

Gerätes in die betreffende Anlage, oder die Umschaltung kann von einer Spannungsüberwachungsschaltung fur die Spannung des Bord- oder Inselnetzes selbsttätig gesteuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fc'genden näher beschrieben:

Die dargestellte Stromversorgungseinrichtung soll eine stabilisierte Ausgangsgleichspannung öl vo:i beispielsweise 24 V aus einer Gleichspannungsquelie I₁ beispielsweise einer Akkumulatorbatterie oder einer Batterie von Brennstoffzellen, erzeugen. Es sei angenommen, daß die Eingangsgleichspannung Ui der Stromversorgungseinrichtung entweder in einem unteren Spannungsbereich zwischen beispielsweise 21 V und 35 V bzw. in einem oberen Spannungsbereich beispielsweise zwischen 42 V und 70 V liegen kann. Der untere Wert der Eingangsgleichspannung von 21 V ist somit kleiner als die stabilisierte Ausgangsgleichspannung von 24 V, während der obere Wert der Eingangsgleichspannung von 70 V wesentlich größer ist als die stabilisierte Ausgangsgleichspannung LJ 2.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält zwei steuerbare elektronische Schalter 2 und 3, beispielsweise Transistoren, in Gegentaktschaltung, die jeweils von einer Frt iauf-Diode 5 bzw. 6 überbrückt sind. Die beiden steuerbaren elektronischen Scha'ter 2 und 3 werden von einer Steuer- und Flegeleinheit 9 nach einem Taktverfahren alternierend stromdurchlässig bzw. stromsperrend gesteuert. Der Steuer- und Regeleinheit ist die stabilisierte Ausgangsgleichspan nung L/2 unmittelbar oder über einen Gleichspannungswandler als Istwert zugeführt. Ein entsprechender Sollwert ist intern vorgegeben. Die Steuer- und Regeleinheit 9 kann nach dem Prinzip einer Zweipunktregelung oder nach einem Pulsbreitenmodulationsverfahren arbeiten. Eine geeignete Taktfrequenz hierfür liegt bei 20 kHz.

Weiterhin ist ein Transformator 10 vorgesehen, dessen Primärwicklung 10a, 10b über eine Mittelanzapfung lOc/mit der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist. An die Sekundärwicklung 10c ist eine Gleichrichterschaltung 14 mit ihren Wechselspannungseingängen 15 und 16 angeschlossen. Die Gleichspannungsausgänge 17 und 18 der Geichrichterschaltung 14 sind an ein Filter mit einer Drosselspule 19 und einem Kondensator 20 angeschlossen, an dessen Ausgang die stabilisierte Ausgangsspannung i/2 ansteht.

Weiterhin sind drei Umschalter 11,12,13 vorgesehen, die in der gezeichneten Weise beschaltet sind. Die so Wurzel 11a des ersten Umschalters 11 ist mit dem Verbindungspunkt 4 der beiden elektronischen Schalter 2, 3 verbunden. Die Schaltkoniakte 116 und lic des ersten Umschalters 11 sind mit den Gleichspannungsausgängen 17 und 18 der Gleich;ichterschaltung 14 verbunden.

Die Wurzeln 12a und 13a der weiteren Umschalter 12 und 13 sind mit den beiden äußeren Anschlüssen 7 und 8 der Reihenschaltung der beiden Schalter, 2, 3 verbunden. Die ersten Schaltkontakte 126 und 136 der weiteren Umschalter 12 und 13 sind mit den äußeren Anschlüssen der Primärwicklung 10a, 106 des Transformators 10 verbunden, während ihre zweiten Schaltkontakte 12c und 13c mit der Gleichspannungsquelle 1 verbunden sind.

Zur Erläuterung der Funktionsweise wird zunächst der Schaltzustand betrachtet, bei dem sich die Schaltkontakte der Umschalter 11, 12 und 13 in der gezeichneten Lage befinden. Diesem Schaltzustand ist ein Eir.gangsspannungsbereich zugeordnet, bei dem die Eingangsgleichspannung U\ kleiner sein kann als die gewünschte Ausgangsgleichspannung U2, im genannten Zahlenbeispiel also der Bereich von 21 V bis 35 V. In diesem Bereich wirkt die Schaltungsanordnung als Gleichspannungswandler, wobei in Art eines Wechselrichters dem Transformator 10 primärseitig Spannungsimpulse über die Schalter 2 und 3 zugeführt werden. Die an der Sekundärwicklung 10c abgegriffene Wechselspannung wird in der Gleichrichterschaltung 14 gleichgerichtet und im Ausgangsfilter 19,20 geglättet.

Bei einem Eingangsspannungsberach. der wesentlich größer ist als die stabilisierte Ausgangsgleichspannung. im genannten Zahlenbeispiel also bei einem Bereich von 24 V bis 70 V, werden die Schaltkontakte der drei Umschalter 11, 12 und 13 in die nicht gezeichnete Lage gebracht. Die Schaltung arbeitet jetzt als getaktete Längsregelung. Ist beispielsweise der Schalter 2 gesperrt und der Schalter 3 durchlässig gesteuert, so kommt ein Stromfluß aus der Gleichspannungsquelle 1 über 13c, 13a, 8, den Schalter 3, den Verbindungspunkt 4, sowie 11a, lic zum Punkt 18 und damit über das Filter zum Ausgang zustande. Ist der Schalter 2 durchlässig und der Schalter 3 gesperrt gesteuert, so fließt der Strom aus der Gleichspannungsquelle 1 über 12c, 12a, 7, den Schalter 2, den Verbindungspunkt 4, sowie lla, lic wiederum zum Punkt 18. Der Transformator 10 ist bei diesem Eingangsspannungsbereich nicht im Eingriff. Die Gleichrichterschaltung 14 wirkt in diesem Fall als Freilaufzweig.

Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung werden die Steuer- und Regeleinrichtung 9, die beiden elektronischen Schalter 2 und 3, die Gleichrichterschaltung 14 und das Ausgangsfilter 19, 20 für beide Eingangsspannungsbereiche verwendet. Die Stromversorgungseinrichtung ist daher besonders einfach aufgebaut und kann klein und leicht ausgeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Geregeltes Netzgerät zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsgleichspannung aus einer Gleich- S Spannungsquelle mit Eingangsgleichspannungen, die zwischen einem unteren Wert, der kleiner ist als die stabilisierte Ausgangsgleichspannung, und einem oberen Wert, der wesentlich größer ist als die stabilisierte Ausgangsgleichspannung, veränderbar ι ο sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) eine Gegentaktschaltung von zwei steuerbaren elektronischen Schaltern (2, 3) sowie eine Steuer- und Regeleinheit (9), die die Steuerstrecken der elektronischen Schalter (2, 3) in Abhängigkeit von einem ihr eingangsseitig zugeführten Meßwert der stabilisierten Ausgangsgleichspannung (U2) alternierend mit Steuerimpulsen beaufschlagt,

   b) ein Transformator (10), dessen Primärwicklung (10a, 106) über eine Mittelanzapfung (iOd) mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle (1) verbunden ist und dessen Sekundärwicklung (lOcJan die Wechselspannungseingänge (15,16) einer Gleichrichterschaltung (14) angeschlossen ist, deren Gleichspannungsausgänge (17,18) mit einem Filter (19, 20) verbunden sind, an dessen Ausgang die stabilisierte Ausgangsgleichspannung (U2) ansteht,

   c) eine Gruppe von miteinander korrespondierenden Umschaltern (11,12,13), nämlich

   el) ein erster Umschalter (11), dessen Wurzel (Ua,) mit dem Verbindungspunkt (4) der beiden elektronischen Schalter (2, 3) verbunden ist, dessen erster Schaltkontakt (i\b) an dem mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle (1) gemeinsamen Gleichspannungsausgang (17) und dessen zweiter Schaltkontakt (UcJ an dem anderen Gleichspannungsausgang (18) der Gleichrichterschaltung (14) liegt, und

   c 2) ein zweiter (12) und ein dritter Umschalter (13), deren Wurzeln (12a, 13a^ jeweils mit einem der beiden äußeren Anschlüsse (7, 8) der Gegentaktschaltung der beiden elektronischen Schalter (2, 3), deren erste Schaltkontakte (126, 13b) jeweils mit den äußeren Anschlüssen der Primärwicklung (10a bzw. lObjdes Transformators (10) und deren zweite Schaltkontakte (12c, 13c) mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle (1) verbunden sind.