DE2608091B2

DE2608091B2 - Elektronische Siebschaltung mit einem Transistorstellglied

Info

Publication number: DE2608091B2
Application number: DE19762608091
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Preis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2608091A1; DE2608091C3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Siebschaltung mit einem im Längszweig zwischen einer Spannungsquelle und einem Verbraucher angeordneten Transistorstellglied und einem an der Eingangsspannung liegenden Spannungsteiler mit einem durch einen Kondensator überbrückten Teilwiderstand.

Eine derartige als Kollektorschaltung ausgebildete Schaltung ist bereits bekannt (S. W. W a g η e r »Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte« 1964, Seite 276). Die bekannte Schaltung arbeitet bei impulsartiger Stromabnahme, die einer starken Belastungsschwankung entspricht, nicht rückwirkungsfrei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektronische Siebschaltung für ein Gleichstromversorgungsgerät anzugeben, die in einem großen Frequenzbereich einen sehr kleinen dynamischen Innenwiderstand aufweist Eine Teilaufgabe besteht darin, bei Entnahme pulsierender Ströme die Verluste gering zu halten.

Bei einer elektronischen Siebschaltung der eingangs genannten Art wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Verwendung der Siebschaltung für ein Gleichstromversorgungsgerät das in Emitterschaltung arbeitende Transistorstellglied in Abhängigkeit von einem Spannungsvergleich der von der Eingangsspannung abgeleiteten gesiebten Teilspannung und einer der Ausgangsspannung proportionalen Teilspannung in einem Operationsverstärker gesteuert ist und daß die Erzeugung der an getrennten Eingängen des Operationsverstärkers zugeführten Teilspannungen mittels je eines hochohmigen Spannungsteilers erfolgt.

Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung sind nicht nur die Verluste im Basisspannungsteiler und an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes reduziert. Lastschwankungen haben auch keine Rückwirkung auf die Kollektor-Emitterspannung des Transistorstellgliedes. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Verwendung eines hochohmigen eingangsseitigen Spannungsteilers einen Siebkondensator am Teilwiderstand des Spannungsteilers mit kleinem Kapazitätswert und geringer Nennspannung zuläßt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Transistorstellglied vom Operationsverstärker über eine Transistorstufe gesteuert werden, deren Kollektor-Emitterstrecke in Reihenschaltung mit einem Widerstand zwischen der Basis des Transistorstellgliedes und einer Eingangs- bzw. Ausgangsklemme im Querzweig der Siebschaltung angeordnet ist.

Ist zur Siebung einer bipolaren Spannung eine für jeden Spannungszweig selbständige Siebschaltung vorgesehen, dann ist es in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, deren in Reihe geschaltete ausgangsseitige Spannungsteiler an die Summenspannung führenden Ausgangsklemmen anzuschließen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von in den F i g. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den F i g. 1 und 2 sind Siebschaltungen für eine positive Ausgangsspannung und unterschiedliche Ausgangsleistungen dargestellt.

Die F i g. 3 und 4 zeigen Siebschaltungen unterschiedlicher Ausgangsleistung für eine negative Ausgangsspannung.

Siebschaltungen für unterschiedliche Ausgangsleistungen und bipolare Ausgangsspannungen sind in den F i g. 5 und 6 dargestellt.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird die von einem Stromversorgungsgerät an den Klemmen +, Φ zugeführte, durch ein LC-Sieb vorgeglättete Spannung U\ mittels eines hochohmigen Spannungsteilers Ri, R 2 aufgeteilt, die Teilspannung am Widerstand R 2 nochmals durch Parallelschaltung eines Kondensators Ci gesiebt und an den Negativeingang eines Operationsverstärkers /1 geführt. Dem Positiveingang von 11 wird über einen zweiten ausgangsseitigen Spannungsteiler R 3, A4 eine der Ausgangsspannung Ö2(Istwert) proportionale Teilspannung zugeführt. Ein zwischen dem Eingang der Siebschaltung und einem Verbraucherwiderstand eingeschaltetes Transistorstellglied

Π wird vom Operationsverstärker / 1 gesteuert. Durch die Bemessung der beiden Spannungsteiler R 1 und R 2 sowie R 3 und R 4 kann der mittlere Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes Ti festgelegt werden. Infolge der Regelung ist am Transistorstellglied Tl ein definierter Spannungsabfall gegeben, der eine unterschiedliche bemessung der Spannungsteiler kompensiert, so daß die Spannungen an den Widerständen R2 und A4 abgesehen von der statischen Regelabweichung gleiche Absolutwerte annehmen. Da die Spannung am Widerstand R 2 infolge des RC-GWeats Ri, Ci sehr gut geglättet ist und keine Resonanzstelle aufweist, ist über die Regelung sichergestellt, daß auch bei pulsierender Belastung entsprechend der Verstärkung dos Regelkreises und der Güte der Siebung Al, Cl, nur eine sehr kleine Welligkeit in der Ausgangsspannung der Siebschaltung entstehen kann. Langzeitänderungen der Eingangsspannung U\ gelangen dagegen zeitverzögert an den Ausgang. Der mittlere Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes Tl ändert sich hierbei proportional mit der Eingangsspannung. Der statische Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes 7Ί ist so festzulegen, daß bei minimaler Eingangsspannung U\ die Siebschaltung noch in der Lage ist die Spitzenwelligkeit auszuregeln, die ohne elektronische Nachsiebung auftreten würde. Ein Spannungsabfall von 1 bis 2 V ist hierbei normalerweise ausreichend. Durch diese Werte ist auch bei Erhöhung der Eingangsspannung sichergestellt, daß die Verluste am Transistorstellglied klein bleiben. Ein dem ausgangsseitigen Spannungsteiler R 3, R 4 parallel geschalteter Kondensator C2 dient zur Stabilisierung der Regelschaltung und zur Verringerung des dynamischen Innenwiderstandes für sehr hohe Frequenzanteile einer pulsierenden Belastung, die über der Grenzfrequenz der elektronischen Bauteile liegen.

Zum Schutz der elektronischen Siebschaltung gegen Überlastung, z. B. Kurzschluß, ist zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistorstellgliedes Ti eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Zenerdiode ZX und einem Widerstand R 6 vorgesehen. Bei einem Kurzschluß der Ausgangsspannung Ui steigt der Ausgangsstrom Ja auf den durch eine vorgeschaltete Stromversorgung gegebenen Grenzwert an, während der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes im wesentlichen durch die Zenerspannung der Zenerdiode Zl und den vom Basisstrom verursachten Spannungsabfall am Widerstand Λ 6 bestimmt wird. Die Reihenschaltung von Zenerdiode und Widerstand ist im Normalbetrieb stromlos.

Eine elektronische Siebschaltung, die für größere Ausgangsleistungen geeignet ist, ist in F i g. 2 dargestellt. Der Basisstrom Jb ι des Transistorstellgliedes Ti wird hier über eine Transistorstufe T2 geführt, die lediglich zur Leistungsverstärkung dient und daher auch in der Lage ist, den bei Kurzschluß auftretenden größeren Basisstrom Jn ι abzuleiten, ohne daß der Spannungsabfall am Transistorstellglied Tl auf unzu-

lässig hohe Werte ansteigen kann. Die Überlastschutzschaltr.ng mit der Zenerdiode Z 1 und dem Widerstand R6 kann hier daher entfallen. Alle übrigen Schaltungsteile sind gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 unverändert und mit den gleichen Bezugszeichen

ίο versehen.

Bei der Erzeugung negativer Ausgangsspannungen ist es oft zweckmäßig, das Transistorstellglied in die Rückleitung zu legen und die elektronische Siebschaltung gemäß den Ausführungsbeispielen nach F i g. 3 und 4 auszubilden. Der Basisstrom Jb 3 fließt dem npn-Transistorstellglied T3 über einen Widerstand R 7 und eine Diode D1 zu. Der Absolutwert des Basisstromes ist durch die Ansteuerung des invers arbeitenden Operationsverstärkers h bestimmt. Die Diode D 1 ist infolge des Innenwiderstandes des Operationsverstärkers /2 erforderlich, damit der Basisstrom bis auf Null reduziert werden kann.

Die Schaltung nach F i g. 4 unterscheidet sich von der nach Fig.3 dadurch, daß sie für eine größere Ausgangsleistung geeignet ist. In der Basisleitung des Transistorstellgliedes T3 ist hier eine weitere Diode D2 erforderlich. Parallel zur Reihenschaltung, bestehend aus den beiden Dioden Di und D 2 sowie der Basis-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes T3 ist der Kollektor-Emitterstrecke eine Transistorstufe T4 parallel geschaltet, die vom Operationsverstärker /2 gesteuert wird. Die Funktion der Schaltungen nach den Fig.3 und 4 ist praktisch gleich der der Schaltungen nach den F i g. 1 und 2.

Zur Erzeugung bipolarer Spannungen mit hohen Anforderungen hinsichtlich ihrer Symmetrie kann diese durch die Verwendung zweier Siebschaltungen entsprechend den Ausführungsbeispielen nach Fig.5 und 6 verbessert werden. In diesen Schaltungen ist beiden

w Spannungszweigen eine eigene Siebschaltung zugeordnet, deren ausgangsseitige Spannungsteiler R 3, R 4, R 3', R 4' jedoch in Reihe geschaltet und an die Summenspannung der beiden Ausgangskreise angeschlossen ist. Die beiden Ausgangsspannungen + Ui und — Ui sind gegen den gemeinsamen Ausgang Φ V gemessen. Im Schaltungsteil für die negative Spannung -Ui sind der Siebkondensator mit Ci' und der Kondensator zur Stabilisierung mit C2' bezeichnet. Der Vorteil dieser Schaltungen ergibt sich vor allem bei alternierender Belastung der oeiden Ausgangskreise. Die beiden Ausführungsbeispiele nach Fig.5 und 6 unterscheiden sich wiederum hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 mit den Transistorstufen T2 und T4 ist für größere Ausgangsleistungen geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Siebschaltung mit einem im Längszweig zwischen einer Spannungsquelle und einem Verbraucher angeordneten Transistorstellglied und einem an der Eingangsspannung liegenden Spannungsteiler mit einem durch einen Kondensator überbrückten Teilwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Siebschaltung für ein Gleichstromversorgungsgerät das in Emitterschaltung arbeitende Transistorstellglied (Ti) in Abhängigkeit von einem Spannungsvergleich der von der Eingangsspannung (U\) abgeleiteten gesiebten Teilspannung und einer der Ausgangsspannung (U2) proportionalen Teilspannung in einem Operationsverstärker (Ii) gesteuert ist und daß die Erzeugung der an getrennten Eingängen des Operationsverstärkers (71) zugeführten Teilspannungen mittels je eines hochohmigen Spannungsteilers (R 1, R 2; R 3, R 4) erfolgt.

2. Elektronische Siebschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes (Ti)durch die Bemessung der Spannungsteiler (R 1, R 2; R 3, R 4) festgelegt ist.

3. Elektronische Siebschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Transistorstellglied (Ti) vom Operationsverstärker (Ii) über eine Transistorstufe (T2) gesteuert ist, deren Kollektor-Emitterstrecke in Reihenschaltung mit einem Widerstand zwischen der Basis des Transistorstellgliedes (Ti) und einer Eingangs- bzw. Ausgangsklemme im Querzweig der Siebschaltung angeordnet ist (F i g. 2,6).

4. Elektronische Siebschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistorstellglied ein npn-Transistor (T3) in die Minus-Leitung der Siebschaltung eingefügt ist und daß die Basis des Transistorstellgliedes (Ti) über eine Diode (D 1) und einen Widerstand (R 2) mit dem positiven Pol und der Ausgang des Operationsverstärkers (11) an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand (R 7) und Diode (D 1) angeschlossen ist (F ig. 3,6).

5. Elektronische Siebschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Siebung einer bipolaren Spannung eine für jeden Spannungszweig selbständige Siebschaltung vorgesehen ist, deren in Reihe geschaltete ausgangsseitige Spannungsteiler (R 3, R 4; R 3', Λ 4') an die Summenspannung führenden Ausgangsklemmen angeschlossen sind (F i g. 5,6).