DE2608091C3

DE2608091C3 - Elektronische Siebschaltung mit einem Transistorstellglied

Info

Publication number: DE2608091C3
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: 1983-06-09
Also published as: DE2608091A1; DE2608091B2

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 Eingangsspan- &o nung 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 dip Verluste gering zu halten.

Bei einer elektronischen Siebschaltung der eingangs genannten Art wird die der Erfindung Tugrunde 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 Teiispannung in einem Operationsverstärker gesteuert ist und daß die Erzeugung der an getrennten Eingängen des Operationsverstärkers i.ugeführten 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 eingapgsseitigen Spannungsteilers einen Siebkondensator am Teilwiderstand des Spannungsteilers mit kleinem Kapazitätswert und geringer Nennspannungzuläßt

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 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 V zugeführte, durch ein LC-Sieb vorgeglättete Spannung U\ mittels eines hochohmigen Spannungsteilers RX, R2 aufgeteilt, die Teilspannung am Widerstand R 2 nochmals durch Parallelschaltung eines Kondensators CX gesiebt und an den Negativeingang eines Operationsverstärkers /1 geführt. Dem Positiveingang von /1 wird über einen zweiter, ausgangsseitigen Spannungsteiler R 3, R 4 eine der Ausgangsspannung U 2 (Istwert) proportionale- Teilspannung zugeführt. Ein zwischen dem Eingang der Siebschaltung und einem Verbraucherwiderstand eingeschaltetes Transistorstellglied

T\ wird vom Operationsverstärker /1 gesteuert. Durch die Bemessung der beiden Spannungsteiler R1 und R2 sowie R 3 und R 4 kann der mittlere Spannungsabfali an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes Tl 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 ÄC-GIiedes AI₁Cl sehr gut geglättet ist und keine Resonanzstelle aufweist, ist über die Regelung sichergestellt, daß auch bei pulsierender Belastung entsprechend der Verstärkung des Regelkreises und der Güte der Siebung R1, Cl, nur eine sehr kleine Welligkeit in der Ausgangsspannung der Siebschaltung entstehen kann. Langzeitänderungen der Eingangsspannung Ux gelangen dagegen zeitverzögert an den Ausgang. Der mittlere Spannungsabfall an der KoIIektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes Tl ändert sich hierbei proportional mit der Eingangsspannung. Der statische Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes Ti 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 A3, R4 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 7*1 eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Zenerdiode Zl und einem Widerstand R 6 vorgesehen. Bei einem Kurzschluß der Ausgangsspannung U₂ steigt der Ausgangsstrom J_A auf den durch eine vorgeschaltete Stromversorgung gegebenen Grenzwert an, während der Spannungsabfall an der Kollekter-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes im wesentlichen durch die Zenerspannung der Zenerdiode Zl und den vom Basisstrom verursachten Spannungsabfall am Widerstand Rd bestimmt wird. Die Reihenschaltung von Zenerdiode und Widerstand ist im Normalbetrieb stromlos.

Eine elektronische Siebschaltung, die für größere Ausgangsleistungen geeignet ist, ist in Fig.2 dargestellt Der Basisstrom Jb ι des Transistorstellgliedes Tl wird hier über eine Transistorstufe T2 geführt, die lediglich zur Lejsumgsverstärkung dient und daher auch in der Lage ist, den bei Kurzschluß auftretenden größeren Easisstrom Jg \ abzuleiten, ohne daß der Spannungsabfall am Transistorstellglied 7Ί auf unzulässig hohe Werte ansteigen kann. Die Oberlastschutzschaltung mit der Zenerdiode Z1 und dem Widerstand R 6 kann hier daher entfallen. Alle übrigen Schaltungsteile sind gegenüber der Schaltung nach F i g. 1 unverändert und mit den gleichen Bezugszeichen

ίο versehen.

Bei der Erzeugung negativer Ausgangsspannungen ist es oft zweckmäßig, das Transistorstellglied in die Rückieitung zu legen und die elektronische Siebschaltung gemäß den Ausführungsbeispielen nach F i g. 3 und 4 auszubilden. Der Basisstrom /_fl3 fließt dem npn-Transistorstellglied T3 über einen Widerstand R 7 und eine Diode Dl zu. Der Absolutwert des Basisstromes ist durch die Ansteuerung des invers arbeitenden Operationsverstärkers h bestimmt- Die Diode D1 ist infolge des Innenwiderstandes des Operationsverstärkers /2 erforderlich, damit der Basisstrom bis öjf 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 7~3 ist hier eine weitere Diode D 2 erforderlich. Parallel zur Reihenschaltung, bestehend aus den beiden Dioden Dl und D 2 sowie der Basis-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes 7*3 ist der Kollektor-Emitterstrecke eine Transislorstufe 7*4 parallel geschaltet, die vom Operationsverstärker /2 gesteuert wird. Die Funktion der Schaltungen nach den F i g. 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 Spannungszweigen eine eigene Siebschaltung zugeordnet, deren ausgangsseitige Spannungsteiler /?3, R 4, R 3', R 4' jedoch in Reihe geschaltet und an die Summenspannung der beiden Ausgangskreisc angeschlossen ist Die beiden Ausgangsspannungen -I- Ui und — U₂ sind gegen den gemeinsamen Ausgang Φ V gemessen. Im Schaltungsteil für die negative Spannung -Ui sind der Siebkondensator mit Cl' und der Kondensator zur Stabilisierung mit C2' bezeichnet. Der Vorteil dieser Schaltungen ergibt sich vor allem bei alternierender Belastung der beiden Ausgangskreisc Die beiden Ausführungsbeispiele nach Fig.5 und 6 unterscheiden sich wiederum hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit Das Ausführungsbeispiel nach Fig.6 mi; den fransistorstufen 7*2 und 7*4 ist für größere Ausgangsleistungen geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U 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 (TX) in Abhängigkeit von einem Spannungsvergleich der von der Eingangsspannung (Ui) abgeleiteten gesiebten Teilspannung und einer der Ausgangsspannung (Lh) proportionalen Teilspannung in i> einem Operationsverstärker (IX) gesteuert ist und daß die Erzeugung der an getrennten Eingängen des Operationsverstärkers (IX) zugeführten Teilspannungen mittels je eines hochohmigen Spannungsteilers (R X, R 2; R3, A4) erfolgt M
2. Elektronische Siebschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall an der Kollelctor-Emitterstrecke des Transistorstellgliedes (TX) durch die Bemessung der Spannungsteiler (RX, R 2; A3, A4) festgelegt ist
3. Elektronische Siebschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Transistorstellglied (TX) vom Operationsverstärker (IX) über eine Transistorstufe (T2) gesteuert ist deren Kollektor-Emitterstrecke in Reihenschaltung mit einem Widerstand zwischen der Basis des Transistorstellgliedes (TX) und einer Eingangs- bzw. AusgangskJemme im 'Querzv* .ng der Siebschaltung angeordnet ist (F i g. 2,6^
4. Elektronische Siebschalu- \g 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 (T3) über eine Diode (DX) und einen Widerstand (R 2) mit « dem positiven Pol und der Ausgang des Operationsverstärkers (fX) an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand (R 7) und Diode (D X) angeschlossen tA (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 (R3, A4; R3', RA') an die so Summenspannung führenden Ausgangsklemmen angeschlossen sind (F i g. 5,6).