DE2738897C2 - Spannungsregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE-PS 16 13 993 (US-PS 35 71 657) ist bereits ein Spannungsregler bekannt, der eingangsseitig eine flC-Siebschaltung zur Glättung der Spannung aufweist. Bei einem Stromnetz, das durch einen Generator, insbesondere einen Drehstromgenerator, gespeist wird, treten neben einer Drehstromwelligkeit noch Kommutierungsspitzen der Dioden und andere Störspannungen auf. Solche Störspannungen können z. B. auch durch das Schalten des Reglers selbst erzeugt werden. Diese Störspannungen werden gemäß dem angegebenen Stand der Technik durch das aus dem Teilerinnenwiderstand und dem Kondensator gebildete /?C-Glied geglättet. Sollen die Störspannungsspitzen den Regler nicht beeinflussen, so müssen sie auf Amplituden gedämpft werden, die noch erheblich unter dem Hysteresehub von z. B. 100 mV bis 300 mV liegen. Um die Regelfrequenz zu erhöhen und so das dynamische Verhalten zu verbessern, werden Kommutierungsspitzen noch durchgelassen, d. h„ es wird unzureichend gesiebt. Dies erfordert aber einen Kompromiß zwischen

ist mit der Basis eines npn-Transistors 56 verbunden, dessen Kollektor an die Klemme 12 und dessen Emitter an die Klemme 19 angeschlossen ist Die Klemme 19 ist weiterhin über einen aus zwei Widerständen 57, 58 bestehenden Spannungsteiler an Masse angeschlossen. Der Abgriff des Spannungsteilers 57, 58 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 59 ebenfalls mit Masse verbunden. Die Basis des Transistors 59 ist sowohl mit dem Kollektor des gleichen Transistors wie auch mit der Basis des Transistors 54 verbunden. Zwischen die Basis des Transistors 56 und Masse ist eine Stromquelle 60 geschaltet.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig.3 dargestellten Anordnung sei zunächst davon ausgegangen, daß die Basis des Transistors 50 innerhalb des Fensterbereichs des Fenster-Diskriminators 17 liegt. Die aus den Transistoren 50,55,56, dem Widerstand 57 und dem Stromspiegel 54, 59 bestehende Schleife sei stromlos. Das Potential an dem Kondensator 13 steige nun an. Dies ist so lange möglich, bis das durch den Spannungsteiler 51, 52 und die Schwellspannungen des Transistors 50 und der Diode 53 gegebene obere Schwellpotential des Diskriminators erreicht ist. Von da ab beginnt ein Strom durch den Stromspiegel 55,50, die Diode 53 und den Widerstand 52 nach Masse hin zu fließen. Damit beginnt aber auch ein Strom im zweiten Kollektor des Transistors 55 zu fließen, durch den wiederum ein Strom im als Emitterfolger geschalteten Transistor 56 zu fließen beginnt. Ab einem bestimmten Stromwert ist das Potential am Abgriff des Spannungstellers 57, 58 so groß geworden, daß der als Diode geschaltete Transistor 59 stromleitend wird. Durch die Stromspiegelanordnung 54,59 wird auch der Transistor 54 stromleitend und leitet den Emitterstrom des Transistors 50 nach Masse hin ab. Der Strom springt auf einen durch den Widerstand 57 vorgegebenen Wert. Unabhängig vom Spannungsteiler 51, 52 wird dadurch bei Verkleinerung des Basisstroms des Transistors 50 innerhalb des Fensterbereichs ein ausreichender Strom durch den Transistor 50 aufrecht erhalten. Da die Basis des Transistors 50 zwischen die beiden Kollektoren der Transistoren 55, 54 eingebettet ist, läßt sich ihr Potential, das identisch mit dem Potential des Kondensators 13 ist, praktisch ohne Änderung des sehr kleinen Basisstroms im Fensterbereich hin- und herschieben. Erst wenn die minimale Basis-Emitter-Spannung des Transistors 50 unterschritten wird, sperrt dieser Transistor. Die untere Schwelle de? Diskriminators 17 ist erreicht und die gesamte Schleife wird sprungartig wieder stromlos. Die Stromquelle 60 dient der Ableitung von Restströmen von der Basis des Transistors 56, wodurch ein exaktes Schaltverhalten erreichbar ist. In einer einfacheren Ausführung kann diese Stromquelle 60 auch entfallen.

Die in F i g. 4 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt als Beispiel eine Störgrößenaufschaltung an einem Eingang des Differenzverstärkers 10. Der Eingang des Differenzverstärkers ist gemäß F i g. 2 durch die Bauteile 30 bis 33 dargestellt Die Bauteile 56 und 57 entsprechen den gleichermaßen bezeichneten Bauteilen in F i g. 3 und stellen einen Teil der bistabilen Schaltstufe bzw. deren Ausgang dar. Dieser mit der Klemme 19 verbundene Ausgang der bistabilen Schaltstufe 18 ist über einen Widerstand 61 mit d?.r Basis eines npn-Transistors 62 verbunden, dessen Kollektor an die Basis des Transistors 32 und dessen Emitter über einen Widerstand 63 an Masse angeschlossen ist Die Basis des Transistors 62 ist mit der Basis und mit dem Kollektor eines npn-Transistors 64 verbunden, dessen Emitter an Masse angeschlossen ist.

Eine negative und eine positive Hysterese — entsprechend Gegen- bzw. Mitkopplung — lassen sich durch diese Störgrößenaufschaltung einstellen. In F i g. 7 ist der Fall der Gegenkopplung dargestellt. Steigt die Spannung an der Klemme 19 gemäß der vorherigen Ausführungen sprunghaft an. so wird die StromspiegeJ-anordnung 62, 64 stromleitend und senkt das Basispotential des Transistors 32 ab. Dies wiederum führt zu einer beschleunigten Absenkung des Potentials an der Kapazität 13. Die Frequenz des Systems wird dadurch angehoben. Bei eventuell auftretenden Instabilitäten kann entsprechend durch eine Mitkopplung die Frequenz abgesenkt werden. Die Beaufschlagung des Systems z. B. mit einer negativen Hysterese wäre bei der Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik nicht praktikabel, da dort ein Übergang vom Zweipunktregler zum stetigen Regler bewirkt und dadurch die Statik erheblich verschlechtert wird. Diese einfache Möglichkeit zur Erhöhung der Frequenz ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die Gegen- bzw. Mitkopplung kann natürlich auch anders ausgeführt werden. Sie kann einmal zusätzlich oder alternativ am zweiten Eingang des Differenzverstärkers angreifen und auch zu anderen Stellen des Systems führen. Auch können anstelle der in den F i g. 2 und 3 angegebenen Schaltungsbeispiele für Differenzverstärker 10, Integrator 13, 15, 16, Diskriminator 17 und bistabiler Schaltstufe 18 andere Ausführungsformen treten. Ebenso können Lade- und Entladestromquelle vertauscht werden, sofern die Phasenbeziehung der gesamten Regelschleife unter Einbeziehung der Maschinenerregung in Ordnung gehalten wird.

Anstelle des Integrationsglieds 21 können zur Vermeidung eines Spannungseinbruchs durch die in der Freilaufdiode 24 gespeicherten Ladungsträger auch andere Schaltungsmaßnahmen getroffen werden. Um trotz des Spannungseinbruchs den Basisstrom des Endstufentransistors 22 nicht zu unterbrechen, kann eine Vorstufenanordnung vorgesehen werden, die durch geeignete Dimensionierung und Beschallung der Widerstände dies verhindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Spannungsregler zur Regelung einer schwankenden Gleichspannung eines Generators, insbesondere der gleichgerichteten Spannung eines Drehstromgenerators, mit einem Differenzverstärker zum Vergleichen der Generatorspannung mit einer Referenzspannung, mit einem Glättungskondensator zum Glätten der Gleichspannung, mit einer Schwellwertstufe und mit einem in Reihe zu wenigstens einer der Generatorwicklungen geschalteten steuerbaren Halbleiterschalter, der bei Oberschreiten eines festlegbaren Schwellwertes durch die Generatorspannung öffnet, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ausgänge de? Differenzver stärkers (10) an eine Lade- b^w. eine Entladestromquelle (16 bzw. 15) für den Glättungskondensator (13) angeschlossen sind und daß der Kondensator (13) an den Eingang der Schwellwertstufe (17) angeschlossen ist.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade- und Entladevorgang des Kondensators (13) durch die Kollektorströme zweier weiterer Transistoren (36, 39) steuerbar ist, die je einem Transistor (32, 38) der beiden symmetrischen Verstärkerzweige des als symmetrischer Gleichspannungsverstärker mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen ausgebildeten Differenzverstärkers (10) in je einer Stromspiegelschaltung (current mirror) zugeordnet sind.

3. Spannungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Transistoren (36, 39) zwei Kollektoren aufweisen, die zur Stromteilung dienen.

4. Spannungsregler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennnzeichnet, daß der den Ladestrom steuernde Kollektorstrom dem Kondensator (13) direkt als Ladestrom zugeführt ist und daß für den den Entladestrom steuernden Kollektorstrom eine weitere, aus je einem Transistor (42,43) bestehende Stromspiegel-Anordnung vorgesehen ist, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (42) zwischen den Kondensator (13) und Masse geschaltet ist.

5. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (13) zwischen Kollektor und Basis des Transistors (42) geschaltet ist.

6. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertstufe (17) als Diskriminator mit einer oberen und einer unteren Schwelle ausgebildet ist und daß bei Über- bzw. Unterschreiten der Schwellen über eine bistabile Schaltstufe (18) der steuerbare Halbleiterschalter (22) betätigbar ist.

7. Spannungsregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da3 der Diskriminator (17) einen Eingangstransistor (50) aufweist, daß die untere Schwelle im wesentlichen durch die Durchlaßspannung der Basis-Emitter-Diode des Eingangstransistors (50) und daß die obere Schwelle durch das Abgriffpotential eines Spannungsteilers (51, 52) sowie die Schwellpotentiale der zwischen dem Abgriff und dem Diskriminatoreingang liegenden Halbleiterelemente (50,53) gegeben ist.

8. Spannungsregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangstransistor (50) des Diskriminators mit einem weiteren Transistor (55)

einen Stromspiegel bildet, und daß wenigstens ein Teil des Kollektorstroms dieses weiteren Transistors (55) zur Steuerung der bistabilen Schaltstufe (18) dient

9. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schaltstufe (18) aus dem Diskriminator (50 bis 55) sowie aus einem über einen Emitterfolger (56) gesteuerten Spannungsteiler (57,58) besteht, dessen Abgriff über eine Diode (59) an Masse angeschlossen ist, wobei die Halbleiterelemente (56, 57, 54,50,55) eine geschlossene Schleife bilden.

10. Spannungsregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (59) als Transistor in Diodenschaltung ausgebildet ist, daß dieser Transistor (59) mit einem weiteren Transistor (54) als Stromspiegel geschaltet ist und daß durch die Kollektor-Emitter-Strecke dieses weiteren Transistors (54) der Emitter des Diskriminator-Eingangstransistors (50) mit Masse verbindbar ist.

11. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung von Restströmen die Basis des als Emitterfolger geschalteten Transistors (56) über eine Stromquelle (60) mit Masse verbunden is,t.

12. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer Hysterese wenigstens ein Eingang des Differenzverstärkers (10) mit einer Störgröße beaufschlagt wird.

13. Spannungsregler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgröße aus dem Ausgangssignal der bistabilen Schaltstufe (18) abgeleitet ist.

14. Spannungsregler nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß die Störgröße aus dem Steuersignal für den steuerbaren Halbleiterschalter (22) abgeleitet ist.

15. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuereingang des steuerbaren Halbleiterschalters (22) ein !ntegrationsglied (31) vorgeschaltet ist.