DE2757637A1 - Regeleinrichtung fuer eine gleichspannungsversorgungseinrichtung - Google Patents

Regeleinrichtung fuer eine gleichspannungsversorgungseinrichtung

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DE2757637A1 DE19772757637 DE2757637A DE2757637A1 DE 2757637 A1 DE2757637 A1 DE 2757637A1 DE 19772757637 DE19772757637 DE 19772757637 DE 2757637 A DE2757637 A DE 2757637A DE 2757637 A1 DE2757637 A1 DE 2757637A1
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

Description

  • Regeleinrichtung für eine Gleichspannungsversorgungsein-
  • richtung Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben.
  • In Fig. 1 ist eine derartige Regeleinrichtung dargestellt, die der Ausgangspunkt für die Erfindung war.
  • In Fig. 2 ist eine Einzelheit hierzu dargestellt und in den Fig. 3 bis 6 sind Spannungsdiagramme zu Fig. 1 angegeben.
  • Der Einrichtung nach Fig. 1 wird an der Klemme 1 die Primärspannung (Gleichspannung)/zugeführt, die durch den Schalter 2, beispielsweise durch einen Halbleiterschalter, in nahezu rechteckförmige Spannungsimpulseu4 zerhackt wird. Durch eine Speicherdrossel 5 und einen Siebkondensator 6 werden die Spannungsimpulse wieder geglättet, so daß der Last 8 eine Gleichspannung zugeführt wird, die von Schwingungsanteilen mit der Schaltfrequenz des Schalters 2 und deren Oberwellen befreit ist. Die Speicherdrossel 5 und der Siebkondensator 6 wirken also als Siebglied, wobei die Freilaufdiode 3 dafür sorgt, daß beim Abschalten des Schalters 2 der Strom weiter durch die Speicherdrossel 5 fließen kann.
  • Wenn des Verhältnis der Einschaltzeiten zu den Ausschaltzeiten bei den Spannungsimpulsen U4 konstant ist, tritt an der Last 8 eine konstante Ausgengsspennung auf, sclange auch die Primärspannung U1 konstant ist. Ändert sich äedoch die Primärspannung U1, so würde sich auch die Ausgangsspannung an der Last 8 ändern, wenn nicht eine Regelschleife vorgesehen ware, die an einem Punkt zwischen dem Siebkondensrtor 6 und der Last 8 beginnt und über einen Differenzverstärker D und einen Pulslängenmodulator F1 zurück zum Schalter 2 führt. Diese Regelschleife soll bei Änderungen der Ausgangsspannung an der Last 8 durch den Pulalängenmodulator M für eine Änderung des Tastverhaltnisses der Spannungsimpulse 4 derart sorgen, daß der an der Last 8 auftretende Gleichspannungswert der Spannungsimpulse U4 trotz Änderungen der Primärspannung Ud konstant bleibt.
  • Der Pulslängenmodulator M kann als Komparator ausgebildet sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Diesem wird an Klemme A die Regelspannung (vom Differenzverstärker D kommend) und an Klemme B eine Sägezahnapannung B nach Fig. 3 oder eine Dreiecksspannung B' nach Fig. 5 zugeführt. Der Komparator nach Fig. 2 vergleicht die Regelspannung A mit der durch einen Generator erzeugten dreieck- oder sägezahnförmigen Spannung B bzw. B' und bestimmt dadurch die Impulsbreite der am Komparatorsusgang C erscheinenden Impulse Uc, die in Fig. 4 (passend zu Fig. 3) bzw. Fig. 6 (passend zu Fig. 5) dargestellt sind. Die Impulsformen der Fig. 4 bzw. 6 treten (verursacht durch den Schalter 2) bei den Spannungsimpulsen U4 wie der auf, so daß beispielsweise bei absinkender Primrspannung U1 ie Einschaltzeiten der Spannungsimpulse U4 * ver gegenüber den Ausschaltzeiten größeitwerden, wodurch sich blei ender ein konstant/Glelchspannungswert an der Last 8 ergib der Abfall der Primärspannung U1 also ausgeglichen wird.
  • *) mit Hilfe der Regelschleife *) trotz verringerter Impulshöhe Bei einem Sender, der mit Amplitudenmodulation arbeitet, kann sich nun die Notwendigkeit ergeben, daß eine Gleichspannung benötigt wira, bei der nicht nur Änderungen der Primärspannung ausgeregelt sind, sondern der eine niederfrequente Wechselspannung (nämlich die Nodulierende, mit welcher die Trägerfrequenz im Sender amplitudenmoduliert werden soll) überlagert ist. Man spricht in diesem Falle davon, daß die Gleichspannung "moduliert" ist.
  • Um die Gleichspannung an der Last 8 in Fig. 1 zu modulieren, könnte man daran denken, den Sollwert nicht konstant zu halten, sondern ihm die Modulierende zu überlagern. Dann wird wunschgemäß auch die Gleichspannung an der Last 8 in der gewünschten Weise moduliert.
  • Leider hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer solchen Verfahrensweise schwerwiegende Nachteile auftreten: Da der Gleichspannung n der Last 8 die Modulierende mit Schwingungsfrequenzen bis zu einigen Kilohertz überlagert sein soll, muß des Siebglied 5, 6 (und ein evtl. zusätzlich in Reihe geschalteter Tiefpaß) diese niederfrequenten Schwingungen hindurchlassen. Hingegen muß das Siebglied 5, 6 die Spannungsanteile mit der Schaltfrequenz des Schalters 2 sowie die bei der Pulslängenmodulation im Pulslängenmodulator M entstehenden Nebenwellen in ausreichendem Maße dämpfen können. Die Schaltfrequenz der Spannungsimpulse U4 müßte daher möglichst weit oberhalb der höchsten Frequenz liegen, die im niederfrequenten Frequenzgemisch der Modulierenden auftritt.
  • Der Schaltfrequenz ist aber eine obere Grenze gesetzt durch die Eigenschaften der elektronischen Bauteile, die heute als Schalter 2 zur Verfügung stehen, und durch die mit der Schaltfrequenz zunehmenden Leistungsverluste im Schalter 2. In der Praxis kommt man daher nur zu Schaltfrequenzen, die etwa das Zehn- bis Fünfzehnfache der höchsten zu übertragenden Modulationsfrequenz betragen. Das hat zur Folge, daß das Siebglied 5, 6 die Schaltfrequenz und die bei der Pulslängenmgodulation im Pulslängenzur Bildung des Istwertes modulator Di entstehenden Nebenwellen/nicEt genügend dämpfen kann. Um die Dämpfung zu verbessern, kann man aber diesem in der Regeischeife 1 Siebglied 5, 6/auch nicht beliebig viele Tiefpaß naschalten, weil das zu einer so großen Phesendrehung des über die Tiefpaß laufenden Signals (Modulierende) führen würde, daß die Regelschleife sich selbst erregt. Die Selbsterregung könnte allenfalls dadurch verhindert werden, daß die Schleifenverstärkung reduziert würde. DPnn aber könnten wiederum unerwünschte Änderungen der Primärspannung U" nicht ausreichend ausgeregelt werden.
  • Zu bedenken ist auch, daß bei einer hohen Schleifenverstärkung, wie sie zur Ausregelung von Änderungen der Primärspannung UA erwünscht ist, *) Schwingungsreste mit der Schaltfrequenz so stark mitverstärkt werden, daß sie den PulslängenmodulFtor Di bereits erheblich stören.
  • Ein denkbarer Ausweg aus diesem Dilemma besteht darin, daß der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 an Klemme 1 bereits eine auf konstanten Wert geregelte Gleichspannung zugeführt wird und daß sußerVea diç.Begelschleife durch Fortlassen der Leitung - und Ges Differenzvertarkers D -für die Istwertspannung/unterbro-chen wird,'Das hat aber den Nachteil, daß schon vor der Klemme 1 ein Regelkreis für die Primärspannung U1 erforderlich ist.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, mit Hilfe eines einzigen Regelkreises zu ermöglichen, daß sowohl Änderungen der Primärspannung U1 ausgeregelt werden als auch die Gleichspannung an der Last 8 moduliert wird.
  • Diese aufgabe wird durch die Merkmale gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben sind.
  • Die Erfindung ermöglicht den Betrieb einer mit einer niederfrequenten Schwingung modulierbaren, seriengeregelten Gleichbei der oben erwähnten geringen Dämpfung durch den Tiefpaß 5, 6 eo daß der Sollwert direkt am Pulsbreitenmodulator (Punkt &) anliegt. - - - - -spannungsversorgungseinrichtung mit pulsdauermoduliertem Schalter direkt an einer unstabilisierten, evtl. mit einer kleinen Wechsel spannung (Brummspannung) überlagerten Gleichspannung, ohne daß sich die Primarspannungsänderungen auf die Ausgangsspannung an der Last übertragen. Außerdem kann durch Sollwertveränderungen, z.B. durch Uberlagerung einer niederfrequenten Wechselspannung auf einen Gleichspannungssollwert die Ausgangsspannung der Gleichspsnnungsversorgungseinrichtung im Bedarfsfall fast über den vollen Bereich der Primärspannung moduliert werden.
  • Der Grundgedenke der Erfindung besteht darin, mit den Kriterien Sollwert und Primärspannung unverzögert die Impulslänge derjenigen Impulse innerhelb jedes einzelnen Impulses erneut zu bestimmen, die den Schalter steuern. Dies geschieht durch Integration der zwischen dem Schalter und dem Siebglied auftretenden Spannungsimpulse (oder einer hierzu proportionalen Impulsgröße) über die Zeit und anschließenden Vergleich der Integratorausgangsgröße (z.B. -ausgangsspannung) mit dem vorgegebenen Sollwert. Dabei beginnt die Integration jeweils zum Zeitpunkt eines Impuls anfangs mit der Integratorausgangsgröße UO (z.B. O Vult) und endet, wenn die Integratorausgangsgröße (oder eine sich stetig mit dieser ändernde Größe) gleich dem Sollwert ist und damit auch der jeweilige Impuls beendet ist.
  • Der Integrator enthält als Energiespeicher einen Integrationskondensstor, dem zur impulaweisen Aufladung eine Stromquelle vorgeschaltet ist, deren Ausgangsstrom I jederzeit dem Momentanwert der Spannungsimpulse proportional ist, welche den Istwert bilden.
  • Weitere bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung, die auch in den Unteransprüchen angegeben sind, werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, zu dem die restlichen Figuren gehören. Es zeigen: Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles, die Fig. 8 bis 11 zugehörige Spannungsverläufe in Abhängigkeit von der Zeit, die Fig.12 bis 14 Spannungsverläufe bei einer Sollwert-'1nderung und die Fig.15 bis 17 Spannungsserläufe bei einer Änderung der Primhrsp annung die Fig.18 und 19 Details zu Fig. 7, die Fig.20 bis 21 Spannungsverläufe zur Erläuterung der Fig. t8 und 19 und Fig. 23 weitere Detsils zu Fig. 7.
  • Die Positionsziffern 1 bis 6 und 8 bezeichnen in Fig. 7 das gleiche wie in Fig. 1. Zwischen den Siebkondensator 6 und die Lsst 8 können weitere Tiefpässe gescheltet sein. Eine Regelschleife enthält einen bistabilen Multivibrator 9 (gesteuert von einem Setzimpulse U10 liefernden Impulsgenerator 11), einen Rücksetzimpulse U12 liefernden Komparator 13, einen eine Integratorausgangaspannung U16 liefernden Integrationskondensator 15 und eine spannungsproportionale Stromquelle 17. Der Istwert wird nicht wie bei Fig. 1 von der Last 8 abgenommen, sondern an einem Punkt 4, der zwischen dem Schalter 2 und dem Siebglied 5, 6 liegt. Wesentlich ist außerdem, daß während jeder Einschaltphase des Schalters 2 die in dieser Zeit ansteigende Integratorausgangsspannung U16 ohne merkliche Verzögerung mit dem Sollwert U14 verglichen wird, so daß Phasendrehungen oder Totzeiten im Regelkreis vermieden werden, welche die Stabilität beeinträchtigen könnten. Zur Entladung des Integrationskondensators 15 jeweils dann, wenn die Integratorausgangsspannung U16 den Sollwert U14 erreicht hat, ist eine Entladeschaltung 18 vorgesehen.
  • Die Anordnung nach Fig. 7 arbeitet im einzelnen folgendermaßen: Der als Halbleiterschalter ausgebildete Schalter 2 wird durch einen bistabilen Multivibrator 9 gesteuert. Zum Einschalten gibt ein Impulsgenerator 11 im Rhythmus der Schaltfrequenz Setzimpulse U4O an den Nultivibrator 9 ab. Den Rücksetzimpuls U"2 erhält der Nultivibrator 9 über die Rücksetzleitung 12 vom Ausgang des Komparators 13. Mit dem Rücksetzen des Multivibrators 9 wird der Schalter 2 ausgeschaltet. Der Rücksetzimpuls wird vom Komparator 13 jeweils dann abgegeben, wenn die Integratorausgangsspannung U16 am Integrationskondensator 15 den Sollwert U-4 erreicht hat.
  • Durch die steuerbare Stromquelle 17, deren Strom I den Spannungsimpulsen U4 jederzeit proportional ist, wird nach dem Durchschalten des Schalters 2 der Integrationskondensator 15 so aufgeladen, daß die am Integrationskondensator liegende Integratorausgangsspannung U16 zu jedem Zeitpunkt der über die Zeit integrierten (unter Umständen veränderlichen) Impulshöhe eines Spannungsimpulses U4 entspricht. Beim Abschalten des Schalters 2 wird die Integration abgebrochen und die Integratorausgangsspannung U16 durch die Entladeschaltung 18 auf einen durch eine Spannungsquelle 19 bestimmten Basiswert Uo zurückgeführt.
  • Während der Integration wird der Spannungsabfall am Schalter 2 sowie die durch dessen Einschalteigenschaften verursachten Abweichungen von einem idealen Schalter (Einschaltverzögerung, Anstiegsgeschwindigkeit der Emitterspannung sowie evtl. Einschwingvorgänge) voll mitberücksichtigt.
  • Die Entladeschaltung 18 kann von den Abschaltimpulsen des Multivibrators 9 oder von den Spannungsimpulsen U4 betätigt werden, wie durch die Brücke 20 bzw. 21 angedeutet. Im Beispiel nach Fig. 18 ist die Entladeschaltung 18 aus einer Reihenschaltung einer Diode Gr5 und eines Strombegrenzungswiderstandes R9 gebildet. Dabei ist die Reihenschaltung mit dem Punkt 4 verbunden, entsprechend der Brücke 21 in Fig. 7. Da namlich im abgeschalteten Zustand des Schalters 2 die Spannung am Punkt 4 etwa 0 V beträgt, wenn man vom Spannungsabfall an der in diesem Moment leitenden Freilaufdiode 3 absieht, kann das Potential am'Punkt 4 benutzt werden, um der Diode Gr5 in der Entladeschaltung 18 in den leitenden Zustand zu verhelfen.
  • In diesem Zustand wird über die Reihenschaltung von Diode Gr5 und Widerstand R9 der Integrationskondensator 15 so lange entladen, bis eine Diode Gr4 in einer Spannungsquelle 19 leitend wird und die IntegrationsspnnnungU16 auf dem gewünschten Basiswert Uo festhält. Eine weitere Entladung unter den Basiswert Uo ist dann über die Entladeschaltung 18 nicht mehr möglich. Bei Beginn eines neuen Impulses, wenn die Spannung U4 wieder auf einen positiven, der Primärspannung Ul nahen Spannungswert springt, wird die Diode Gr5 in der Entladeschaltung 18 und die Diode Gr4 in der Spannungsquelle 19 wieder gesperrt und ein neuer Integrationsvorgang kann beginnen. Auf Einzelheiten der Spannungsquelle 19, die eine nahe O V liegende Spannung Uo liefert, wird weiter unten noch eingegangen.
  • In den Fig. 8 bis 11 sind die Spannungsverläufe entsprechend den Positionsziffern U10, U4, U16 und U12 einender zeitgerecht zugeordnet. Man erkennt, daß beim Auftreten eines Setzimpulses U<O (Fig. 8) ein Spannungsimpuls U4 (Fig. 9) auftritt, während gleichzeitig die Integratorausgangsspannung U16 (Fig. 10) zu steigen beginnt bis der Sollwert U14 erreicht ist. Daraufhin erscheint auf der Rücksetzleitung 12 ein Rücksetzimpuls U12 (Fig. 11) der über den Multivibrator 9 das Abschalten des Schalters 2 verursacht, wodurch der Spannungsimpuls U4 (Fig. 9) beendet und die Integratorausgangsspannung U16 (Fig. 10) auf etwa 0 Volt zurückgeführt wird.
  • (z.B. Modulation) Was bei einer Xnderung/des Sollwertes U14 geschieht, läßt sich aus den Fig. 12 bis 14 ablesen. In den einander zeitlich zugeordneten Figuren ist davon ausgegangen worden, daß der Sollwert U14 zunächst den Wert a und später den doppelten Wert b hat. Fig. 12 zeigt diesen zeitlichen Verlauf. Die Primärspannung Ud sei dabei konstant. Da in diesem Fell die Integratorausgangsspannung U<6 am Integrationskondensator 15 mit der Einschaltzeit eines jeden der Spannungsimpulse U4 proportional ansteigt, wird für die Aufladung des Integrationskondensators 15 bei Vorliegen des Sollwertes U14= b eine doppelt so lange Zeit benötigt wie beim Vorliegen des Sollwertes U14 = a.
  • In Fig. 13 ist der Kurvenverlauf für die Integratorausgangsspannung U16 dargestellt. Jeweils lit dem Durchschalten des Schalters 2 steigt die Integratorausgengsspannung U16 an. Zugleich hat auch jeweils einer der Spannungsimpulse U4 begonnen, der jeweils dann endet (wie Fig. 14 zeigt), wenn der Kurvenzug U16 in Fig. 13 den Kurvenzug U14 erreicht hat. Bei erhöhtem Sollwert nimmt also die Impulslänge der Spannungsimpulse U4 proportional zum Sollwert U14 zu und damit wunschgemäß auch der Gleichspannungswert an der Last 8.
  • In den Fig. 15 bis 17 ist schließlich gezeigt, was bei einer Änderung der Primärspannung Un geschieht, wie sie in Fig. 15 als stufenweises Ansteigen vom Wert c auf den doppelten Wert d gezeigt ist. Der Sollwert W4 soll dabei konstant bleiben. Die Stromquelle 17 liefert einen Strom I, welcher jederzeit dem Momentanwert der Spannungsimpulse U4 proportional ist. Der Strom I verdoppelt sich also ebenfalls, wenn die Primärspannung Ud vom Wert c auf den Wert d verdoppelt wird. Dadurch wird der Integrationskondensator "5 (Integratorausgangsspannung U"6 in Fig. 16) in der halben Zeit bis auf den Sollwert U14 aufgeladen, wenn die Primrapannung vom Wert c auf den Wert d übergeht. Das hat gemäß Fig. 17, wo die zugehörigen Spannungsimpulse U4 gezeigt sind, zur Folge, daß bei der erhöhten Primärspannung d der Spannungsimpuls 4d zwar die doppelte Höhe 2e aber nur die halbe Länge f/2 hat wie der Spannungsimpuls 4c der Höhe e und Länge f, der beim Primärspannungswert c auftritt. Dadurch wird die Ausgangsspannung an der Last 8 (Fig. 7) konstant gehalten; denn das Spannungsintegral des Kurvenzuges nach Fig. 17, jeweils bezogen auf die Impulsperiodendauer T, und damit der sogenannte Gleichspannungswert, bleibt konstant.
  • Anhand der Fig. 18 und 19 wird im folgenden näher auf die Spannungsquelle 19 von Fig. 7 eingegangen. Diese Spennuqquelle ermöglicht es, den Basiswert Uo, auf den der Integrationskondensator 15 periodisch entladen wird, zu verändern.
  • Dies ist aus folgenden Gründen sinnvoll: Das Zeitintegral der Spannungsimpulse U4 stimmt nur bis zum Zeitpunkt der Sollwert 14 überein.
  • des Ausschaltbefehles für den Schalter 2 mit dem / Da.Ader geringe nämlich Schalter 2 eine physikalisch bedingte/Abschaltverzögerung besitzt,)tritt eine entsprechende Verlängerung der Spannungsimpulse U4 als Fehler in der Ausgangaspannung der Gleichspannungsversorgungseinrichtung auf. Wird beispielsweise, wie im Zusammenhang mit den Fig. 15 bis 17 beschrieben, bei konstantem Sollwert U14 die Primärspannung W vom Wert c suf den Wert d verdoppelt, so bleibt der Integrationswert eines jeden Impulses, wie beschrieben, bis zum Zeitpunkt des Absethaltbefehles für den gesamte Schalter 2 zwar unverändert, aber der / Integrationswert ntspricht nicht mehr genau dem durch den Sollwert vorgegebenen Wert, weil bei dem Integral des Spannungsimpulses U4 bei Berücksichtigung der Abschaltverzögerung ein zusätzlicher Integrationswert über den Zeitraum der Abschaltverzögerung hinzu kommt und dieser zusätzliche Integrationswert abhängig von der Impulshöhe ist. Dieser zusätzliche Integrationswert wird beim Spannungsimpuls 4d in Fig. 17 doppelt so hoch wie bei dem Spannungsimpuls 4c, denn die Impulshöhe ist bei 4d doppelt so groß wie bei 4c und die Abschaltverzögerung des Schalters 2 bleibt bei gleichbleibendem Strom durch die Last 8 im wesentlichen unverändert. Durch die fehlerhaft vergrößerte Fläche des SpPnnungs-*) die in erster Näherung bei gleich bleibendem Strom durch die Last 8 als konstant angesehen werden kann, impulses 4d gegenüber 4c würde sich die Ausgangsspannung der Gleichspannungsversorgungseinrichtung um einen geringen Betrag in gleicher Richtung wie die Primärspannung Ud bewegen. Das soll durch die steuerbare Spnnnungsquelle 19 vermieden werden.
  • Die Steuebarkeit der Spannungsquelle 19, die mit Uo den Basiswert von U16 bestimmt, ermöglicht die Kompensation des beschriebenen Fehlers. Dazu wird ein geringer Anteil der Primärspannung U1 über einen Spannungsteiler R3, R4 mit großem Teilerverhältnis auf die Spannungsquelle. üb ertragen. Die in der Wirunswise damit erzielbare Veränderung des Basiswertes Uokomm einer invertierten Sollwertänderung gleich.
  • Fig. 18 zeigt ein Beispiel für eine entsprechende Kompensationsschaltung. Wird als Entladeschaltung 18 beispielsweise ein durch die Impulsspannung U4 gesteuertes Dioden-Widerstandsglied verwendet, dessen in den Impulspausen leitende Diode Gr5 den Integrationskondensator 15 entlädt, so kann sich über die am Ende der Entladung leitend werdende Diode Gr4 der durch die Spannung Uo Uo'der Spannungsquelle 19 bestimmte Basiswert/von U16 auf den Kondensator 15 übertragen. Es wird ein weiteres Entladen über das Dioden-Widerstandsglied unter den Basiswert verhindert.
  • Voraussetzung ist, daß der Basiswert positiv (bei Verwendung der in Fig. 7 und 8 gezeigten Polarität) gegenüber dem Massepotential der Schaltungsanordnung ist. Der Strom I der Stromquelle 17 bleibt in weiten Grenzen vom Potential der Integratorausgangsspannung U16 unbeeinflußt.
  • Ein Ausführungsbeispiel für die Spannungsquelle 19 stellt Fig.
  • 19 dar. Hier ist am Emitter eines Transistors Ts3 die variierbare Spannung Uo abgreifbar, Der Spannungswert wird beeinflußt durch den Basisspannungsteiler R6, R7 und die konstante Hilfsspannung U3. Außerdem gelangt an die Basis dieses Transistors die durch einen Spannungsteiler stark abgeschwächte *) (das ist die Minimumlinie des sägezahnähnlichen Verlaufes von U16. wie in Fiz. 10* 13. 16 gezeigt) +) von welcher sich der gewünschte Basiswert Uo nur durch den Sannunsabfall an der in den Impulspausen leitenden Diode Gr4 uñterscheidet.
  • Xnderung der Primärspannung U1, die sich auf den Basiswert Uo und über Gr4 auf U16 überträgt.
  • Mit Hilfe dieser Kompensationsschaltung kann durch Erhöhen des Basiswertes Uo von der Impulsbreite der Spannungsiipulse U4 ein konstanter Betrag, welcher der mittleren Abschaltverzägerung des Halbleiterschalters 2 entspricht, abgesogen werden.
  • Anhand der Fig. 20 bis Fig. 22 wird erklärt, wie bei einer Verdopplung der Prilärspannung U1 vom Wert c auf den Wert d (Fig. 20) trotz einer konstanten Verzögerungszeit des Schalters 2 die gesamte Impulsbreite der Spannungsimpulse U4 zur konstant haltung der luagangsapannung der Gleichstromversorgungseinrichtung genau halbiert wird: Fig. 21 zeigt den Verlauf der Integratorausgangsspannung U16 in einem Beispiel, bei dem bei einer kleineren Primärspannung Ul = c (Fig. 20) der Spannungsimpuls U4 (Fig. 22) eine Gesamtlänge von 10 Zeiteinheiten haben soll. Der Anschaulichkeit halber wird die Ausschaltverzögerung des Schalters 2 mit der Zeiteinheit "eine" größer als in Wirklichkeit angenommen.
  • (Fig. 21) Der Sollwert U14/ist bezogen auf das Potential Uo mit 10 Spannungseinheiten angenommen. Eine Spannungseinheit über Uo liegt während derjenigen Zeit, in welcher U1 = c ist, der zugehörige Basiswert Uo1+), d.h., der Integrationskondensator 15 wird von diesem Basiswerttjol ausgehend aufgeladen, sowie der Schalter 2 durchschaltet. Schon 9 Zeiteinheiten nach dem Durchschalten erreicht die Integratorausgangsspannung U16 den Sollwert U14. Dadurch erhält der Schalter 2 den Äusschaltbefeh2; der in Fig. 22 zeitgerecht zugeordnete Spznnungsimpulß 4c wird aber infolge der Abschaltversögerung Vz erst eine Zeiteinheit später beendet, vei.t also eine Lange f von 10 Zeiteinheiten auf bei einer Höhe e.
  • *) um einen Betrag, welcher der Primärspannung U1 proportional ist, +) = Uo+k.U1=Uo+k.c (wobei k eine Konstante <<1 ist) Nach Erhöhung der Primärspannung U1 auf den verdoppelten Wert d bei gleichem Sollwert U14 stellt sich am Ausgang der Spannungsquelle 19 in den Impuls pausen der Basiswert Uo2 ein, der zwei Spannungsk.c ist.
  • einheiten über Uo liegt, weil k.d doppelt so groß wie Das hat zur Folge, daß der im rechten Teil der Fig.21 dargestellte, sägezahnförmige Impuls U<6, welcher dem Wert Ul = d in Fig. 20 weich zeitgerecht zugeordnet ist, von einem BasiswertUo2/ 2 Spannungsuber Uo einheiten/nusgehend beginnt. Dabei steigt er durch den verdoppelten Strom I der Stromquelle 17 (infolge der Proportionalität des Stromes zu U4 und U1) um doppelt so viele Spannungseinheiten pro Zeiteinheit an wie bei der kleineren Primärspannung U1 = c. Schon nach 4 Zeiteinheiten hat die sägez£hnförmige Spannung U16 den Sollwert U14 erreicht. Dadurch wird der Schalter 2 abgeschaltet, der Spannungsimpuls 4d in Fig. 22 dauert aber noch um die Abschaltverzögerungszeit Vz fort, so daß der Spannungsimpuls 4d schließlich eine Gesamtlänge von f/2 bei einer Höhe von 2e erreicht und damit exakt die gleiche Fläche einnimmt wie der Spannungsimpuls 4c. Damit ist wunschgemäß erreicht, daß das Spannungsintegral pro Periodendauer (Gleichspannungswert) an der Last 8 (Fig. 7) trotz der in Fig. 20 gezeigten Änderung der Primärspannung W und trotz der Abschaltverzögerung des Schalters 2 konstant bleibt.
  • Der Vollständigkeit halber wird anhand der Fig. 23 noch auf ein Ausführungsbeispiel für die Stromquelle 17 eingegangen. Das Herzstück der dargestellten spannungsproportionalen Stromquelle ist ein Transistor Ts1. Die an dessen Emitterwiderstand Re abfallende Emitterspannung Ue bestimmt (abzüglich des zu vernachlässigenden, kleinen Basisstromes des Transistors) den Ausgangsstrom I der Stromquelle 19. Die Emitterspannung wird durch den Spannungsteiler R1, R2 bestimmt. Der demgegenüber hochohmige Widerstand Rb liefert nur einen geringen Strom als Basisstrom für den Transistor und zum Vorspannen der Diode Gr1. Diese Diodenspannung sorgt für die Kompensation des Spannungsabfalls an der Basis-Emitter-Diode des Transistors. Dadurch entspricht die Emitterspannung Ue der Spannung U2 am Spannungsteiler.
  • Bei einer Änderung der Spannung U4 ändert sich damit die Emitterspannung Ue und damit auch der Ausgangsstrom I proportional der Spannung U4.
  • Die Diode Gr2 am Ausgang p der Stromquelle dient der Sperrung des Ausgangs p während der Impulspausen, in denen die Spannung U4 negativer ist als der Basiswert Uo.

Claims (11)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e egeleinrichtung für eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung, der eine Brimärspennung zugeführt ist und die als Stellglied in ihrem Regelkreis einen Schalter enthält, dem ein Siebglied zum Wegfiltern der Schaltfrequenz nachgeschaltet ist und der mit veränderlicher Impulslänge von einem Steuerglied steuerbar ist, dem zur Beeinflussung ein Komparator mit Sollwerteingang vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Gleichspannung mit überlagerter, niederfrequenter WechselslPzannung (d.h. einer sogenannten modulierten Gleichspannung eine dieser Welchselspannung Proportionale Größe in geeigneter Polaritat /einer der Eingengsgrößen des Komparators (13)/überlegerbar ist, daß als Istwert für den Regelkreis die Spannungsimpulse (U4) dienen, welche an einem Punkt (4) auftreten, der zwischen dem Schalter (2) und dem Siebglied (5, 6) liegt, daß eine den Spanungsimpulsen (U4) proportionale Impulsgröße (Strom I) einem Integrator (Integrationskondenstor 15) zugeführt ist, der sie in jeder Impulsperiode (T) aufs Neue über die Zeit integriert, und daß eine mit der Integratorausgangsgröße (U16) stetig veränderliche Größe dem nicht mit dem Sollwert (U14) be?ufschlagten Eingang des Komperstors (13) zugeführt ist.
  2. 2) Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Energiespeicher (Integrationskondensator 05) zur sich wiederholenden Aufladung durch jeden Impuls der Impulsgröße (I) und eine Entladeschaltung (18) zur Entladung des Energiespeichers jeweils zwischen zwei Impulsen enthält.
  3. 3) Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlad schaltung (18) während der Impulspausen durch eine Steuergro e /leitend steuerbar ist.
  4. 4) Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Integrationskondensator (15) ist und die zu seiner Aufladung dienende Impulsgröße als Strom (I) einer spannungsproportionalen Stromquelle (17) entnommen ist, die einen dem Istwert jederzeit proportionalen Strom (I) liefert.
  5. 5) Regeleinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße, z.B. Steuerspannung, für die Entladeschaltung (18) von den Spannungsimpulsen (U4) abgeleitet ist, welche den Istwert bilden.
  6. 6) Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung (18) eine Diode (Gr5) enthält, die so angeschlossen und gepolt ist, daß sie bei der Aufladung des Energiespeichers (Integrationskondensator 15) gesperrt und jeweils zwischen zwei Spannungsimpulsen (U4) leitend ist.
  7. 7) Regeleinrichtung nach Anspruch 5 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integratorausgang durch die Entladeschaltung (18) mit einem Schaltungspunkt verbunden ist, der in den Impulspausen durch den Schalter (2) von der ungeregelten Primärspannung (U1) abgetrennt ist.
  8. 8) Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Komparator (13) und den Schalter (2) ein bistabiler Multivibrator (9) geschaltet ist, dessen Setzeingang von einem Impulsgenerator (11) Setzimpulse (U10) zur Durchschaltung des Schalters (2) und dessen Rücksetzeingang vom Komparator (13) Rücksetzimpulse (U12) zur Sperrung des Schalters (2) erhält.
  9. 9) Regeleinrichtung nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße, z.B. Steuerspannung, für die Entladeschaltung (18) von dem Ausgang des E.ultivibrators (9) abgeleitet ist.
  10. 10) Regeleinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integratorausgang durch die Entladeschaltung (18) mit einer Spannungsquelle (19) verbunden ist, die eine Spannung (Uo) liefert.
  11. 11) Regeleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (19) eine Spannung (Uo) liefert, welche einen geringen Anteil aufweist, der der Primärspannung (U1) proportional ist.
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