DE2834410C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-Patentschrift 29 84 779 ist ein solcher Spannungsregler bekannt, mit dem aus einer ungeregelten Eingangsspannung eine gere­ gelte Ausgangsspannung erhalten wird. Dieser Spannungsregler enthält einen Regeltransistor sowie eine den Regeltransistor in Abhängigkeit von der Differenz Sollwert-Istwert der Ausgangsspannung steuernden Schaltungsanordnung. Gesteuert wird der Regeltransistor durch einen weiteren Transistor in dessen Basis-Emitter-Stromkreis eine Gleich­ spannungsquelle geschaltet ist.

Aus dem Buch ELECTRONIC CIRCUITS MANUAL, John Markus, McCraw-Hill Book Company, 1971, Seite 668, ist ein Spannungsregler bekannt, bei dem jedoch durch die Verwen­ dung eines Operationsverstärkers eine relativ aufwendige Schaltung notwendig ist und der zum anderen einen Glättungskondensator am Aus­ gang mit einem sehr hohen Kapazitätswert benötigt. Solche Kondensatoren sind voluminös und teuer. Darüber hinaus erzeugt dieser Span­ nungsregler einen Spannungsverlust von 2 bis 4 Volt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungsregler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Auftreten von Kipp­ schwingungen mit Sicherheit vermieden wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Spannungsregler mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch noch Betriebszustände möglich sind, bei denen der Spannungsregler ledig­ lich einen Spannungsabfall von einem halben Volt erzeugt. Durch die erzeugte absolute Stabilität der Schaltung können Ausgangs-Glät­ tungs-Kondensatoren von ca. einem Mikrofarad verwendet werden, was platzsparend und kostengünstig ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Spannungsreglers möglich. Besonders vorteilhaft ist zur sicheren Betriebsaufnahme, daß das Basispotential des Regeltran­ sistors über die positive Eingangsklemme und einen weiteren Tran­ sistor verschiebbar ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein an sich bekanntes Prinzipschaltbild entsprechend der US-PS 29 84 779 und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung in einer detaillierteren Schaltungsausführung.

Beschreibung der Fig. 1 und 2

Eine ungeregelte Gleichspannungsquelle ist an eine positive Ein­ gangsklemme 10 und an eine negative Eingangsklemme 11 angeschlossen. Die positive Eingangsklemme 10 ist über die Emitter-Kollektor-Strec­ ke eines pnp-Regeltransistors 12 mit einer positiven Ausgangsklemme 13 verbunden. Die negative Ausgangsklemme 14 ist direkt mit der ne­ gativen Eingangsklemme 11 verbunden. Zwischen die Klemmen 13 und 14 ist die Reihenschaltung einer Z-Diode 15 mit einem Widerstand 16 geschaltet, wobei der Verknüpfungspunkt zwischen den Bauteilen 15, 16 an die Basis eines npn-Transistors 17 angeschlossen ist, dessen Emitter mit Masse und dessen Kollektor über einen Widerstand 18 mit der Klemme 13 verbunden ist. Die Bauteile 15 bis 18 bilden eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines von der Differenz Sollwert minus Istwert abhängigen Signals. Der Kollektor des Transistors 17 ist weiterhin an die Basis eines weiteren npn-Transistors 19 ange­ schlossen, dessen Emitter über eine Gleichspannungsquelle 20 an Masse und dessen Kollektor an die Basis des Transistors 12 ange­ schlossen ist.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt gegenüber der prinzipiellen Schaltungsausführung gemäß Fig. 1 eine verbesserte Schaltungsausführung. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugs­ zeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben. Zwischen die Klemme 10 und den Kollektor des Transistors 12 ist eine Verpol­ schutzdiode 21 geschaltet. Der Emitter des Transistors 12 ist über einen Kondensator 22 an Masse angeschlossen. Zwischen den Kollektor des Transistors 19 und die Basis des Transistors 12 ist ein Widerstand 23 geschaltet. Die mit dem Emitter des Transistors 19 verbundene Gleichstromquelle 20 entfällt. Dafür tritt eine zwischen den Kollektor des Transistors 17 und die Basis des Transistors 19 geschaltete Gleichspannungsquelle 24, die aus der Reihenschaltung dreier Dioden besteht. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 19 ist durch einen Widerstand 25 überbrückt. Zwischen den Emitter des Transistors 17 und Masse ist ein Widerstand 26 geschaltet. In Reihe zum Widerstand 16 ist eine Diode 27 geschaltet. Ein Ausgangs-Glät­ tungskondensator 28 ist zwischen die Klemme 13 und 14 geschaltet.

Die prinzipielle Wirkungsweise des Spannungsreglers gemäß den Fig. 1 und 2 besteht darin, daß bei einer Ausgangsspannungsänderung der zwischen den Ausgangsklemmen 13, 14 anliegenden Spannung diese Spannungsänderung an der Basis des Transistors 17 erscheint, da die Spannung über der Z-Diode 15 entsprechend ihrer Z-Spannung konstant bleibt. Die Basis-Emitter-Spannung am Transistor 17 bildet somit die eigentliche Referenz-Spannung. Fällt z. B. die Ausgangsspannung an den Klemmen 13, 14 so steigt das Kollektor-Potential am Transistor 17, da dieser mehr in den stromsperrenden Zustand übergeht. Durch das erhöhte Basis-Potential des Transistors 17 und damit durch das erhöhte Basis-Potential des Transistors 19 fließt über den Tran­ sistor 19 ein größerer Strom, wodurch auch über den Regeltransistor 12 ein größerer Strom fließt. Dessen Emitter-Kollektor-Widerstand wird dadurch kleiner und die Ausgangsspannung steigt wieder an.

Die Gleichspannungsquelle 20 bzw. 24 ist wesentlich für die ge­ wünschte Funktion der Schaltung. Sie dient dazu, den Transistor 17 sicher außerhalb der Sättigung zu halten. Da der Transistor 17 nicht in die Sättigung kommen kann, bleibt die Schaltung absolut stabil. Die absolute Stabilität erlaubt es, für den Glättungskondensator 28 einen geringen Kapazitätswert von ungefähr einem Mikrofarad zu wählen. Würde der Transistor 17 unter Weglassung der Gleichspan­ nungsquelle 20 bzw. 24 während der Regelphase in die Sättigung kom­ men, so würde er einige Mikrosekunden in dieser Sättigung verblei­ ben. Dadurch würde kurzzeitig der Regelvorgang aussetzen und die Ausgangsspannung an den Klemmen 13, 14 steil abfallen. Dies verhin­ dert bei bekannten Schaltungen ein Ausgangs-Glättungs-Kondensator mit einer großen Kapazität. Schließlich würde sich der gesättigte Transistor 17 wieder erholen und die Regulierung würde wieder hart einsetzen. Da nun aber mittlerweile die Regelabweichung außerordent­ lich groß geworden wäre, würde durch den Regelvorgang der Sollwert wieder überschritten werden und der Transistor 17 würde wiederum in die Sättigung kommen. Die Gefahr von Kipp-Schwingungen mit der Periodendauer der Ladungs-Speicherzeit des Transistors 17 wäre die Folge, würde man keinen sehr großen Ausgangs-Glättungskondensator verwenden. Durch die Stabilisierung mit Hilfe der Gleichspan­ nungs-Quelle 20 bzw. 24 besteht diese Gefahr von Kipp-Schwingungen nicht, und es kann daher ein kleiner Ausgangs-Glättungskondensator eingesetzt werden.

Die Verwendung einer Diodenstrecke für die Gleichspannungs-Quelle 24 hat den Vorteil, daß diese Dioden zugleich den Temperatur-Gang der Schaltung verbessern. Auch die Diode 27 sowie die Widerstände 25, 26 verbessern die Temperatur-Unabhängigkeit der Schaltung. Der Wider­ stand 25 dient gleichzeitig zum Ableiten von gespeicherten Ladungs­ trägern im Transistor 19, wodurch dessen Abschaltgeschwindigkeit erhöht wird.

Der Kondensator 22 dient der Unterdrückung von Schwingungsneigungen und hat z. B. einen Kapazitätswert von 0,2 Mikrofarad.

Claims (7)

1. Spannungsregler für Gleichspannungen mit einem pnp-Regeltransi­ stor (12), dessen Basis-Emitter-Strecke in eine positive Spannungs­ zuführungsleitung geschaltet ist, und mit einer den Regeltransistor (12) in Abhängigkeit von der Differenz Sollwert minus Istwert steu­ ernden Schaltungsanordnung (15 bis 18), wobei der Regeltransistor (12) durch die wenigstens einen Transistor (17) aufweisende Schal­ tungsanordnung (15 bis 18) über einen weiteren Transistor (19) ge­ steuert wird, in dessen Basis-Emitter-Stromkreis eine Gleichspan­ nungsquelle (24) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (24) der Basis des weiteren Transistors (19) vorgeschaltet ist.

2. Schaltungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (24) als Diodenstrecke ausgebildet ist.

3. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (17) als npn-Transistor ausgebil­ det ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die Ausgangspole (13, 14) des Spannungsreglers geschaltet ist, und dessen Basis mit dem Abgriff eines ebenfalls zwischen diese Pole geschalteten Span­ nungsteilers (15, 16) verbunden ist.

4. Spannungsregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen die Basis des Transistors (17) und Masse geschalteten Teil des Spannungsteilers aus der Reihenschaltung eines Widerstands (16) mit einer Diode (27) besteht.

5. Spannungsregler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Emitter des Transistors (17) und Masse ein Wider­ stand (26) geschaltet ist.

6. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des weiteren Transistors (19) ein Widerstand (25) geschaltet ist.

7. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen (10, 11) über einen Konden­ sator (22) miteinander verbunden sind.