DE3501519A1

DE3501519A1 - Elektronische einrichtung zur reduktion der verlustleistung bei der erzeugung einer stabilisierten gleichspannung oder eines stabilisierten gleichstromes aus einer wechselspannungsquelle

Info

Publication number: DE3501519A1
Application number: DE19853501519
Authority: DE
Inventors: Heribert Dipl.-Ing. 4048 Grevenbroich Czerny; Karl 4047 Dormagen Heiliger
Original assignee: BIOTEC BIOTECHNISCHE APPARATEB
Current assignee: BIOTEC BIOTECHNISCHE APPARATEB
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1985-01-18
Publication date: 1986-08-28

Description

Elektronische Einrichtung zur Reduktion der Verlustleistung
bei der Erzeugung einer stabilisierten Gleichspannung oder eines stabilisierten Gleichstromes aus einer Wechsel spannungsquelle.
Die Erfindung betrifft eine elektronische Einrichtung zur Reduktion der Verlustleistung bei der Erzeugung einer stabilisierten Gleichspannung oder eines stabilisierten Gleichstromes aus einer Wechselspannungsquelle.
Bekanntlich entsteht bei der Stabilisierung einer Gleichspannung bei großer Differenz zwischen der Quellspannung und der zu stabilisierenden Spannung beim Einsatz von linearen Längs-oder Parallelreglern eine relativ große Verlustleistung,die entsprechend großvolumige Kühlmittel erforderlich macht.
Der Trend zur Miniaturisierung zwingt somit zu Maßnahmen,die die Verlustleistung drastisch senken.
Hierzu sind sog.Schaltregler bekannt,die zwar den Kühlmittel-6 bedarf im gewünschten Sinne stark reduzieren;sie haben jedoch den Nachteil,daß sie zur Erzeugung einer sauberen Gleichspannung eine relativ großvolumige Speicherdrossel benötigen.
Weitere Nachteile sind: die Entstehung von magnetischen Störfeldern und die Tatsache,daß diese Regler einer bereits geglätteten Quellspannung bedürfen.
Ferner ist eine Einrichtung bekannt,die aus einer Wechselspannungsquelle gespeist wird,und die über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode die pulsierende Gleichspannung ohne vorheriges Glätten über zwei als Kaskade wirkende Linear-Spannungsregler gibt,die lediglich die Amplitude der Sinus-bzw.
Trapezform beschneiden,um dann hinter der zweiten Kaskadenstufe,über eine Diode entkoppelt und einer nachfolgenden Glättung, einen weiteren Linear-Spannungsregler zu speisen, der an seinem Ausgang die gewünschtesaubere Gleichspannung liefert.
Die hierbei erzielbare Reduktion des Kühlmittelbedarfes ist zwar bemerkenswert,und die erwähnten Nachteile der Schalt regler werden vermieden,jedoch ist es nachteilig,daB die amplitudenbegrenzenden Linear-Spannungsregler oberhalb der BegrerizungFeinsätze kostant Verlustleistung produzieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Einrichtung zu schaffen, die dafür sorgt,daß oberhalb der Amplitudenbeschneidung nur so viel Energie "nachgeschoben" wird,wie zur Erzeugung einer stabilen Spannung unbedingt notwendig ist.
Als technische Lösung wird hierzu eine Einrichtung vorne schlagen,die die Energiezufuhr dann unterbricht,wenn sie das Stabilisierungsergebnis nicht positiv beeinflußt,d.h., daß oberhalb der Amplitudenbegrenzung die Energiezufuhr nur nach Bedarf ein bzw.ausgeschaltet wird.
Fig.1 verdeutlicht eine Lösungsmöglichkeit.Die vom Transformator(107 gelieferte und an den Klemmen(11,12) liegende Wechselspannung(40) erhält hinter der Diode (13) die Form (41) .Die am Kondensator (14) und an den Klemmen (15,16) liegende Spannung wird kontrolliert durch das Zusammenspiel des Schmitt-Triggers (26) ,der als Referenzspannungsquelle wirkenden Zenerdiode (17) und des Schalttransistors (18).
Sie hat die Form (42) ,die zeigt,daß der Transistor (18) in der aktiven Phase der Spannung (41) lediglich während des,der Schmitt-Tigger-Hysterese zugeordneten Zeitintervalls den Strom (47) fließen läßt,weil der Ausgang des Schmitt-Triggers mit dem Spannungsverlauf (43) den Transistor (18) voll auf und zusteuert.
Der Schmitt-Trigger kann dabei aus einem, mit den Widerständen (19,20) beschalteten Operationsverstärker (21) bestehen, der aus der pulsierenden Gleichspannung an den Klemmen (12,22) versorgt wird.Das Widerstandsverhältnis der Widerstände(19,20) bestimmt u.a. die Schalthysterese des Schmitt-Triggers.
Der Spannungsverlauf (42) ist,bzw.dessen Spannungsminimum und Maximum,sind von dem Verlauf der an der Zenerdiode (17) liegenden Spannung (44),der Kapazität des Kondensators (14) und der Hysterese des Schmitt-Triggers abhängig.
Vorteilhafterweise wird bei festliegender Zenerspannung und Kapazität die Hysterese unter Vollast so gewählt,daß innerhalb, der aktiven Halbwellenphase im ansteigenden Sinuast der Kondensator so viel Ladung bekommt,daß die Spannung den unteren Hystereserand (50) erst wieder im absteigenden Sinusast+und lediglich dort eine einzige Nachladung des Kondensators bewirkt,so daß die Spannung am Kondensator während der inaktiven Phase möglichst wenig unter den unteren Hystereserand (50) absinkt.
Erfahrungsgemäß ergibt sich bei einer Spannung an den Klemmen (20,21) von ca.24Veff ,einer Zenerspannung an der Zenerdiode (18) von 10 Volt und einem Kapazitätswert des Kondensators (19) von 4 700uF,sowie einer Hysterese von 0,5Volt und einem Laststrom (35) von O,5A,eine Ge samtwelligkeit der Spannung (L2) von ca.1 Voltss.
Ein der Klemmenspannung (15,16) nachgeschalteter Linear-Spannungsregler sorgt dann für eine "saubere" Gleichspannung an den Klemmen (16,36).
Vorteilhafterweise wird dafür Sorge getragen,daß die Verlustleistung am Spannungsregler (23) minimiert wird,d.h., daß das Minimum der Spannung (42) nur knapp über dem,für den Spannungsregler (23) erforderlichen Eingangsspannungsminimum liegt.
Damit bei starkem Kapazitätsverlust des Kondensators (14) eine nicht tolerierbare Verlustleistung bei knapp bemessener Kühlfläche am Transistor (18) vermieden wird, sei vorgeschlagen, eine geeignete Einrichtung hinzuzufügen,die ein mehrmaliges Einschalten in der aktiver Phase verhindert,und/ oder daß dieser Zustand erkannt wird.
Selbstverständlich kann durch Umpolung der aktiv an der Schaltung beteiligten Bauelemente eine negative Spannung an den Klemmen (16,35) erzeugt werden.
Ferner kann an den Klemmen (12,22) eine in üblicher Weise gewonnene,pulsierende Doppelweg-Gleichspannung liegen.
Des weiteren sei eine geglättete Gleichspannung an den Klemmen (12,22) erlaubt.
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Claims

Ansprüche 1. Einrichtung zur Reduktion der Verlustleistung bei der Erzeugung einer stabilisierten Gleichspannung oder eises stabilisierten Gleichstroines,vorzugsweise gespeist aus einer Wechsel spannungs-oder pulsierenden Gleichspannungsquelle,bestehend aus einer Vor-und Nachstabilisierung,dadurch g e k e n n z e i c h n e t,daß die Vorstabilisierung aus einer,einem Kondensator vorgeschalteten Ladevorrichtung besteht,die dem Kondensator lediglich so viel Ladung zuführt,wie zur Erzeugung einer möglichst geringen Welligkeit am Kondensator unbedingt notwendig ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet,daß die Vorstabilisierung aus einem Zweipunktregler besteht, der vorzugsweise aus einer unstabilisierten Gleich-oder Wschselspannung eine stabilisierte Gleichspannung an einem Kondensator erzeugt,dessen Istwert die Kondensatorspannung, dessen Sollwert eine feste oder variable Referenzspannung ist,und dessen Stellsignal auf einen elektronischen Schalter einwirkt,der zwischen der unstabilisierten und der stabilisierten Spannung angeordnet ist und die Nachladung des Kondensators besorgt.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 ,dadurch gekennzeichnet,daß der Zweipunktregler einen Schmitt-Trigger beinhaltet,dessen Differenzeingang einmal mit einer festen Referenzspannung und zum anderen mit der Kondensatorspannung beschaltet ist,und dessen Schaltausgang auf einen Transistor einwirkt,dessen Kollektor-und Emitterstrecke zwische: der unstabilisierten und der stabilisierten Spannung liegt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3 ,dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter eine Vcrrichtung ist,die in bekannter Weise einen'unit seiner Kathoden-Anodenstrecke zwischen der Quell spannung und der Kondensatorspannung liegenden Thyristor ein nd ausschalten kann.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und/oder 4,dadurch gekenn zeichnet,daß die Referenzspannung aus der unstabilisierten, pulsierenden Gleichspannung abgeleitet wird.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5 ,dadurch gekennzeichnet,daß der Schmitt-Trigger aus der unstabilisierten,pulsierenden Gleichspannung versorgt wird.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,daß die pulsierende Gleichspannung aus einer Einweg-oder Dpppelweggleichrichtung stammt.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstabilisierung ganz oder teilweise aus einer geglätteten Spannung versorgt wird.
9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,daß die Schalthysterese so dimensioniert ist, daß unter Vollast lediglich einmal im aufsteigenden und einmal im absteigenden Pulsationsast der Kondensator Ladungsnachschub bekommt.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,daß bei Uberschreitung des maximalen Stromes oder bei großem Kapazitätsverlust ein mehr als zweimaliges Schalten im aktiven Pulsationsast vermieden wird.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstabilisierungs-Ausgangs spannung durch Verändern der Referenzspannung variabel wird.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstabilisierungs-Ausgangsspannung bei fester Referenzspannung dadurch variierbar wird, daß der aus der Vorstabilisierungs-Ausgangsspannung gewonnene Istwert nur teilweise,z.B.über Spannungsteilung,einwirkt.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungseinrichtung ganz oder teilweise als Modul aufgebaut ist.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,daß Einstellorgane in den mechanischen Aufbau integriert sind.