DE3533613A1

DE3533613A1 - Steuervorrichtung fuer eine geregelte unsymmetrische schaltspannungsquelle

Info

Publication number: DE3533613A1
Application number: DE19853533613
Authority: DE
Inventors: George A. Woodside N.Y. Gautherin; Sol Roslyn N.Y. Greenberg
Original assignee: Veeco Instruments Inc
Current assignee: Veeco Instruments Inc
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1986-04-03
Also published as: FR2570898B1; FR2570898A1

Description

Veeco Instruments Inc. 515 Broad Hollow Road Melville,New York 11747

Steuervorrichtung für eine geregelte unsymmetrische Schaltspannungsquelle

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für geregelte Schaltspannungsquellen und insbesondere unsymmetrische oder Eintaktspannungsquellen. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Erfindung auf eine wirksame, regelnde Steuerschaltung, die verschiedene Funktionen sowohl für die Vorwärtsregelung als auch für die Leistungsabgeberegelung unter wechselnden Belastungsbedingungen erfüllt.

Schaltspannungsquellen gehören in der Elektronik-Industrie zu den am meisten verbreiteten Arten von Spannungsquellen. Sie werden insbesondere in digitalen Computern und anderen Datenverarbeitungsgeräten, elektronischen Testsystemen, Avionikausrüstungen an Bord und im allgemeinen in allen Industriezweigen verwendet. Aufgrund ihrer universellen Verwendbarkeit und dadurch, daß oftmals mehrere geregelte Spannungsquellen in einer einzigen elektronischen Installation benötigt

werden, sind die Kosten bei der Auswahl ein kritischer Faktor. .

Von gleicher Bedeutung ist die Eigenschaft der Spannungsquelle, bestimmten technischen Anforderungen zu genügen. Bei der steigenden Kompliziertheit der elektronischen Systeme in Verbindung mit dem Trend zu elektronischer Miniaturisierung und extrem hohen elektronischen Dichten sind die Betriebsspezifikationen strenger geworden. Es versteht sich, daß eine Spannungsquelle die geregelten Ausgangsparameter in bestimmten Grenzen genau steuern muß. Dazu kommt, daß die Spannungsquelle die Eigenschaft aufweisen muß, sich selbst gegen Schwankungen der Leitungsspannung und zufällige Überlastung durch den Verbraucher zu schützen. Die Spannungsquelle sollte also in der Lage sein, sich selbst gegen starke Stromüberlastungen und selbst Kurzschlüsse zu schützen und sollte lange Überlastungsperioden, während der beispielsweise eine niedrige Eingangsspannung, verursacht durch Reduzierungen der Leitungsspannung, besteht, ohne Beschädigung überstehen.

Bei den hohen elektronischen Dichten, die heutzutage in modernen digitalen Computern zu finden sind, ist auch die steuerung der Wärmeleitung innerhalb der Spannungsquelle selbst sehr wichtig. Um eine Verträglichkeit mit in der Umgebung vorhandenen hohen elektronischen und Leistungsdichten zu schaffen, sollte die Spannungsquelle klein bemessen sein und für die Steuerfunktionen nur geringe Energie verbrauchen. Wenn die Spannungsquelle klein ist, so muß die Spannungsleistung, die während des Betriebs in ihr auftritt, gesteuert werden, da sich sonst im Gehäuse der Spannungsquelle Wärme staut. Falls eine solche erzeugte Wärme nicht auf ein Mindestmaß beschränkt wird, müssen große Massen als Wärmesenke eingebaut werden, um die Wärme an Stellen außerhalb des Gehäuses abzuleiten. Derartige Massen erhöhen die Kosten der Spannungsquelle

erheblich und vergrößern auch ihr Gewicht und ihre Abmessungen.

Es ist bekannt, schaltende Spannungsquellen mit steuerbaren Schalteinrichtungen zu versehen, die Stromimpulse an eine Ausgangsschaltung abgeben, welche die Stromimpulse in einen Gleichstrom verwandelt. Die Regelung des Ausgangsparameters, zu der Ausgangsspannung, geschieht durch Steuerung des Arbeitszyklus des Schaltvorgangs. öle Steuerung des geschalteten Spannungszyklus, erfolgt durch kontinuierliches und automatisches Einstellen der Dauer der Schaltbetätigung in Abhängigkeit von den inkrementalen Änderungen der Ausgangsspannung.

in einer abgeglichenen, regulierten Schaltspannungsquelle wird gewöhnlich ein Umformer benutzt, um den ungeregelten Gleichstrom, der von der externen Quelle kommt, in ein Wechselstromsignal umzuwandeln. Dieses Wechselstromsignal steuert alternierend leitende Schalttransistoren zur Übertragung der Spannung auf einen Ausgangstransformator, der geeignete Filter aufweist, um die geschaltete Spannung am Ausgang in eine Gleichstromspannung zurückzuverwandeln. Ein Nachteil der abgeglichenen Spannungsquelle ist ihre Anfälligkeit gegen Transformatorsättigung

2b infolge von Spannungs-Zeit-Ungleichgewichten. Die Eigenschaften des geschalteten Stroms müssen sorgfältig kontrolliert werden, um hohe Gleichstromkomponenten im Ausgangstransformator zu vermeiden. Der wesentlichste Nachteil sind jedoch möglicherweise die Kosten. Da zwei Spannungsschalttransistoren und ein größerer Ausgangstransformator mit Mittelabgriff erforderlich sind, sind für die Schaffung einer abgeglichenen Spannungsquelle höhere Kosten erforderlich als für unsymmetrische Spannungsquellen, die einen Eintaktschalttransistor und keinen Mittelabgrifftransformator aufweisen.

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Bei der umsymmetrischen SchaltSpannungsquelle geschieht die Leistungsregulierung im wesentlichen, auf dieselbe Weise, d.h. der Arbeitszyklus des geschalteten Stroms wird so gesteuert, daß der Ausgangsparameter (Spannung und/oder Strom) auf dem gewünschten Niveau gehalten wird. Diese Ausgangsspannung ist eine Funktion der Eingangsleitungsspannung, des Transformatorwicklungszahlenverhältnisses und des Arbeitszyklus des Stroms, der auf den Ausgangstransformator geschaltet ist. Trotzdem gibt es eine Grenze, bis zu der der Arbeitszyklus ausgedehnt werden kann, um beispielsweise viel zu niedrige Eingangsleitungsspannungen zu kompensieren. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Spannungs-Zeit-Produkte an der Primärwicklung des Transformators sowohl für Schaltleitungsperioden als auch für Nichtleitungsperioden gleich sein müssen.

Für jede gegebene Eingangsspannung vergrößert sich das Volt-Zeit-Produkt mit steigender Schaltleitungszeit.

Wenn sich also die Schaltleitungszeit vergrößert, steigt auch die in der Primärwicklung des Transformators während des nichtleitenden Teils des Zyklus erzeugte Spannung an. Theoretisch würde, falls dem Schalter ermöglicht würde, nahezu den gesamten Schaltzyklusstrom zu leiten, die nichtleitende Periode unendlich klein werden und demzufolge würde die über dem Schalter entstehende Spannung unendlich groß. Tatsächlich würde diese Spannung bei weitem die Grenzen des Schalttransistors überschreiten und dieser würde schnell ausbrennen.

Es ist deshalb bei unsymmetrischen Schaltspannungsquellen erforderlich, den Arbeitszyklus des Schalttransistors sorgfältig auf einen Maximalwert zu begrenzen, der so ausgewählt ist, daß er die Primärspannung des Transformators daran hindert, die Zusammenbruchtoleranz des Schalters zu übersteigen. Viele unsymmetrische Spannungsquellen, die durch Stromleitungen gespeist werden, sind

so ausgelegt, daß sie diesen Arbeitszyklus auf etwa 50 % begrenzt und somit leitet der Schalter nicht mehr als etwa die Hälfte des zur Verfügung stehenden Schaltzyklus. Diese Limitierung beschränkt den Grad der erreichbaren Leistungsregulierung als Funktion der Belastung oder der Eingangsleitungsänderungen. Änderungen im Ausgang, die einen Arbeitszyklus von über 50 % erfordern, werden überhaupt nicht geregelt. Aus der vorliegenden Erfindung - um einen wesentlichen Vorteil der Lösung des nachfolgend erläuterten erfindungsgemäßen Problems vorwegzunehmen - läßt sich der Arbeitszyklus auf 70-80 % ausdehnen, so daß die Regelung über weitere Bereiche der Strombelastung und Leitungsspannung ermöglicht wird.

Ein weiteres wesentliches Erfordernis für geregelte Spannungsquellen, die bei der Datenverarbeitung Verwendung finden, besteht darin, daß ein Minimum an "Halte"-Zeit bei Spannungsausfall erreicht wird. Somit muß die Spannungsquelle normalerweise in der Lage sein, eine minimale Ausgangsspannung bei voller Belastung für kurze Zeitspannen aufrechtzuerhalten, die ausreicht, um das Umschalten der Computerspeicher auf einen Batteriebetrieb oder eine Hilfsenergiequelle zu ermöglichen. Dies erfordert eine ausreichend große Eingangsfilterkapazität, um die notwendige Energie nach Verlust der Eingangsspannung zu speichern. Wenn die Regelung wie bei der vorliegenden Erfindung über einen breiten Bereich der Eingangsspannungen erreicht werden kann, dann ist ein kleinerer Kondensator verwendbar. Wenn andererseits unter "Ausbrenn"-Spannungsbedingungen, d.h. also bei einer sehr geringen Leitungsspannung, adäquate Steuermaßnahmen nicht getroffen werden, dann kann die Schalterleitperiode lang genug wachsen, um den Ausgangstransformator in den Sättigungszustand zu bringen bei entsprechendem Verlust an Ausgangsspannung. Da darüber hinaus in dem Schalttransistor während des Ausbrennens eine maximale Wärmeableitung stattfindet, kann die Schaltvor-

* richtung ihre thermischen Grenzen überschreiten und zerstört werden. Die vorliegende Erfindung - um dies hier vorwegnehmend kurz anzudeuten - weist Mittel auf, um diese

betriebsmäßigen Beschränkungen zu vermeiden. 5

Überstromschutz ist eine andere Forderung für geregelte Spannungsquellen. Um die Spannungsquelle gegen Ausbrennen zu schützen sowie die Einrichtung des Benutzers gegen Beschädigung aufgrund anormaler Ströme zu schützen, wie sie beispielsweise bei einem plötzlichen Kurzschluß auftreten, müssen Mittel vorgesehen werden, um die Spannungszufuhr für den Stromausgang zu begrenzen. Die vorliegende Erfindung befaßt sich deshalb auch mit einer neuartigen Strombegrenzung für Schaltspannungsquellen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, in Übereinstimmung mit den oben bereits angedeuteten Zielen die Steuervorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß sie eine Vorwärtsregelung in einer Weise enthält, die eine genaue Steuerung über die Modulation des Schaltarbeitszyklus erreichen läßt, so daß der Betriebsbereich vergrößert werden kann. Im Gegensatz zu typischen kommerziellen Spannungsquellen, bei denen der Arbeitszyklus, der für die Steuerschaltung benötigt wird, unter gewissen Übergangsbedingungen seine maximale Grenze überschreitet, soll erfindungsgemäß die Stromzufuhr erfolgreich bei Arbeitszyklen über 70 bis 80 % und sogar bis 90 % arbeiten, ohne daß die Steuerung verlorengeht.

Dies wird erfindungsgemäß durch Einbau einer stabilen Zeitbasisreferenz erreicht, die unter normalen Betriebsbedingungen eine erzeugte Wiederholfrequenz und ein stabildes Bezugssignal besitzt, welche eine maximale Schalterleitungszeit schaffen. Unter normalen Betriebsbedingungen überschreitet der Arbeitszyklus nicht 50 %. Unter momentanen unüblichen Bedingungen jedoch kann der Arbeitszyklus sich vergrößern, wobei er jedoch innerhalb

der Begrenzungen der Steuerschleife bleibt, so daß die Regelung erhalten bleibt. Das Zeitbasissignal dient als Zeitbezug und stellt sicher, daß die maximale Schalterleitungszeit unter allen Umständen nicht überschritten wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Zeitbasis von einem Zeitbasisimpulsgenerator gebildet, und die Impulsbreitenmodulation dient zur Veränderung des Arbeitszyklus der Schalteraktivierung als Umkehrfunktion der Leitungsspannung und eines zu starken Ausgangsstroms. Zu diesem Zweck wird ein der Leitungsspannung proportionales Signal über der Zeit integriert und mit einem Steuersignal, das für den Ausgangsparameter repräsentativ ist, beispielsweise die Ausgangsspannung, integriert. Ein Schalteraktierungssignal wird einmal pro Zyklus erzeugt, solange wie das integrierte Signal kleiner ist als das Steuersignal. Somit geschieht eine Breitenmodulation als Folge entweder der Eingangs- oder der Ausgangsspannungsänderung.

Das System ist so aufgebaut, daß die maximale Periode der Schalterleitung bei voller Leistungsabgabe gewöhnlich zu einem Arbeitszyklus von nicht über etwa 50 % der Zeitbasis führt. Wichtig ist, daß die Steuerschleife unter allen Betriebsbedingungen, die sich von denjenigen einer Eingangsspannung unterscheiden, welche nicht ausreicht, um die Ausgangsspannung auf dem gewünschten geregelten Wert zu halten, ihre Regelfunktion beibehält.

Unter derartigen abnormalen Eingangsbedingungen wie Ausbrennen oder Stromausfall schafft das Zeitbasissignal eine Überlauffunktion, die die Schalterleitung für Zeitspannen hemmt, die den Arbeitszyklus zur Grenzüberschreitung bringen würden, beispielsweise 80 %.

Zu den oben genannten Merkmalen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Niederspannungszeitgeber aufweisen,

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χ der so arbeitet, daß er die Schalteraktivierung verhindert und dadurch das Abschalten der Spannungsguelle, falls eine Unterspannung jenseits einer zulässigen Grenze andauert. Dies dient, wie bereits erwähnt, zum Schütze der Schalteinrichtung gegen thermische Überlastung und möglichen SpannungsZusammenbruch. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der Niederspannungszeitgeber als Teil derselben Schaltung eine Einrichtung zur Verringerung der Schaltfrequenz auf, wodurch der Arbeitszyklus während

IQ der Anlaufphase effektiv reduziert wird. Dadurch wird der Strom begrenzt, der von der Steuerschaltung benötigt wird, und die Spannungsquelle wird in die Lage versetzt, mit einer kleinen Stromentnahme angefahren zu werden, wodurch die Anfahrenergieableitung innerhalb der Steuerschaltung beschränkt wird.

Die erfindungsgemäße Strombeschränkungsschaltung bietet sowohl konstanten Strombetrieb mit bestimmten Strommengen als auch Strom-"Rückkopplung" ("foldback") unter zu großer Belastung. D.h., daß der Strombeschränker bei maximal bemessenem Ausgangsstrom in Tätigkeit tritt, um den Ausgangsstrom im wesentlichen konstant zu halten, und zwar über einen Bereich von Ausgangsspannungen, der kleiner ist als die zugemessene Spannung. Bei dieser Betriebsweise arbeitet die Spannungsquelle wie eine konstante Stromquelle und kann somit mit anderen Spannungsquellen parallelgeschaltet werden, um über die Einzelspannungsquellenbemessung hinaus Lasten anzutreiben.

Wenn der Lastleitwert noch weiter ansteigt, erreicht die Spannungsquelle einen Stromrückkopplungsbereich, wodurch sowohl die Spannung als auch der Strom reduziert werden. Der Strombegrenzer wird, falls erforderlich, die Grundbetriebsfrequenz auf einen geringeren Wert reduzieren (wodurch der Arbeitszyklus der Schalterleitung sich verkleinert), um eine Stromsteuerung unter einem extrem

hohen Belastungsleitwert zu erreichen, wie sie beispielsweise bei einem Kurzschluß an den Ausgangsklemmen auftritt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Grundelemente einer herkömmlichen, unsymmetrischen Schaltspannungsquelle,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen geregelten Schaltspannungsquelle ,

Fig. 3 eine Reihe von Wellenformgraphiken zum besseren

Verständnis der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3A ein Schaubild, betreffend die Abhängigkeit

zwischen dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbar sind,

Fig. 4 ein schematisches, detailliertes elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltspannungsquelle, das im Schaltbild von Fig. 2 enthalten ist,

Fig. 5 ein Schaltbild des Zeitbasisgeneratorteils der in Fig. 3 gezeigten Schaltung,

Fig. 6 ein Schaltbild des linearen Vorwärtsimpuls-

breitenmodulatorteils der Schaltung von Fig. 3,

Fig. 7 ein Schaltbild mit Details des Niedrigspannungs-

Zeitgebers und der Anfahrsteuerschaltvorrichtung,

die zur Spannungsquelle von Fig. 3 gehören und

Fig. 8 ein Schaltbild der Elemente von Fig. 3, die die Strombegrenzungseinrichtung der Spannungsquelle bilden.

Bevor die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, werden zunächst die Grundelemente einer unsymmetrischen Schaltspannungsquelle oder Eintaktspannungsquelle erläutert. Eine solche herkömmliche Spannungsquelle ist im Blockschaltbild von Fig. 1 dargestellt.

Die Spannungsquelle arbeitet von einer Energiequelle 10 aus, beispielsweise der normalen Wechselstromleitung, die gleichgerichtet und gefiltert wird, um eine im wesentlichen Gleichstromeingangsspannung V. ,zu liefern, welche normalerweise über dem Eingangsfilterkondensator erscheint. Der Gleichstrom vom Eingang gelangt zu einem Schalter 12, der üblicherweise ein Schalttransistor hoher Leistung ist und den Gleichstrom von der Quelle an eine Ausgangsschaltung 14 weiterleitet. Die Energie wird in Form einer Reihe diskreter Impulse variabler Breite übertragen, deren Dauer durch eine regelnde Steuerschaltung 15 bestimmt wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, steuert diese Schaltung den Betrieb des Schalters 12 durch Erzeugung von Schaltersteuer- oder Schalteraktivierungsimpulsen. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der regelnden Steuerschaltung 15.

In einer schaltenden Spannungsquelle wird der Ausgangs-, parameter, d.h. die Ausgangsspannung, durch den Ausdruck V_Q = V_in (t_Qn/T ) (N₂/N ) bestimmt, wobei V_in die Eingangsspannung, t die Schalterleitungsperiode, T die Wiederholperiode bei der Schaltungsanzahl und N /N das Wicklungsverhältnis des Transformators in der Ausgangsschaltung sind. Somit ist die Ausgangsspannung V eine Funktion des Arbeitszyklus t /T der Spannung, die

von dem Schalter auf die Ausgangsschaltung übertragen wird. Demzufolge kann die Ausgangsspannung V durch Steuerung der Schalterleitungszeit t , durch Steuerung der Schaltzeitperiode T oder durch beide Steuerungsmögliehkeiten reguliert werden.

Es versteht sich, daß die Ausgangsspannung ebenfalls eine Funktion der Eingangsspannung V. ist. Offensichtlich ändert sich V. wie auch V , wenn sich die Leitungsspannung ändert. Bei der in Fig. 1 gezeigten Spannungsquelle wird die Vorwärtsregelung benützt. Dies bedeutet, daß die Schalterleitungszeit t entsprechend den Änderungen in der Eintrittsspannung V. gesteuert wird. Falls die Leitungsspannung fällt, ist es deshalb erforderlich, die Schalterleitungszeit t zu vergrößern, um den Arbeitszyklus (t /T ) zu verlängern und dadurch die Ausgangsspannung V auf dem gewünschten Wert zu halten. Dies wird "Vorwärts"-Steuerung genannt und theoretisch erreichen Änderungen in der Leitungseingangsspannung niemais den Ausgang.

Die Lastreglung der Ausgangsspannung wird durch Veränderung von t gemäß den Änderungen in der Ausgangsspannung erreicht. D.h., mit einer inkrementalen Änderung in der Ausgangsspannung geht eine Änderung in der Dauer (t ) der Schalteraktivierung einher. Eine Abwärtsänderung in V als Ergebnis eines gestiegenen Strombedarfs beispielsweise, bewirkt eine Verlängerung der Periode t . Der Steuerschleifengewinn ist gewöhnlich sehr hoch, so daß extrem kleine Änderungen in der Ausgangsspannung die erforderliche Änderung der Schaltersteuerimpulsdauer unterstützen.

Im folgenden wird die Betriebsweise des regelnden Steuersystems erläutert.

Die erfindungsgemäße regelnde Steuerschaltung von Fig. weist die Energiequelle 10, den Schalter· 12 und die Ausgangsschaltung 14 auf, die nicht Teil der Erfindung als solcher sind und mit Bezugszeichen versehen wurden, die denjenigen von Fig. 1 entsprechen. Die übrigen Elemente bilden die regelnde Steuervorrichtung oder wirken mit ihr zusammen.

Wie ersichtlich liefert die Energiequelle im wesentlichen einen Gleichstromeingang V. , der die Spannung über dem Filterkondensator einer herkömmlichen Eingangsgleichrichterschaltung bildet. Die Spannungsquelle arbeitet jedoch auch von einer Gleichstromquelle aus. Somit könnte V. auch die tatsächliche Spannungsquelle darstellen. In jedem Fall wird die Gleichstromeingangsspannung an den Schalter 12 geliefert, so daß dann, wenn der Schalter aktiviert wird, Strom auf die Ausgangsschaltung übertragen wird. Wenn der Schalter nicht aktiviert wird, endet die Energieübertragung.

Die Eingangsspannung V. speist auch die regelnden Steuerelemente. Zu diesem Zweck wird der Eingangsstrom über einen Strombegrenzungswiderstand 16 an die interne Spannungsquelle 18 abgegeben. Die interne Spannungsquelle 18 erzeugt die Steuerschaltungsspannung V . Bei-

CC-

spielsweise kann V eine Gleiehstromspannung von etwa 15 V sein. Die Eingangsspannung V. wirkt auch als ein Signaleingang für die Spannungsbezugsschaltung 20, die Niederspannungszeitgeberschaltung 21 und die elektronisehe Integratorschaltung 23. Die Integratorschaltung 23. erzeugt an ihrem Ausgang ein Signal, das sich im allgemeinen linear mit der Zeit als eine Funktion von V.

in

ändert. Dieses integrierte Signal bildet, da es ein Maß für die Eingangsspannungsänderungen darstellt, den Vorwärtseingang für die Regulierspannungsübertragung als eine Funktion der Änderungen in der Leitungsspannung. Dieses Vorwärtssignal wird an den Impulsbreitenmodulator 24 abgegeben, der als zweites Signal ein Signal empfängt,

das von der optischen Kupplung 25 stammt und für die Ausgangsspannung V repräsentativ ist.

Der Ausgang des Impulsbreitenmodulators 24 ist ein Schaltsteuerimpuls, dessen Dauer sowohl durch die Leitungseingangsspannung als auch die zu regelnde Ausgangsspannung bestimmt wird. Die Dauer dieses Schaltsteuerimpulses verhält sich umgekehrt zur Größe der Eingangsspannung und steht auch zu den inkrementalen Änderungen der Ausgangsspannung in einem umgekehrten Verhältnis. Der Schalteraktivierungsimpuls am Ausgang des Modulators 24 wird an die Schaltertreiberschaltung 27 geliefert, die den Schalter 12 zu Beginn jedes SchalterSteuerimpulses einschaltet und den Schalter 12 am Ende dieses SchalterSteuerimpulses ausschaltet.

Erfindungsgemäß erzeugt der Generator 28 ein Zeitbasissignal, das sowohl die Schaltperiode als auch den maximalen Arbeitszyklus der Spannungsübertragung begrenzt. Das Zeitbasissignal hat die Form einer Impulskette, die eine bestimmte Periode T und eine stabile maximale Im-

pulsdauer T aufweist. Das Zeitbasissignal ermöglicht einen festen maximal zulässigen Arbeitszyklus, der erheblich 50 % und vorzugsweise wenigstens 70 % überschreitet. Es schafft außerdem einen Zeitbezugspunkt für jeden Schaltsteuerimpuls und behindert den Ausgang des Impulsbreitenmodulators 24 bei t in der Weise, daß in keinem

IucLX

Fall der Schalter 12 über die maximal zulässige Zeitperiode t hinaus während

^r max

Schaltzyklus betätigt wird.

Periode t hinaus während eines beliebigen einzelnen

^r max

Zu Beginn jedes Zeitbasisimpulses wird der Ausgang des Generators 28 im wesentlichen eine offene Schaltung, wodurch die Dioden 30, 31 nichtleitend sind. Unter diesen Bedingungen wird der Ausgang des Integrators 23 auf den negativen Eingang des Impulsbreitenmodulators 24 geschaltet. Solange wie das Signal am Integratorausgang

kleiner ist als das V_o-Signal am. positiven Modulatoreingang während des normalen Betriebs ist der Ausgang des Modulators 24 hoch, und der Schaltertreiber 27 betätigt den Schalter. Das V -Signal bildet das Steuereingangsniyeau für den Modulator. Wenn das integrierte V. -Signal dasselbe Niveau wie das V -Steuersignal erreicht, sinkt der Ausgang des Modulators 24 ab, um dadurch die Schaltersteuerimpulsabgabe zu beenden und den Schalter 12 auszuschalten.

Somit läßt sich erkennen, daß das integrierte Signal, das eine Funktion von V. ist, das Niveau (beispielsweise bei 36 oder 38 in Fig. 3) des Steuersignals bei hohen Leitungsspannungen relativ schnell erreicht, hingegen relativ langsam bei niedrigen Leitungsspannungen. Demzufolge ist die Dauer der Schalterbetätigung bei hohen Leitungsspannungen kürzer und bei niedrigen Leitungsspannungen länger. Für eine konstante Ausgangsspannung bedeutet dies, daß das Produkt Volt-Zeit konstant bleibt. Sollte jedoch die Eingangsspannung auf ein extrem tiefes Niveau fallen, so daß die Schalterbetätigungsperiode länger als t sein muß, so unterdrückt das Zeitbasissignal den Ausgang des Impulsbreitenmodulators 24 bei

Die Regelung als Funktion der Ausgangsspannung V geschieht in ähnlicher Weise. Wenn V sich infolge einer hohen Belastung sich dazu neigt, sich zu verkleinern, vergrößert sich das V -Signal zum Modulator 24. Dadurch entstehen am Ausgang des Modulators 24 Impulse relativ langer Dauer. Wenn andererseits V dazu neigt, anzusteigen, wie dies der Fall wäre unter geringer Last, so sinkt das durch den V -Eingang zum Modulator 24 gesetzte Steuerniveau, wodurch sich Schaltersteuerimpulse relativ kurzer Dauer ergeben.

Bei der hier beschriebenen Erfindung ist der Änderungsbereich für das V -Signal und das integrierte V. -Signal

beschränkt, so daß die Dauer der Schalteraktivierungsimpulse am Ausgang des Modulators 24 und für den kontinuierlichen Betrieb festgesetzten Parametern niemals

t erreicht. Normalerweise beträgt der Arbeitszyklus j. max ■*

des Schalters 12 nur 50 % oder weniger. Längere Arbeitszyklen ergeben sich momentan und nur während anormaler Niederspannungsbedingungen.

In Fig. 3 sind die verschiedenen oben beschriebenen Regelsituationen dargestellt. In der Kurve (a) hat das Zeitbasissignal 35 ersichtlich eine Periode T , bestehend aus einer maximalen Impulsbreite t und einer Aus-Periode

max

t _ff. Das Verhältnis t /T ergibt den maximalen Arbeitszyklus für die Schalteraktivierung. Der Signal- ° pegel 36 stellt einen beispielsweisen maximalen Steuerpegel dar, der unter starker Belastung durch den V -Eingang zum Modulator 24 bestimmt wird. Der Signalpegel 38 stellt für leichte Belastung einen beispielsweisen Steuerpegel dar. Die dreieckigen Wellenformen 4Oa-4Oc stellen

das integrierte V. -Signal dar, das von dem Integrator erzeugt wird. Die Wellenform 40a ist typisch für hohe Leitungsspannungen, die Wellenform 40b typisch für niedrige Leitungsspannungen und die Wellenform 40c ist typisch für eine extrem niedrige Leitungsspannung.

In Fig. 3 zeigt die Kurve (b) die sich ergebenden Schaltersteuerimpulse (und die Schalterbetätigungszeit) für jede der in der Kurve (a) gezeigte Bedingung. Wie ersichtlich vergrößert sich mit abnehmender Leitungsspannung bei einer beliebigen gegebenen Belastung die Schaltersteuerimpulsbreite. In ähnlicher Weise wird unter starker Belastung (niedriges V ) die Schaltersteuerimpulsbreite größer als unter geringer Belastung. Wie ebenfalls ersichtlich würde, wenn der Schaltersteuerimpuls 42c eine Dauer erreichen könnte, die nur durch das V -Signal und das integrierte V. -Signal bestimmt ist, der Impuls die Periode t überschreiten. Der

Impuls 42c würde jedoch durch das Zeitbasissignal unterdrückt und dadurch am Ende der Periode t. beendet. Dies

max

stellt sicher, daß die Spannung über dem Ausgang der Transformatorprimärwicklung während der Periode t _f- auf einen sicheren Wert begrenzt wird. Wie bereits erwähnt, werden die Eingangssignale zum Modulator 24 so ausgewählt, daß die Schaltersteuerimpulse unter allen Betriebsbedingungen ausgenommen bei extrem niedriger Eingangsspannung, jeweils die t -Breite erreichen.

^J max

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist die regelnde erfindungsgemäße Steuervorrichtung verschiedene Elemente zum Schütze der Spannungszufuhr unter abnormalen Betriebsbedingungen auf. Wie oben erwähnt, ist die Vorrichtung mit einem Strombegrenzungswiderstand 16 ausgestattet, der den durch die Steuerschaltungselemente auf einen ungewöhnlich niedrigen Wert von beispielsweise 5 mA gesenkten Strom unterdrückt. Der Strom, der zum Start des Betriebs der Steuerschaltung erforderlich ist, ist die Summe der Ladungsströme der Schaltungskondensatoren, zusätzlich dem Betriebsstrom der Steuerhalbleiter, vermehrt um den Antriebsstrom, der zur Betätigung des Spannungsschalttransistors benötigt wird. Durch Beschränkung des Start- oder AnfahrStroms auf einen niedrigen Wert, wird die Anfahrenergieableitung auf ein Mindestmaß beschränkt.

Unter Anfahr- und gewissen Niedrigspannungsbedingungen unterdrückt die Impulshemmschaltung 50 den Schaltersteuerimpuls. Die Schaltung 50 arbeitet dahingehend, daß sie an dem positiven Eingang zum Impulsbreitenmodulator 24 einen niedrigen, erheblich gekürzten Spannungszustand aufrechterhält, bis die Spannung V sich auf eine Be-

cc

zugsspannung aufbaut, die an der Einheit 20 existiert und mit dem negativen Eingang verbunden wird. Dies schließt die Erzeugung eines Schaltersteuerimpulses durch den Modulator 24 aus, und zwar unabhängig von dem Zustand des Zeitbasisgenerators 26. Sobald V diese

Bezugsspannung erreicht, geht der Ausgang der Impulsunterdrückungsschaltung 50 nach oben, um dadurch dem Modulator 24 zu ermöglichen, die normale Steuerung auszuüben.

Wenn der Schalter eingeschaltet wird, überträgt eine Hilfsenergieschaltung 52 einen Teil der geschalteten Energie zurück auf die interne Spannungsquelle 18, um dadurch diese Komponente inkremental bei jeder Schalterbetätigung wieder aufzuladen. Obgleich der Zeitbasisgenerator 28 weiterarbeitet, ist die Wirkung der Impulsunterdrückung sschaltung 50 dahingehend, daß die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Schaltersteuerimpulsen verlängert wird und dadurch der Arbeitszyklus während des Anfahrens oder Startens auf einem niedrigen Wert gehalten wird* Da der Schalterbetätigungsarbeitszyklus klein ist, ist auch der erforderliche Anfahrstrom gering. . .

Eine zweite von der Schaltung 50 in Verbindung mit der Niedrigspannungszeitgeberschaltung 21 zu erfüllende Aufgabe besteht darin, die Spannungsquelle effektiv abzuschalten, indem die Schalterbetätigung verhindert wird, falls V. .für eine bestimmte Zeitspanne unter einen bestimmten Wert fällt. Zu diesem Zweck gibt die Schaltung 21 an den positiven Eingang der Schaltung 50 ein Signal ab, das für V. repräsentativ ist. Wenn das V. -Signal unter das V _f-Signal, das von der Schaltung 20 erzeugt wird, fällt, verkleinert sich der Ausgang der Schaltung 50, wodurch die Erzeugung von Schalteraktivierungsimpulsen solange unterdrückt wird, wie V unter dem vorbestimmten Wert bleibt.

Die regulierende Steuervorrichtung hat auch eine besondere Strombegrenzungsfunktion. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, empfängt ein Strombegrezungsvergleicher 55 Eingangssignale von einem V -Fühler 56 und einem Ausgangsstromfühler 57. Der Ausgang des Vergleichers 55 dient zur Einleitung von

Strom in den Integrator 23, um auf diese Weise die Hochlauffunktion f (V. ) (siehe Kurve (a) in Fig. 3) zu veranlassen, rasch den Steuerpegel zu erreichen und dadurch die Aktivierung zu beenden. Die Strombegrenzungsschaltung wird in Betrieb gesetzt, sobald die Belastung einen Ausgangsstrom erfordert, der den zugemessenen Strom I

O Iu el X

der Spannungsquelle übersteigt.

In Fig. 3A arbeitet die Spannungsquelle bei voller errechneter Ausgangsspannung V für alle Ströme bis zu dem maximalen, errechneten Strom. Die Strombegrenzung beginnt ab Punkt 60. Danach wird der Ausgangsstrom bei

I über einen Ausgangsspannungsbereich zwischen den omax

Punkten 60 und 61 konstant gehalten, wobei der letztgenannte Punkt etwa 30 bis 50 % von V entspricht. Am Punkt 61 beginnt die Spannungszufuhr im Stromrückkopplungsbereich zu arbeiten. Aufgrund der besonderen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstreckt sich dieser Bereich bis zu einem Punkt, wo der Ausgang einen vollständigen Kurzschluß bedeutet.

Die Stromrückkopplungswirkung wird hier als Folge zweier Faktoren erreicht. Zunächst nimmt zwischen den Punkten 61 und 63 V hauptsächlich als Funktion der reduzierten Schalterleitungszeit ab. Bei weiterem Anstieg der Lastleitfähigkeit entsteht jedoch die Gefahr, daß die Schalterleitungszeit, die erforderlich ist, um den Strom

unter I zu halten, kürzer wird als die Reaktionszeit omax

des Spannungsschalters und/oder der Steuerschaltung. Um demzufolge einen Arbeitszyklus zu erhalten, der klein genug ist, um V (und damit I) auf einem niedrigen Wert zu halten, wird die Schaltperiode T verlängert.

Er

Die obige Wirkung wird mit einem Zeitbasisfrequenzschieber (oder Periodenstrecker) 65 erreicht (Fig. 2). Dieser Schieber tritt in Aktion, sobald V unter einen vorbestimmten Wert fällt, der in Fig. 3A als Punkt 63 gezeigt ist, und arbeitet auf dem Zeitbasisimpulsgenerator 28,

um die Periode t__ff, wie in der Kurve (b) in Fig. 3 dargestellt, zu verlängern. In der Kurve (b) stellt t . eine hypothetisch erreichbare, minimale Schalterreaktionszeit dar, bei der t _ff verlängert werden muß, um die Steuerung aufrechtzuerhalten. Da unter Kurzschlußbedingungen der Ausgangsstrom nur durch den Spannungsabfall über der Diode, der internen Verdrahtung und der Widerstände der Elemente in der Ausgangsschaltung begrenzt ist, wird der Arbeitszyklus durch den Strombegrenzungsvorgang auf einen extrem kleinen Wert reduziert, der es der Summe der obigen Spannungsabfälle ermöglicht, den Durchschnittswert der über dem Ausgang der Sekundärwicklung des Transformators entstehenden Spannung auszugleichen bzw. in diesem Durchschnittswert ίas Gleichgewicht zu halten.

In Fig. 4 sind die elektronischen Schaltungen, die den in Fig. 2 gezeigten Elementen entsprechen, von gestrichelten Linien umgeben. Diese Linien dienen hauptsächlich zum Verständnis des Schaltbildes und haben sonst keinen bestimmten

2Q Sinn. Wichtig ist, daß erkannt wird, daß eine Mehrzahl der in Fig. 4 gezeigten Elemente in einen einzigen Halbleiterchip eingebaut werden kann, der alle grundlegenden Steuerfunktionen ermöglicht. Ein solcher Halbleiterchip könnte beispielsweise Eingänge für den Anschluß von Tast-Spannungen (beispielsweise V , I ) zu dem Chip aufweisen sowie zum Anschluß separater externer Komponenten, die so ausgebildet sind, daß sie spezielle Betriebsbedingungen erreichen lassen, so beispielsweise die Betriebsfrequenz der Spannungsquelle.

Im folgenden werden Einzelheiten des regulierenden Steuersystems beschrieben.

Was den Zeitbasisgenerator 28 anbelangt, so befindet sich dieser auf der unteren linken seite von Fig. 4. Seine Betriebselemente sind in Fig. 5 dargestellt. Wie oben bereits erwähnt, schafft der Generator 28 eine stabile Zeitbezugsbasis, bestehend aus einer maximalen Schalter-

leitperiode t bei der gewählten Schaltfrequenz f, wo-

ΙΏ3.Χ

bei T = 1/f ist. Der Zeitbasisgenerator -28 liefert die in Fig. 3_f Kurve (a)_f gezeigten Impulse 35.

° In Fig. 5 ist mit Al ein Differentialvergleicher bezeichnet, dessen Ausgang hoch ist, wenn das Signal an seinem positiven Eingang das Signal an seinem negativen Eingang übersteigt. Zu allen anderen Zeiten ist der Ausgang von Al tief. Die Ausgangsstufe des Vergleichers Al weist einen Transistor auf, dessen Kollektor an die Ausgangsklemme angeschlossen ist. Wenn der Ausgang niedrig ist, ist der Transistor stark gesättigt, wobei der Ausgang im wesentlichen mit minus V gekoppelt ist. Wenn der Aus-

CC

gang hoch ist, ist der Transistor im wesentlichen nichtleitend, und der Ausgang bildet einen unendlichen Wider-* stand.

Der Zeitbasisgenerator 28 arbeitet wie folgt: Die Steuerschaltungsspannung V ist bei etwa 15 Volt im wesent-

CC

liehen konstant. Das Signal am positiven Eingang zum Vergleicher Al beträgt entweder 5 oder 10 Volt, in Abhängigkeit von dem Zustand des Vergleichers Al. Wenn Al gesättigt ist, liegen R2 und R3 parallel. Wenn der Ausgang von Al hoch ist, ist R3 zusammen mit R6 und R7 zu Ri parallelgesehaltet. Wenn somit der Ausgang des Vergleichers Al hoch ist, lädt sich der Kondensator Cl über beide Widerstände R4 und R5, um dadurch ein positives Auflaufsignal beim negativen Eingang von Al zu erzeugen. Wenn das Auflaufsignal 10 Volt erreicht (die Größe des Signals am positiven Eingang), dann geht der Ausgang von Al in den harten Sättigungszustand über, und der Kondensator Cl entlädt sich nur über die Dioden Dl und den Widerstand R5.

Die Ladungszeit für den Kondensator Cl während des positiven Auflaufsignals erzeugt die in Fig. 2 gezeigte Periode T ; die Entladungszeit für Cl stellt die

Periode t ,^ ein. Die Summe aus t und t _cc bildet die off max off

Schaltperiode T für die Steuerschaltung. Die Schaltgeschwindigkeit wird durch die entsprechenden Werte von R4, R5 und Cl festgesetzt. Typischerweise beträgt die Schaltgeschwindigkeit etwa 35 kHz.

Im folgenden wird der Impulsbreitenmodulator beschrieben.

Die in Fig. 6 gezeigte Modulatorschaltung erzeugt einen Schalterbetätigungsimpuls, dessen Dauer eine Funktion der Steuerschleifenfehlerspannung und der V. ist.

Bei einer wechselstromgetriebenen Spannungsquelle erscheint die Spannung V. über dem nicht dargestellten Eingangsgleichrichter-Filter-Kondensator und ist proportional der Leitungsspannung. Wie ersichtlich wird V. dem Widerstand R9 des Integrators 23 aufgedrückt. Der Strom über R9 lädt den Kondensator C2 mit einer Geschwindigkeit/ die eine Funktion der Zeit und der Leitungsspannung ist. Die Spannung an dem integrierenden Kondensator C2 wird an den negativen Eingang des Vergleichers A2 angelegt.

Ein Steuersignal, das V darstellt, wird von einem optisehen Kuppler OC abgeleitet und dem positiven Eingang des Vergleichers A2 über den Widerstand RIO zugeführt. Die Höhe dieses Signals ist auf einen Wert begrenzt, der durch die Spannungsteilerschaltung RlI, R12 und R13 und die Zenerdiode D2 gebildet wird. Die Diode D3 verriegelt das V -Schleifensteuersignal bei seiner maximalen Spannung. Es versteht sich, daß das Schleifensteuersignal sich umgekehrt zur Ausgangsspannung V ändert. Wenn sich beispielsweise die ausgangsspannung V inkremental vergrößert, so wird der inkrementale Anstieg durch die Schaltung, die den optischen Kuppler OC antreibt abgetastet, wodurch die Leitung desselben verstärkt wird und damit das V -Schleifensteuersignal

erniedrigt wird. In diesem Fall wird unter der Voraussetzung einer konstanten Leitungsspannung, das integrierte Signal, das dem negativen Eingang des Vergleichers A2 zugeführt wird, den Wert des Schleifensteuersignals früher erreichen. Demzufolge wird der Ausgang des Vergleichers A2 sich eine kürzere Zeitspanne im hohen Zustand befinden. Der Schalter 12 wird damit eine kürzere Zeitspanne aktiviert.

Der negative Eingang des Vergleichers A2 wird über die Diode 30 an den Zeitbasisgenerator 28 angeschlossen. Während des Auftretens jedes Zeitbasisimpulses 35 ist die Diode 30 rückgespannt und ohne Wirkung. In der Periode t _ff jedoch, leitet die Diode 30, um dadurch den Kondensator C2 zu entladen, und dadurch das integrierte Signal auf seinen anfänglichen Ausgangswert zurückzustellen. Gleichzeitig ist der Ausgang des Vergleichers A2 über die Diode 31 auf -V festgelegt, wobei die Diode eben-

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falls mit dem Zeitbasisgenerator verbunden ist. Die Diode 31 schließt somit das Auftreten eines Schalteraktivierungssignals für den Rest der Zeitbasisperiode T aus. Ein neuer Schalteraktivierungsimpuls erscheint solange nicht am Ausgang des Vergleichers A2, bis der nächste Zeitbasisimpuls auftritt.

Im folgenden wird die Anlauf- und Niederspannungszeitgeberschaltung erläutert.

Fig. 7 zeigt die Schaltungeinzelheiten der Elemente 16, 18, 20, 21 und 50 in Fig. 2. Diese Elemente steuern den Betrieb der Spannungszufuhr während des Anlaufs und unter Niederspannungsbedingungen.

Wie im obigen erwähnt, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, unnötigen Energieverlust in der Steuerschaltung zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Dies wird in einem hohen Maße dadurch erreicht, daß die Strommenge, die die Steuerschaltung selbst verbraucht,

34 3633613

verringert wird. Dieser verringerte Strom kann bei der hier beschriebenen Konstruktion tatsächlich noch unter demjenigen liegen, der erforderlich ist, um den Betrieb der Steuerschaltung aufrechtzuerhalten, wobei jedoch die Schaltung infolge der Einleitung zusätzliche elektrische Energie aus einem Hilfsenergieschaltkreis auch dann arbeitet, wenn der Spannungsschalter nicht leitet. Während des Starts oder Anlaufs wird der von der Steuerschaltung benötigte Strom dadurch auf ein Mindestmaß beschränkt, daß der Arbeitszyklus der Schalterleitung verkleinert wird.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, baut sich V. allmählich von einem niedrigen Pegel auf, wenn die Spannungszufuhr zunächst mit der Eingangsquelle verbunden wird. Der Eingangsstrom wird über den ohm¹sehen Widerstand 16 zugeführt. Dieser Strom lädt allmählich den Kondensator C3, der die Energiespeichereinrichtung für die interne V-Spannungsquelle der Steuerschaltung bildet. Die Zenerdiode D6 erzeugt die 15 Volt-Bezugsspannung für die +V-

Zufuhr. V lädt den Vergleicher A3 der Impulsunterdrückungsschaltung 50 über seine Anschlußklemme 64.

Die Zenerdioden D7 und D8 der Spannungsbezugsschaltung erzeugen eine Bezugsspannung von etwa 9,5 Volt an dem negativen Vergleichereingang. Das Signal an dem negativen Eingang steht jedoch über R14 und mit V^_n in Verbindung und, bis V 9,5 Volt erreicht, sind die Transistoren

CC

Ql, Q2, Q3 und Q4 alle abgeschaltet und der Ausgangs-Stufentransistor Q5 ist voll gesättigt. Der Ausgang 66 steht mit dem positiven Eingang des Modulatorvergleichers A2 (Fig. 4) in Verbindung. Dementsprechend wird der Ausgang von A2 solange unterdrückt, bis V wenigstens 9,5 Volt erreicht. Wenn dies geschieht, schaltet sich der Ausgangsstufentransistor Q5 des Vergleichers A3 ab, wodurch die Arretierung des Impulsbreitenmodulators beseitigt wird. Der erste Schalteraktivierungsimpuls erscheint dann am Ausgang des Vergleichers A2.

Während der Schalter aktiv ist, wird der Antriebsstrom für den Schalter 12 durch die Steuerschaltung zugeführt. Die Grundspannung wird von dem V -Kondensator C3 genommen.

GC

Während des Anlaufs bewirkt jedoch die Energieentnahme von C3, daß V auf unter 9,5 Volt abfällt und der Ausgang

CC

des Vergleichers A3 noch einmal in den Sättigungszustand tritt, um dadurch den Schalteraktivierungsimpuls zu be enden. Da die V -Zufuhr spannungsbegrenzt ist, kann sie keine Betriebsspannung für die Steuervorrichtung erzeugen. Zusätzliche Spannung muß von einer Hilfsquelle zugeführt werden. Diese Extraspannung wird von der Hilfsenergieschaltung 52 (Fig. 4) wie folgt abgeleitet.

Die Hilfsenergieschaltung 52 weist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, einen regenerativen Stromtransformator 67 auf, dessen Primärwicklung mit dem Kollektor des Schalters in Reihe liegt und dessen Sekundärwicklung mit dem V -

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Kondensator C3 in einer Reihenschaltung verbunden ist. Wenn der Schalter 12 sich ausschaltet, wird die in der Sekundärwicklung des Transformators 67 gespeicherte Stromenergie über die Dioden 68 und 69 auf den Kondensator C3 übertragen, wobei der Strompfad über -V und die Zenerdiode 70 vervollständigt wird (Fig. 4 unten rechts). Die regenerative Energie, die von dem Transformator 67 geliefert wird, übersteigt die Energie, die während der Schalterleitung durch den Schaltkreis entnommen wird, so daß bei C3 sich die Energie und Spannung auf einen höheren Pegel für jeden folgenden Zyklus aufbaut, bis schließlich V ihren geregelten Wert von 15 Volt erreicht hat. In der Zwischenzeit dehnt sich t _ff so aus, daß die Schaltfrequenz während des AnlaufVorgangs wirksam reduziert wird. Die Wiederholungsgeschwindigkeit während des Anlaufvorgangs läßt sich bis auf 200 Hz reduzieren, wobei es sich versteht, daß diese Frequenz allmählich in dem Maße ansteigt, wie die Spannung über C3 der V₃₃-ZUfuhr sich aufbaut. Die Hilfsenergie braucht nicht von einem regenerativen Element, beispielsweise dem Transformator 67, zu stammen, tut dies jedoch vorzugsweise.

Eine zweite Funktion, die der Vergleicher A3 erfüllt, besteht darin, die Erzeugung von Schalteraktivierungsimpulsen zu unterbinden, um die Spannungszufuhr abzuschalten, sobald V. für eine vorgegebene Zeitspanne unter einen bestimmten Wert abfällt. Diese Funktion wird durch die Zeitgeberschaltung 21 erfüllt, die den Widerstand R15 und C4 (Fig. 7) aufweist. Wie ersichtlich ist diese Schaltung zwischen die Zenerdiode D8 und den positiven Eingang des Vergleichers A3 eingebaut. Die Diode D9, die an die Eingänge des Vergleichers A3 angeschlossen ist, begrenzt die maximale Differenzspannung auf den Vorwärtsdiodenabfall, d.h. auf etwa 1 Volt. Der Kondensator C4 wird auf die Summe der Spannungsabfälle über den Dioden D7 und D9 aufgeladen.

Wenn V. unter einen vorbestimmten Minimalwert sinkt, der bestrebt ist, eine Umkehr der differntiellen Eingangsspannungspolarität bei A3 zu bewirken, dann wird der Zeitgebernkondensator C 4 über R15 entladen. Sobald die Ladung den Kondensators C4 um 1 Volt fällt, kehrt sich der Richtungssinn des differentiellen Eingangssignals um, wodurch der Vergleicherausgang 66 in Sättigung geht. Die Erzeugung von Schalteraktivierungsimpulsen wird demzufolge unterbunden. Die Niedrigspannungszeitgrenze bestimmt sich durch die Zeitkonstante von C4 und R15 sowie durch die Vorwärtsspannung (1 Volt) über der Diode D9. Die Spannungszufuhr bleibt solange unterbunden, wie die Eingangsspannung unter der vorherbestimmten Niedrigspannungsgrenze bleibt.

Int folgenden wird der Tri-State-Strombegrenzer näher er-, läutert.

Durch die in Fig. 8 in Verbindung mit Fig. 4 gezeigte Schaltung wird ganz allgemein eine Strombegrenzung zunächst dadurch erreicht, daß das Schleifensteuersignal unter zu starker Belastung überlaufen wird und zweitens dadurch, daß die Periode T verlängert wird, wodurch die Schaltfrequenz unter Kurzschluß- oder nahezu Kurz-

Schlußbedingungen des Spannungszufuhrausgangs reduziert wird. Zwei Eingänge sind für den Strombegrenzer vorgesehen. Das in der gemeinsamen V -Leitung herrschende Geräusch

CC

wird in nahezu gleichem Wert beiden Eingängen zugeführt, um dadurch eine wirksame Geräuschimmunität zu erhalten. Wie am besten aus Fig. 8 hervorgeht, wird eine stabile Bezugsspannung, die von der Zenerdiode DlO erzeugt wird, auf die Spannungsteilerschaltung R16, R17 und R18 aufgedrückt. Die Spannung am einstellbaren Widerstand Rl 7 wird zum positiven Eingang des Vergleichers A4 geführt. Diese Spannung bildet den Anfangspunkt der Strombegrenzung (siehe Punkt 60 in Fig. 3A).

Die Strombegrenzung wird durch den Vergleicher A4 gesteuert, der normalerweise gesättigt ist, so daß sein Ausgang im wesentlichen an -V gekoppelt ist. Solange wie A4 gesättigt ist, kann keine Strombegrenzung stattfinden.

ein dem Ausgangsstrom I proportionales Spannungssignal wird über dem Tastwiderstand 57 entwickelt und in Reihe zu der Spannungsteilerschaltung R19 und R20 abgegeben. Dieses Signal hat, wie festzustellen ist, die Form eines Impulses, dessen Amplitude die Stromimpulse durch den Schalter 12 zieht. Die Spannung der Verbindung von R19 und R20 ist an den negativen Eingang des Vergleichers A4 angeschlossen. Demzufolge erscheint das I -Strombegrenzungssignal an diesem Eingang des Vergleichers.

Am Strombegrenzungspunkt 60 (Fig. 3A) kehrt das Differenzsignal über den Eingängen des Vergleichers A4 die Polarität um, und der Ausgang des Vergleichers A4, der normalerweise gestättigt ist, öffnet. Der Strom wird dann sofort über den Widerstand R21 und die Diode DlI* zum Integratorkondensator C2 geleitet. Der Widerstand von R21 ist viel kleiner als derjenige des integrierenden Widerstands R9. Der integrierende Kondensator C2 lädt sich deshalb schnell bis zur Steuergrenze, und der Schalteraktivierungsimpuls

bricht ab. Die Strombegrenzung arbeitet auf diese Weise über den ganzen konstanten in Fig. 3A gezeigten Strombereich.

Wie oben erläutert, ist das Stromabtastsignal, das über den Abtastwiderstand 57 gebildet wird, ein Impuls in Wellenform, da nahezu der ganze Ausgangsstrom, der durch diesen Widerstand fließt, nur während der Schalterleitung auftritt. Dieser Stromimpuls ist keine genaue Viereckwelle, sondern weist vom Beginn bis zum Ende eine aufwärts geneigte Tendenz auf. Aufgrund dieser eigenschaft des Stromimpulses ist die Zeit, zu der der Strombegrenzer wirksam zu werden beginnt, in jeder Schalterlextungsperiode von der Höhe des Schaltstromimpulses abhängig.

Wenn die Ausgangsspannung V beim Strombegrenzungsbetrieb auf einen Wert zwischen etwa 30 und 50 % der bemessenen Ausgangsspannung fällt, beginnt die Stromrückkopplung der Stromrückgang. Dieser Punkt ist in Fig. 3A mit 61 bezeichnet. Um zu verstehen, wie der Stromrückkopplungsvorgang stattfindet, ist es zweckmäßig, die V -Fühlerschaltung 56 zu betrachten, diese Schaltung ist ebenfalls in Fig. 8 dargestellt.

Der V -Fühler nimmt ein Signal auf, das proportional der Äusgangsspannung von einem Spannungsumformer 72 in der ausgangsschaltung ist. Während der Periode t _ff wird im wesentlichen die gesamte Ausgangsspannung über die Primärwicklung des Transformators 72 entwickelt und demzufolge ist die Spannung über der Sekundärwicklung des Transformators 72 für V repräsentativ. Diese Spannung erscheint auch über dem Filterkondensator C5 (Fig. 8). Eine Zenerbezugsdiode D12 ist zwischen die Fühlerausgangsklemmen X und Y geschaltet. Die Zenerspannung kann beispielsweise 6,2 Volt betragen. Solange wie die Spannung über C5 ausreicht, um den 6,2 Volt-Bezugswert über der Diode D12 aufrechtzuerhalten, bleibt das V -Fühlersignals auf dem Bezugswert.

Dieses V -Fühlersignal wird dem Widerstand R18 des Strombegrenzers aufgedrückt und stellt dementsprechend an dem einstellbaren Widerstand R17 einen Bezugspegel (6,2 Volt) ein. Wenn jedoch V den Punkt 61 in Fig. 3A erreicht, hört die Zenerdiode 12 auf zu leiten, und das Fühlerausgangssignal über den Klemmen X, Y verändert sich mit V . Unter diesen Umständen wird weniger Strom benötigt, um den Zustand des Vergleichers A4 zu ändern, und die Strombegrenzung tritt bei zunehmend tieferen Ausgangsspannungen auf. Anders ausgedrückt heißt das, daß die Schalteraktivierungsimpulse mit steigendem Lastleitwert in dem Stromrückkopplungsbereich von zunehmend kürzerer Dauer sind.

Wenn der Lastleitwert weiter ansteigt, muß die Spannungszufuhr in der Lage sein, die Ausgangsspannung weiter zu reduzieren, um Stromabfluß zu verhindern. Es wird jedoch ein Punkt erreicht, an dem die Dauer der Schalterakt4-^vi^e~ rung nicht mehr gesteuert werden kann, da die Zeitperiode t , die von der Steuerschleife festgesetzt wird, kleiner ist als die elektrische Reaktionszeit der Schaltung. Mit anderen Worten, der Schalter 12 kann innerhalb des kleinen Zeitanteils, der von der Steuerschleife unter nahezu Kurzschlußbedingungen vorgeschrieben wird, nicht langer ein- und ausgeschaltet werden. Aus diesem Grund weist der Strombegrenzer eine dritte Betriebsmöglichkeit auf, die als Frequenzschiebung bezeichnet werden könnte, wobei die Periode t ^^ so verlängert wird, daß sich die Periode T vergrößert. Dadurch wird natürlich der Arbeitszyklus des Schalterbetriebs verkürzt und eine weitere Verkleinerung

von V bewirkt. .

Der Frequenzschiebungsvorgang findet statt, wenn der Transistor 74 leitet. Die Basis des Transistors 74 ist über die Diode D13 an den Ausgang des Vergleichers A4 angeschlossen. Normalerweise ist die Diode D13 umgekehrt gespannt, und zwar aufgrund des normalerweise leitenden Zustands der Zenerdiode D14. Da die Diode D14 mit dem

Kondensator G5 des Spannungssensors in Reihe liegt, wird ein Punkt (Punkt 63 in Fig. 3A) erreicht,' an dem die Diode D14 nicht mehr leitet. Wenn dann der Transistor leitet, wird; den Kondensator C6 (Fig. 8) über die Didoe D15

^ geladen. Die Ladung auf den Kondensator C6 ist wiederum über die Diode D16 an das Zeitgebernetzwerk des Zeitbasisgenerators 28 gekoppelt. Während des Entladungszyklus der Zeitbasiszeitgeberschaltung entlädt sich der Kondensator C6 über R5 zusammen mit den Kondensator Cl, wodurch sich die Kondensatorentladezeit verlängert und demzufolge die Periode t £_f streckt. Die Verlängerung von t _ff vergrößert natürlich wesentlich die Schaltperiode T und reduziert den Arbeitszyklus der Spannung, die unter Strom-

überlastbedingungen auf die Last übertragen wird. 15

Im folgenden wird⁷ der Schalter treiber näher betrachtet. Wie aus' Fig*. 2 ersichtlich, wird der Schalter 12 durch den Schaltertreiber 27 aktiviert. Grundsätzlich ist der Schaltertreiber 27 so gebaut, daß er anstelle des Ein-Schaltens und zwangsläufiges Ausschalten des Schalters I2i entsprechend dem Schalterbetätigungssignal am Ausgang des Impülsbreitenmodulators 24 bewirkt. Da der Treiber nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird er auch nicht weiter erläutert.

aus dem Obigen ergibt sich, daß erfindungsgemäß eine vollständige Steuerung für unsymmetrische, geregelte Schalt-Spannungsquellen erreicht wird. Diese Steuervorrichtung ermöglicht einen Betrieb über einen weiten Bereich von Eingangs- und Äusgangsbedingungen. Sie ist in der Lage, mit großen Arbeitszyklen zu arbeiten,, um niedrige Eingangsspannungen zu kompensieren und dennoch während normaler Betriebsbedingungen mit mäßigen Arbeitszyklen zu· arbeiten,- die keinen zu starken Energieverlust mit sich bringen. Wichtig ist, daß sie so gebaut ist, daß sie mit einem minimalen Betriebsstrom auskommt. Tatsächlich ist die Schaltung so ausgelegt, daß nur nötig ist,

V einen ausreichenden Strom für den Betrieb der mit niedriger Spannung arbeitenden elektronischen Einrichtungen zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus ist die Anlaufschaltung mit einem Niedrigspannungszeitgeber kombiniert, so daß unter Leitungsbedingungen eine Unterbrechung der Span— nungszufuhr erreicht wird, die sonst großer Arbeitszyklen für die Spannungsübertragung auf die Ausgangsschaltung erforderlich machen würde. Schließlich gehört zur erfindungs— gemäßen Vorrichtung die Strombegrenzung in drei Zuständen, so daß die Spannungszufuhr und annähernd Kurschlußbedingungen aufrechterhalten werden können.

Es versteht sich, daß der Erfindungsvorschlag Abwandlungen zugängig ist. So kann beispielsweise nacheilende Impulsmodulation benutzt werden und dementsprechend ist es möglich, den Schalterbetätigungsimpuls dadurch zu beenden, daß geeignete Signale an einigen Punkten in der Schaltung zur Einwirkung gelangen. In ähnlicher Weise besteht die Möglichkeit, Frequenzschiebung oder eine Verlängerung der periode T mit Hilfe anderer als der oben beschriebenen genauen Schaltungen zu erreichen. Des weiteren könnte das Zeitbasissignal auch auf ganz andere Weise erzeugt werden, als sie hier beschrieben ist.

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Claims

TISGHER KERN & BREHM Albert-Roashaupter-Strasse 65 D 8000 München 70 Telefon (089) 7605520 · Telex^^ 149501Sar Telegramme Kernpatent München'"" ' Veeco-7415 * Veeco Instruments, Inc. Melville, N.Y. , 11747, V.St.A. Patentansprüche

1. Steuervorrichtung für eine geregelte Schaltspannungsquelle, die von einer externen Energiequelle aus betrieben wird und die eine Ausgangsschaltung aufweist, welche an eine zu speisende Last anschließbar ist sowie einen steuerbaren Schalter, um durch Steuerung des Arbeitszyklus der von der Quelle auf die Ausgangsschaltung übertragenen Spannung eine Ausgangsregelung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine Einrichtung aufweist, die auf die Energiequelleneingangsspannung (V. ) und den zu regelnden Ausgangsparameter anspricht, um ein Signal zu erzeugen, das den Schalter (12) mit einer vorgegebenen Wiederholungsgeschwindigkeit aktiviert und über eine Zeitspanne, die durch die Spannungsquelle (10) und den Ausgangsparamter bestimmt werden, so daß der Ausgangsparameter den gewünschten Wert beibehält, und daß eine Anfangsschaltung (20, 21, 50) zur zeitweiligen Reduzierung des Arbeitszyklus der Spannungsübertragung durch den Schalter (12) vorgesehen ist, um dadurch den Anfangsstrom zu begrenzen, indem die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Perioden der Schalterbetätigung nach dem Anschluß der Spannungszufuhr an die äußere Spannungsquelle (10) verlängert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Erzeugungseinrichtung für das Schalterbetätigungssignal eine Einrichtung (23) zur Integrierung eines periodischen Signals aufweist, das für die Spannungsquelle repräsentativ ist, und daß

eine Einrichtung (Al) zum Vergleichen des periodischen integrierten Signals mit einem für den Ausgangsparameter repräsentativen Signal vorgesehen ist, wobei die Vergleichseinrichtung ein Schalterbetätigungssignal erzeugt, sobald die Höhe eines der verglichenen Signale geringer ist als diejenige des anderen Signals.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Rückstellung des integrierten Signals auf einen Bezugswert vor jeder Schalterbetätigung .

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Anfahrschaltung (20, 21, 50) so arbeitet, daß sie ein Bezugssignal durch eines der verglichenen Signale ersetzt, um dadurch die Erzeugung eines Schalterbetätigungssignals zu unterdrücken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zeitgeberschaltung, die zur Erzeugung des Bezugssignals an die Anfahrschaltung angeschlossen ist, um die Unterdrückung des Schalterbetätigungssignals zu bewirken, sobald die Spannungsquelle (10) unter einen vorgegebenen Wert oder einer vorgegebenen Zeitperiode liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Begrenzung der Dauer der Schalterbetätigung mit einer solchen Wiederholungsgeschwindigkeit, die einen maximalen Arbeitszyklus entstehen läßt, der erheblich über 50 % liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der maximale Arbeitszyklus der Schalterbetätigung wenigstens 70 % beträgt.

* 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Begrenzung der Höhe eines der verglichenen Signale, um dadurch den Arbeitszyklus der Schalterbetätigung unter normalen Bedingungen auf einen Wert zu begrenzen, der geringer ist als der maximale Arbeitszyklus.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeitgeberschaltung (28), die auf die Zufuhrspannung anspricht, um die Aktivierung des Schalters (12) zu unterdrücken, sobald die Zufuhrspannung über eine gegebene Zeitperiode geringer ist als ein vorbestimmter Miniraalwert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Strombegrenzungssignals in Abhängigkeit von einer für einen Ausgangsstrom geforderten Belastung, die größer ist als ein maximal zulässiger Wert und durch eine Einrichtung zur Zuführung dieses Strombegrenzungssignals an die Vorrichtung zur Erzeugung des Betätigungssignals für den Schalter (12), so daß während der Dauer der Schalterbe- § tätigung das Signal zu dem geforderten zu hohen Ausgangs- * strom in umgekehrtem Verhältnis steht.

11. Steuervorrichtung für eine geregelte Schaltspannungsquelle, die von einer externen Energiequelle aus betrieben wird und die eine Ausgangsschaltung aufweist, welche an eine zu speisende Last anschließbar ist sowie einen steuerbaren Schalter, um durch Steuerung des Arbeitszyklus der von der Quelle auf die Ausgangsschaltung übertragenen Spannung eine Ausgangsregelung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Impulsbreitenmodulator (24) aufweist, der mit der Spannungsquelle und dem zu regelnden Ausgangsparameter verbunden ist, um Betätigungsimpulse für den Schalter (12) zu erzeugen, die eine von den Schwankungen

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der Spannungsquelle (10) und dem Äusgangsparameter abhängigen Arbeitszyklus aufweisen, so daß der Äusgangsparameter auf dem gewünschten Wert haltbar ist und die Schaltersteuerimpulse eine maximale Impulsbreite nicht überschreiten, daß eine interne Spannungszufuhrschaltung (18) für die Steuervorrichtung vorhanden ist, die einen Energiespeicher enthält, welcher mit verminderter Geschwindigkeit mit Strom von der Quelle versorgt wird, und daß eine Anfahrschaltung (20, 21, 50) zur Unterdrückung der Betätigung des Schalters (12) vorhanden ist, sobald die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie nicht ausreicht, um die Betätigung des Schalters während einer geforderten Zeitdauer aufrechtzuerhalten, um den gewünschten Wert für den Ausgangsparameter zu erhalten und dadurch den Quellenstrom, der zum Betrieb der regelnden Steuervorrichtung während des Anlaufs erforderlich ist, zu beschränken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Anfahrschaltung Mittel aufweist, die zusammen auf die interne Lieferspannung und eine erste Bezugsspannung ansprechen, um die Betätigung des Schalters (12) zu unterdrücken, sobald ein Bruchteil dieser internen Lieferspannung kleiner ist als die erste Bezugsspannung.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekenn ze ichn e t durch ein Zeitgebernetzwerk (28) zur Erzeugung einer zweiten Bezugsspannung, die im Hinblick auf die erste Bezugsspannung eine solche Höhe hat, daß eine Zeitfunktion geändert wird, sobald die Quellenspannung kleiner ist als ein für die Aufrechterhaltung des Betriebs minimal zulässiger Pegel, wobei die Anfahrschaltung in der Weise arbeitet, daß die Schalterbetätigung unterdrückt wird, sobald die zweite Bezugsspannung die Höhe der ersten Bezugsspannung erreicht.

OWQlNAL FNSPECfED

14. Steuervorrichtung für eine geregelte Schaltspannungsquelle, die von einer externen Energiequelle aus betrieben wird und die eine Ausgangsschaltung aufweist, welche an eine zu speisende Last anschließbar ist sowie einen steuerbaren Schalter, um durch Steuerung des Arbeitszyklus der von der Quelle auf die Ausgangsschaltung übertragenen Spannung eine Ausgangsregelung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung Mittelaufweist, die gemeinsam auf die Spannungsquelle und den zu regelnden Ausgangsparameter ansprechen, um ein Signal zur Aktivierung des Schalters (12) mit einer vorgegebenen Wiederholungsrate zu erzeugen, wobei die Dauer jeder Aktivierung in Übereinstimmung mit der Quellenspannung und dem Ausgangsparameter so variabel ist, daß der Ausgangsparameter auf dem gewünschten Wert gehalten wird, daß eine interne Spannungszufuhrschaltung (18) für die Regelung der Steuervorrichtung vorgesehen ist, die eine Einrichtung (55, 65) zur Begrenzung des von der Energiequelle bezogenen Stroms aufweist, ferner einen Kondensator zur Aufnahme dieses begrenzten Stroms, der so geschaltet ist, daß er Energie den Komponenten der regelnden Steuervorrichtung zuführt, sowie eine Spannungsbezugseinrichtung zur Aufrechterhaltung der Spannung an dem Kondensator auf einem gewählten Wert, und daß eine Energiespeichervorrichtung in der Schaltung vorgesehen ist, wobei der Schalter (12) zur Speicherung eines Teils der Energie, die durch diesen Schalter während eines Teils des Wiederholungsgeschwindigkeitszyklus übertragen wird, dient, und der Schalter während eines anderen Teils des Zyklus so geschaltet ist, daß er den Kondensator mit zusätzlicher Energie versorgt, um dadurch den Kondensator in aufeinanderfolgenden Perioden der Schalterleitung auf einen höheren Pegel aufzuladen, und daß schließlich eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die die Schalterbetätigung unterdrückt wird, sobald die in der Spannungszufuhrschaltung (18) gespeicherte Energie geringer ist als ein vorgeschriebener Minimalwert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichereinrichtung eine regenerative Transformatorschaltung (67) aufweist.
5

16. Steuervorrichtung für eine geregelte Schaltspannungsquelle, die von einer externen Energiequelle aus betrieben wird und die eine Ausgangsschaltung aufweist, welche an eine zu speisende Last anschließbar ist sowie einen steuerbaren Schalter, um durch Steuerung des Arbeitszyklus der von der Quelle auf die Ausgangsschaltung übertragenen Spannung eine Ausgangsregelung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Zeitbasissignalgenerator (28) aufweist, der eine gewünschte Periode für die Stromleitung des Schalters (12) bei einer bestimmten Schaltrate festlegt, die eine normale Zeitbasisperiode (T ) bildet, welche aus einer maximalen Schalterleitungsperiode (t ) und einer

max

Schalternichtleitperiode (t _ff) zusammengesetzt ist, daß Mittel vorhanden sind, die gemeinsam auf die Quellenspannung und den zu regelnden Spannungsausgangsparameter ansprechen, um einen Schalterbetätigungsimpuls für jede Periode (T ) zu erzeugen, dessen Dauer variabel ist, und zwar in Übereinstimmung mit der Quellenspannung und dem Ausgangsparameter, so daß der Ausgangsparameter auf einem gewünschten Wert haltbar ist, daß die Schalterbetätigungssignaleinrichtung eine erste Schaltung zur Erzeugung eines ersten Signals aufweist, daß sich im allgemeinen linear mit der Zeit als Funktion der Quellenspannung ändert und zu der Periode (T ) zeitbezogen ist, daß eine zweite Schaltung zur Erzeugung eines zweiten Signals vorhanden ist, dessen Größe repräsentativ für den' Ausgangsparameter ist, und daß Mittel vorhanden sind, die gemeinsam auf die ersten und zweiten Signale ansprechen und das genannte Schalterbetätigungssignal erzeugen, sobald die Größe des einen Signals der genannten beiden ersten und zweiten Signale kleiner ist als die Größe des anderen dieser

* Signale, wobei die Schwankungsbreite der Signale so gewählt ist, daß die Dauer des Schalterbetätigungssignals auf einen Wert beschränkt wird, der unter allen Betriebsbedingungen ausgenommen solchen, bei denen eine Quellenspannung nicht

^ ausreicht, um den geregelten Ausgangsparameter auf dem gewünschten Wert zu halten, kleiner ist als die maximale Periode (_t|nax).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e kennzeichnet, daß der maximale Arbeitszyklus (t /T ) der Schalterbetätigung nicht kleiner ist als

IQdX ρ

etwa 70 %.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeich- !5 net durch eine Einrichtung zur Begrenzung des Schalterbetätigungssignals auf eine Zeitdauer, die in einer beliebigen Periode (T ) den Wert (t. _ ) nicht überschreitet,

ρ max

sobald die Quellenspannung nicht ausreicht, um den geregelten Ausgangsparameter auf dem gewünschten Wert zu halten.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schaltung eine Einrichtung zur Rückstellung der Höhe des ersten Signals auf einen vorgeschriebenen Wert nach jeder Schalterleitperiode aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf Ausgangsstrominkremente anspricht, die einen vorgegebenen Maximalwert unter zu hohen Lastbedingungen übersteigen, um dadurch ein Strombegrenzungssignal zu entwickeln, und durch eine Vorrichtung, die auf dieses Strombegrenzungssignal anspricht, um den Arbeitszyklus der Schalterbetätigung zu reduzieren und dadurch die Ausgangsspannung um einen Betrag zu verringern, der ausreicht, um den Ausgangsstrom im wesentlichen auf den vorgeschriebenen Maximalwert zu begrenzen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsspannung unter extremen Belastungsbedingungen um einen solchen Betrag reduziert wird, der den Ausgangsstrom über einen vorgegebenen Ausgangsspannungsbereich im wesentlichen konstant hält.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsspannung außerhalb dieses Bereiches um einen Betrag reduziert wird, der so gewählt ist, daß ein Stromrückgang (foldback) erreichbar ist, um dadurch bei steigendem Belastungsleitwert den Ausgangsstrom zu verringern.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Strombegrenzungseinrichtung so arbeitet, daß die Zeitperiode (*·_ο*«) verlängert wird, um dadurch bei sehr stark ansteigendem Belastungsleitwert die Schaltgeschwindigkeit bei entsprechendem Rückgang der Ausgangsspannung zu reduzieren.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Strombegrenzungseinrichtung eine Ausgangsspannungstastschaltung (57) aufweist, die ein Spannungsbezugssignal für die Ausgangsspannungen erzeugt, die einen gegebenen Steuerpegel übersteigen, daß eine Stromabtastschaltung zur Erzeugung eines Signals vorgesehen ist, das eine Funktion des Ausgangsstroms ist, und daß Mittel vorhanden sind, die gemeinsam auf das Spannungsbezugssignal und die Stromfunktionssignale zur . Erzeugung des Strombegrenzungssignals ansrpechen, sobald die Größen dieser Signale ein vorbestimmtes Verhältnis haben.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal sich entsprechend der Ausgangsspannung ändert, sobald die Aus-

gangsspannung kleiner ist als der vorgegebene Steuerpegel, und daß das Strombegrenzungssignal bei relativ niedrigen Ausgangsstromwerten erzeugt wird, sobald die Ausgangsspannung kleiner ist als der gegebene Steuerpegel. 5

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß das Bezugssignal sich entsprechend den Ausgangsspannungen ändert, wenn diese geringer sind als der vorgegebene Steuerpegel, und daß die Strombegrenzungseinrichtung ferner eine Vorrichtung aufweist, die auf das veränderliche Bezugssignal anspricht, um die Periode (T-) im Strombegrenzungsbetrieb zu verlängern.

27. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Strombegrenzungseinrichtung den Arbeitszyklus der Schalterbetätigung so steuert, daß die Ausgangsspannung bei extremen Belastungen reduziert wird, um (a) einen im wesentlichen konstanten Strombetrieb der Ausgangsspannung bei einem vorgeschriebenen maximal zulässigen Stromwert über einen gegebenen Ausgangsspannungsbereich zu erhalten und (b) eine Ausgangsstromrückführung bei steigenden Belastungen zu erreichen, die Ausgangsspannungen ergeben, welche kleiner sind als der genannte Bereich.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekenn ζ e i c h η e t , daß eine Einrichtung zur Reduzierung der Dauer des Schalterbetätigungssignals über dem gegebenen Bereich an Ausgangsspannungen als Funktion des steigenden Belastungsleitwertes vorhanden ist und daß eine Frequenzschieberschaltung (55, 65, 74) vorhanden ist, die auf Ausgangsspannungen anspricht, welche unter einem gegebenen Wert liegen, so daß die Zeitbasisperiode (Tq) bei weiter ansteigendem Lastleitwert vergrößert wird, um dadurch die Schaltrate, in der Spannung auf die Ausgangsschaltung übertragen wird, zu verkleinern.

29. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Begrenzung des von der Energiequelle zur regelnden Steuervorrichtung abgegebenen Stroms, eine interne Spannungsquelle für die regelnde Steuervorrichtung und durch eine Einrichtung, mit der die Zeitbasisperiode (T ) verlängerbar ist, sobald die in der internen Spannungsquelle gespeicherte Energie unter einem Minimalwert liegt, der zur Aufrechterhaltung des Betriebs erforderlich ist, um dadurch die Energie zu begrenzen, die von der regelnden Steuervorrichtung verbraucht wird.

30. Steuervorrichtung für eine geregelte Schaltspannungsquelle, die von einer externen Energiequelle aus betrieben wird und die eine Ausgangsschaltung aufweist, welche an eine zu speisende Last anschließbar ist sowie einen steuerbaren Schalter, um durch Steuerung des Arbeitszyklus der von der Quelle auf die Ausgangsschaltung übertragenen Spannung eine Ausgangsregelung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel aufweist, die gemeinsam auf die Spannungsquelle und den zu relgenden Spannungsausgangsparameter zur Erzeugung eines Schalterbetätigungssignals ansprechen, das eine entsprechend der Quellenspannung und dem Ausgangsspannungsparameter variable Dauer hat, so daß der Ausgangsspannungsparameter auf einen gewünschten Wert haltbar ist, daß eine Strombegrenzungsvorrichtung vorgesehen ist, die auf einen inkrementalen Ausgangsstrom anspricht, der einen vorgegebenen Maximalwert unter extremen Belastungsbedingungen übersteigt, um ein Strombegrenzungssignal zu erzeugen, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, die das Strombegrenzungssignal mit dem Schalterbetätigungssignal koppelt, um dadurch ein Mittel zur Reduzierung des Arbeitszyklus der Schalterbetätigung zu schaffen, wobei die Strombegrenzungseinrichtung eine Ausgangsspannungsfühlerschaltung (14) aufweist, die ein Spannungsbezugssignal erzeugt, das gemäß den Ausgangsspannungen, die kleiner sind als ein gegebener

Steuerpegel variabel ist, sowie eine Stromfühlerschaltung zur Entwicklung eines Signals, das eine Funktion des AusgangsStroms ist, und eine Einrichtung, die auf das Spannungsbezugssignal und das Stromfunktionssignal anspricht, um das Strombegrenzungssignal zu erzeugen, sobald die Größen der genannten Signale ein vorbestimmtes Verhältnis aufweisen, wobei das Strombegrenzungssignal bei relativ niedrigen Ausgangsstromwerten erzeugt wird, sobald die Ausgangsspannung kleiner ist als ein vorgegebener Steuerpegel.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf das variable Bezugssignal anspricht, um die Arbeitszyklusperiode beim Strombegrenzungsbetrieb zu vergrößern, sobald die Ausgangsspannung unter einen Wert fällt, der kleiner ist als der Steuerpegel.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch

gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsvorrichtung den Arbeitszyklus der Schalterbetätigung so steuert, daß die Ausgangsspannung unter zu hohen Belastungen reduziert wird, um (a) einen im wesentlichen konstanten Strombetrieb der Ausgangsspannung bei einem vorgegebenen maximal zulässigen Stromwert über einen gegebenen Ausgangsspannungsbereich zu erhalten sowie (b) einen Ausgangsstromrückführbetrieb bei steigender Belastung, die zu Ausgangsspannungen führt, welche unter dem genannten Bereich liegen.