DE3806968A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur erzeugung einer geregelten ausgleichsspannung aus einer hoeheren eingangsgleichspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsgleichspannung vorgegebenen Werts aus einer Eingangsgleichspannung höheren Werts, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4.

Derartige Verfahren und Schaltungsanordnungen - letztere sind in integrierter Form von verschiedenen Herstellern erhältlich - werden insbesondere in Netzgeräten eingesetzt, um aus einer belastungsabhängigen Eingangsgleichspannung, wie sie z. B. nach Gleichrichtung und Siebung der Sekundärspannung eines Netztransformators vorliegt, eine stabilisierte Ausgangsgleichspannung zu gewinnen. Dabei liegt die Eingangsgleichspannung im Leerlauf so weit über der zu erzielenden Ausgangsgleichspannung, daß sie diese auch bei Belastung mit Nennstrom nicht unterschreitet.

Für die Ausgangsregeleinheit bestehen aufgrund dieses Sachverhalts folgende zwei Probleme: Erstens müßte sie die volle Schwankungsbreite der Eingangsgleichspannung ausregeln können. Zweitens entsteht an der Ausgangsregeleinheit z. B. bei mittlerer Strombelastung und hohem Überschuß der Eingangsgleichspannung über die Ausgangsgleichspannung eine durch den entsprechenden Spannungsabfall an der Ausgangsregeleinheit bedingte hohe Verlustleistung, die Kühlungsaufwand erfordert und die Zuverlässigkeit der Ausgangsregeleinheit infolge Wärmeentwicklung und beschleunigter Alterung herabsetzt.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines gattungsgemäßen Verfahrens und einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung, die eine bessere und sicherere Stabilisierung der Ausgangsgleichspannung und eine Reduzierung der an der Ausgangsregeleinheit anfallenden Verlustleistung gestatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 4 gelöst.

Durch die Aufteilung der zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung herrschenden Spannungsdifferenz auf mehrere Spannungsregeleinheiten werden vor allem die Vorteile erreicht, daß zum einen jede einzelne Regeleinheit nur einen Teil der maximal möglichen Schwankung der Eingangsgleichspannung auszuregeln und somit ihren günstigsten Arbeitsbereich nicht zu verlassen braucht und zum anderen an jeder einzelnen Regeleinheit nur ein Teil der (unveränderten) Gesamtverlustleistung entsteht. Durch ersteren Effekt sinkt der Durchgriff eingangsseitiger Spannungsschwankungen auf die Ausgangsgleichspannung. Die zweitgenannte Verbesserung bedeutet geringeren Kühlungsaufwand und gesenkte Ausfallwahrscheinlichkeit pro Regeleinheit.

Die erhöhte Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt sich weiterhin in günstigen Notlaufeigenschaften: Selbst dann, wenn alle der Ausgangsregeleinheit vorgelagerten Regeleinheiten aufgrund einer Störung unkontrolliert ihre jeweiligen Eingangsspannungen passieren ließen, würde die Ausgangsgleichspannung nicht in die Höhe schnellen, solange wenigstens die Ausgangsregeleinheit aktiv ist. Damit ist eine Forderung beispielsweise der strengen Sicherheitsbestimmungen für Bergbauausrüstungen erfüllt.

Die infolge der Erfindung verringerten Anforderungen an jede einzelne Spannungsregeleinheit erlauben nicht zuletzt auch den wirtschaftlich vorteilhaften Einsatz standardisierter, handelsüblicher Regeleinheiten, und zwar vorzugsweise gleicher Regeleinheiten für alle Stufen der Schaltungsanordnung.

Sofern diese Regeleinheiten, wie üblich, zusätzlich jeweils über eine Strombegrenzungseinrichtung verfügen, ergibt sich durch die Reihenschaltung mehrerer Regeleinheiten eine entsprechend mehrfache Sicherheit auch gegen Überstrom im Fall eines Kurzschlusses der Ausgangsgleichspannung, da bereits das Ansprechen einer einzigen Strombegrenzung den Strom durch alle Regeleinheiten begrenzt. Damit ist eine weitere Forderung beispielsweise der Sicherheitsbestimmungen im Bergbau erfüllt; dort muß nämlich auch bei Ausfall einer Regeleinheit immer noch die Begrenzung von Strom und Spannung gewährleistet sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 3 bzw. 5 bis 16.

Die Vorgehensweise nach Anspruch 2 stellt eine möglichst gleichmäßige Aufteilung der Gesamtverlustleistung und der auszuregelnden Spannungsschwankung auf die Spannungsregeleinheiten sicher.

Die Ansprüche 3, 11 und 13 lehren zuverlässige Maßnahmen zur Erzeugung von Sollwerten, die den Spannungsregeleinheiten für einen erfindungsgemäßen Betrieb vorgegeben werden können.

Eine schaltungstechnisch besonders geeignete Realisierung einer erfindungsgemäßen Verknüpfungsstufe ist Gegenstand des Anspruchs 5. Im Zusammenhang damit zeichnet sich die Ausgestaltung nach Anspruch 6 durch hohe Effizienz, d. h. ein hohes Verhältnis von Nutzen zu Aufwand, aus und erlaubt darüber hinaus die Weiterbildung gemäß Anspruch 7, die die Doppelnutzung einer Leuchtdiode beinhaltet: ihre Durchlaßspannung fungiert nämlich als Konstantspannung der Konstantstromquelle im Differenzverstärker, und ihr Leuchten zeigt die Erfüllung dieser Funktion an. Da der Temperaturkoeffizient der Durchlaßspannung annähernd gleich dem Temperaturkoeffizienten der Basis-Emitter-Strecke des Stromquellentransistors ist, weist der resultierende Konstantstrom außerdem praktisch keinen Temperaturgang auf.

Eine gemäß Anspruch 8 erfolgende Rückkopplung der Ausgangsgleichspannung auf die Ausgangsregeleinheit erlaubt eine Variation der Ausgangsgleichspannung durch einfaches Abändern eines Widerstandsverhältnisses, ohne daß die interne Festspannung der Ausgangsregeleinheit geändert werden müßte.

Mittels einer Steuerstufe gemäß Anspruch 9 vermag die Ausgangsgleichspannung dem Wert einer z. B. externen Steuerspannung zu folgen, und zwar auch hier ohne Eingriff in die interne Festspannung der Ausgangsregeleinheit.

Durch eine Staffelung der Strombegrenzungseinsatzpunkte gemäß Anspruch 10 wird ein gleichzeitiges Ansprechen zweier Strombegrenzungen, welches zu Regelschwingungen führen könnte, vermieden und dennoch eine zweifache Sicherheit gegen Überstrom gewährleistet.

Eine dreistufige erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, gemäß Anspruch 12, steigert gegenüber einer zweistufigen solchen Anordnung noch weiter jene Vorteile, die sich aus der proportionalen Aufteilung der zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung bestehenden Spannungsdifferenz auf die Regeleinheiten für letztere ergeben, und verdeutlicht gleichzeitig die Systematik allgemein mehrstufiger erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen.

Eine gemäß Anspruch 14 erfolgende Rückkopplung der Ausgangsgleichspannung auf die Eingangsregeleinheit verhindert auch im Fall eines Versagens der Ausgangsregeleinheit einen unkontrollierten Anstieg der Ausgangsgleichspannung.

Netzgeräte, die durch Netzspannungstransformation, Gleichrichtung und Siebung zunächst ungeregelte Gleichspannungen erzeugen und diese mittels erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen wirkungsvoll und zuverlässig stabilisieren, sind Gegenstand der Ansprüche 15 und 16, wobei in letzterem Fall zwei galvanisch getrennt erzeugte Ausgangsgleichspannungen so miteinander gekoppelt sind, daß bezüglich eines Bezugspotentials sowohl eine positive als auch eine negative Ausgangsgleichspannung zur Verfügung steht, was für manche Anwendungen erforderlich ist.

Anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Netzgerät mit einer zweistufigen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Detail;

Fig. 2 eine dreistufige erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in schematischer Darstellung; und

Fig. 3 ein Netzgerät mit einem Paar erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen in schematischer Darstellung.

Bei dem exemplarischen Netzgerät gemäß Fig. 1 erhält die Primärwicklung eines Netztransformators über eine Sicherung Si 4 und einen Wärmeschutzschalter Wechselspannung aus einem Wechselspannungsnetz. Die aus diesem Transformator gespeiste, im folgenden näher beschriebene Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsgleichspannung würde ihre Funktionen jedoch genausogut erfüllen, wenn die primäre Wechselspannung des Transformators aus einem Wechselrichter, z. B. der Zerhackerschaltung eines Gleichspannungswandlers, stammte.

Die sekundär erzeugte Wechselspannung, deren Effektivwert im Falls der Netzspeisung normalerweise deutlich unter dem Effektivwert der Primärspannung liegt, letzteren im Fall eines Gleichspannungswandlers aber auch übersteigen kann, gelangt über eine weitere Sicherung, Si 2, an einen Brückengleichrichter, der aus den vier Dioden D 201 bis 204 besteht. Nach Siebung der Gleichrichterausgangsspannung am Elektrolytkondensator C 201 steht somit eine ungeregelte Gleichspannung zur Verfügung, die stabilisiert werden soll. Auch hier ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die stabilisierende Schaltungsanordnung alternativ eine schon vorgeregelte Gleichspannung (siehe Beschreibung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2) und/oder eine Gleichspannung aus einer anderen Art von Gleichspannungsquelle, z. B. einer Batterie, verarbeiten kann.

Die gemäß einem vorgegebenen Wert zu erzielende Ausgangsgleichspannung "+" wird von einer in integrierter Form erhältlichen Ausgangsregeleinheit IC 202 an deren Ausgang 2 stabil gehalten, indem ein Teil des Istwerts der Ausgangsgleichspannung "+" an einem ohmschen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen P 201 und R 210 bis 212, abgegriffen und an einen Rückkopplungseingang 4 der Ausgangsregeleinheit IC 202 gelegt wird. Diese vergleicht die zurückgeführte Spannung mit einer internen Festspannung von z. B. 2,8 Volt und sucht sie mit letzterer durch fortlaufende Anpassung der Ausgangsgleichspannung "+" e Übereinstimmung zu bringen. Zu diesem Zweck steuert die Ausgangsregeleinheit IC 202 einen von ihrem Eingang 1 zu Pin 5 (und von dort weiter zu ihrem Ausgang 2) führenden Strompfad, z. B. einen Längstransistor, und damit das Passieren einer am Eingang 1 anstehenden Gleichspannung, deren Wert über dem Wert der Ausgangsgleichspannung "+" liegt. Die sich schließlich einstellende Ausgangsgleichspannung "+" errechnet sich somit als

Interne Festspannung × (P 201 + R 210 + R 211 + R 212)/R 212.

Zur Verhinderung von Regelschwingungen, die durch transiente Spannungsspitzen ausgelöst werden könnten, ist der Ausgang 2 der Ausgangsregeleinheit IC 202 mit einer Kapazität C 205 beschaltet. Ein Grundlastwiderstand R 214 verhindert undefinierte Regelungszustände im Leerlauf der Schaltung und nimmt den Strom aus den Widerständen R 206, R 207 auf (deren Funktion weiter unten beschrieben wird); die Regeleinheit selbst kann nämlich Strom normalerweise nur abgeben, nicht jedoch aufnehmen. Eine in Sperrichtung am Ausgang liegende Diode D 208 schützt die Ausgangsregeleinheit IC 202 gegen negatives Potential, welches bei irregulären Betriebsbedingungen (Verpolung; externe Überspannungseinkopplung) über die Ausgangsklemmen von außen eindringen könnte. Diese Diode kann z. B. auch durch eine Zenerdiode ersetzt werden und/oder aus Sicherheitsgründen mehrfach parallel vorhanden sein. Mit Anschluß 3 liegt die Ausgangsregeleinheit IC 202 auf Bezugspotential.

Die am Eingang 1 der Ausgangsregeleinheit IC 202 anliegende Gleichspannung sinkt mehr oder weniger spürbar ab, wenn der Ausgangsstrom der Schaltungsanordnung zunimmt, und umgekehrt. Diese Schwankungen muß die Ausgangsregeleinheit IC 202 ausregeln, was umso besser gelingt, je geringer die Schwankungen sind; denn erstens ist dann der erforderliche Regelhub geringer, und zweitens kann die Ausgangsregeleinheit IC 202 unter diesen Gegebenheiten länger oder ständig an ihrem optimalen Arbeitspunkt, mit der höchsten Regelverstärkung, arbeiten.

Würde aber die am Siebkondensator C 201 zur Verfügung stehende Gleichspannung an den Eingang 1 der Ausgangsregeleinheit IC 202 gelegt, müßte diese Regeleinheit erhebliche Spannungsschwankungen ausgleichen, da die Sekundärspannung eines normalen Transformators stark belastungsabhängig ist und noch Schwankungen der Primärspannung hinzutreten können. Das Problem der Belastungsabhängigkeit betrifft auch alle anderen Spannungsquellen mit hohem Innenwiderstand.

Damit die Ausgangsregeleinheit IC 202 nicht die volle Schwankungsbreite der Siebkondensatorspannung kompensieren und auch nicht die mit dem Spannungsabfall über dem regelnden Strompfad verbundene Verlustleistung vollständig tragen muß, ist die Siebkondensatorspannung als Eingangsgleichspannung einer weiteren Regeleinheit, der Eingangsregeleinheit IC 201, an deren Eingang 1 geführt. Diese Regeleinheit ist vorzugsweise baugleich mit der Ausgangsregeleinheit IC 202 und nimmt dieser einen Teil, im Idealfall die Hälfte, der Regelungsarbeit und der Verlustleistung ab, indem sie stets zumindest annähernd den entsprechenden Teil der Spannungsdifferenz zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung "+" auf sich zieht, unabhängig von der jeweils aktuellen Höhe dieser Spannungsdifferenz. Die Eingangsregeleinheit IC 201 stellt also vorzugsweise die Mittenspannung zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung "+" an ihrem Ausgang 2 als eine Zwischengleichspannung zur Verfügung und liefert sie an den Eingang 1 der Ausgangsregeleinheit IC 202. Idealerweise regeln auf diese Weise beide Regeleinheiten gleichzeitig und gleichmäßig bzw. gelangen etwa bei einem starken Absinken der Eingangsgleichspannung gleichzeitig an ihre Regelgrenze. Der Vollständigkeit halber wird noch angemerkt, daß auch die Kapazität C 204 am Ausgang 2 der Eingangsregeleinheit IC 201 der Vermeidung erratischer Regelvorgänge dient.

Die Belastung jeder einzelnen der beiden Regeleinheiten halbiert sich dadurch im Vergleich zur Belastung einer solitär arbeitenden Regeleinheit. Damit ist ein Zuverlässigkeitsgewinn für die gesamte Schaltungsanordnung verbunden, da die Ausfallwahrscheinlichkeit zweier halbbelasteter Bauteile niedriger ist als die Ausfallwahrscheinlichkeit eines grenzbelasteten Bauteils. Außerdem ergibt sich eine Verbesserung der Stabilisierungswirkung, da beide Regeleinheiten nunmehr weitgehend in ihren günstigsten Regelbereichen arbeiten. Diese beiden Kriterien illustrieren aber auch, daß es bei Verwendung nicht baugleicher Regeleinheiten angebracht sein kann, den Spannungsabfall anders als hälftig auf diese aufzuteilen.

Die Zwischengleichspannung wird auf folgende Weise in einer bestimmten Porportion zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung "+" gehalten: Ein entsprechend dem gewünschten Aufteilungsverhältnis, vorzugsweise 1 : 1, dimensionierter ohmscher Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 206 und R 207, liegt zwischen dem Eingang 1 der Eingangsregeleinheit IC 201 und dem Ausgang 2 der Ausgangsregeleinheit IC 202. Die Spannung am gemeinsamen Knoten der genannten Widerstände dient als Zwischen-Sollspannung und wird zum Zweck des erforderlichen Vergleichs mit dem Istwert der Zwischengleichspannung an den invertierenden Eingang, nämlich die Basis eines Transistors Tr 203, eines Differenzverstärkers geführt, während die Zwischengleichspannung selbst an dessen nichtinvertierendem Eingang, nämlich an der Basis eines weiteren Transistors Tr 202, anliegt. Ausgangssignal des Differenzverstärkers ist die Spannung am Kollektor des Transistors Tr 203 oder, gleichbedeutend, der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand R 205.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird als Zwischen-Rückführspannung an den Rückkopplungsanschluß 4 der Eingangsregeleinheit IC 201 gelegt und dort mit einer internen Referenzspannung, z. B. wieder 2,8 Volt, verglichen. Die Eingangsregeleinheit IC 201 stellt dann die Zwischengleichspannung so ein, daß die Differenzverstärker-Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der Referenzspannung kommt. Wenn die Grundspannung am Differenzverstärkerausgang, d. h. die Ausgangsspannung bei Eingangsdifferenz Null, gleich der Referenzspannung ist, bedeutet diese Einstellung gerade die angestrebte Übereinstimmung von Zwischengleichspannung und Zwischen-Sollspannung. Weicht die Grundspannung hingegen von der Referenzspannung ab, wird im selben Maße auch die Zwischengleichspannung von der Zwischen-Sollspannung abweichen, und das Verhältnis der Spannungsaufteilung auf die Regeleinheiten IC 201 und IC 202 wird sich geringfügig vom Idealverhältnis entfernen. Dies kann normalerweise toleriert werden, so daß auch eine einfache, aber wirkungsvolle Realisierungsform des Differenzverstärkers empfohlen werden kann, die in dessen diskretem Aufbau besteht.

Hierzu sind die vorgenannten Transistoren Tr 202, Tr 203 mit ihren Emitterwiderständen R 203, R 204 zusammengeschlossen und werden aus einem als Stromquelle beschalteten Transistor Tr 201 näherungsweise mit Konstantstrom gespeist, den sie in Abhängigkeit von der Differenz ihrer Basisspannungen unter sich aufteilen und zum Bezugspotential leiten und dabei besagtes Ausgangssignal am Kollektorwiderstand R 205 erzeugen. Die Konstantstromlieferung des Transistors Tr 201 kommt durch seine in erster Näherung konstante Basisvorspannung in Verbindung mit seinem Emitterwiderstand R 202 zustande. Eine von einem Vorwiderstand R 201 gespeiste Leuchtdiode D 205 liefert nämlich ihre weitgehend stabile Durchlaßspannung an die Reihenschaltung aus Emitterwiderstand R 202 und Emitter-Basis-Strecke des Transistors Tr 201 und legt damit den Strom durch den Emitterwiderstand R 202 fest. Gleichzeitig zeigt die Leuchtdiode die Erfüllung dieser Funktion optisch an. Dadurch, daß die Durchlaßspannung der Leuchtdiode D 205 etwa den gleichen Temperaturkoeffizienten wie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr 201 hat, ist der Konstantstrom auch noch weitestgehend temperaturunabhängig.

Für den Fall eines Versagens der Ausgangsregeleinheit IC 202 in dem Sinne, daß sie die Ausgangsgleichspannung "+" unzulässig hoch ansteigen ließe, ist als Sicherheitsmechanismus ein auf den Rückkopplungsanschluß 4 der Eingangsregeleinheit IC 201 geschalteter Zweipol vorgesehen, der neben einer Diode D 207 und einem Widerstand R 208 vor allem eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode D 206 enthält. Diese bricht bei Überspannung durch, und die dann an den Rückkopplungsanschluß 4 der Eingangsregeleinheit IC 201 gelagende Ausgangsgleichspannung "+" regelt bereits die Zwischengleichspannung auf einen ungefährlichen Wert. Der normale Regelmechanismus zur Einstellung der Spannung am Widerstand R 205 (über die Transistoren Tr 201 bis 203) wird sozusagen überfahren.

Für den Fall eines Kurzschlusses der Ausgangsgleichspannung "+" sind in heutzutage üblichen Spannungsregeleinheiten Einrichtungen zur selbsttätigen Strombegrenzung vorgesehen, deren Einsetzen mittels Strommeßwiderständen programmierbar ist. Diese werden manchmal, wie bei den Regeleinheiten IC 201 und IC 202 dargestellt, aus Parallelwiderständen R 209/R 209 A, R 213/R 213 A zusammengesetzt, um die resultierenden Widerstandswerte feiner abstufen zu können und ihre Wärmebelastung aufzuteilen. Würden nun die Stromgrenzen sowohl der Eingangsregeleinheit IC 201 als auch der Ausgangsregeleinheit IC 202 gleich eingestellt, könnte es im Störungsfall zu einem instabilen, konkurrierenden Abregeln mit Regelschwingungen kommen. Dieses Problem wird am besten dadurch vermieden, daß man die Stromgrenze der Eingangsregeleinheit IC 201 um etwa 2 bis 20%, vorzugsweise 5 bis 10%, über die Stromgrenze der Ausgangsregeleinheit IC 202 legt. Die höhere Stromgrenze ist Reserve-Stromgrenze, zur doppelten Sicherheit. Durch die Wahl der Ausgangsregeleinheit IC 202 zur Haupt-Stromgrenze wird die angestrebte Aufteilung der Spannungsdifferenz zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung "+" auf die beiden Regeleinheiten IC 201 und 202 auch im Überstromfall gewahrt, weil die Eingangsregeleinheit IC 201 sich wie immer nach der Ausgangsregeleinheit IC 202 richtet. Bei umgekehrter Rollenverteilung müßte die Eingangsregeleinheit IC 201 den ganzen Spannungsabfall alleine tragen; die Ausgangsregeleinheit IC 202 würde nämlich voll aufregeln, um dem aus ihrer Sicht unbegründeten Spannungsrückgang entgegenzuwirken und ihrer Aufgabe der Stabilisierung der Ausgangsgleichspannung "+" gerecht zu werden.

Wie der Ausgangsregeleinheit IC 202 eine externe Steuerspannung vorgegeben werden kann, an die sie die Ausgangsgleichspannung "+" anzugleichen sucht, geht beispielsweise aus Fig. 2 hervor. Wird die Steuerspannung an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers D 3 gelegt und entspricht seine Ausgangsspannung bei Eingangsdifferenz Null der internen Festspannung der Ausgangsregeleinheit IC 202, so wird letztere vom Differenzverstärker D 3 auf die Steuerspannung orientiert.

Vor allem zeigt Fig. 2 eine Erweiterung der oben eingehend beschriebenen Schaltungsanordnung auf drei Stufen der Spannungsregelung. Die Eingangsgleichspannung, am Eingang 1 der Eingangsregeleinheit IC 201, ist hier selbst bereits eine geregelte Ausgangsspannung vom Ausgang 2 einer Vorschaltregeleinheit IC 200, die ihrerseits an ihrem Eingang 1 eine Eingangsspannung "=" empfängt, z. B. von einem hier nicht näher dargestellten Brückengleichrichter mit Siebkondensator. Für die Eingangsgleichspannung am Eingang 1 der Eingangsregeleinheit IC 201 sowie für die Zwischengleichspannung an deren Ausgang 2 werden eine Vorschalt- Sollspannung und eine Zwischen-Sollspannung von den Knotenpunkten eines dreiteiligen ohmschen Spannungsteilers R 1, R 2, R 3 gewonnen, der zwischen die Eingangsspannung und die Ausgangsgleichspannung "+" geschaltet ist. Insbesondere bei Verwendung baugleicher Spannungsregeleinheiten IC 200 bis 202 empfiehlt sich die Wahl R 1 = R 2 = R 3, um wieder eine gleichmäßige Aufteilung des Spannungsabfalls herbeizuführen. Die Verknüpfung der Soll- und Ist-Werte in den Differenzverstärkern D 1, D 2 erfolgt analog zu der Weise, die im Zusammenhang mit dem Differenzverstärker der Fig. 1 oben beschrieben wurde.

Fig. 3 zeigt schließlich noch, wie ein Paar A, B von oben erläuterten Schaltungsanordnungen verwendet werden kann, um zwei geregelte Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität bezüglich eines Bezugspotentials zu erzeugen. Dies geschieht zweckmäßig dadurch, daß die für die Schaltungsanordnungen A, B bestimmten Eingangsgleichspannungen oder Eingangsspannungen aus einem Transformator mit zwei galvanisch getrennten Sekundärwicklungen, denen je ein Brückengleichrichter und ein Siebkondensator nachgeschaltet sind, gewonnen werden und eine galvanische Verbindung zwischen dem Minuspol der Ausgangsgleichspannung der einen Schaltungsanordnung A und dem Pluspol der Ausgangsgleichspannung der anderen Schaltungsanordnung B hergestellt wird, wobei die beiden verbundenen Pole die Träger des Bezugspotentials sind.

Claims (17)

1. Verfahren zum Erzeugen einer geregelten Ausgangsgleichspannung (+) vorgegebenen Wertes aus einer Eingangsgleichspannung höheren Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgleichspannung über eine Reihenschaltung mehrerer, insbesondere zweier, Spannungsregeleinheiten (IC 200-202) stufenweise auf die Ausgangsgleichspannung (+) herabgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei sich ändernder Spannungsdifferenz zwischen Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung (+) die Spannungsregeleinheiten (IC 200-202) das Verhältnis der Spannungsabfälle jeweils zweier aufeinanderfolgender Spannungsregeleinheiten in einem Bereich von 0,5 bis 2, vorzugsweise in einem Bereich von 0,9 bis 1,1, insbesondere annähernd konstant bei Eins, halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Energieflußrichtung letzten Spannungsregeleinheit (IC 202) der für die Ausgangsgleichspannung (+) vorgegebene Wert, direkt oder in verarbeiteter Form, vorgegeben wird und für die übrigen Spannungsregeleinheiten (IC 200, IC 201) Sollspannungen als abgestufte Spannungen eines ohmschen Spannungsteilers abgegriffen werden, welcher zwischen der Eingangsgleichspannung und der Ausgangsgleichspannung (+) liegt und eine der Anzahl aller Spannungsregeleinheiten (IC 200-201) entsprechende Zahl von Widerständen (R 1, R 2, R 3; R 206, R 207) umfaßt.

4. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsgleichspannung (+) vorgegebenen Werts aus einer Eingangsgleichspannung höheren Werts, insbesondere für ein Netzgerät, mit

• - einer, vorzugsweise integrierten, Ausgangsregeleinheit (IC 202), die
  • -- an einem Ausgang (2) die geregelte Ausgangsgleichspannung (+) vorgegebenen Werts abgibt,
  • -- an einem Eingang (1) Gleichspannung höheren Werts empfängt,
  • -- an einem Rückkopplungsanschluß (4) eine vom Istwert der Ausgangsgleichspannung (+) abhängige Ausgangs-Rückführspannung zurückgeführt erhält, und
  • -- die Ausgangs-Rückführspannung mit einer Festspannung vergleicht und mit dieser in Übereinstimmung zu bringen sucht,

gekennzeichnet durch

• - eine, vorzugsweise mit der Ausgangsregeleinheit (IC 202) baugleiche, Eingangsregeleinheit (IC 201), die
  • -- an ihrem Eingang (1) die Eingangsgleichspannung empfängt,
  • -- an ihrem Ausgang (2) eine geregelte Zwischengleichspannung abgibt und an den Eingang (1) der Ausgangsregeleinheit (IC 202) liefert,
  • -- an ihrem Rückkopplungsanschluß (4) eine vom Istwert der Zwischengleichspannung abhängige Zwischen-Rückführspannung zurückgeführt erhält, und
  • -- die Zwischen-Rückführspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und mit dieser in Übereinstimmung zu bringen sucht;
• - eine Einrichtung (R 206, R 207; R 1, R 2, R 3) zur Erzeugung einer Zwischen-Sollspannung, deren Wert zwischen den Werten der Eingangsgleichspannung und der Ausgangsgleichspannung (+), vorzugsweise in der Mitte zwischen diesen, liegt; und
• - eine Verknüpfungsstufe (Tr 201-203; D 205) zur Erzeugung der Zwischen-Rückführspannung als Summe
  • -- einer die Differenz aus Zwischengleichspannung und Zwischen-Sollspannung repräsentierenden Abweichungsspannung und
  • -- einer zumindest näherungsweise konstanten Grundspannung, vorzugsweise in Höhe der Referenzspannung.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsstufe (Tr 201-202; D 205) ein Differenzverstärker ist, der

• - an seinem nichtinvertierenden Eingang (Basis Tr 202) die Zwischengleichspannung empfängt,
• - an seinem invertierenden Eingang (Basis Tr 203) die Zwischen-Sollspannung empfängt, und
• - die Spannung seines Ausgangs (Kollektor Tr 203) dem Rückkopplungsanschluß (4) der Eingangsregeleinheit (IC 201) als Zwischen- Rückführspannung zuführt, wobei am Ausgang (Kollektor Tr 203) des Differenzverstärkers bei Übereinstimmung von Zwischengleichspannung und Zwischen-Sollspannung die Grundspannung ansteht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (Tr 201-203) einen als Stromquelle beschalteten diskreten Transistor (Tr 201) sowie zwei von dieser Stromquelle gemeinsam gespeiste, als steuerbare Stromsenken wirkende diskrete Transistoren (Tr 202, Tr 203) umfaßt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Leuchtdiode (D 205), die in Flußrichtung parallel zur Reihenschaltung aus einem Emitterwiderstand (R 202) und der Emitter- Basis-Strecke des als Stromquelle beschalteten Transistors (Tr 201) liegt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangs-Rückführspannung ein Teil der Ausgangsgleichspannung (+) an einer mit einem einstellbaren Widerstand (P 201) versehenen ohmschen Reihenschaltung (P 201, R 210-212) abgegriffen und an den Rückkopplungsanschluß (4) der Ausgangsregeleinheit (IC 202) zurückgeführt ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuerstufe (D 3) zur Erzeugung der Ausgangs-Rückführspannung als Summe

• - einer die Differenz aus Ausgangsgleichspannung (+) und einer Steuerspannung repräsentierenden Fehlerspannung und
• - einer zumindest näherungsweise konstanten Vorspannung, vorzugsweise in Höhe der Festspannung.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch einen ersten Strommeßwiderstand (R 209) im Ausgangskreis (5) der Eingangsregeleinheit (IC 201) und einen zweiten Strommeßwiderstand (R 213) im Ausgangskreis (5) der Ausgangsregeleinheit (IC 202), welche Strommeßwiderstände (R 209; R 213) die Einsatzpunkte selbsttätiger Strombegrenzungen der Regeleinheiten (IC 201; IC 202) derart festlegen, daß die Stromgrenze der Eingangsregeleinheit (IC 201) etwa 2 bis 20%, vorzugsweise 5 bis 10%, über der Stromgrenze der Ausgangsregeleinheit (IC 202) liegt.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen-Sollspannung als Knotenspannung eines ohmschen Spannungsteilers abgegriffen ist, der zwei an einem Knoten verbundene Widerstände (R 206, R 207) vorzugsweise gleichen Widerstandswerts umfaßt und zwischen den Ausgang (2) der Ausgangsregeleinheit (IC 202) und den Eingang (1) der Eingangsregeleinheit (IC 201) geschaltet ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Eingangsgleichspannung ihrerseits bereits eine geregelte Ausgangsspannung einer, vorzugsweise mit der Eingangs- und der Ausgangsregeleinheit (IC 201; IC 202) baugleichen, Vorschaltregeleinheit (IC 200) ist, die
  • -- an ihrem Eingang (1) eine Eingangsspannung empfängt,
  • -- an ihrem Ausgang (2) die geregelte Eingangsgleichspannung abgibt und an den Eingang (1) der Eingangsregeleinheit (IC 202) liefert,
  • -- an ihrem Rückkopplungsanschluß (4) eine von der Eingangsgleichspannung abhängige Vorschalt-Rückführspannung zurückgeführt erhält, und
  • -- die Vorschalt-Rückführspannung mit einer Vergleichsspannung vergleicht und mit dieser in Übereinstimmung zu bringen sucht;
• - eine Vorschalt-Sollspannung erzeugt wird, deren Wert zwischen den Werten der Eingangsspannung der Vorschaltregeleinheit (IC 200) und der Zwischengleichspannung, vorzugsweise in der Mitte zwischen diesen, liegt; und
• - eine weitere Verknüpfungsstufe (D 1), insbesondere ein weiterer Differenzverstärker, vorgesehen ist zur Erzeugung der Vorschalt- Rückführspannung als Summe
  • -- einer die Differenz aus Eingangsgleichspannung und Vorschalt-Sollspannung repräsentierenden Unterschiedsspannung und
  • -- einer zumindest näherungsweise konstanten Ruhespannung, vorzugsweise in Höhe der Vergleichsspannung.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Spannungsdifferenzteiler zwischen den Ausgang (2) der Ausgangsregeleinheit (IC 202) und den Eingang der Vorschaltregeleinheit (IC 200) geschaltet ist und drei in Reihe geschaltete, dabei zwei Knotenpunkte bildende ohmsche Widerstände (R 1, R 2, R 3) vorzugsweise gleichen Widerstandswerts umfaßt;
• - die Zwischen-Sollspannung an dem Knotenpunkt abgegriffen ist, der dem Ausgang (2) der Augangsregeleinheit (IC 202) näherliegt; und
• - die Vorschalt-Sollspannung an dem Knotenpunkt abgegriffen ist, der dem Eingang der Vorschaltregeleinheit (IC 200) näherliegt.

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgleichspannung (+) über einen Zweipol (D 206, D 207, R 208), der eine in Sperrichtung geschaltete Zenerdiode (D 206) umfaßt, an den Rückkopplungsanschluß (4) der Eingangsregeleinheit (IC 201) oder an den Rückkopplungsanschluß (4) der Vorschaltregeleinheit (IC 200) zurückgeführt ist.

15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, gekennzeichnet durch einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer schaltungsseitigen Sekundärwicklung, einen an die Sekundärwicklung angeschlossenen Brückengleichrichter (D 201-204) und einen mit dem Ausgang des Brückengleichrichters (D 201-204) verbundenen Siebkondensator (C 201), insbesondere Elektrolytkondensator, zur Erzeugung der Eingangsgleichspannung oder der Eingangsspannung.

16. Paar von Schaltungsanordnungen nach einem der Ansprüche 4 bis 14, gekennzeichnet durch

• - eine Zuführung der für die Schaltungsanordnungen (A; B) bestimmten Eingangsgleichspannungen oder Eingangsspannungen aus einem Transformator mit einer Primärwicklung und mit zwei galvanisch getrennten Sekundärwicklungen, welch letzteren je ein Brückengleichrichter und je ein Siebkondensator nachgeschaltet sind; und
• - eine galvanische Verbindung zwischen dem Minuspol der Ausgangsgleichspannung der einen Schaltungsanordnung (A) und dem Pluspol der Ausgangsgleichspannung der anderen Schaltungsanordnung (B).