DE3920279A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung einer gleichbleibenden ausgangsgleichspannung aus einer veraenderlichen eingangsspannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur erzeugung einer gleichbleibenden ausgangsgleichspannung aus einer veraenderlichen eingangsspannung

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer gleichbleibenden Ausgangsgleichspannung aus einer veränderlichen Eingangsgleichspannung. Schaltungsanordnungen der vorstehend beschriebenen Art sind in vielfältiger Form bekannt. Sie werden dazu verwendet, Verbrauchern, deren Betriebsspannung nur in engen Grenzen schwanken darf, an eine Spannungsquelle anzuschließen, deren Spannungsschwankungen stärker als die zulässigen Spannungsgrenzen des Verbrauchers sind. Zumeist handelt es sich bei der Spannungsquelle um die Netzspannung. Die Regelung setzt bei einer unteren Grenze der Eingangsspannung aus. Dies ist zum Beispiel bei Transistoren, die als Serienregler verwendet werden, dann der Fall, wenn der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke zu gering ist. Der Transistor arbeitet dann zum Beispiel in der Sättigung. Da der Transistor in der Sättigung leitend ist, erhält der Verbraucher eine niedrige, ungeregelte Betriebsspannung, die kleiner als die untere Toleranzgrenze der Betriebsspannung sein kann. Durch unter der unteren Toleranzgrenze liegende Betriebsspannungen arbeiten die Verbraucher vielfach nicht richtig oder können Schäden erleiden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß ab einem vorgehbaren unteren Grenzwert der Eingangsgleichspannung der Ausgang spannungslos wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die veränderliche Gleichspannung einen Transistor beaufschlagt, der als Serienregler arbeitet und dem eine erste Zener-Diode nachgeschaltet ist, an deren Anode die gleichbleibende Gleichspannung verfügbar ist und daß der Sollwert der Ausgangsgleichspannung am Transistor von einer über einen Widerstand an die veränderliche Eingangsspannung gelegten, zweiten Zener-Diode gebildet wird, deren Zener-Spannung um die Zener-Spannung der ersten Zener-Diode höher als die Nennausgangsspannung ist. Wenn die Eingangsspannung bei dieser Anordnung so weit absinkt, daß sie in die Nähe des Sollwerts kommt, sperrt die zweite Zener-Diode, so daß der Verbraucher keine geregelte Gleichspannung mehr erhält. Der Verbraucher wird erst ab einer bestimmten Höhe der Eingangsgleichspannung mit Spannung versorgt. Undefinierte niedrige Eingangsspannungen können daher nicht am Verbraucher auftreten, der somit in seiner Funktion nicht von derartigen Spannungen beeinträchtigt wird.
Die oben beschriebene Anordnung hat noch einen weiteren wesentlichen Vorteil. Durch die Aufteilung des Längsspannungsabfalls auf den Transistor und die erste Zener-Diode werden auch die Verluste zwischen Transistor und erster Zener-Diode aufgeteilt, das heißt die vom Transistor abzuführende Wärme ist geringer. Hierdurch ist auch der konstruktive Aufwand für die Kühlung geringer.
Vorzugsweise ist zwischen der Anode der ersten Zener-Diode und dem zweiten Ausgang der Eingangsspannung ein Kondensator angeordnet, der die Ausgangsspannung glättet.
Der Transistor ist insbesondere ein bipolarer Transistor, der mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit der ersten Zener-Diode angeordnet ist und dessen Basis mit der Kathode der zweiten Zener-diode verbunden ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.
Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer gleichbleibenden Ausgangsgleichspannung aus einer veränderlichen Eingangsspannung.
Ein Gleichrichter ist an die Klemmen 2, 3 einer Netzspannungsquelle gelegt. Dem Gleichrichter 1 kann ein Transformator zur Spannungsanpassung vorgeschaltet sein. An Ausgängen 4, 5 des Gleichrichters 1 steht eine veränderliche Gleichspannung zur Verfügung. An die Klemme 4 ist der Kollektor eines Transistors 6 angeschlossen, dessen Emitter mit der Kathode einer ersten Zener-Diode 7 verbunden ist. Zwischen den Ausgängen 4, 5 ist die Reihenschaltung eines Widerstands 8 und einer zweiten Zener-Diode 9 angeordnet. Zwischen der Anode der Zener-Diode 7 und dem Ausgang 5 ist ein Kondensator 10 angeordnet. Die Anode der Zener-Diode 7 ist mit einem Ausgang der Anordnung verbunden. Der andere Ausgang 12 der Anordnung steht mit dem Anschluß 5 in Verbindung. An den Ausgängen 11, 12 steht eine geregelte Gleichspannung zur Verfügung. An die Ausgänge 11, 12 ist beispielsweise eine Last 13 beziehungsweise eine Teillast angeschlossen, die eine Gleichspannung bestimmter Höhe oder ein Startsignal erzeugt und an einem Ausgang 14 abgibt.
Die zweite Zener-Diode 9 erzeugt einen Sollwert für die Spannung am Emitter des Transistors 6, der als Spannungsfolger geschaltet ist. Der Sollwert, das heißt die Zener-Spannung der Zener-Diode 9 ist um die Zener-Spannung der Zener-Diode 7 höher als die Nennausgangsspannung an den Ausgängen 11, 12. Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung hält die Ausgangsspannung unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung konstant. Diese Wirkung tritt nur ab einer unteren Grenze der Eingangsgleichspannung ein, die etwas höher als die Zener-Spannung der Zener-Diode 9 liegt. Wenn die Spannung an der Reihenschaltung des Widerstands 8 und der Diode 9 infolge eines Absinkens der Eingangsspannung kleiner als die Zener-Spannung wird, sperrt die zweite Zener-Diode 9, während der Transistor 6 noch leitend bleibt, da er über den Widerstand 8 Basisstrom erhält. Wenn die Eingangsspannung noch weiter absinkt, sperrt die erste Zener-Diode 7, wodurch der Ausgang 12 keine Spannung mehr erhält.
Beim Einschalten der ungeregelten Gleichspannung werden die Verbraucher erst mit Spannung versorgt, wenn die ungeregelte Eingangsgleichspannung die Zener-Spannung der Zener-Diode 7 +UBE6 überschritten hat.
Bei höheren Eingangsgleichspannungen bewirkt die Aufteilung des Längsspannungsabfalls auf den Transistor 6 und die Zener-Diode 7 auch eine Aufteilung der Verlustleitung. Zugleich ermöglicht die Anordnung damit die Zulassung höherer Eingangsgleichspannungen als bei einer Anordnung ohne die erste Zener-Diode.
Die Höhe der Ausgangsspannung U4 an den Ausgängen 11, 12 hängt nach folgender Gleichung von der Zener-Spannung U2 der zweiten Zener-Diode 9, dem Spannungsabfall U1 am Transistor 6 und der Zener-Spannung U3 der Zener-Diode 7 ab: U2 - (UT + U3).
Ist der Wert der auch thermisch zulässigen ungeregelten Eingangsgleichspannung U1 so hoch, daß bei gegebenen Laststrom IL und gegebener Ausgangsspannung U4 die Verlustleitung des Transistors 6 zu groß wird, dann kann über die Zener-Spannung U3 unter entsprechender Anpassung von U2 ein Teil der Verlustleistung auf die erste Zener-Diode 7 verlagert werden. Damit läßt sich vielfach eine besondere Kühleinrichtung am Transistor 6 einsparen oder wenigstens verkleinern. Anstelle der Zener-Diode 7 kann auch ein anderes spannungsaufnehmendes Bauelement treten.
Ist beispielsweise ein nicht dargestellter Verbraucher an U1 gelegt, der ab 5 V betriebsfähig ist, dann wird eine erste Zener-Diode mit 5 V Zener- Spannung vorgesehen und der Verbraucher über eine Startschaltung 13 mit 14 freigegeben.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer gleichbleibenden Ausgangsgleichspannung aus einer veränderlichen Eingangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Eingangsspannung einen Transistor (6) beaufschlagt, der als Serienregler arbeitet und dem eine erste Zener-Diode (7) nachgeschaltet ist, an deren Anode die gleichbleibende Gleichspannung verfügbar ist und daß der Sollwert der Ausgangsgleichspannung am Transistor von einer über einen Widerstand (8) an die veränderliche Eingangsspannung gelegten zweiten Zener-Diode (9) gebildet wird, deren Zener-Spannung um die Zener-Spannung der ersten Zener-Diode (7) höher als die Nennausgangsspannung ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anode der ersten Zener-Diode (7) und dem zweiten Ausgang (5) der Eingangsspannung ein Kondensator (10) angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (6) ein bipolarer Transistor ist, der mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit der ersten Zener- Diode (7) angeordnet ist und dessen Basis mit der Kathode der zweiten Zener-Diode (9) verbunden ist.
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