-
Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Gleichspannungen Es sind
bereits Stabilisierungs-Anordnungen mit Transistoren bekannt, die die Aufgabe haben,
in Netzgeräten eine konstante Ausgangsspannung hervorzurufen, auch wenn sich die
Eingangsspannung und/oder die Belastung des Netzgerätes ändern. In einer dieser
Schaltungsanordnungen ist beispielsweise ein Transistor mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke
parallel zu einer Last geschaltet, während zwischen diesem Querglied und der die
ungeregelte Spannung abgebenden Spannungsquelle Widerstände geschaltet sind. Durch
Änderung des Widerstandes der Emitter-Kollektor-Strecke des betreffenden Transistors
kann die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung geregelt werden.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß der ungeregelten Spannungsquelle, unabhängig
von der jeweiligen Last, immer der volle Strom entnommen wird. In einer anderen
bekannten Anordnung liegt zwischen der ungeregelten und der geregelten Spannung
die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors, wobei der Emitter der ungeregelten
Spannung zugewandt ist. Die Ansteuerung des Transistors erfolgt über einen oder
mehrere Transistoren, wobei der erste Transistor jeweils mit seinem Emitter an einer
Normalspannungsquelle liegt, so daß die Abweichung der ungeregelten Spannung von
dieser Normalspannungsquelle zur Steuerung des Transistors ausgewertet wird. Nachteilig
bei dieser Anordnung ist, daß Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps
verwendet werden müssen und daß der Ausgangswiderstand des zwischen der ungeregelten
und der geregelten Spannungsquelle liegenden Transistors sehr hoch sein muß, da
der letzte Transistor im Sättigungsbereich betrieben wird. Schnelle Lastschwankungen
in der Größenordnung der Regelzeit oder darüber lassen sich mit dieser Anordnung
nicht abfangen.
-
Bei einer weiteren Stabilisierungsschaltung mit Transistoren liegt
ebenfalls zwischen der geregelten und der ungeregelten Spannung die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors. Hierbei ist wiederum, wie in der vorbeschriebenen Anordnung,
der Emitter der ungeregelten Spannung zugewandt, doch ist im Gegensatz zu jener
Anordnung eine Normalspannungsquelle nicht erforderlich. Nachteilig bei dieser Anordnung
ist aber, daß lediglich eine Änderung der ungeregelten Spannung ausgeregelt werden
kann, nicht dagegen eine Änderung der Last. Die jeweils geregelte Spannung ist dabei
sehr stark von den Daten der verwendeten Transistoren abhängig und ändert sich entsprechend
stark, wenn auch die Transistorwerte einer Änderung unterliegen.
-
In einer weiteren bekannten Stabilisierungsschaltung werden die Änderungen
der ungeregelten Spannung dadurch kompensiert, daß ein zwischen der ungeregelten
und der geregelten Spannung liegender als Längswiderstand wirkender Transistor von
der ungeregelten Spannung her über seine Basis-Emitter-Strecke so angesteuert wird,
daß er beim Ansteigen der ungeregelten Spannung seinen Widerstand erhöht bzw. beim
Abfallen der ungeregelten Spannung seinen Widerstand erniedrigt. Auch bei dieser
Anordnung lassen sich nur Netzspannungsschwankungen, also Schwankungen der ungeregelten
Spannung, ausgleichen, nicht aber auch Lastschwankungen. Außerdem ist, wie bei der
vorbeschriebenen Anordnung, auch hier die jeweilige Ausgangsspannung im wesentlichen
eine Funktion derDaten der verwendetenTransistoren.
-
Der gemeinsame und hauptsächliche Nachteil aller dieser oben beschriebenen
bekannten Stabilisierungsschaltungen mit Transistoren ist der, daß die Transistoren,
sei es im Längsglied oder sei es im Querglied der Stabilisierungsschaltung, als,
kontinuierlich veränderliche Widerstände arbeiten, um die Spannung bzw. den Strom
konstant zu halten. Damit nehmen diese Transistoren zwangläufig den Leistungsüberschuß
auf, der von der ungeregelten Spannungsquelle abgegeben wird, d. h. die Transistoren
befinden sich ständig in einem Arbeitspunkt, in welchem sowohl Strom fließt, als
auch eine Spannung abfällt. Die Leistungsaufnahme dieser Transistoren ist infolgedessen
beträchtlich und es sind besondere Kühlvorrichtungen notwendig, um die aufgenommene
Verlustleistung, die sich in einer Erwärmung der Transistoren auswirkt, abzuführen.
Aus diesem Grunde sind auch
schon Stabilisierungsschaltungen bekanntgeworden,
die Transistoren enthalten und die als Zweipunkt-Reglerschaltung arbeiten, so daß
die Transistoren lediglich als Schalttransistoren betrieben werden, die einen Stromkreis
in einer von der jeweiligen Last abhängigen Weise öffnen und schließen. Eine solche
Reglerschaltung enthält im Ausgangskreis einen Kondensator, der durch eine transistorgesteuerte
Impulsfolge immer so aufgeladen wird, daß sich unabhängig von der Last die Ausgangsspannung
zwischen zwei Spannungspunkten bewegt. Bei dieser bekannten Anordnung ändert sich
die jeweilige Impulsbreite mit dem Ladezustand des betreffenden Kondensators und
damit mit der angelegten Belastung, was eine verhältnismäßig große Kapazität im
Ausgang der Stabilisierungsschaltung erforderlich macht. Dies hat andererseits zur
Folge, daß die Leistungsabgabe einer solchen Reglerschaltung begrenzt ist.
-
Die Erfindung, die sich ebenfalls auf eine Zweipunkt-Reglerschaltung
zur Stabilisierung von Gleichspannungen bezieht, bei welcher ein im Ausgang liegender
Kondensator in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung durch eine transistorgesteuerte
Ladeimpulsfolge so aufgeladen wird, daß die jeweilige Ladespannung der stabilisierten
Ausgangsspannung entspricht, unterscheidet sich von bekannten Anordnungen dadurch,
daß die jeweilige Belastung derart auf den die Ladeimpulsfolge steuernden Schalttransistor
einwirkt, daß bei einer im wesentlichen konstanten Impulsbreite die Impulsfolgefrequenz
der jeweiligen Belastung des Reglerkreises angepaßt wird. Da bei dieser Anordnung
die Ladeimpulse auch bei stärkeren Lastveränderungen ihre normale Impulsbreite im
wesentlichen beibehalten, kann der entsprechend dieser Impulsbreite ausgewählte
Kondensator verhältnismäßig klein gemacht werden. Damit ist auch der Regelbereich
einer solchen Veränderung größer und die Leistungsabgabe wird nicht mehr vornehmlich
durch den im Ausgang liegenden Kondensator bestimmt.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
-
Die Schaltung besteht aus einer Vollweggleichrichter-Anordnung Gl,
die über einen Eingangstransformator ET mit Wechselstrom gespeist wird. Parallel
zum Gleichreichter Gl ist ein Kondensator C 1 angeordnet, während im Ausgang der
Reglerschaltung ein weiterer Kondensator C 2 liegt. Außerdem weist der Ausgang eine
Glättungseinrichtung GE auf, die in bekannter Weise ausgebildet ist. Die Überwachung
; der Ladespannung des Kondensators C 2 erfolgt mit Hilfe des Transistors Tr
4 und der beiden Zener-Dioden ZL 1 und ZL 2. Die Zahl dieser
Zener-Dioden richtet sich nach der Größe der jeweils gewünschten Ausgangsspannung.
Weitere Transistoren Tr 5, Tr 6 und Ti 7 sind vom Zustand des
Transistors Tr 4 abhängig und dienen dazu, den Transistor Tr 1, über dessen
Emitter-Kollektor-Strecke die Ladeimpulse auf den Kondensator C 2 gegeben werden,
zu steuern. In bekannter Weise sind dem Transistor Tr 1 noch zwei Hilfstransistoren
Tr 2 und Tr 3 zugeordnet.
-
Der Regelvorgang spielt sich in folgender Weise ab: Im Normalzustand
ist die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tr 4 leitend, so daß auch
die nachgeschalteten Transistoren Tr 5 und Tr 6 leitend sind. Dies
bedingt andererseits eine Sperrung des Transistors Tr7 und, da an den Transistoren
Trl, Tr2 und Tr 3 ein entsprechendes Basis-Potential wie am Transistor Tr
7 anliegt, sind auch diese Transistoren gesperrt. Die Diode D 1 ist ebenfalls
gesperrt, da sie in Sperrichtung im eingezeichneten Stromkreis liegt.
-
Sinkt nun die Spannung am Kondensator C 2 infolge Änderung der Belastung
unter einen bestimmten Wert, der durch die Zener-Dioden ZL 1 und ZL 2 festgelegt
ist, so wird der Transistor Tr 4 weniger leitend, was einen verminderten
Stromzufluß durch den Widerstand R 1 zur Folge hat. Dadurch sinkt auch die am Widerstand
R 1 anliegende Spannung, so daß auch die Transistoren Tr 5 und Tr
6 weniger leitend werden. Umgekehrt beginnt sich der Transistor Tr7 zu öffnen,
so daß über die Diode D 1 sowie den Kondensator C 3 ein den Transistor Tr
4 stärker sperrendes Potential an die Basis dieses Transistors angelegt
wird.
-
Die stärkere Sperrung des Transistors Tr 4 hat eine stärkere Sperrung
der Transistoren Tr 5 und Tr 6 und ein weiteres öffnen des Transistors
Tr 7 zur Folge. Auf diesem Rückkopplungswege wird erreicht, daß, wenn die
stabilisierte Gleichspannung einen bestimmten Schwellwert unterschreitet, sehr schnell
die Transistoren Tr 4 und Tr 6 vollkommen gesperrt werden. Sobald
aber der Transistor Tr 6 gesperrt ist, öffnet sich der Transistor Tr 3 und
damit auch die Transistoren Tr 2 und Tr 1. Über die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors Tr 1 fließt ein stärkerer Strom, der den Kondensator C 2
in sehr kurzer Zeit auf einen bestimmten geforderten Wert auflädt. In diesem Fall
ist die Spannung an der Basis des Transistors Tr 4 infolge der Spannungserhöhung
am Ausgang wieder so weit angestiegen, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
Tr 4 sich wieder zu öffnen beginnt. Durch den Widerstand R 1 fließt also
wieder ein Strom und es tritt nun in analoger Weise der vorbeschriebene Rückkopplungsvorgang,
nur mit umgekehrten Vorzeichen, wieder ein. Am Ende dieses Rückkopplungsvorganges
steht die Sperrung des Transistors Tr 1. Ist die Belastung so groß, daß in
diesem Zeitpunkt bereits wieder die Ladespannung des Kondensators C 2 unter den
durch die Zener-Dioden ZL 1 und ZZ 2 bestimmten Wert abgesunken ist, so wiederholt
sich der eben beschriebene Vorgang.
-
Der Strom vom Kondensator C 1 zum Kondensator C 2 fließt also impulsweise,
wobei die Impulsfolgefrequenz um so höher ist, einen je geringeren Wert der Lastwiderstand
besitzt. Die Impulsbreite selbst nimmt mit der jeweiligen Last nur unwesentlich
zu.