DE1293303B - Circuit arrangement for regulating a direct current - Google Patents
Circuit arrangement for regulating a direct currentInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung eines Gleichstromes, der über Gleichrichter aus einer veränderlichen Wechselspannung gewonnen wird mit einem Transduktor in Strombegrenzersteuerung als Stellglied und einer Transistor-Anordnung als Regler, bei der die für den Regler erforderlichen Hilfsspannungen ebenfalls über Gleichrichter von der Speisewechselspannung abgeleitet sind.The invention relates to a circuit arrangement for controlling a Direct current obtained from a variable alternating voltage via a rectifier is with a transducer in current limiter control as an actuator and a transistor arrangement as a regulator in which the auxiliary voltages required for the regulator are also used are derived from the AC supply voltage via rectifiers.
Gleichstromregler, die in vielen Fällen für die Stromversorgung von elektrischen Einrichtungen benötigt werden, sind in den verschiedensten Ausführungen bekanntgeworden. Sieht man von den reinen Stabilisierungsschaltungen ab, so gehört hierher die Gruppe von elektronischen Stromreglern, bei denen als Stellglieder Elektronenröhren oder Transistoren dienen, die als veränderliche Gleichstromwiderstände betrieben werden.DC regulators, which in many cases are used to supply power to electrical facilities are required are in various designs known. If you disregard the pure stabilization circuits, then heard here the group of electronic current regulators, in which electron tubes are used as actuators or transistors that operate as variable DC resistors will.
Alle diese Stromregler haben den Nachteil, daß sie verhältnismäßig viel Verlustleistung verbrauchen, besonders dann, wenn der Belastungswiderstand und die Speisespannung in weiten Grenzen schwanken können. Der Wirkungsgrad solcher Einrichtungen ist schlecht.All of these current regulators have the disadvantage that they are relatively consume a lot of power dissipation, especially if the load resistance and the supply voltage can fluctuate within wide limits. The efficiency of such Facilities is bad.
Günstiger sind in dieser Hinsicht Regler, deren Stellglieder im Wechselstromteil der Schaltung liegen und die mit Blindleistungsregelung arbeiten. Dazu gehören Regler mit Transduktoren in verschiedenen Schaltungsarten.In this regard, regulators with actuators in the alternating current section are more favorable of the circuit and that work with reactive power control. This includes regulators with transducers in different types of circuit.
Als Stellglieder für Stromregler bieten sich vor allem Transduktoren in Strombegrenzersteuerung an. Die Reihenschaltung ist dabei wegen der für die Gleichrichtung günstigeren Rechteckkurve der Ausgangsspannung der Parallelschaltung vorzuziehen.Transductors are particularly suitable as actuators for current regulators in current limiter control. The series connection is because of the rectification The more favorable square-wave curve of the output voltage is preferable to the parallel connection.
Allerdings werden bei diesen Schaltungen in den Steuerwicklungen nennenswerte Wechselspannungen induziert, die eventuell eine ungünstige Rückwirkung auf den Regelverstärker und auf die gesamte Regelung haben.However, in these circuits in the control windings are noteworthy Alternating voltages are induced, which may have an unfavorable effect on the control amplifier and to have the entire scheme.
Verwendet man als Regler eine Transistoranordnung, wobei üblicherweise der Leistungstransistor in Reihe mit der Steuerwicklung des Transduktors und einer Siebdrossel liegt, so wirkt sich besonders die Pentodencharakteristik des Transistors nachteilig aus, weil auch bei Verwendung einer großen Siebdrossel am Transistor ein großer Teil der in der Steuerwicklung induzierten Wechselspannung abfällt und die Arbeitsweise des Transistors ungünstig beeinflußt. Macht man mit Hilfe von großen Kondensatoren den Transistor für Wechselströme niederohmig, so beeinträchtigt man dadurch die dynamischen Regeleigenschaften in unzulässigem Maße.If a transistor arrangement is used as a regulator, usually the power transistor in series with the control winding of the transductor and one Filter choke, the pentode characteristic of the transistor has a particular effect disadvantageous, because also when using a large filter choke on the transistor a large part of the AC voltage induced in the control winding drops and adversely affects the operation of the transistor. One does it with the help of big ones Capacitors low-resistance the transistor for alternating currents, so one affects as a result, the dynamic control properties are inadmissible.
Eine andere Eigenschaft, die sich bei der Verwendung von linear verstärkenden Reglerschaltungen - wie sie Transistor-Verstärker normalerweise darstellen - bei Stromreglern nachteilig auswirkt, ist die starke Abhängigkeit der Kreisverstärkung von der Ausgangsspannung. Es ist oft unmöglich, mit solchen Anordnungen Stromregler mit befriedigenden statischen und dynamischen Eigenschaften zu erzielen.Another property that increases with the use of linear amplification Regulator circuits - as they are normally represented by transistor amplifiers - at A disadvantageous effect on current regulators is the strong dependency of the loop gain from the output voltage. It is often impossible to use current regulators with such arrangements with satisfactory static and dynamic properties.
Die Erfindung stellt die Weiterentwicklung solcher Schaltungsanordnungen zur Regelung eines Gleichstromes dar, bei der die vorteilhaften Eigenschaften eines Transduktors in Strombegrenzersteuerung als Stellglied und einer Transistoranordnung als Regler voll zur Geltung kommen, und die den bisher bekannten Anordnungen anhaftenden Nachteile vermieden werden. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.The invention represents the further development of such circuit arrangements for regulating a direct current, in which the advantageous properties of a Transduktors in current limiter control as an actuator and a transistor arrangement come fully into their own as a controller, and those adhering to the previously known arrangements Disadvantages are avoided. The drawing shows the circuit diagram of a circuit arrangement according to the invention.
Dabei ist 1 der Ansehluß für die Zuführung der Speisewechselspannung, 2 ein in einer der Netzzuführungsleitungen in Reihe geschalteter Transduktor in Strombegrenzersteuerung als Stellglied, 3 ein Transformator, 4 ein Gleichrichter in Brückenschaltung und 5 eine Gleichstromsiebkette, 6 ist der Verbraucherwiderstand. lm Verbraucherstromkreis liegt noch der Meßwiderstand 7. 1 is the connection for the supply of the alternating voltage, 2 is a transducer connected in series in one of the mains supply lines with current limiter control as an actuator, 3 is a transformer, 4 is a rectifier in a bridge circuit and 5 is a direct current filter chain, 6 is the consumer resistance. The measuring resistor 7 is still in the consumer circuit.
Die für den Transistor-Regler erforderlichen Hilfsspannungen werden über den Transformator 8 und die beiden Mittelpunktgleichrichter 9, 9' und 10, 10' gewonnen. 11 und 12 sind die Siebkondensatoren für diese beiden Hilfsspannungen.The auxiliary voltages required for the transistor regulator are Via the transformer 8 and the two midpoint rectifiers 9, 9 'and 10, 10' won. 11 and 12 are the filter capacitors for these two auxiliary voltages.
Zu der Reihenschaltung aus der Steuerwicklung 13 des Transduktors 2 und der Siebdrossel 14 ist die Emitter-Kollektorstrecke des Leistungstransistors 15 parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung ist auf der Kollektorseite des Transistors 15 mit dem gemeinsamen Minus-Pol der Hilfsspannungen verbunden, während die Emitterseite über den Vorwiderstand 16 zu dem Plus-Pol der ersten Hilfsspannung führt. Der Transistor 17 ist dem Leistungstransistor 15 in Stromverstärkerschaltung vorgeschaltet. Zwischen der Basis des Transistors 17 und dem Minus-Pol der Hilfsspannungen liegt ein Widerstand 18.To the series connection of the control winding 13 of the transductor 2 and the filter choke 14 is the emitter-collector path of the power transistor 15 connected in parallel. This parallel connection is on the collector side of the transistor 15 connected to the common minus pole of the auxiliary voltages, while the emitter side leads via the series resistor 16 to the positive pole of the first auxiliary voltage. The transistor 17 is connected upstream of the power transistor 15 in a current amplifier circuit. Between the base of the transistor 17 and the minus pole of the auxiliary voltages are connected to a resistor 18th
Als Vergleichsspannungsquelle für die Regelung dient eine Zenerdiode 19, die über den Widerstand 20 aus der zweiten Hilfsspannung vorgespannt wird. Diese zweite Hilfsspannung ist um mehr als den Betrag der Vergleichsspannung größer als die erste Hilfsspannung.A Zener diode 19, which is biased from the second auxiliary voltage via the resistor 20, serves as a reference voltage source for the regulation. This second auxiliary voltage is greater than the first auxiliary voltage by more than the amount of the comparison voltage.
Der Istwert des zu regelnden Stromes wird als Spannungsabfall an dem Meßwiderstand 7 abgegriffen, wobei der positive Abgriff dieses Widerstandes zusammen mit dem Plus-Pol der Zenerdiode 19 an den Plus-Pol der zweiten Hilfsspannung angeschlossen ist, während der negative Abgriff des Meßwiderstandes mit dem Emitter eines dritten Transistors 21 und die Basis dieses Transistors mit dem Minus-Pol der Zenerdiode 19 sowie der Kollektor mit der Basis des Transistors 17 verbunden sind.The actual value of the current to be controlled is shown as the voltage drop across the Measuring resistor 7 tapped, the positive tapping of this resistor together connected to the plus pole of the Zener diode 19 to the plus pole of the second auxiliary voltage is, while the negative tap of the measuring resistor with the emitter of a third Transistor 21 and the base of this transistor with the minus pole of the Zener diode 19 and the collector are connected to the base of transistor 17.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Bei einer bestimmten Netzspannung und einem festen Arbeitspunkt wird der Transduktor mit einem bestimmten Strom angesteuert. Die Größe des Stromes in der Steuerwicklung des Transduktors ist von der Größe der ohmschen Widerstände der Steuerwicklung 13 und der Drossel 14 sowie von der Emitter-Kollektorspannung des Transistors 15 abhängig.The mode of operation of the circuit is as follows: With a certain Mains voltage and a fixed working point, the transductor will have a certain Current controlled. The magnitude of the current in the control winding of the transducer depends on the size of the ohmic resistances of the control winding 13 and the choke 14 as well as on the emitter-collector voltage of the transistor 15 dependent.
Vernachlässigt man die Spannungsabfälle über die Emitter-Basisstrecken der Transistoren 15 und 17, so ist die Emitter-Kollektorspannung des Transistors 15 gleich der Spannung am Widerstand 18. Der Strom durch den Transistor 15 stellt sich so ein, daß der Spannungsabfall am Widerstand 16, der durch die Summe aus dem Steuerstrom durch die Transduktorwicklung und dem Transistorstrom hervorgerufen wird, zusammen mit der Spannung am Transistor 15 gerade die Größe der ersten Hilfsspannung erreicht.If one neglects the voltage drops across the emitter base paths of transistors 15 and 17, so is the emitter-collector voltage of the transistor 15 equals the voltage across resistor 18. The current through transistor 15 sets in such a way that the voltage drop across resistor 16, which is determined by the sum of the Control current caused by the transducer winding and the transistor current becomes, together with the voltage at transistor 15, just the size of the first auxiliary voltage achieved.
Der die Spannung am Transistor 15 und damit den Steuerstrom durch die Transduktorwicklung bestimmende Spannungsabfall am Widerstand 18 wird durch die Summe aus dem Kollektorstrom des Transistors 21 und dem Basisstrom des Transistors 17 hervorgerufen. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß der Einfluß des Basisstromes des Transistors 17 gegenüber dem Kollektorstrom des Transistors 21 vernachlässigt werden kann.The voltage at transistor 15 and thus the control current through the voltage drop across the resistor 18, which determines the transductor winding, is determined by the sum of the collector current of the transistor 21 and the base current of the transistor 17 caused. The circuit is designed so that the influence of the base current of the transistor 17 opposite the collector current of the transistor 21 can be neglected.
Der Kollektorstrom des Transistors 21 wird durch die Spannungsdifferenz zwischen der Vergleichsspannung, die an der Zenerdiode 19 abfällt und dem Spannungsabfall am Meßwiderstand 7 bestimmt. Der Meßwiderstand 7 bewirkt in dieser Schaltung gleichzeitig eine Gegenkopplung des Transistors 21.The collector current of the transistor 21 is determined by the voltage difference between the comparison voltage which is dropped across the Zener diode 19 and the voltage drop across the measuring resistor 7. The measuring resistor 7 simultaneously causes negative feedback of the transistor 21 in this circuit.
Wird nun der Laststrom aus irgendwelchen Gründen größer, so steigt auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand 7 an. Damit verkleinert sich die Differenzspannung zwischen dem Meßwiderstand und der Zenerdiode; der Emitter-Basisstrom des Transistors 21 wird kleiner und somit auch der Kollektorstrom. Als Folge davon sinkt der Spannungsabfall am Widerstand 18, und die Spannung am Transistor 15 nimmt ab, so daß der Transistor mehr Strom aufnimmt. Gleichzeitig mit der Spannung am Transistor 15 nimmt auch der Steuerstrom durch die Transduktorsteuerwicklung 13 ab, und der Transduktor regelt den Laststrom wieder auf einen Wert zurück, der dem Strom vor der Belastungszunahme entspricht. Sinngemäß arbeitet die Schaltung, wenn der Laststrom abnimmt.If the load current increases for whatever reason, it increases also the voltage drop across the measuring resistor 7. This reduces the differential voltage between the measuring resistor and the zener diode; the emitter base current of the transistor 21 becomes smaller and thus also the collector current. As a result, the voltage drop decreases at resistor 18, and the voltage at transistor 15 decreases, so that the transistor draws more electricity. At the same time as the voltage on transistor 15 also increases Control current through the transductor control winding 13, and the transducer regulates the load current back to a value that was the same as the current before the load increase is equivalent to. The circuit works accordingly when the load current decreases.
Da die Spannung am Transistor 15 praktisch nur durch den Spannungsabfall am Widerstand 18 bestimmt wird, ändert sich bei Speisespannungsschwankungen lediglich der Strom durch den Transistor so weit, daß die Spannungsänderung als Änderung des Spannungsabfalles am Widerstand 16 auftritt.Since the voltage at transistor 15 is practically only due to the voltage drop is determined at the resistor 18, only changes in the event of fluctuations in the supply voltage the current through the transistor so far that the change in voltage as a change in the Voltage drop across resistor 16 occurs.
Genauso werden die Rückwirkungswechselspannungen von der Transduktor-Steuerwicklung über den Transistor 15 abgeleitet und bewirken einen überlagerten Wechselstrom durch den Transistor. Dieser Wechselstrom wird durch die Siebdrossel 14 begrenzt.The feedback alternating voltages from the transducer control winding are exactly the same Derived via the transistor 15 and cause a superimposed alternating current through the transistor. This alternating current is limited by the filter throttle 14.
Um die dynamischen Eigenschaften der Reglerschaltung noch zu verbessern ist es zweckmäßig, zu dem Widerstand 18 einen dementsprechend dimensionierten Kondensator parallel zu schalten.To improve the dynamic properties of the regulator circuit it is expedient to add an appropriately dimensioned capacitor to the resistor 18 to connect in parallel.
Durch richtige Dimensionierung der ersten Hilfsspannung und des Siebkondensators 22 sowie des Widerstandes 16 kann die für die Regelung notwendige Hilfsenergie auf den günstigsten Wert gebracht werden, wodurch der Wirkungsgrad der gesamten Regleranordnung verbessert wird.By correctly dimensioning the first auxiliary voltage and the filter capacitor 22 and the resistor 16 can supply the auxiliary energy required for the regulation the most favorable value can be brought, whereby the efficiency of the entire controller arrangement is improved.
Claims (3)
Priority Applications (1)
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| DE (1) | DE1293303B (en) |
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