Schaltungsanordnung für Stromversorgungsanlagen mit elektronischer
Schaltregelung Es ist bekannt, mit Hilfe des Schaltreglerprinzips aus einer festen
Gleichspannung kontaktlos und verlustarm eine steuerbare Gleichspannung zu bilden.
Dabei ist zwischen einer Spannungag,uelle, z.B. einer Batterie, und einem Belastungswiderstand,
ein selbsttätiger Schalter mit perioditben Schaltzeiten angeordnet, der durch Spannungsdifferenzen
zwischen
einer Sollspannung und der Spannung am Belastungswiderstand gesteuert
wird. In Reihe mit diesem Schalter ist eine Speicherinduktivität vorgesehen. Eine
Diode ist als Querglied mit ihrem einen Pol an den Verbindungspunkt Induktivität
und Schalter derart eingeschaltet, daß sich die Diode bei geschlossenem
S*alter
in Sperrbereich und bei geöffneter Schalter inf(,lge der Gegen-EI'K der Induktivität
in Durchlaßbcreich befindet. :°°`eiterhin besteht die genannte Schaltungsanordnung
aus einer Siebkondensator, der der Unterdrückung der infolge des. periodischen An-
und Abschaltens entstehenden 'Jechselspannungsanteile dient.Circuit arrangement for power supply systems with electronic switching regulation It is known to use the switching regulator principle to form a controllable DC voltage from a fixed DC voltage without contact and with little loss. An automatic switch with periodic switching times, which is controlled by voltage differences between a target voltage and the voltage at the load resistor, is arranged between a voltage source, for example a battery, and a load resistor. A storage inductor is provided in series with this switch. A diode is switched on as a cross member with its one pole at the connection point inductance and switch in such a way that when the switch is closed the diode is in the blocking range and when the switch is open inf In addition, the circuit arrangement mentioned consists of a filter capacitor which serves to suppress the alternating voltage components that arise as a result of the "periodic switching on and off".
Penn der Schalter mit einer bestimmten Frequenz und einer bestirnten
Impulslrausenverhältnis betätigt wird, ergibt sich er ausgangsseitigen Z4stviiderstand
infolge der integrierenden Wirkung der Speicherinduktivität und der Kapazität eine
Gleichspannung, die dem arithmetischen I.littelwert der durch den Schalter geschalteten
Spannungsimpulse entspricht. Die Schaltdiode hat hierbei die wesentliche Funktion,
die während der Impulsdauer in der Speicherinduktivität gespeicherte Energie in
der Pause in den hastkreis abzuleiten. Durch Veränderung des Impuls/Fausenverhältnis
ses lä_#t sich das Spannungsteilerverhältnis beeinflussen.Penn the switch with a certain frequency and a starry one
The pulse-to-noise ratio is activated, it results from the output-side Z4stviiderstand
due to the integrating effect of the storage inductance and the capacitance
DC voltage corresponding to the arithmetic mean value of the switched by the switch
Corresponds to voltage pulses. The switching diode has the essential function
the energy stored in the storage inductance during the pulse duration in
derive the break into the hasty circle. By changing the pulse / pause ratio
This can be influenced by the voltage divider ratio.
Die Verbraucherspannung kann nach dieser Methode konstant gehalten
verden. Irr Gegensatz zur Schaltung mit Thyri storen in der Gleichrichterbrücke
ist die regelgeschwindigkeitrai.t den Schaltregler in Verbindung mit einen Transistorschalter
sehr viel gröfer, da man eine höhere Schaltfrequenz wählen kann. Das Schaltreglerprinzip
reit einen Transistor.als Schalter ist bei Gleichspannungen allerdings nur auf verh=iltnismäfig
niedrige
Spannungen anwendbar, da es noch keine Ieistungsschalttrensistoren für höhcrc Spannungen
gibt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für Strorversorgungsaniagen
zu schaffen, die es ermöglicht, das bekannte Schal treglerprinzip mit Transistoren
als Schalter auch in Spannungsbereichen zu verwenden, für die die bekannten ziansistcren
bezüglich ihrer Sperrspannung bei-größeren Leistungen nicht ausreichen. Diese Aufgabe
wird dadurch gelöst, daß die ungeregelte Gleichspannung in zwei Teile aufgeteilt
ist, von denen ein Teil., abhßfgig von der Ausgangsspennung, über den T rensistorschalter
mit "Längeren oder kürzeren impulaen periodisch zum anderen äeil in @eilie geschaltet
wird. Die Unterteilung der ungeregelten Gleichspennung kann zweckmäßig so gewählt
werden, daß der ungeregelte ?:eil bei Netzüberspennung und Leerlauf des Gerätes
den Verbrauch deckt. Der Vorteil der Erfindung besteht vor aalen darin, daß sichIei
der Zuschaltung die beiden Spennungen addieren bis die Soli-Augangsspannung erreicht
ist. Der Transistor hat l;ei dieser Schaltungsanordnung nur die Teilspannung zu
schalten. Da nur die Zusatzspannung geschaltet vrird, ist die Welligkeit - im -xtr
enfall bei. maximaler 'Last und einer Netzunterspa nnung von minus 2® % nur halb
so groß. Dadurch vereinfacht sich die nachfragende Siebung. '
Nach.
einer V'leiterbildung der Erfindung hält bei Bereitschaft-Umschaltebetrieb der Schaltregler
auch die Batterieapannung, konstant. Ferner ist ein Gleichumrichter vorgesehen,
der die zur. laden der Batterie erforderliche und, direkt der geregelten Gleichspennung
entnommene Zusatzspannung auf den erforderlichen Spannungswert bringt und parallel
zum Ausgang Ventilzollen aufweist, über die der Verbraucher unterbrechungsfrei bei
Netzausfall auf die Batterie geschaltet wird. Unter Ventilzellen soll beispielsweise
eine Reihenschaltung von mehreren Siliziumdioden, Selenzellen oder Zenerdioden verstanden
vrerden. Der Vorteil dieser Vleiterbildung liegt darin begründet, daß eine Regelung
der Zusatzspannung für die Batterie nicht .erforderlich ist, Auterderi wird der
Verbraucher bei lietzausfall über die Ventilzellen auf die ganze Bereitschaftsbatterie
geschaltet.' Die Erfindung wird anhand der Figür@erläutert: An dr Sekundärseite
eines Traneforratora Tr werden zwei Spannungen Ül,U2 abgeexiffen, die jeweils über
eine getrennte Gleichrichterbrücke G gleichgerichtet rerden. Ein Schalttrensistor
T in der-Gleichstromleitung schaltet periodisch mit längeren oder kürzeren IApuleen
in AbhKngigkeit von der Verbraucherspannung. Zur Glättung der zerhackten Gleichspannung
dient dne Drossel L und ein Kondensator C. Ein elektronischer Schalter
01 wird bei Sehaltpausen des iranoistore T leitend und verbindet die dure-.
die lnduktivität l induzierte.Spennung '
mit dem nicht dargestellten Verbraucher. Tlit G2 und G3 sind
Gleichrichter bezeichnet, die im Entladestr omkreis E bztr.
-Lade Stromkreis S einer beiupielsvieise mit 26 Zellen
ausge-
statteten Batterie 8 liegen. Ventilzellen G4 in Form von
Selenplatten, Siliziumgleiehrichtern oder einer Zenerdiode
um
liegen parallel zu einem Gleichrichter GU. Die Ventil.-
zelten G4 überbrücken die Umschlegzeit des Schalters N bei
Netzausfall, wodurch eine unterbrechungsfreie Anschaltung der
_ Batterie erfolgt. Der Spannungsabfall G4 ist so groß, daß
bei Netzbetrieb von Gleichumrichter kein nennenswerter Strom
über die Ventilzellen fließt. Der Gleichumrichter liefert
beispielsweise eine Zusatzspannung von 5,5 Volt, die in Reihe
zur-48-Volt-Spannung-die Batterieladespannung.liefert. Ein
Netzrelais N legt bei Netzbetrieb die geregelte 4E-Volt-Span-
nung an den Eingang-des Gleichumrichters GU. Links unten
in der Figur ist das Steuergerät St schematisch mit seinen
Anschlüssen dargestellt.
Dieb Spannung Ul kann vorzugsweise so gerählt vierden, daß
bei
Netzübprspanung und le:rlauf *des Gerätes eine Ausgangs-
spannung vo 48 Volt entsteht. Bei kleinerer Netzspannung
und/oder ,pt wird die zweite Spexglung U2 zu Uli in Reihe ge-
schaItet-ä i Lese reihensohaltung von der bpannung U2 erfolgt
Uber den '?`.3'@eü7T,,. uncl zwarh@'1.R1f von o: täu:;tä#ü@
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Soll-Ausgangsspannung erreicht ist. Flenn die Spannung Ü2 unter-
brochen ist, fließt der Strom über die Diode G1 weiter. Der
Transistor hat bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung
nur den auf die Spannung U2 entfallenen Spannungsanteil zu
schalten.
In der Figur ist die Schaltung$anordnung.nur für Einphasen-
enschluß dargestellt. Die Anschaltung kann aber auch an ein
Drehstromnetz erfolgen, da die Gleichspannungen ebenso aua
Drehstrom gewonnen werden können. Der Schaltregler im Gleich-
stromweg bleibt hiervon unberührt.
Bei der Anschaltung der Bereitschaftsbatterie B wird auch
die Batteriespannung über den Schaltregler konstant gehalten.
Zurr laden der Batterie wird die geregelte Gleichspannung des
Netzgerätes durch eine Zusatzspannung in Form von beispiels-
weise 5,5 Volt aus der Gleichumrichter aufgestockt. Die An-
schaltung des Gleichumrichters GU erfolgt bei Netzbetrieb
über-das Netzüberwachungsrelais N. Der ladestron fließt dann
unter Umgehung de:lIchaltreglers über die Diode G3-in Richtung
des Pfeiles S.
Der Ladestrom. wird bei voller Ba-"e:#e (2923 Volt/Zelle)
auf
den Erhaltungdj.adeistrom. begrenzt. .Ira Gegensatz zur bieherigen
Technik ist eine -gesonderte Regelung der DGdezußatzspannung
xf.:;h erforderlich. Parallel. zur 5,.5 .`Volt-dlusgeng res
Uleich-
umrichters liegen die Ventilzellen G4. Der Spannungsabfall
an diesen Ventilzellen beträgt in Mittel 5,5 Volt.
Hei Netzausfall fließt der Batteriestrom unterbrechungsfrei
über die Ventilzellen G4 zum Verbraucher. Da die Batterie
voll aufgeladen ist, liegt am Verbraucher die volle,Batterie-
spannung minus den Spannungsabfall an den Ventilzellen. Das
d a
.Relais N fällt/ ab, unterbricht die Stronversorgung des Gxeich-
unrichters und schließt die Ventilzellen kurz. Von diese
Zeitpunkt an liegt die Ilatteriespannung üben den Schaltregler
T
direkt an Verbraucher.
The consumer voltage can be kept constant using this method. In contrast to the circuit with thyristors in the rectifier bridge, the regulating speed of the switching regulator in connection with a transistor switch is much greater, since a higher switching frequency can be selected. The switching regulator principle uses a transistor as a switch in the case of direct voltages, however, only applicable to relatively low voltages, since there are still no power switching resistors for higher voltages. The invention is based on the object of creating a circuit arrangement for power supply systems which makes it possible to use the known switching principle with transistors as switches even in voltage ranges for which the known ciansistcren are not sufficient with regard to their reverse voltage at higher powers. This object is achieved in that the unregulated DC voltage is divided into two parts, one part of which, depending on the output voltage, is periodically switched to the other part via the transistor switch with longer or shorter pulses Unregulated DC voltage can expediently be selected so that the unregulated part covers the consumption in the event of mains overvoltage and idling of the device With this circuit arrangement, the transistor only has to switch the partial voltage. Since only the additional voltage is switched, the ripple - in the extreme case at "maximum" load and a mains undervoltage of minus 2%. This simplifies the process the inquiring sieving. After. a V'leitbildung the invention holds in standby switchover mode the switch regulator also the battery voltage, constant. Furthermore, a rectifier is provided that the. Charging the battery brings the additional voltage taken directly from the regulated DC voltage to the required voltage value and has valve pins parallel to the output, via which the consumer is switched to the battery without interruption in the event of a power failure. Valve cells should be understood to mean, for example, a series connection of several silicon diodes, selenium cells or Zener diodes. The advantage of this Vleiter formation is based on the fact that a regulation of the additional voltage for the battery is not necessary, in the event of a power failure the consumer is automatically switched to the entire standby battery via the valve cells. The invention is explained with reference to the Figür @: On the secondary side of a Traneforratora Tr two voltages U1, U2 are abexiffen, which are each rectified via a separate rectifier bridge G. A switching transistor T in the direct current line switches periodically with longer or shorter IApuleen depending on the consumer voltage. The choke L and a capacitor C serve to smooth the chopped up direct voltage. An electronic switch 01 becomes conductive when the iranoistore T is paused and connects the dure-. the inductance l induced voltage with the consumer, not shown. Tlit G2 and G3 are
Rectifier referred to in the Entladestr omkreis E or.
-Charge circuit S with an example with 26 cells
equipped battery 8 lie. Valve cells G4 in the form of
Selenium plates, silicon rectifiers or a Zener diode
around
lie in parallel with a rectifier GU. The valve .--
tents G4 bridge the switching time of switch N at
Power failure, which means that the
_ Battery done. The voltage drop G4 is so great that
no noteworthy current with mains operation from rectifier
flows through the valve cells. The rectifier delivers
for example an additional voltage of 5.5 volts in series
for -48-volt-voltage-the battery charging voltage. supplies. A
Mains relay N sets the regulated 4E volt voltage
connection to the input of the rectifier GU. Bottom left
In the figure, the control unit St is schematically with its
Connections shown.
Thief voltage Ul can preferably be chosen so that at
Mains overvoltage and idle * of the device an output
voltage of 48 volts arises. With a lower line voltage
and / or, pt the second spexglation U2 to Uli is connected in series
Switches-ä i reading series latching of the voltage U2 takes place
About the '?`.3'@eü7T ,,. uncl thoughh@'1.R1f from o: tau:; t # ü @
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Target output voltage is reached. If the voltage Ü2 falls below
is broken, the current continues to flow through the diode G1. Of the
Transistor has in the circuit arrangement according to the invention
only the voltage component attributable to voltage U2
switch.
In the figure, the circuit arrangement is only for single-phase
Final shown. The connection can also be connected to a
Three-phase network take place, since the DC voltages also aua
Three-phase current can be obtained. The switching regulator in the same
Stromweg remains unaffected by this.
When the standby battery B is switched on,
the battery voltage is kept constant via the switching regulator.
The regulated DC voltage of the battery is used to charge the battery
Power supply through an additional voltage in the form of example
wise 5.5 volts topped up from the rectifier. The arrival
The GU rectifier is switched on during mains operation
Via the network monitoring relay N. The ladestron then flows
bypassing the: switching regulator via diode G3-in direction
of the arrow S.
The charging current. is at full Ba- "e: #e (2923 volts / cell) on
the conservation dj.adeistrom. limited. .Ira contrast to conventional
Technology is a separate regulation of the additional DGde voltage
xf.:;h required. Parallel. for 5, .5. volt-dlusgeng res Uleich-
converter are the valve cells G4. The voltage drop
at these valve cells is on average 5.5 volts.
In the event of a power failure, the battery current flows without interruption
via the valve cells G4 to the consumer. As the battery
is fully charged, the consumer has the full, battery
voltage minus the voltage drop across the valve cells. That
there
.Relay N drops / drops out, interrupts the power supply to the Gxeich-
faulty and short-circuits the valve cells. From this
When the battery voltage is applied, the switching regulator T is applied
directly to consumers.